MES系統(tǒng)在水產(chǎn)加工車間的應(yīng)用*

鄒佳霖，范寶德，韓兆玉

(煙臺(tái)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005)

0 引言

作為先進(jìn)車間管理技術(shù)的載體，執(zhí)行制造系統(tǒng)(Manufacture Execute System，MES)在幫助制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化和無紙化等方面發(fā)揮著巨大作用。它通過精確的高級(jí)自動(dòng)排產(chǎn)技術(shù)、全集成的協(xié)同制造、自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集、全透明的決策支持以及簡易直觀的人性化操作界面來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程管控的數(shù)字化。

水產(chǎn)品加工是一個(gè)流水線型生產(chǎn)處理過程，所需采集的數(shù)據(jù)種類復(fù)雜(例如原材料批次、工人績效、設(shè)備數(shù)據(jù)等)，車間的突發(fā)狀況較多，需要管理人員進(jìn)行及時(shí)處理。而目前的企業(yè)一般采用手工記錄報(bào)表，通過員工的層層上報(bào)來實(shí)現(xiàn)上下層之間的數(shù)據(jù)獲取及管理，由于人工采集數(shù)據(jù)效率低下，信息流通速度較慢，使得管理人員面對(duì)突發(fā)情況無法靈活應(yīng)對(duì)，對(duì)于管理層生產(chǎn)計(jì)劃的制定可能產(chǎn)生負(fù)面影響[1]。

這種依靠人工組織與管理的方式已不適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的需要，為改變企業(yè)現(xiàn)有情況，設(shè)計(jì)了這套MES系統(tǒng)，可以為整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)的優(yōu)化提供有力的支撐[2]。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理與統(tǒng)計(jì)分析，可為用戶提供一個(gè)快速反應(yīng)、有彈性、精細(xì)化的制造業(yè)環(huán)境[3]，改變了以“紙”作為交互媒介的工作方式。

1 水產(chǎn)品加工關(guān)鍵工序及所需設(shè)備

1.1 關(guān)鍵工序

以常見的魚類產(chǎn)品為例，產(chǎn)品的種類雖復(fù)雜，但是生產(chǎn)歷經(jīng)的工序以及每道工序所需的設(shè)備大致相同，其加工流程如圖1所示。

1.2 關(guān)鍵設(shè)備及功能

設(shè)備是產(chǎn)生以及記錄數(shù)據(jù)的重要部分，其所在的工序以及其對(duì)應(yīng)的功能如表1所示。

圖1 水產(chǎn)品加工關(guān)鍵工序

設(shè)備名稱所在工序功能ID卡去頭、開片、挑刺、切段、烘烤存儲(chǔ)員工個(gè)人信息ID讀卡器去頭、開片、挑刺、切段、烘烤讀取員工ID卡信息臺(tái)式電子秤去頭、挑刺對(duì)半成品稱重紅外計(jì)數(shù)器包裝掃描產(chǎn)品計(jì)數(shù)條碼打印機(jī)包裝獲取產(chǎn)品信息生成條形碼

圖3 MES基礎(chǔ)功能模型

每道工序的設(shè)備之間不是獨(dú)立的個(gè)體，為了方便數(shù)據(jù)的采集，需要在設(shè)備之間進(jìn)行綁定建立設(shè)備組，例如去頭作業(yè)中由于多人共用一個(gè)電子秤，需要員工刷卡記錄績效，則電子秤與讀卡器可綁定為一個(gè)設(shè)備組，當(dāng)稱重完成后員工通過讀卡器刷卡，讀卡器向電子秤傳送一個(gè)觸發(fā)反應(yīng)，同時(shí)向MES系統(tǒng)傳送員工的ID卡信息，電子秤接收到觸發(fā)反應(yīng)后，向MES系統(tǒng)發(fā)送讀取數(shù)據(jù)請(qǐng)求，MES系統(tǒng)則讀取電子秤中的稱重?cái)?shù)據(jù)，并結(jié)合員工信息保存至數(shù)據(jù)庫，這便是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集過程。生產(chǎn)設(shè)備的整體連接結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 MES設(shè)備連接結(jié)構(gòu)圖

2 水產(chǎn)車間MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 MES基礎(chǔ)功能模型

針對(duì)水產(chǎn)車間的加工特點(diǎn)，將MES的功能分為7個(gè)模塊：系統(tǒng)設(shè)置模塊、基礎(chǔ)資料管理模塊、工藝管理模塊、生產(chǎn)訂單管理模塊、質(zhì)量管理模塊、績效管理模塊和設(shè)備管理模塊。基礎(chǔ)功能模型如圖3所示。

MES功能的設(shè)計(jì)覆蓋了整個(gè)車間生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)了從員工到部門、訂單到原材料到產(chǎn)品到質(zhì)量、設(shè)備到工序等關(guān)鍵點(diǎn)管理，同時(shí)為確保信息的安全性，對(duì)不同的用戶進(jìn)行了權(quán)限的分配，從而實(shí)現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)共享[4]，確保了生產(chǎn)的每一步都能夠被系統(tǒng)所記錄及約束，盡量保證車間處于無紙化運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 MES系統(tǒng)關(guān)鍵流程分析

