王彥桂 梁永宏

1 前言

工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)是處于計劃層和控制層之間的執(zhí)行層，主要負責生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。MES國際聯(lián)合會(MESA)對MES的定義如下[1]：MES能通過信息的傳遞對從生產(chǎn)命令下發(fā)到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。當工廠中有實時事件發(fā)生時，MES能及時對這些事件做出反應(yīng)、報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)對它們進行約束和處理。

制造現(xiàn)場往往是連續(xù)作業(yè)的，系統(tǒng)的任何故障導(dǎo)致的停工、緩工都將引起企業(yè)損失。因此充當制造現(xiàn)場管理角色的MES系統(tǒng)必須非常穩(wěn)定，保證企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的要求。現(xiàn)場作業(yè)發(fā)生的情況多種多樣，現(xiàn)場MES系統(tǒng)應(yīng)考慮現(xiàn)場管理中可能出現(xiàn)的情況，應(yīng)能夠滿足現(xiàn)場管理的各種需要，突出系統(tǒng)穩(wěn)定性和兼顧靈活性[2]。

實施大型MES系統(tǒng)需涉及大量的生產(chǎn)制造知識和管理知識并包含復(fù)雜的數(shù)據(jù)關(guān)系，使得選取強大穩(wěn)定的MES平臺軟件成為實施MES系統(tǒng)的首選方案，Intrack就是這樣一個軟件平臺。選取平臺軟件之后就可以圍繞現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝過程和設(shè)備績效管理要求等進行MES系統(tǒng)的設(shè)計和實施。

2 Intrack簡介

美國Wonderware公司是MESA的成員，Intrack是其 FactorySuite軟件系列產(chǎn)品中的用于構(gòu)建 MES系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)對工廠生產(chǎn)過程的跟蹤。Intrack主要由Intrack ModelMaker及Intrack Runtime兩部分組成，它們共同形成了一個基礎(chǔ)平臺，使構(gòu)建MES變得更加方便、快捷[3]。

MES系統(tǒng)需要針對具體的生產(chǎn)流程進行計劃、監(jiān)控、調(diào)度、追蹤，在每一個工序，它需要將物料、設(shè)備、人員等生產(chǎn)資源進行統(tǒng)一管理，并根據(jù)工序路線、BOM 等進行調(diào)度和監(jiān)控，同時結(jié)合生產(chǎn)時間進行數(shù)據(jù)記錄。因此必須能夠?qū)⒐ば蚵肪€、BOM 等重要基礎(chǔ)參數(shù)進行配置設(shè)定。Intrack Modelmaker是一個獨立的應(yīng)用程序，以圖形化的形式提供生產(chǎn)過程建模，并生成數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，Intrack數(shù)據(jù)庫目前支持Oracle及SQL Server數(shù)據(jù)庫平臺。

MES系統(tǒng)還必須包含大量的前臺程序，以進行生產(chǎn)線上實時數(shù)據(jù)顯示、收集和錄入。這些前臺程序?qū)笈_數(shù)據(jù)庫進行訪問，并記錄各種動態(tài)數(shù)據(jù)。

ModelMaker的主要功能是進行生產(chǎn)過程建模，它通過創(chuàng)建相互聯(lián)系的各種結(jié)構(gòu)對象，來詳細描述生產(chǎn)模型， 并構(gòu)成整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。Intrack能夠以直觀的圖形化方式，通過拖動或點擊進行以加工路徑為核心的建模工作。

ModelMaker可創(chuàng)建包括工作日歷對象、場所對象、物料對象、操作指令對象、設(shè)定模版對象、數(shù)據(jù)集模版對象、工序?qū)ο?、加工路徑對象等?/p>

3 MES系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

企業(yè)生產(chǎn)的整個流程大致上包括了以下幾大環(huán)節(jié)：供應(yīng)商質(zhì)量控制、原輔料檢驗、原輔料倉庫和配送管理、車間配置生產(chǎn)、成品檢驗和成品包裝管理。為了保障安全生產(chǎn)規(guī)范的落實，企業(yè)的管理人員都應(yīng)該緊密參與到日常生產(chǎn)管理中，將每個產(chǎn)品批次的生產(chǎn)過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都完整地記錄下來[4]。

以一個批次生產(chǎn)的企業(yè)為藍本設(shè)計的基于Intrack實施的MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。將MES系統(tǒng)分為生產(chǎn)運作管理子系統(tǒng)和生產(chǎn)執(zhí)行管控子系統(tǒng)，運作管理子系統(tǒng)完成與 ERP系統(tǒng)的交互，執(zhí)行管控子系統(tǒng)完成于設(shè)備層的交互。

圖1 MES系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

4 利用擴展功能進行模型優(yōu)化

在生產(chǎn)建模工具中，系統(tǒng)對常用的對象應(yīng)定義了屬性，雖然在大多數(shù)情況下能滿足要求，但在實際應(yīng)用中還可能需要擴展。例如對場所對象、要求名稱、面積等屬性。Intrack提供了用戶自定義（UDA）這一機制來進行擴展，可以方便地向?qū)ο筇砑訉傩浴?/p>

