基于MES的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺(tái)的應(yīng)用研究

劉青 鐘山職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于MES的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺(tái)的應(yīng)用研究

劉青 鐘山職業(yè)技術(shù)學(xué)院

信息化和數(shù)字化的發(fā)展推動(dòng)了MES在生產(chǎn)制造業(yè)中的應(yīng)用，優(yōu)良的制造執(zhí)行系統(tǒng)必然需要一個(gè)實(shí)時(shí)高效、統(tǒng)一開(kāi)放的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)為支撐，本文構(gòu)建了基于MES的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺(tái)，并分析了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、功能模型及開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效、可集成性高、可維護(hù)性好。

MES 數(shù)據(jù)平臺(tái) 生產(chǎn)制造

1 引言

經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，導(dǎo)致我國(guó)制造業(yè)所面對(duì)的國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)越加激烈，要想在殘酷的競(jìng)爭(zhēng)中擁有一席之地，只有努力創(chuàng)新、增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力；利用現(xiàn)代信息技術(shù)科學(xué)管理、提高生產(chǎn)效率。隨著數(shù)字化、信息化在制造業(yè)中的推廣，人們提出了制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System, MES）的概念，把企業(yè)資源管理和生產(chǎn)過(guò)程控制緊密地結(jié)合起來(lái)，既要生產(chǎn)出滿足客戶需求的高質(zhì)量產(chǎn)品，又要有效地控制制造成本，幫助企業(yè)建立差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此，企業(yè)不僅要做到設(shè)備先進(jìn)、工藝優(yōu)良，還需要有一個(gè)強(qiáng)大的信息管理系統(tǒng)作為支撐，該系統(tǒng)能夠及時(shí)采集生產(chǎn)過(guò)程中所有靜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)、分析，把處理結(jié)果準(zhǔn)確及時(shí)地反饋到計(jì)劃制訂、質(zhì)量控制、工藝改進(jìn)、生產(chǎn)管理等系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)人、機(jī)、物、計(jì)劃執(zhí)行進(jìn)度和質(zhì)量控制等信息的有效監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的高效和規(guī)范。

2 制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的功能模型

在企業(yè)管理系統(tǒng)中，首先是“面向客戶”的計(jì)劃層ERP系統(tǒng)產(chǎn)生生產(chǎn)計(jì)劃，然后由“面向車間生產(chǎn)控制”的執(zhí)行層MES實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各類靜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，最后由計(jì)算機(jī)控制對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行有效的優(yōu)化。MES的功能模型如下圖1所示。

圖1 制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能模型

3 基于MES的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺(tái)分析

3.1 制造業(yè)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)管理中存在的問(wèn)題

信息化和數(shù)字化的發(fā)展推動(dòng)了MES在生產(chǎn)制造業(yè)中的應(yīng)用，但由于信息技術(shù)水平參差不齊，數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)不能滿足企業(yè)需求，充分發(fā)揮MES的作用，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

①信息時(shí)效性差，大部分制造車間的自動(dòng)化水平不高，信息采集方法比較原始，當(dāng)前生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)大都來(lái)源于管理人員的記錄統(tǒng)計(jì)和關(guān)鍵工位的崗位記錄，滯后明顯，無(wú)法給企業(yè)其他信息系統(tǒng)和管理人員提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，影響企業(yè)的高效有序運(yùn)行。

②信息集成性差，國(guó)內(nèi)企業(yè)中使用的MES功能簡(jiǎn)單，與其他信息化系統(tǒng)集成困難，使得企業(yè)實(shí)施的多個(gè)信息系統(tǒng)各自獨(dú)立工作，缺乏協(xié)調(diào)一致性。出現(xiàn)了數(shù)據(jù)冗余、統(tǒng)計(jì)口徑不一致、模塊重疊等問(wèn)題，制約了企業(yè)數(shù)字化和信息化的發(fā)展。

③信息利用率低，底層數(shù)據(jù)采集規(guī)模不足，記錄口徑不同，數(shù)據(jù)特征不明顯，缺少先驗(yàn)信息，數(shù)據(jù)可加工性差，無(wú)法形成有效性信息，二次利用率低。

④信息管理效率低，車間制造過(guò)程中的信息傳遞大多采用紙質(zhì)記錄單進(jìn)行，技術(shù)部門(mén)編制好的工藝指導(dǎo)書(shū)也大多采用紙質(zhì)文檔下發(fā)到車間，效率較低，保管不便，不利于數(shù)據(jù)的快速查詢和產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的追朔。

3.2 車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)

針對(duì)上述問(wèn)題，為了更好地與企業(yè)其它信息系統(tǒng)有機(jī)集成，高效地發(fā)揮MES的作用，構(gòu)建了面向車間級(jí)的數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺(tái)，該系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S)架構(gòu)模式開(kāi)發(fā)，由數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和應(yīng)用層三部分和數(shù)據(jù)庫(kù)組成。

數(shù)據(jù)訪問(wèn)層：實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地采集車間在生產(chǎn)制造過(guò)程中產(chǎn)生的各種靜動(dòng)態(tài)原始數(shù)據(jù)，比如計(jì)劃進(jìn)度、物料消耗、設(shè)備狀態(tài)、質(zhì)量控制、開(kāi)工率、產(chǎn)品更換次數(shù)等信息，分類存放于數(shù)據(jù)庫(kù)中，在執(zhí)行階段訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取相關(guān)信息進(jìn)行分析處理。

