基于MES组态电镀车间管理系统设计

杜 斌，王 殿

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

随着电镀市场竞争的日益激烈，生产工艺流程越来越复杂，以及电镀产品呈现出小批量多品种的态势，这就需要电镀企业在生产设备、车间管理、信息技术等方面达到更高层次的自动化、智能化。但就我国电镀生产企业现状来看，在电镀生产自动化方面，主要采用PLC 或PC 机控制，也存在着自动化功能单一，没有充分利用工业控制PLC 技术、计算机网络技术、设备通讯技术等；而在电镀车间数字化控制方面也仅仅局限于对工艺工序设置存储和对生产工艺数据的监控、采集、存储、浏览层次，并不能够满足对生产质量、生产管理要求较高企业的需求。因此，企业的上层管理系统（MEP/ERP）由于缺乏生产数据的实时采集和现场作业的实时监控，难以紧密联系车间环境，和车间的生产控制系统之间的矛盾日益突出，因此，MEP/ERP 无法有效的指导车间生产作业。

据此，美国的IT 咨询公司AMR 首次提出制造执行系统(MES)的概念，它是企业中面向车间的生产管理技术，利用实时准确的数据指导、响应并及时反馈给车间发生的各项活动，对车间变化条件做出快速反应，努力减少非增值活动，以最终达到高效的车间生产为目标。该系统可以提高库存周转期，增加毛利率，提高资金的使用效益，操作设备的回报，做到准时交付；而且MES 系统通过对信息层和物理层双向的通信，实现了在生产活动中的信息监视一体化，它对生产方式、管理方式，组织结构有重要影响。

本文依据企业的实际生产需求，从电镀行业生产特点出发，研发出一套在电镀企业能够实际应用的电镀车间生产管理系统（Electroplating Product Workshop Management System，EPM），该系统通过采用网络技术、先进制造技术、车间现场总线技术和PLC 控制技术等相关技术，实现电镀生产过程的自动化管理和自动化控制。

1 系统总体设计

EPM 系统通过接口实现对电镀过程中采集信息的集中处理，对电镀处理过程进行计划与调度，对物料与车间工装设备等资源进行跟踪管理，并对生产制造过程中的计划进度、物流、资源进行状态跟踪，实现电镀车间生产过程的信息化、数字化、网络化、集成化。

1.1 系统总体框架

根据现有电镀生产管理的特点和存在的实际问题，通过对EPM 功能进行分析，提出了系统的三层结构，即企业资源计划（ERP）、电镀车间生产管理系统（EPM）、过程控制系统（PCS）。其中，ERP 系统主要进行生产决策和生产计划，以及生产工艺的编制和优化。EPM 主要负责电镀车间作业计划的制定、镀液管理、工艺管理、生产加工，并且负责生产进度监控、生产参数监控、统计车间物料使用信息和加工成品的质检信息。PCS 系统负责电镀生产加工的过程控制，采集生产加工数据，并对加工过程中的异常进行初步处理。

ERP 系统和EPM 系统之间通过车间局域网实现数据传输，EPM 系统和PCS 系统通过车间现场总线实现数据传输。生产管理系统结构体系如图1所示。

图1 EPM 系统总体框架图

1.2 系统数据共享及网络部署设计

EPM 系统是基于服务器计算机系统，该系统是整个车间管理系统所有功能和报告的核心部件，服务器计算机依靠以太网和欧姆龙PLC、操作终端进行通讯。主系统将会装备一台打印机，放置于控制室，它将通过以太网连接到主系统。车间内生产线上各个槽位分布控制器通过以太网与主计算机连接。

由于EPM 系统采用Microsoft SQL Server 2005 数据库，数据库中数据的共享是通过系统授权管理实现的。电镀生产车间管理系统（EPM）的网络架构图如图2所示。

图2 EPM 系统网络部署图

1.3 系统可扩展性设计

EPM 系统具有在横向与纵向的扩展能力，该系统在不影响到现有模块运行的基础上添加或删除功能模块，使其具有平滑扩展的能力，而且各个模块既可以进行分布式运行，也可以进行集中式运行；在系统软件中也具有可伸缩性、灵活性；在系统通讯方面提供了统一标准接口，从而实现对接口的统一管理。

2 电镀车间生产管理系统硬件结构设计

2.1 电镀车间管理系统架构

图3所示为电镀车间系统架构。

2.2 电镀车间管理系统逻辑架构

电镀车间的管理与控制由三个层次的控制结构组成，如图4所示。各个控制结构之间，分工明确，各具不同功能，但又互相联系，在网络和数据库系统支持下，实现EPM 的功能。

（1）生产管理层：主要完成生产任务的接受与协调、电镀处理计划的编制与任务进度跟踪查询等；

（2）制造计划层：主要完成生产计划的编制、关键工序节点计划的编制、生产进度的控制与跟踪、生产作业与装配作业计划的编制、物料的配套、零件的加工与装配；

（3）计划执行层：主要完成生产派工、生产现场的管理、零部件处理信息和完工信息的采集、在制品跟踪、质量检测等。

2.3 电镀车间管理系统功能结构

通过对EPM 系统功能需求进行分析，其主要表现在实现电镀车间安全高效生产的基础上对生产流程进行优化，实时控制和管理从生产计划下达到电镀生产车间到生产计划加工完成的全过程，实现电镀生产过程的合理调控，从而提高产品质量，降低生产成本，完成生产计划。车间生产管理系统实现的功能如图5所示。

