楊開偉,童一飛

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,江蘇 南京 210094)

制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)可使車間上層計(jì)劃管理系統(tǒng)和底層控制系統(tǒng)之間的信息孤島有效聯(lián)系起來,從而彌補(bǔ)計(jì)劃層和控制層之間的空隙,保證信息流在企業(yè)中的連續(xù)性[1]。它通過控制包括物料、設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有工廠資源來提高制造競(jìng)爭力,提供一種系統(tǒng)的在統(tǒng)一平臺(tái)上集成諸如質(zhì)量控制、文檔管理、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式,從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)實(shí)時(shí)化的ERP/MES/SFC系統(tǒng)[2]。

自國內(nèi)引入MES以來,專家學(xué)者對(duì)其不斷研究,已經(jīng)取得了一定的成果,在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用也較為廣泛。夏家俊等[3]采用基于JAVA語言的SSM架構(gòu)并結(jié)合精益造船思想,開發(fā)了一款適用于小型船舶制造企業(yè)的MES。方喜峰等[4]針對(duì)鈑金加工單元上層信息系統(tǒng)與下層設(shè)備之間數(shù)據(jù)交互困難的現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)開發(fā)了一套鈑金加工MES。總體而言,國內(nèi)對(duì)MES的研究和應(yīng)用已較為深入,但仍有一些企業(yè)還未實(shí)施MES,因此需要相關(guān)專家學(xué)者和企業(yè)管理者積極推行MES的應(yīng)用,以此來推動(dòng)兩化深入融合和制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

目前,企業(yè)TX產(chǎn)線存在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度與操作以人工為主、信息化程度偏低等問題,本文根據(jù)企業(yè)需求,基于C/S架構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)了一套MES來改善當(dāng)前狀況。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 功能需求分析

通過對(duì)TX產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)地調(diào)研,根據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀,提出TX產(chǎn)線MES的9個(gè)功能需求。

1)計(jì)劃管理:將客戶訂單導(dǎo)入到系統(tǒng)中,對(duì)訂單進(jìn)行組卷、計(jì)劃排產(chǎn)和任務(wù)分流后,訂單就被劃分成多個(gè)加工任務(wù)下發(fā)到生產(chǎn)部門。當(dāng)訂單完成交付后,可改變訂單狀態(tài)并將其歸檔。

2)工藝管理:對(duì)產(chǎn)品的物料清單(BOM)表、工藝路線和圖紙等進(jìn)行制定和審核,提供相關(guān)技術(shù)文檔的查詢功能。

3)車間調(diào)度管理:將加工任務(wù)下派給班組長,并負(fù)責(zé)生產(chǎn)所需物料的領(lǐng)料單制定。加工者可以進(jìn)行開工、完工上報(bào),外包公司可以進(jìn)行檢驗(yàn)申請(qǐng)。同時(shí),還提供了加工進(jìn)度的詳細(xì)查詢功能。

4)質(zhì)量管理:負(fù)責(zé)記錄在制品過程檢驗(yàn)、外包檢驗(yàn)和產(chǎn)品最終檢驗(yàn)的詳細(xì)信息,并按檢驗(yàn)結(jié)果及時(shí)進(jìn)行處理,記錄處理信息。同時(shí),可以統(tǒng)計(jì)相關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)和匯總質(zhì)量問題。

5)庫存管理:對(duì)原材料、零件、部件和產(chǎn)品的出入庫進(jìn)行管理,記錄其相關(guān)庫存信息。提供零部件齊套查詢、齊套轉(zhuǎn)庫功能,在領(lǐng)料人員進(jìn)行領(lǐng)料時(shí),將齊套物料送至相應(yīng)工位。

6)產(chǎn)品追蹤管理[5]:在產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí),

對(duì)產(chǎn)品加工過程和檢驗(yàn)過程進(jìn)行追溯,尋找質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因。

7)人力資源管理:對(duì)員工基礎(chǔ)信息、出勤信息和工作效率信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和統(tǒng)計(jì)分析。

8)設(shè)備維護(hù)管理:對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)信息、工裝工具信息和設(shè)備維護(hù)信息進(jìn)行記錄。在實(shí)時(shí)采集設(shè)備加工數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)設(shè)備綜合效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

9)系統(tǒng)管理:對(duì)系統(tǒng)用戶的賬號(hào)、密碼和權(quán)限等內(nèi)容進(jìn)行管理,并記錄系統(tǒng)的更新內(nèi)容、更新日期等信息。

1.2 性能需求分析

根據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀,提出對(duì)TX產(chǎn)線MES的7個(gè)性能需求,具體如下:

1)系統(tǒng)安全性。系統(tǒng)應(yīng)具有高度的安全性,不僅要嚴(yán)格地保護(hù)、備份產(chǎn)品數(shù)據(jù),而且還要具備防范網(wǎng)絡(luò)攻擊、惡意軟件等安全威脅的能力,以此保護(hù)企業(yè)的核心技術(shù),維護(hù)企業(yè)的行業(yè)地位和競(jìng)爭力。

2)系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)能長時(shí)間穩(wěn)定地運(yùn)行,不能頻繁地出現(xiàn)卡頓、閃退等問題,以確保企業(yè)能夠順利地完成各項(xiàng)工作任務(wù),提高工作效率和效益。

3)系統(tǒng)快速性。系統(tǒng)能流暢、迅速地執(zhí)行使用者的操作,并快速地對(duì)數(shù)據(jù)或資料進(jìn)行讀取、存儲(chǔ)或計(jì)算后,及時(shí)地進(jìn)行響應(yīng)和反饋。