業(yè)務(wù)邏輯層：對(duì)原始數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)類型和來(lái)源進(jìn)行分析、處理、建模，為生產(chǎn)調(diào)度、物料監(jiān)控、計(jì)劃編制、質(zhì)量控制、工藝管理、設(shè)備保養(yǎng)、人員管理等不同功能模塊和系統(tǒng)間的交互提供全面而準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持，做到基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊之間的有效集成，在企業(yè)內(nèi)部形成高效統(tǒng)一的信息管理系統(tǒng)。

應(yīng)用層：人機(jī)交互界面，包括普通用戶界面、系統(tǒng)管理員界面、Web瀏覽器等。用戶崗位不同則權(quán)限不同。各個(gè)制造車間設(shè)置電子看板、PC機(jī)等終端，用戶可以通過(guò)IE等瀏覽器訪問(wèn)車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺(tái)，實(shí)時(shí)地了解制造車間的生產(chǎn)信息。

3.3 車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺(tái)的功能模塊

根據(jù)車間數(shù)據(jù)信息的類型、來(lái)源與服務(wù)對(duì)象，結(jié)合制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能模型，構(gòu)建的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺(tái)包含以下幾個(gè)功能服務(wù)模塊：

①生產(chǎn)調(diào)度：從當(dāng)前計(jì)劃情況、生產(chǎn)進(jìn)度、物料人員狀態(tài)等方面對(duì)制造過(guò)程各環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，合理分配生產(chǎn)資源。

②資源分配和狀態(tài)管理：對(duì)車間的生產(chǎn)資料、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)控，跟蹤分析生產(chǎn)資源的利用效率。

③人力資源管理：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的操作、管理及技術(shù)人員進(jìn)行監(jiān)控，合理配置人力資源。

④工序詳細(xì)調(diào)度：根據(jù)下發(fā)的生產(chǎn)任務(wù)、車間當(dāng)前的物料準(zhǔn)備、生產(chǎn)線設(shè)備的開(kāi)工條件等合理制訂工序級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃。

⑤現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集：采用數(shù)字化檢測(cè)傳感技術(shù)，建立底層檢測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)人、機(jī)、物等狀態(tài)信息，為生產(chǎn)管理和決策提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

⑥生產(chǎn)質(zhì)量管理：監(jiān)控關(guān)鍵工序的質(zhì)量信息波動(dòng)，追朔生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，把好檢驗(yàn)關(guān)，嚴(yán)控不合格品率。

⑦生產(chǎn)過(guò)程管理：以車間、生產(chǎn)線、工序等為單位、從物料、質(zhì)量、人員、設(shè)備等方面進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)在制品的全過(guò)程實(shí)時(shí)跟蹤和制造過(guò)程信息的看板實(shí)時(shí)展示。

⑧產(chǎn)品追蹤數(shù)據(jù)管理：主要對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的物料來(lái)源、設(shè)備狀態(tài)、操作人員及質(zhì)量檢驗(yàn)等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使每件產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程清晰可查，數(shù)據(jù)可追朔，為管理者的決策提供參考。

⑨生產(chǎn)性能分析：主要統(tǒng)計(jì)流水線的載荷率與均衡性、設(shè)備工具的開(kāi)工率以及產(chǎn)品的不良率等信息，為生產(chǎn)工藝的改善、生產(chǎn)效率的提高提供分析依據(jù)。

⑩生產(chǎn)設(shè)備管理：對(duì)設(shè)備的利用率、故障率、開(kāi)停機(jī)狀態(tài)參數(shù)、零件加工狀態(tài)參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)等進(jìn)行加工分析，為生產(chǎn)計(jì)劃的制訂與執(zhí)行提供分析依據(jù)。

○11數(shù)據(jù)文檔管理：對(duì)設(shè)備記錄、質(zhì)檢記錄、工藝更改記錄等數(shù)據(jù)進(jìn)行分類歸檔管理，可在系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的快速查詢，便于管理人員全面準(zhǔn)確地了解車間的生產(chǎn)情況。

3.4 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

本文構(gòu)建的面向制造過(guò)程的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺(tái)，基于Eclipse集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用了 JSP、Javascript、Servlet、Ajax、Extjs、Hibernate、JDBC等關(guān)鍵技術(shù)。其中，JSP和Servlet在服務(wù)器端運(yùn)行；Javascript可用來(lái)給HTML頁(yè)面添加動(dòng)態(tài)效果；Ajax可以使服務(wù)器端與客戶端之間的數(shù)據(jù)交互更加靈活迅速；Extjs可以在客戶端用來(lái)創(chuàng)建美觀的web應(yīng)用程序界面；Hibernate可以對(duì)JDBC進(jìn)行輕量級(jí)對(duì)象封裝，使Java程序員可以使用對(duì)象編程思維來(lái)自由操縱數(shù)據(jù)庫(kù)；JDBC可以為多種關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)提供統(tǒng)一訪問(wèn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于MES的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺(tái)，具有實(shí)時(shí)高效性、可集成性高、可維護(hù)性好的特點(diǎn)，為MES的運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

[1]裴志松．淺談Struts2框架連接數(shù)據(jù)庫(kù)的幾種方式[J]．通訊世界，2016年第13期總第296期：229

[2]翟高粵．基于SSH框架的高校餐費(fèi)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．計(jì)算機(jī)時(shí)代，2015年第5期總第275期：47-49

2016年江蘇省高職院校教師專業(yè)帶頭人高端研修，計(jì)劃編號(hào)：2016TDFX015。