一種基于MES的車間移動管理系統設計與實現

王茹，孔建壽，陳軒，彭憶炎

（南京理工大學自動化學院，江蘇南京 210094）

一種基于MES的車間移動管理系統設計與實現

王茹，孔建壽，陳軒，彭憶炎

（南京理工大學自動化學院，江蘇南京 210094）

為了提高車間管理效率，實現移動辦公，結合車間制造執行系統MES特點，以Android系統為平臺，采用基于webkit的移動互聯網Web框架，開發了一種面向MES的車間移動管理系統。系統具有訂單管理、計劃管理、進度管理等功能，實現了車間MES系統的本地監控和遠程移動訪問，突破傳統計算機終端管理系統的局限，促進企業的信息化建設。

制造執行系統；移動管理；Android；Web開發

近年來，隨著全球經濟一體化發展和工業信息化推進，制造業成為我國經濟“創新驅動、轉型升級”的主戰場[1-2]?！爸袊圃?025”[3-5]強國戰略的提出標志著我國由制造大國向制造強國的轉變，推動新一代信息技術與制造技術的融合發展，促進智慧工廠與數字化車間全面建設。車間管理系統作為數字化車間的重要組成部分，是企業管理與生產制造的樞紐，承擔著訂單下發、計劃生產到產品入庫全過程的監督、控制與優化管理任務。而制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）作為目前應用廣泛的車間管理系統[6-10]，它不僅有效指導車間生產運行過程，而且在企業和供應鏈間以雙向交互的形式提供生產活動的基礎信息[11]。

傳統車間管理系統軟件一般運行于PC端，但是由于工業現場環境惡劣、空間限制、線路安全等因素，增加了車間管理的難度[12]。隨著網絡技術和智能移動終端的不斷發展，管理軟件移動化逐漸成為車間管理系統未來的發展方向。對此，本文基于Android平臺，采用web技術，結合MES系統的功能模塊，設計并開發一套具有遠程監控和現場管理功能的移動管理系統，監控客戶從移動終端下單到產品生產完成的整個過程，期望能夠對整個生產過程進行實時管理以及優化生產，從而實現靈活生產、移動辦公，滿足制造過程中產品數據的跟蹤和監控方面的個性化需求。

1 系統體系結構

隨著制造業信息化與智能化發展[13-15]，異地協同加工越來越普遍，車間管理系統不僅要實現對車間內部生產活動的管理與監控，還要滿足市場與管理層的信息交互需求，如遠程客戶或企業管理人員可以通過網絡隨時隨地管理和監控訂單執行情況。因此，基于MES的車間移動管理系統必須滿足實時性高、擴展性強、安全性好等要求，不僅方便車間操作，還要保證遠程用戶實時了解生產信息，指揮決策。

系統體系結構設計還要充分考慮企業原有的信息系統，盡量降低系統升級成本，在不改變原有網絡拓撲結構的前提下，通過在企業局域網中添加移動終端服務器并鋪設Wifi路由器來構成移動管理系統廠內通訊鏈路；對于遠程用戶，則架設一臺VPN服務器，采用3G、4G轉VPN的方式訪問企業內網，系統體系結構如圖1所示。

圖1 移動管理系統體系結構

客戶端針對不同的用戶權限，開放相應的用戶接口，對于遠程客戶和企業管理者主要提供遠程訂單管理、計劃管理、進度管理等功能，而對于車間用戶，限制在企業局域網內具有相應權限的操作，如設備管理、庫存管理、圖文檔管理等。

2 系統功能設計

2.1 系統功能模塊

根據企業現有MES系統結構功能以及車間現場的相關技術支持，結合生產加工實際，將基于MES的移動管理系統分為用戶管理、訂單管理、計劃管理、生產進度管理、庫存管理、質量管理、設備管理、圖文檔管理等幾個功能模塊，具體如圖2所示。

圖2 系統功能模塊

1）用戶管理功能

用戶管理模塊主要是對用戶基礎數據進行管理，包括用戶的注冊、登錄，以及注冊信息的修改、權限的分配等。

2）訂單管理功能

位于MES頂層訂單管理系統負責ERP和MES之間的信息交互，起著橋梁作用。它的功能包括訂單分類、查詢以及根據訂單完成情況和進度要求，及時調整生產計劃。

3）計劃管理功能

制定生產計劃，實現從廠級到工位級任務的層層下發，其中包括生產計劃審核以及相關生產要素的配置等。

4）生產進度管理功能

進度管理模塊將企業車間原有的紙質流轉單信息電子化，保存至MES系統，使得系統能夠監視工件在任意時刻的位置和狀態。進度管理包含整體訂單完成的進度和生產過程的工序進度。