4)系統(tǒng)易操作性。系統(tǒng)功能界面簡潔大方,操作簡單易懂,能為用戶帶來良好的使用體驗(yàn)并提高工作效率。

5)系統(tǒng)可集成性。系統(tǒng)能與企業(yè)中其他管理系統(tǒng)進(jìn)行集成和兼容,不同系統(tǒng)間的接口要規(guī)范且統(tǒng)一,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間信息的閉環(huán)控制,提升企業(yè)工作效率。

6)系統(tǒng)可維護(hù)性。系統(tǒng)說明文檔齊全,由企業(yè)員工即可修復(fù)軟件中的漏洞和錯(cuò)誤,對(duì)軟件進(jìn)行定期的維護(hù)和升級(jí)。

7)系統(tǒng)二次開發(fā)性。系統(tǒng)能進(jìn)行二次開發(fā),滿足企業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)大和規(guī)模提升后的需求,適應(yīng)企業(yè)發(fā)展。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

MES的總體框架分為設(shè)備支撐層、數(shù)據(jù)采集層、資源信息層、數(shù)據(jù)交互層、業(yè)務(wù)層和展示層,如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)企業(yè)需求,本文設(shè)計(jì)了TX產(chǎn)線MES的9個(gè)功能模塊,分別為計(jì)劃管理、工藝管理、車間調(diào)度管理、質(zhì)量管理、庫存管理、產(chǎn)品追蹤管理、人力資源管理、設(shè)備維護(hù)管理和系統(tǒng)管理模塊,如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能

2.3 系統(tǒng)總體邏輯設(shè)計(jì)

TX產(chǎn)線MES的總體邏輯如圖3所示,導(dǎo)入訂單后依次進(jìn)行計(jì)劃管理、車間調(diào)度管理、質(zhì)量管理和庫存管理,形成生產(chǎn)的閉環(huán)控制。工藝管理、人力資源管理、設(shè)備維護(hù)管理和產(chǎn)品追蹤管理在此過程中起輔助作用。

圖3 系統(tǒng)總體邏輯

2.4 系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

TX產(chǎn)線MES主要與企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(CAPP)系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)有數(shù)據(jù)交互。為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間信息的閉環(huán)控制[6],設(shè)計(jì)MES與上述系統(tǒng)之間的接口如下:

1)MES與ERP系統(tǒng)的接口?；谄髽I(yè)服務(wù)總線(ESB)數(shù)據(jù)總線技術(shù)[7-8]和Web Server技術(shù)[9],設(shè)計(jì)出MES與ERP的集成框架如圖4所示。主要進(jìn)行生產(chǎn)訂單信息、訂單變更信息、庫存信息和完工入庫信息的交互,其接口邏輯如圖5所示。

圖4 MES與ERP集成框架

圖5 MES與ERP接口邏輯

2)MES與CAPP系統(tǒng)的接口?；谥虚g表技術(shù),設(shè)計(jì)出MES與CAPP系統(tǒng)的集成框架如圖6所示。主要進(jìn)行工藝路線信息、工藝變更信息、工藝卡片信息的交互,其接口邏輯如圖7所示。

圖6 MES與CAPP集成框架

圖7 MES與CAPP接口邏輯

3)MES與PDM系統(tǒng)的接口。MES與PDM系統(tǒng)的集成框架如圖8所示, PDM系統(tǒng)提供查看圖紙的工具,MES調(diào)用該工具即可查看圖紙信息。

圖8 MES與PDM集成框架

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

考慮到企業(yè)對(duì)于系統(tǒng)的安全性和響應(yīng)速度要求很高,本文選擇C/S架構(gòu),并利用SQL Server2008數(shù)據(jù)庫[10]和Python 3.7[11]來進(jìn)行TX產(chǎn)線MES的開發(fā)。下面對(duì)系統(tǒng)中的一些功能模塊進(jìn)行簡要介紹。

系統(tǒng)的主界面主要包括菜單欄、功能導(dǎo)航欄和功能區(qū),如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)主界面

訂單管理功能界面主要包括訂單信息輸入框、相關(guān)功能按鈕和顯示框,如圖10所示,用戶可在此輸入訂單信息。

圖10 訂單管理功能界面

組卷管理功能界面主要分成上、下兩部分,上面為訂單結(jié)構(gòu)查詢,下面為組卷信息輸入,如圖11所示。用戶進(jìn)行訂單的組卷前,首先要進(jìn)行訂單產(chǎn)品結(jié)構(gòu)查詢,然后根據(jù)查詢結(jié)果來進(jìn)行訂單的組卷,將訂單劃分成多個(gè)加工批次。

圖11 組卷管理功能界面

工藝審核功能界面也分為上、下兩部分,上面為已排產(chǎn)產(chǎn)品工序查詢,下面為工藝審核信息輸入,如圖12所示。用戶在進(jìn)行工藝審核前,首先要進(jìn)行工序查詢,然后才進(jìn)行審核。

圖12 工藝審核功能界面

4 結(jié)束語

本文基于C/S架構(gòu),設(shè)計(jì)開發(fā)了TX產(chǎn)線的MES。該系統(tǒng)為解決企業(yè)當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度與操作以人工為主、信息化程度偏低等問題提供了一個(gè)有效的解決方案,能為相關(guān)行業(yè)從業(yè)人員帶來一定的參考價(jià)值。