（桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院，桂林 541004）

電子地圖已經(jīng)在導(dǎo)航、信息系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了發(fā)展和廣泛應(yīng)用，它能夠直觀地為用戶呈現(xiàn)出大量的有用信息，因此用戶通過(guò)電子地圖可方便地與系統(tǒng)進(jìn)行交互[1]。隨著企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)規(guī)模等變化，企業(yè)信息系統(tǒng)需要同步發(fā)生相應(yīng)的變化。為了能夠快速適應(yīng)這種變化，可完全基于電子地圖完成系統(tǒng)配置架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)組態(tài)配置功能。通過(guò)提供恰當(dāng)?shù)倪壿嫹桨竵?lái)建立地圖空間數(shù)據(jù)庫(kù)，為物流配送、產(chǎn)品跟蹤、工位管理等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)中的電子地圖數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化采集提供信息點(diǎn)[2-3]。本文率先將電子地圖引入到MES中，通過(guò)建立電子地圖的組態(tài)結(jié)構(gòu)，研究MES的功能模型和數(shù)據(jù)模型，從軟件結(jié)構(gòu)上增強(qiáng)了MES的管理和配置功能。

1 企業(yè)電子地圖架構(gòu)

企業(yè)電子地圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)MES系統(tǒng)功能的導(dǎo)航，用戶可以更直觀地對(duì)車(chē)間進(jìn)行管理。利用OLE（object linking and embedding）和 ActiveX 技術(shù)生成OCX（OLE control eXtension）打包應(yīng)用到MES中，從而實(shí)現(xiàn)軟件組態(tài)功能，提供可配置基本設(shè)置。基于企業(yè)電子地圖的MES架構(gòu)如圖1所示。將車(chē)間中的實(shí)體對(duì)象（PLC或計(jì)算機(jī)）映射到電子地圖中通過(guò)OCX打包后可以被MES系統(tǒng)調(diào)用，實(shí)體對(duì)象經(jīng)過(guò)采樣點(diǎn)采樣后形成相應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)也傳輸?shù)組ES系統(tǒng)中。根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的特點(diǎn)，在電子地圖中建立點(diǎn)、線、矩形、橢圓、三角等多種圖形元素，借助豐富的地圖符號(hào)、文本類(lèi)型、線型、填充模式和顏色等增強(qiáng)表現(xiàn)[4]。

圖1 基于企業(yè)電子地圖的MES架構(gòu)Fig.1 Architecture of MES based on enterprise electronic map

2 企業(yè)電子地圖設(shè)計(jì)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

ActiveX技術(shù)允許使用者開(kāi)發(fā)出更加靈活和可靠的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件。利用ActiveX開(kāi)發(fā)出的電子地圖軟件可以脫離具體編程語(yǔ)言的束縛，使用多媒體的效果和交互性的對(duì)象提高電子地圖軟件的交互能力。

OLE采用面向?qū)ο蟮姆绞?，使開(kāi)發(fā)者能夠開(kāi)發(fā)出可以重復(fù)使用的軟件組件。它定義了軟件間彼此連接的機(jī)制，使得已開(kāi)發(fā)出的程序可以作為另一軟件的對(duì)象來(lái)“連接”，該技術(shù)可以極大地縮短開(kāi)發(fā)的時(shí)間。在企業(yè)電子地圖開(kāi)發(fā)中采用OLE技術(shù)可以方便地將電子地圖軟件與已有的MES軟件相連接，從而提高企業(yè)電子地圖軟件與MES軟件之間的組態(tài)能力。

2.2 實(shí)現(xiàn)流程

企業(yè)電子地圖用于描述企業(yè)的詳細(xì)布局，因此，需要通過(guò)分析企業(yè)中相關(guān)工藝特點(diǎn)建立電子地圖。企業(yè)電子地圖中存在空間數(shù)據(jù)和對(duì)象屬性數(shù)據(jù)，其中空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的核心，屬性數(shù)據(jù)依附于空間數(shù)據(jù)而存在?？臻g數(shù)據(jù)是以記錄坐標(biāo)的形式，通過(guò)矢量數(shù)據(jù)模型描述空間位置；屬性數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)記錄空間數(shù)據(jù)的描述性信息，與實(shí)體空間位置無(wú)關(guān)[5]。通過(guò)基本元素，建立圖元，完成圖層，再進(jìn)行矢量化，最后生成電子地圖。生成企業(yè)電子地圖流程如圖2所示。

圖2 電子地圖實(shí)現(xiàn)流程Fig.2 Realization flow chart of enterprise electronic map

生產(chǎn)車(chē)間的各種資源和狀態(tài)參量具有可變性，使得車(chē)間的建模研究極其復(fù)雜，單純依靠標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)很難完成建模。電子地圖建模階段，用戶不需要編碼，也不需要專(zhuān)門(mén)進(jìn)行動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)，直接拖拉已有的圖元便可完成。模型的參數(shù)包括設(shè)備、數(shù)量、位置、物流和工藝路徑、運(yùn)行邏輯等都可以在一個(gè)界面友好的環(huán)境中輸入，且建模后修改也十分方便[6]。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

