JAVA技術在MES系統中的應用

劉 超

（中國特種設備檢測研究院，北京 朝陽 100029）

隨著我國社會的發展和科技的不斷進步，我國的制造型企業越來越多，企業的規模也越來越大，企業已經開始系統信息化建設，企業的管理人員可以借助系統信息化建設來對管理層進行決策。在這些大型制造型企業中，大多數企業在進行生產管理和生產過程當中一般都采用了MES 以及ERP 系統，為企業處理數據帶來了方便，但是在制造型企業當中，通常生產條件充滿復雜性，生產過程也是千變萬化，尤其是在一些比較關鍵的環節瓶頸工序生產計劃不確定，導致整個生產系統效率低下，而即便通過改進生產的效率也很難提升[1]。倘若在MES 系統中將JAVA 技術運用得當，就可以在一定程度上解決企業在制造生產過程當中產生的工序瓶頸問題，同時也能為其提供靠譜的解決的問題的思路和方法。

一、現狀分析

在MES系統的應用現狀上，發達國家以及歐洲的起步要早于亞洲國家，目前來說，我國的企業在MES的應用上由于起步晚，因此也比較落后。我國的很多企業在生產過程中都還在依靠人力，致使一些信息收集的不夠完整。究其原因就是企業的生產管理系統都是由若干個小的子系統組成，因此集成的難度也是相當高，而MES作為管理和控制制造生產過程的系統，也是充滿了復雜性，眾所周知，尤其是在應用MES系統之后，我們發現MES系統的存在能給企業帶來一定的經濟效益，但是我國MES系統發展并不完善，如果將JAVA 技術在MES 系統中進行合理的運用和操控，將是一個偉大的科技創舉[2]。

二、企業生產現狀

本文主要研究分析的是制造企業的相關產品和具體的生產方式，現就把企業生產過程當中的小型零件生產線作為具體研究對象，品種多、生產批量小是小型零件生產模式，具體展開來說有以下幾個特點。

（一）小型零件加工

制造企業的生產對象一般都是小型零件，所采用的加工模式也是以小型零件加工模式為主，加工制造的設備是普通機床，小型零件的生產基本都是在機床上共線生產，生產前需要花大量時間做準備，在生產過程中生產的效率也較低。

（二）訂單規模不同

通常制造企業在接單方面，具有比較大的優勢，可以從不同渠道獲得訂單，訂單的來源也不同，因此，訂單的規模通常變化都比較大，有的訂單需求量大，每月生產數量可達幾十萬，有的訂單需求量則比較小，每年的生產數量不過幾千個。

（三）加工零件的要求不同

在企業接單過程中，通常不會考慮零件的加工細節，因此，不同訂單對零件的加工精度都不盡相同，尤其是一些精度要求高的零件，需要在生產過程中將零件加工導入特殊工序進行生產，但是對于大部分零件來說，它的生產只需要在普通的工序生產即可。

面對企業的這些生產現狀，可以看出該廠是屬于小批量型生產企業，再生產產品的過程當中，具有相同的產品結構以及相似的工藝技術，因而在生產時，可以在同一個生產線上對零件進行加工生產，而且大部分產品都可以通過同樣種類的關鍵工序進行生產，具有實施成組技術的先天條件和優勢。因而在企業生產過程中，企業可以采用成組技術對所有加工零件中要用到的生產工序進行優化和技術改革，從而提高企業的生產效率。

三、技術和背景

（一）MES的概念

MES系統來自于20世紀90年代初美國制造業的MES制造執行系統的相關介紹，其最突出的功能是優化企業的制造過程，它的合理應用能夠使得企業的上層生產計劃與下層生產過程之間配合得當，解決他們之間存在難以協調的矛盾和問題[3]。MES系統具有各種生產過程相關控制管理的功能模塊，可以作為現代化的計算機輔助生產管理系統[4]。

（二）JAVA技術

JAVA 作為一種簡單的多線動態語言，具有分布式、中立的、結構的、多平臺、面向對象以及安全的特性。JAVA是一門面向對象編程語言，JAVA編程語言的技術風格很像C、C++語言，而且吸收了C++語言的各種優點，繼承了C++語言面向對象技術，摒棄了那些復雜多變難以琢磨透的多繼承、指南針等C++概念，而且增加了垃圾回收器，以便清理回收舍棄了的對象所占的系統內存，極大的釋放了系統空間，解放路內存，在以后的開發中工作人員不用再擔心開發過程中內存不足的問題[5]。JAVA語言將相關源代碼編譯成二進制字節碼，再通過不同平臺上的相關虛擬機來解釋執行，這是與一般的編譯執行語言和解釋執行語言的最大不同，因此JAVA 語言具有功能強大和簡單易用的兩個特征。它完美地實現了面向對象理論，使得程序員用簡單的思維方式也可以進行難度大且復雜的編程，進而實現“一次編譯、多處執行”的跨平臺操作。

