基于MES的车间数据管理统一平台的应用研究

2017-11-30刘青钟山职业技术学院

数码世界 2017年11期

刘青钟山职业技术学院

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信息化和数字化的发展推动了MES在生产制造业中的应用，优良的制造执行系统必然需要一个实时高效、统一开放的数据信息系统为支撑，本文构建了基于MES的车间数据管理统一平台，并分析了系统的体系结构、功能模型及开发关键技术，该系统实时高效、可集成性高、可维护性好。

MES 数据平台生产制造

1 引言

经济全球化的发展，导致我国制造业所面对的国内外竞争越加激烈，要想在残酷的竞争中拥有一席之地，只有努力创新、增强核心竞争力；利用现代信息技术科学管理、提高生产效率。随着数字化、信息化在制造业中的推广，人们提出了制造执行系统（Manufacturing Execution System, MES）的概念，把企业资源管理和生产过程控制紧密地结合起来，既要生产出满足客户需求的高质量产品，又要有效地控制制造成本，帮助企业建立差异化竞争优势。因此，企业不仅要做到设备先进、工艺优良，还需要有一个强大的信息管理系统作为支撑，该系统能够及时采集生产过程中所有静动态数据，与数据库中的历史数据及标准数据进行比对、分析，把处理结果准确及时地反馈到计划制订、质量控制、工艺改进、生产管理等系统中，以实现对人、机、物、计划执行进度和质量控制等信息的有效监控和管理，实现制造过程的高效和规范。

2 制造执行系统MES的功能模型

在企业管理系统中，首先是“面向客户”的计划层ERP系统产生生产计划，然后由“面向车间生产控制”的执行层MES实时采集生产过程中产生的各类静动态数据，最后由计算机控制对生产过程进行有效的优化。MES的功能模型如下图1所示。

图1 制造执行系统的功能模型

3 基于MES的车间数据管理统一平台分析

3.1 制造业生产过程数据信息系统管理中存在的问题

信息化和数字化的发展推动了MES在生产制造业中的应用，但由于信息技术水平参差不齐，数据信息系统不能满足企业需求，充分发挥MES的作用，主要存在以下几个问题：

①信息时效性差，大部分制造车间的自动化水平不高，信息采集方法比较原始，当前生产过程中的数据大都来源于管理人员的记录统计和关键工位的岗位记录，滞后明显，无法给企业其他信息系统和管理人员提供实时准确的数据支持，影响企业的高效有序运行。

②信息集成性差，国内企业中使用的MES功能简单，与其他信息化系统集成困难，使得企业实施的多个信息系统各自独立工作，缺乏协调一致性。出现了数据冗余、统计口径不一致、模块重叠等问题，制约了企业数字化和信息化的发展。

③信息利用率低，底层数据采集规模不足，记录口径不同，数据特征不明显，缺少先验信息，数据可加工性差，无法形成有效性信息，二次利用率低。

④信息管理效率低，车间制造过程中的信息传递大多采用纸质记录单进行，技术部门编制好的工艺指导书也大多采用纸质文档下发到车间，效率较低，保管不便，不利于数据的快速查询和产品生产过程的追朔。

3.2 车间数据管理统一平台的体系结构

针对上述问题，为了更好地与企业其它信息系统有机集成，高效地发挥MES的作用，构建了面向车间级的数据管理统一平台，该系统采用浏览器/服务器(B/S)架构模式开发，由数据访问层、业务逻辑层和应用层三部分和数据库组成。

数据访问层：实时准确地采集车间在生产制造过程中产生的各种静动态原始数据，比如计划进度、物料消耗、设备状态、质量控制、开工率、产品更换次数等信息，分类存放于数据库中，在执行阶段访问数据库，读取相关信息进行分析处理。

业务逻辑层：对原始数据按照数据类型和来源进行分析、处理、建模，为生产调度、物料监控、计划编制、质量控制、工艺管理、设备保养、人员管理等不同功能模块和系统间的交互提供全面而准确的实时数据支持，做到基础信息数据共享，实现各个功能模块之间的有效集成，在企业内部形成高效统一的信息管理系统。

应用层：人机交互界面，包括普通用户界面、系统管理员界面、Web浏览器等。用户岗位不同则权限不同。各个制造车间设置电子看板、PC机等终端，用户可以通过IE等浏览器访问车间数据管理统一平台，实时地了解制造车间的生产信息。

3.3 车间数据管理统一平台的功能模块

根据车间数据信息的类型、来源与服务对象，结合制造执行系统的功能模型，构建的车间数据管理统一平台包含以下几个功能服务模块：

①生产调度：从当前计划情况、生产进度、物料人员状态等方面对制造过程各环节进行监控，合理分配生产资源。

②资源分配和状态管理：对车间的生产资料、设备运行状态等进行监控，跟踪分析生产资源的利用效率。

③人力资源管理：对生产过程中的操作、管理及技术人员进行监控，合理配置人力资源。

④工序详细调度：根据下发的生产任务、车间当前的物料准备、生产线设备的开工条件等合理制订工序级生产计划。

⑤现场数据采集：采用数字化检测传感技术，建立底层检测传感网络，实时采集现场人、机、物等状态信息，为生产管理和决策提供有效的数据支撑。

⑥生产质量管理：监控关键工序的质量信息波动，追朔生产产品的质量，把好检验关，严控不合格品率。

⑦生产过程管理：以车间、生产线、工序等为单位、从物料、质量、人员、设备等方面进行管理，实现在制品的全过程实时跟踪和制造过程信息的看板实时展示。

⑧产品追踪数据管理：主要对生产产品的物料来源、设备状态、操作人员及质量检验等信息进行统计，使每件产品的生产过程清晰可查，数据可追朔，为管理者的决策提供参考。

⑨生产性能分析：主要统计流水线的载荷率与均衡性、设备工具的开工率以及产品的不良率等信息，为生产工艺的改善、生产效率的提高提供分析依据。

⑩生产设备管理：对设备的利用率、故障率、开停机状态参数、零件加工状态参数和运行状态参数等进行加工分析，为生产计划的制订与执行提供分析依据。

○11数据文档管理：对设备记录、质检记录、工艺更改记录等数据进行分类归档管理，可在系统中进行数据的快速查询，便于管理人员全面准确地了解车间的生产情况。

3.4 系统开发的关键技术

本文构建的面向制造过程的车间数据管理统一平台，基于Eclipse集成开发环境，采用了 JSP、Javascript、Servlet、Ajax、Extjs、Hibernate、JDBC等关键技术。其中，JSP和Servlet在服务器端运行；Javascript可用来给HTML页面添加动态效果；Ajax可以使服务器端与客户端之间的数据交互更加灵活迅速；Extjs可以在客户端用来创建美观的web应用程序界面；Hibernate可以对JDBC进行轻量级对象封装，使Java程序员可以使用对象编程思维来自由操纵数据库；JDBC可以为多种关系数据库提供统一访问。