企業(yè)電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的關(guān)系如圖3所示。其中Page是頁(yè)面表，Primitive是圖元表，Container是容器表，ShapeTypeKind是圖形種類(lèi)分類(lèi)表，Shape是圖形表，ShapeType是圖形種類(lèi)表，ShapeTypeProperty是圖形種類(lèi)屬性表，Primitive-Property是圖元屬性表。圖元（Entity）是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體的抽象，可以代表如服務(wù)器、主控制器、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，也可以代表產(chǎn)品存放區(qū)、產(chǎn)品生產(chǎn)緩沖區(qū)等存儲(chǔ)場(chǎng)地。圖形是圖元的外在表現(xiàn)，例如倉(cāng)庫(kù)可以用一個(gè)矩形表述，拖車(chē)可以用一個(gè)小汽車(chē)的圖片表述。為了更加方便地對(duì)電子地圖進(jìn)行編輯和瀏覽，對(duì)圖形進(jìn)行了分類(lèi)，建立了圖形種類(lèi)表。頁(yè)面表和圖元表的關(guān)系主要體現(xiàn)在所屬關(guān)系上，圖元可能是某個(gè)頁(yè)面的圖元。為了容納圖形，建立了容器表。企業(yè)電子地圖的實(shí)際操作中表功能的直觀體現(xiàn)如圖4所示。

圖3 電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系圖Fig.3 Database diagram of enterprise electronic map

圖4 電子地圖編輯界面Fig.4 Edit interface of enterprise electronic map

2.4 電子地圖的功能

企業(yè)電子地圖主要實(shí)現(xiàn)3個(gè)方面的功能：

地圖編輯建立電子地圖編輯器，實(shí)現(xiàn)電子地圖空間信息的獲取、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、處理、識(shí)別、分析和圖形輸出。電子地圖編輯負(fù)責(zé)圖元的管理和地圖的繪制，地圖編輯界面如圖4所示，由基本圖元界面（左）、電子地圖窗口（中）、圖元屬性窗口（右上）和地圖導(dǎo)航窗口（右下）4部分組成。地圖編輯方式與Microsoft Visio類(lèi)似，只需拖入需要的圖元到電子地圖窗口繪制成所需要的電子地圖即可。地圖可縮放，可設(shè)置顯示比例、地圖大小、名稱(chēng)，可分級(jí)進(jìn)入不同層級(jí)（頁(yè)面）。雙擊廠房圖元可以進(jìn)入廠房?jī)?nèi)部頁(yè)面，雙擊車(chē)間圖元可進(jìn)入車(chē)間內(nèi)部頁(yè)面。對(duì)于同一個(gè)層級(jí)，可分樓層顯示不同頁(yè)面，如車(chē)間一樓對(duì)應(yīng)一個(gè)頁(yè)面，二樓對(duì)應(yīng)一個(gè)頁(yè)面。對(duì)于分級(jí)頁(yè)面，若要保持原來(lái)圖元的比例，可將地圖數(shù)據(jù)以矢量格式保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，并從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取并顯示，還可分級(jí)加載，以加快加載速度。指定地圖頁(yè)面可導(dǎo)出為常用圖片格式，多人繪制不同的地圖，可以合并。

地圖瀏覽建立電子地圖瀏覽器，實(shí)現(xiàn)圖元屬性設(shè)置，提供物理信息邏輯采樣點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)跟物理配置相一致的地圖邏輯設(shè)置。電子地圖編輯階段完成后，可通過(guò)系統(tǒng)提供的地圖瀏覽模塊查看編輯好的地圖。通過(guò)電子地圖瀏覽，用戶可對(duì)代表實(shí)體的圖元進(jìn)行屬性設(shè)置，使之與實(shí)體的特性相對(duì)應(yīng)，如工位編號(hào)、工位名稱(chēng)、工位所屬生產(chǎn)線、是否排序工位等。

圖元配置建立好的電子地圖能夠?qū)崿F(xiàn)圖元操作功能，可以直接放置已有圖元，也可編輯圖元和設(shè)置圖元屬性，畫(huà)連接線，通過(guò)箭頭走向表示產(chǎn)品工藝流程，還可在地圖上用帶箭頭連線，描述業(yè)務(wù)流程圖和生產(chǎn)流程圖。

3 企業(yè)電子地圖在MES中的應(yīng)用

3.1 MES功能簡(jiǎn)介

圖5 MES核心功能Fig.5 Core function of MES

MES能通過(guò)信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理[7]。其核心功能如圖5所示。生產(chǎn)線根據(jù)作業(yè)計(jì)劃指導(dǎo)相應(yīng)的生產(chǎn)作業(yè)流程。產(chǎn)品登錄完成產(chǎn)品的登陸點(diǎn)監(jiān)測(cè)。在產(chǎn)品的加工過(guò)程中，物料索取為各個(gè)工位提供相應(yīng)加工物料，暗燈系統(tǒng)負(fù)責(zé)生產(chǎn)線暗燈管理，工位管理系統(tǒng)對(duì)各個(gè)工位工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。生產(chǎn)加工完成后，經(jīng)過(guò)產(chǎn)品下線采樣點(diǎn)后進(jìn)行質(zhì)量的檢驗(yàn)確認(rèn)，確認(rèn)合格的產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品入庫(kù)操作[8]。