5）庫存管理功能

負責管理所有生產物料的車間存放信息，對車間原材料、半成品、在制品等加以嚴格管理，對其流向和狀態進行跟蹤統計。

6）質量管理功能

通過在線的質量檢驗和離線的分析統計來記錄，跟蹤和分析產品在加工過程中各工序的質量狀況，并提交質量分析報告。

7）圖文檔管理功能

MES文檔管理功能實際上是一個文檔接口及管理查詢工具，使信息資源達到共享，實現車間的無紙化操作。

8）設備管理功能

車間設備管理模塊能夠記錄車間各種加工設備的基本信息、保養狀況、運行狀態、故障情況。

2.2 系統業務流程

本MES移動系統實現對生產數據的全過程跟蹤與顯示，完成從訂單信息到生產計劃下達到產品下線的質量、人員、零部件以及生產過程中設備、庫存等信息的綁定。其業務流程的邏輯控制過程如圖3所示。

圖3 系統業務流程

整個業務流程如下：①系統根據訂單信息，形成車間生產計劃，MES系統對生產計劃進行優化、分解，然后逐級下發至工位；②根據生產計劃從圖文檔模塊下載相關產品的工藝路線以及技術文檔，并產生物料需求清單，并進行物料配送；③產品上線，對產品進行唯一識別標記，并按既定工藝路線進行加工；④產品下線，校驗產品加工過程的數據，更新數據庫。

3 系統功能開發

本系統開發工具主要包括Eclipse、JDK、Android SDK、Tomcat7.0和MySQL。

3.1 Android客戶端的實現

html語言是當下流行的標簽語言，它結合Web技術可以創造出功能強大的頁面，并且幾乎所有的終端設備都支持html顯示。因此，本系統在Android客戶端內置一款高性能webkit內核瀏覽器，在SDK中封裝WebView組件，Android客戶端使用WebView控件加載html頁面到手機客戶端，進行界面展示。

對于WebView的控件需要使用下面的流程進行創建：

WebView控件只是用來進行頁面以及數據的展示，對于數據的請求邏輯的處理全都交給頁面服務器中html頁面以及JS腳本進行處理。這樣大大減輕客戶端的負擔，客戶端只需要關注頁面的加載以及數據的展示，而不需要過多的關注服務請求和邏輯處理。

3.2 服務器端的實現

服務器端采用Jersey+Spring+Hibernate框架，相比傳統的Java Web開發模式，它易于實現，即通過簡單配置可實現符合MVC模式的Web服務，其框架如圖所示。

圖4 web開發框架

系統使用Rest服務來進行前后端通信，提供POST/PUT/DELETE的方法對資源進行操作和處理，并且以JSON格式作為客戶端與服務器數據交換格式。Jersey是Rest框架的一種實現，它包含3個部分：核心服務器（Core Server）、核心客戶端（Core Client）、集成（Integration）。Spring框架使用配置bean的方式減少對代碼的注入。Hibernate作為持久層，封裝了對數據庫的操作。最后需要在web.xml中添加對3個框架的配置來保證其正常運行。

以訂單管理模塊中新建訂單為例說明服務端的整個實現過程，訂單生成流程如圖5所示。當客戶選擇訂購產品以及數量后，點擊確認，就會在訂單表中生成訂單數據。

圖5 訂單生成流程

上述過程如下：當用戶點擊新建訂單，客戶端發起rest服務請求，調用rest服務，容器根據Jersey配置尋找對應服務提供類OrderService的queryOrders方法，它根據配置在Spring中獲取OrderDao的實例，然后調用OrderDao中的queryOrders方法。在OrderDao的queryOrders方法中，使用Hibernate提供的數據庫訪問方法查詢在Spring配置文件配置的數據庫，Hibernate將數據根據order.hbm文件映射成Order的Java Bean對象。Jersey將查詢出的Order對象轉換成JSON數據返回到客戶端，供客戶端解析數據展示。

3.3 數據庫

系統功能的實現都依賴數據存取動作，本系統采用MySQL開源數據庫進行數據的存取，根據各功能模塊的對象行為進行數據分析，得到系統數據庫E-R圖如圖6所示。

圖6 數據庫E-R圖

系統開發過程中，數據持久化實現是基于Hibernate對象關系映射框架，利用Hibernate將基于對象的操作化為針對關系數據庫的操作，并結合DAO設計模式來創建數據持久化。該類利用Hibernate實現DAO接口所定義的抽象方法。這樣設計的優點在于：當改用其他的持久化機制或持久化中間件時，由于DAO向上層調用者提供的接口不會變化，只需創建新的DAO實現類而無需更改應用中的業務邏輯代碼。