四、成組技術的基本原理

成組技術的核心是成組工藝，成組工藝的概念是把在結構上大致相同的零件組成一個相同的零件組，然后在生產過程當中，按照零件組的程序進行零件加工制造[6]。要想運用成組技術，零件的加工條件必須具有相似性，這些零件的相似性表現在幾何形狀的精度相似，零件的大小尺寸相當以及具有相同的制造工藝，例如在安裝固定零件時使用同類型的夾具、測量零件大小時運用相似的測量工具以及在制造方法上采用大致相同的制造方式。這樣之后，可以大幅度提高企業的生產效率，從而擴大企業生產批量。

五、模塊功能介紹

（一）數據收集模塊

數據采集模塊有兩個功能和作用，第一個是對自動數據采集和輸入進行控制，采用具有數據緩存和安全隔離的網絡接口機與個系統相連接，目的就是保證每個控制系統能夠獨立、安全的運行，保證數據入庫；第二個功能和作用是進行人工監視和錄入，也就是在生產過程中沒有辦法自動采集數據時，則可以通過錄入界面在鍵盤上進行人工錄入。在這個模式的實現過程中，對數據進行采集，而JAVA 技術則可以及時完成無客戶端的瀏覽器讀取，保證操作的時效性[7]。

（二）生產調度模塊

生產調度模塊的一個作用就是在設備和裝置出現運行異常的情況下，操作人員通過調度管理系統發布調度指令，以便及時有效地解決在生產過程中存在的各種問題。生產調度模塊的另一個作用就是調度管理文本的傳送和文檔的類型，同時它還可以調度中央控制室的全局系統。它為調度管理以及操作人員提供了一個相互交流的平臺，這其中主要就是利用JAVA技術平臺對數據庫進行操作和處理，遠程操作人員就可以通過直接登錄來上傳錄入數據。

（三）生產計劃模塊

生產計劃模塊可以對生產結果和過程的數據進行時效性的統計，在此基礎上編制出生產報告和統計表，方便企業在對相關數據進行查詢和核實，為企業管理帶來了很大的便利，在實現這個模塊的時候，企業領導還可以對產品信息甚至產量進行調節。

（四）生產管控應用模塊

這個模塊主要涉及兩方面內容，一個是生產技術管理，一個是數據分析。前者主要是管理企業生產的技術規程和技術指標，從而達到技術管理的目的；后者是通過對系統所采集的歷史數據、統計數據以及報警數據進行分析，以此來提高生產信息的利用率，優化生產，提高產品質量和產量，維護設備的安全運行。

六、關鍵程序

將JAVA 程序嵌套入MES 系統中，它的優勢就是對成組零件進行優化排序和調度，從而提高生產線的工作效率，擴大生產產量，提高企業的經濟效益，這就是利用JAVA 程序開發一套程序的目的和意義所在。在現在MES系統框架下，模型算法庫中主要存放JAVA 開發的算法，當系統需要對關鍵工序的成組零件進行排序和調度時，立刻從算法庫中調用該算法進行運算，完成系統中的相關排序和調度。

這種關鍵程序在計算相關成組零件分類概率參數時使用遺傳算法中的經典算法來進行迭代運算，然后通過這種參數迭代的方式算出當前所需要的最優化最適宜的方案。在完成最優方案的迭代之后，繼續對分組已經完成的訂單采用其他算法進行最優化排序運算，目的就是讓關鍵工序的生產量最大，這樣不僅使設備的利用率大幅得到提高，而且也使企業的生產成本降低，經濟效益大大提高。

七、結論

通過實際應用，足以說明這種程序能夠適用于企業的生產，能夠通過算法運算出符合高生產效率和符合生產現場情況的產線調度計劃，同樣這種程序也規范了下料生產管理，降低了生產成本，提高了生產效率。將JAVA技術嵌入在MES系統中能夠更高效、準確及時地收集零件在加工生產過程中的信息，準確地向工作人員傳遞生產的各種信息，以便于更好的操作生產，實現企業在生產時能夠實時監控和管理生產過程的各種狀態。