3.2 電子地圖在MES中的應(yīng)用

電子地圖在暗燈系統(tǒng)、產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量確認(rèn)和作業(yè)計(jì)劃管理等MES模塊中都有著及其廣泛的應(yīng)用。只要將實(shí)體對(duì)象中抽象出的屬性配置在地圖對(duì)應(yīng)圖元中即可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體對(duì)象的信息查看和管理。在工業(yè)暗燈系統(tǒng)中，暗燈服務(wù)器包含了空間位置、IP地址、名稱(chēng)、所屬生產(chǎn)線等屬性。用戶可根據(jù)實(shí)際需求對(duì)電子地圖中的暗燈服務(wù)器圖元進(jìn)行上述屬性設(shè)置。設(shè)置完成后，暗燈服務(wù)器便可與對(duì)應(yīng)生產(chǎn)線建立綁定關(guān)系進(jìn)行暗燈管理功能。產(chǎn)品跟蹤能夠?qū)Ξa(chǎn)品加工的過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，電子地圖的直觀表現(xiàn)方式方便了跟蹤的過(guò)程。進(jìn)行產(chǎn)品跟蹤時(shí)，需先按照需求對(duì)地圖上各個(gè)跟蹤點(diǎn)進(jìn)行屬性設(shè)置，如可以掃描的條形碼、生產(chǎn)班次、名稱(chēng)等。待全部跟蹤點(diǎn)設(shè)置完成后，即在電子地圖中對(duì)選定工件的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤查看，相比以往的文字查看方式更加直觀和易于理解。

此外，電子地圖也可方便地與MES中的各個(gè)信息模塊相對(duì)接，簡(jiǎn)化了對(duì)應(yīng)信息系統(tǒng)的管理過(guò)程。以MES的存儲(chǔ)管理系統(tǒng)為例，存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中的緩沖區(qū)屬性包括存儲(chǔ)區(qū)面積、存儲(chǔ)容量、存放周期等。在電子地圖中繪制緩沖區(qū)，并為其定義相應(yīng)的屬性信息后，即可在存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中自動(dòng)生成相應(yīng)的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，省去了在電子地圖中繪制緩沖區(qū)后需再次在存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中添加緩沖區(qū)的過(guò)程。

圖6為某工廠車(chē)間的緩沖區(qū)與存儲(chǔ)管理系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)圖。圖中電子地圖界面中的 1、2、3、4四個(gè)“×”型區(qū)域?yàn)槔L制的四個(gè)存儲(chǔ)緩沖區(qū)，分別與存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中的涂裝下線緩沖區(qū)、焊裝上線緩沖區(qū)、儲(chǔ)運(yùn)部商品車(chē)庫(kù)和總裝下線緩沖區(qū)模塊相對(duì)應(yīng)。從圖中可以看出，緩沖區(qū)的面積及位置等具體信息在電子地圖上得到了直觀地顯示，方便了緩沖區(qū)的管理。在總裝下線緩沖區(qū)上點(diǎn)擊右鍵即可查看和配置該緩沖區(qū)的屬性，如圖7所示。

圖6 存儲(chǔ)管理系統(tǒng)與電子地圖關(guān)聯(lián)Fig.6 Relationship between electronic map and storage management system

圖7 緩沖區(qū)屬性設(shè)置Fig.7 Settings of buffer property

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的電子地圖軟件界面友好、操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)，對(duì)整個(gè)MES具備良好的導(dǎo)航和管理功能，能夠滿足企業(yè)敏捷制造的需求。在桂林燕京漓泉、英格索蘭和重慶東風(fēng)小康等企業(yè)MES實(shí)施過(guò)程中均取得了較好的效果，獲得用戶的好評(píng)。

但是，目前該軟件依然存在著運(yùn)行速率慢的缺點(diǎn)，因而提高軟件的運(yùn)行效率將是下一階段研究工作的重點(diǎn)。

[1]徐曉華.基于Silverlight的電子地圖的研究與設(shè)計(jì)[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2009.

[2]張昌林.零售商品配送系統(tǒng)中電子地圖的實(shí)現(xiàn)[C]∥廣西計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)2013年學(xué)術(shù)年會(huì)，2013.

[3]王變利，袁占良，郭敏.GIS在物流配送系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2010，8（1）：102-104.

[4]曾峰.基于GIS的三維數(shù)字校園系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2013.

[5]陳能坦.淺談網(wǎng)絡(luò)電子地圖的發(fā)展前景[J].測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化，2009，25（2）：26-28.

[6]余麗華，周華.Silverlight技術(shù)在防汛指揮綜合信息平臺(tái)中的應(yīng)用[J].中國(guó)防汛抗旱，2013，23（6）：53-55.

[7]黃學(xué)文.制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的研究與應(yīng)用[D].大連：大連理工大學(xué)，2003.

[8]Djamila O，Sanja P.A survey of dynamic scheduling in manufacturing systems[J].Intelligent Systems Design and Applications，2009，12（8）：417-431.