4 MES車間移動管理系統實現

通過本文開發的MES移動應用系統，企業可以實現生產過程監控和數據跟蹤，為供應鏈協同、無紙化生產和企業移動辦公提供支持。在該系統中，具有客戶角色的用戶可以實現遠程下發訂單和查看訂單進度的功能，企業不僅發揮客戶價值，還能夠提高市場響應能力；訂單經過企業內部審核后編制成生產計劃層層下發至工位，進行生產，生產過程信息經數據采集系統傳至數據庫，企業管理人員或客戶可以遠程查看生產進度，及時了解生產狀況；在車間內部，現場操作人員通過移動終端推送獲取本工序的生產任務，并且可以查詢與工序關聯的生產設備信息，以便及時了解車間整體運行情況。

5 結束語

本文以車間MES系統為研究對象，結合車間生產現場管理需求，開發了一種基于Android移動終端的管理系統。通過此系統突破了傳統計算機終端管理系統的局限，實現車間信息的有效管理和全面監控，提高車間信息管理的效率，滿足員工移動辦公的需求。與傳統PC端MES應用軟件相比優勢體現在以下兩個方面：

1）客戶作為新角色參與到系統中來，為供應鏈協同的實現提供一種參考。

2）實現用戶遠程監控和移動辦公，突破計算機終端系統的局限。

[1]周濟.智能制造——“中國制造2025”的主攻方向[J].中國機械工程，2015（17）:2273-2284.

[2]安濤.淺析quot;智能制造2025quot;機遇與挑戰[J].城市建設理論研究（電子版），2016，6（2）:2197.

[3]楊慶廣.智能制造引領quot;中國制造2025quot;——2015中國智能制造與產業發展高峰論壇圓滿結束[J].電子技術應用，2015，41（12）:3-5.

圖7 系統運行界面

[4]杜品圣.回歸“工業4.0”的本源，駛向智能制造的快車道[J].自動化儀表，2016，37（6）:1-7.

[5]彭宇馨.智能制造邁向中國工業新時代[J].山東工業技術，2015，（13）:24.

[6]楊海素.面向MES的制造過程信息采集與處理系統研究[D].南京：南京理工大學，2014.

[7]馬朝紅.基于MES系統的無紙化技術應用研究[J].計算機與網絡，2016，42（9）:55-58.

[8]段亦波，涂海寧，陸遠，等.CNC系統生產車間MES系統的研究與開發[J].制造技術與機床，2016，（2）:130-134.

[9]Rolon M，Martinez E.Agent learning in automation manufacturing execution systems for enterprise networking[J].Computeramp;Industrial Engineering，2012（63）:901-925.

[10]任工昌，孫超凡，王宏衛，等.液力變矩器裝配車間MES的功能模型與構架研究[J].機床與液壓，2016，44（1）:17-19，23.

[11]戚寶運，許自力，毛勤儉，等.數字化車間MES系統構建[J].指揮信息系統與技術，2013，4（1）:25-29.

[12]彭鑫，譚彰，黃文君，等.基于Android的工業控制監控軟件設計[J].計算機工程，2013，（7）:86-89.

[13]黃剛，李晉航，巫婕妤，等.離散制造業可適應制造執行系統的研究與實現[J].計算機集成與制造系統，2011，17（10）:2137-3143.

[14]Xue Y.J，H.G Liang，L.S Wu.Information Systems Research[J].2011，22（2）:400-414.

[15]Venkatesh V，James Y.L.T，Frank K.Y.C，et al.Extendingthetwo-stageinformation systems continuancemodel:IncorporatingUTAUTpredictors and the role of context[J].Information Systems Journal，2011（21）:527-555.

Design and implementation of a mobile workshop management system based on MES

WANG Ru，KONG Jian?shou，CHEN Xuan，PENG Yi?yan
（School of Automation，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing210094，China）

In order to improve the management efficiency of workshop and realize mobile officing，this paper developed a mobile workshop management system using the Android technology based on the characteristics of manufacturing execution system.The system implements a rich model which integrate webkit core which owns fast rendering speed and some components which is provided by Android.And the system has order management，task assignment and other functions，which realizes the local monitoring and remote access of the MES.This measure breaks through the limitation of traditional computer terminal management system and promotes the enterprise information construction.

MES；mobility management；Android；web development

TN929.53

A

1674-6236（2017）22-0036-05

2016-10-11稿件編號：201610044

王茹（1992—），女，河北衡水人，碩士研究生。研究方向：數字化車間、制造執行系統。