(1)系統(tǒng)連接現(xiàn)場(chǎng)看板：車間內(nèi)可設(shè)置物料清單看板、訂單完成進(jìn)度看板、異常工序看板等，看板連接系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的最新數(shù)據(jù)，管理者可根據(jù)看板顯示的數(shù)據(jù)及時(shí)做出決策，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)透明化。

(2)生產(chǎn)進(jìn)度實(shí)時(shí)追蹤：可根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)建立的報(bào)表查看當(dāng)前訂單完成進(jìn)度、工人工作效率、設(shè)備利用情況等，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)執(zhí)行中產(chǎn)生的問題并進(jìn)行處理。

(3)自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集：通過ID讀卡器、紅外對(duì)射計(jì)數(shù)器等設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化采集，改變了以往人工手工記錄的落后情況，能夠準(zhǔn)確、快速地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)反饋，避免人為記錄差錯(cuò)，使工人將更多的精力集中在現(xiàn)場(chǎng)操作上，提高生產(chǎn)效率。

(4)產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)時(shí)追蹤：通過條碼技術(shù)跟蹤產(chǎn)品從物料投產(chǎn)到成品出庫的整個(gè)生產(chǎn)流程，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)，產(chǎn)品售后出現(xiàn)的一切問題都可以通過掃描包裝條形碼來進(jìn)行追溯，提供了強(qiáng)有力的售后保障服務(wù)。

2.3 MES系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

水產(chǎn)車間MES系統(tǒng)框架采用MVC多層架構(gòu)的設(shè)計(jì)模式，分為展現(xiàn)層、控制層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。在框架的各個(gè)層次封裝了高度可復(fù)用的功能與方法，并提供了一個(gè)穩(wěn)定的基礎(chǔ)架構(gòu)，解決了各種技術(shù)難題。同時(shí)系統(tǒng)架構(gòu)必須要求性能卓越、穩(wěn)定，并在各個(gè)層次中采用了緩存技術(shù)，作為系統(tǒng)框架的一部分。其技術(shù)框架設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 MES技術(shù)框架

(1)展現(xiàn)層：展現(xiàn)層用于與用戶的交互，與控制層之間保持一對(duì)一的關(guān)系，提供給控制層處理顯示的操作，主要用JSP、JS、HTML等技術(shù)實(shí)現(xiàn)；此外在展現(xiàn)層中可以充分利用SiteMesh、BootStrap、JQuery、JQuery-zTree、TreeTable、Jericho Tab等開源技術(shù)。

(2)控制層：分派用戶的請(qǐng)求并選擇恰當(dāng)?shù)囊晥D用于顯示，同時(shí)它可以解釋用戶的請(qǐng)求并將它們映射成可執(zhí)行的操作。在控制層主要采用了Spring MVC、Servlet、Filter等多種技術(shù)。

(3)業(yè)務(wù)邏輯層：業(yè)務(wù)邏輯層用來根據(jù)具體的需求來進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理，提供了問題處理的操作過程。在業(yè)務(wù)邏輯層可以使用Spring、JavaBean等技術(shù)。

(4)數(shù)據(jù)訪問層：數(shù)據(jù)訪問層用來對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行直接的增、刪、改、查等操作。在數(shù)據(jù)訪問層主要采用了MyBatis技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的讀寫封裝。

(5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層包含了應(yīng)用問題的所有核心數(shù)據(jù)，它可以是各種數(shù)據(jù)庫(Oracle、MS SQL Server、MySQL、DB2、Derby等)以及各種數(shù)據(jù)文件。

2.4 MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計(jì)的水產(chǎn)MES系統(tǒng)是一個(gè)基于B/S模式的Web應(yīng)用系統(tǒng)，在B/S模式下管理人員可以通過瀏覽器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，不但維護(hù)和升級(jí)方式簡單，還可以降低成本和選擇不同的操作系統(tǒng)來運(yùn)行服務(wù)端[5]。以Web Service為接口可以實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的集成，保證了各個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立性；以Java為編程語言，可實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)性，便于在各個(gè)服務(wù)器部署；為了使其具有可復(fù)用性，使得開發(fā)人員不再需要對(duì)同一基礎(chǔ)功能進(jìn)行重復(fù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)一些常用的JS進(jìn)行了封裝，包括TreeTable樹形列表、zTree樹形控件、JQuery函數(shù)封裝、信息提示Jbox封裝、樹形選擇控件封裝等，同時(shí)封裝了Java基礎(chǔ)通用類庫，提升了系統(tǒng)的可復(fù)用層次。

水產(chǎn)MES系統(tǒng)以SSM作為基礎(chǔ)框架，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)采用了MySQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并使用Navicat為MySQL提供可視化的用戶界面。運(yùn)行環(huán)境為Windows + MyEclipse+JDK1.8 + Tomcat7 + MySQL + Navicat。

3 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的水產(chǎn)MES系統(tǒng)借鑒了當(dāng)前主流MES系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)，以SSM為框架，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為5層，并已得到初步實(shí)現(xiàn)。由于該系統(tǒng)重點(diǎn)在于MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，對(duì)于某些高級(jí)自動(dòng)化功能并沒有涉及，模塊設(shè)計(jì)有待補(bǔ)充，后期還可引入安卓PAD等移動(dòng)端操作設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的移動(dòng)操作。