Intrack給我們提供了MES系統(tǒng)所需的總體數(shù)據(jù)框架，有時一些應(yīng)用邏輯并不包含在該框架中，Intrack提供了用戶自定義表（UDT）來定義這些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以經(jīng)Intrack Runtime進行數(shù)據(jù)訪問。

在同一生產(chǎn)線，可能要同時生產(chǎn)滿足不同客戶需要的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在局部存在差異[5]。Intrack的客戶自定義功能使我們只需要對原始模型做簡單修改，就可表達出不同的用戶需要。

利用Intrack可建立優(yōu)化的MES詳細對象模型如圖2所示。

圖2 MES詳細對象模型

5 設(shè)備績效指標設(shè)計

設(shè)備實時運行績效在MES系統(tǒng)中至關(guān)重要，通過以下幾點可以了解設(shè)備利用率與性能情況：○1了解生產(chǎn)瓶頸；○2進行生產(chǎn)損耗及事件的分析；○3了解實際進度并進行計劃的對比。

設(shè)備的利用方面，Intrack能夠檢測和獲取停機事件，查看設(shè)備事件，監(jiān)控和記錄設(shè)備狀態(tài)，自動或手動分配原因代碼，根據(jù)要求預(yù)置利用率分析。

Intrack可為設(shè)備/生產(chǎn)線計算 OEE(overall equipment effectives)，觸發(fā)事件和顯示，分析事件頻率和持續(xù)時間。實時地為操作員提供關(guān)于訂單進度的清晰指示，計算OEE其它關(guān)鍵參數(shù)的同時，能夠評測預(yù)期的完成日期與時間。工廠時間分配如圖3所示，利用此模型可以方便地設(shè)計工廠設(shè)備績效指標。

圖3 工廠時間分配圖

設(shè)備實時運行績效參數(shù)計算公式如下：

6 MES系統(tǒng)實施過程規(guī)劃

為大型企業(yè)實施一個MES系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對實施過程也要進行精心設(shè)計規(guī)劃，保證項目能夠成功，可以用以下幾個步驟來設(shè)計與實施MES系統(tǒng)：

（1）、系統(tǒng)的需求分析。進行企業(yè)生產(chǎn)管理體系的現(xiàn)狀調(diào)查，包括組織機構(gòu)、企業(yè)生產(chǎn)運作過程（包括采購供應(yīng)過程、原輔料庫存管理過程、生產(chǎn)制造過程、成品管理過程及質(zhì)量管理過程等）的調(diào)查分析。

（2）、合理抽象過程。分析調(diào)研生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)管理需求并進行深入抽象分析。

（3）、確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)以數(shù)據(jù)訪問層和數(shù)據(jù)層為基礎(chǔ)，以包含系統(tǒng)控制組件和業(yè)務(wù)服務(wù)組件的服務(wù)組件層為核心，通過對平臺軟件組件調(diào)用及業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)組件的二次開發(fā)形成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

（4）、建立系統(tǒng)的功能模型。利用平臺參考本文涉及建立企業(yè)采購管理、庫存管理、生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)指令管理、質(zhì)量檢驗與質(zhì)量保證、成品管理等生產(chǎn)運作管理功能。

（5）、建立系統(tǒng)的信息模型。根據(jù)系統(tǒng)的功能需求確定相應(yīng)數(shù)據(jù)信息流向和描述內(nèi)容，采用數(shù)據(jù)庫設(shè)計工具，建立系統(tǒng)的信息模型。

（6）、設(shè)計本平臺內(nèi)部及與其他應(yīng)用系統(tǒng)的信息接口。要求系統(tǒng)具有較好的開發(fā)性，接口設(shè)計規(guī)范，自身封裝嚴密。

（7）、系統(tǒng)編程與調(diào)試。完成系統(tǒng)主要功能的開發(fā)，并進行相關(guān)功能的調(diào)試與測試。

（8）、系統(tǒng)實施與應(yīng)用效果評估。根據(jù)實際應(yīng)用情況，對應(yīng)用的效果進行評估，不斷完善應(yīng)用系統(tǒng)。

7 結(jié)語

根據(jù)實際設(shè)計實施MES的情況，采用Intrack可使系統(tǒng)開發(fā)人員將精力集中于生產(chǎn)模型的抽象和建立上，明顯簡化數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，降低客戶端開發(fā)工作量，使用本文理念為某知名制造企業(yè)設(shè)計實施的MES系統(tǒng)獲得了客戶及業(yè)界廣泛好評。

[1] MESA International, “MES Explained: A High Level Vision”White Paper6 (Pittsburgh: Manufacturing Execution Systems Assoc., 1997)

[2] 饒運清.MES-面向制造車間的實時信息系統(tǒng)[J].信息技術(shù),2002,02

[3] Wonderware, Intrack 7.1 Developer Guide

[4] MESA International, “MES Functionalities & MRP to MES Data Flow Possibilities,” White Paper2 (Pittsburgh:Manufacturing Execution Systems Assoc., 1997)

[5] 王俊彪等.制造企業(yè)復(fù)雜信息對象編碼結(jié)構(gòu)模型[J].現(xiàn)代制造工程,2007,07