图3 EPM 系统架构图

图4 EPM 系统逻辑架构图

3 电镀车间生产管理系统软件结构设计

3.1 软件总体结构

图6所示为软件系统的结构。

3.2 软件系统模式

C/S（Client/Server）系统模式，也称为局域PC机与局域网络应用服务器之间相互融合的系统模式。该系统程序可以通过系统模式体系结构中的两端硬件环境优势，将对应的任务在局域客户PC机与局域网络应用服务器之间进行合理的分配，从而实现软件系统中各个模块的功能，同时降低了软件系统的内存开销。

图5 EPM 系统功能结构图

图6 EPM 系统软件结构图

B/S（Browser/Server）系统模式，也称为网络浏览器Web 与网络应用服务器之间相融合的系统模式。通过对现有的C/S 系统模式中各个模块的改进而产生的一种新型的网络系统模式。

通过上述对B/S 和C/S 系统模式的认识、理解，可以采用在同一网络环境之下把C/S 模式和B/S 模式进行最大程度地融合，做到任何一个数据变化都能够使在B/S 和C/S 系统模式下所有客户端数据的同步调整。其根本方法是把这两种模式连接到同一数据库中，再以数据联动的方式实现两种模式下的数据同步。EPM 系统混合模式结构图如图7所示。

3.3 软件系统运行流程

通过对EPM 系统流程的运作模式进行分析、理解，发现目前电镀车间管理中流程环节中的一些问题，并对这些问题进行了研究、分析，提出了相应的解决方案。通过对解决方案的研究、讨论，可以得到在EPM 系统中的运行流程图，见图8所示。

3.4 软件系统各功能模块

图7 EPM 系统混合模式结构图

EPM 系统能实现多种控制和监控功能，包括电流监控、温度监控、综合查询、报表打印、物件序号与工艺配方的跟踪功能等。

3.4.1 系统与用户管理功能

在登陆界面中，用户凭借用户名和密码登录EPM 系统。系统设有多级操作权限控制，通过权限控制来实现系统的访问控制和信息共享，提高系统与数据的安全性；对使用本系统的用户角色及其所具有的权限可以进行定义、修改、查询、删除等功能；对用户登录系统时的状态、登录系统后的操作进行实时录入，目的是增强对系统进行问题追溯的能力。

图8 EPM 系统运行流程图

3.4.2 生产计划编制管理功能

生产计划编制管理功能是生产计划员录入每天安排的电镀任务、电镀工件序号、数量、次数、铜管的基本属性等方面的信息。同时，在录入电镀工件基本信息后，系统将会自动生成一个条形码，该条形码是唯一与工件进行匹配的。车间电子看板通过读取生产现场的实际生产状况和计划等重要信息以电子看板方式简洁明了、动态方式显示在大屏幕和电脑上。

3.4.3 物料基础数据管理功能

物料基础数据管理功能是完成对电镀工件基础数据信息的管理，对生产过程中所涉及到电镀工件的基本属性数据（包括工件的序号（主字段）、条形码、通关上下口尺寸、弧度、R 角大小、长度等）进行定义、修改、维护与查询。电镀工件的基本信息首先应导入到MES 系统中，然后由生产计划管理人员根据实际生产需要添加一些计划编制与管理所需的分类、规则等方面的信息。

3.4.4 工艺技术参数设定管理功能

工艺技术参数管理：在计划员下达生产任务的同时，技术工艺人员必须对该电镀工件在各个槽内的工艺参数进行设定，包括：反解电流密度和时间、电镀电流密度和电镀时间、整流器给电方式、温度控制以及相关外设等。

3.4.5 工艺技术外设管理功能

温度设置界面：单击导航按钮“温度设置”，进入温度监控界面。实时显示整条生产线中各个工位槽内温度当前值。可设置修改各工艺槽的温度报警高限、低限。通过控件可显示各工艺槽的温度历史曲线。

整流器控制界面：可对各整流器进行监控。可查看或复位各工艺槽的安时累计值、电流密度、给电方式等。通过控件可查询各整流器的电流电压输出曲线。

4 结 论

本文通过对该电镀车间管理系统（EPM）的硬件模块和软件模块的设计，实现了基于MES 组态的电镀车间管理系统的研发，并将该系统运行到实际生产测试中。该EPM 系统在实际电镀生产控制中运行良好，能够稳定的进行数据采集、控制和传输，并达到理想的采样精度。经多条大中型电镀、磷化自动化生产线的实际应用，运行可靠，提高了生产效率，降低了工人的劳动强度，并且提高了产品质量。该系统可广泛应用于需进行电镀车间管理系统及工业底层监控网络的设计中，有比较好的发展前景。

[1]张胜涛著.电镀工艺及其应用[M].北京：中国纺织出版社，2009.

[2]赵迎春.基于PLC 的自动化电镀生产线控制系统[J].中国高新技术企业，2009(9)：10.

[3]刘轶斐.基于MES 的炼铁厂生产管理系统应用研究[D].大连理工大学硕士学位论文，2005.