一种基于MES的车间移动管理系统设计与实现

王茹，孔建寿，陈轩，彭忆炎

（南京理工大学自动化学院，江苏南京 210094）

一种基于MES的车间移动管理系统设计与实现

王茹，孔建寿，陈轩，彭忆炎

（南京理工大学自动化学院，江苏南京 210094）

为了提高车间管理效率，实现移动办公，结合车间制造执行系统MES特点，以Android系统为平台，采用基于webkit的移动互联网Web框架，开发了一种面向MES的车间移动管理系统。系统具有订单管理、计划管理、进度管理等功能，实现了车间MES系统的本地监控和远程移动访问，突破传统计算机终端管理系统的局限，促进企业的信息化建设。

制造执行系统；移动管理；Android；Web开发

近年来，随着全球经济一体化发展和工业信息化推进，制造业成为我国经济“创新驱动、转型升级”的主战场[1-2]。“中国制造2025”[3-5]强国战略的提出标志着我国由制造大国向制造强国的转变，推动新一代信息技术与制造技术的融合发展，促进智慧工厂与数字化车间全面建设。车间管理系统作为数字化车间的重要组成部分，是企业管理与生产制造的枢纽，承担着订单下发、计划生产到产品入库全过程的监督、控制与优化管理任务。而制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）作为目前应用广泛的车间管理系统[6-10]，它不仅有效指导车间生产运行过程，而且在企业和供应链间以双向交互的形式提供生产活动的基础信息[11]。

传统车间管理系统软件一般运行于PC端，但是由于工业现场环境恶劣、空间限制、线路安全等因素，增加了车间管理的难度[12]。随着网络技术和智能移动终端的不断发展，管理软件移动化逐渐成为车间管理系统未来的发展方向。对此，本文基于Android平台，采用web技术，结合MES系统的功能模块，设计并开发一套具有远程监控和现场管理功能的移动管理系统，监控客户从移动终端下单到产品生产完成的整个过程，期望能够对整个生产过程进行实时管理以及优化生产，从而实现灵活生产、移动办公，满足制造过程中产品数据的跟踪和监控方面的个性化需求。

1 系统体系结构

随着制造业信息化与智能化发展[13-15]，异地协同加工越来越普遍，车间管理系统不仅要实现对车间内部生产活动的管理与监控，还要满足市场与管理层的信息交互需求，如远程客户或企业管理人员可以通过网络随时随地管理和监控订单执行情况。因此，基于MES的车间移动管理系统必须满足实时性高、扩展性强、安全性好等要求，不仅方便车间操作，还要保证远程用户实时了解生产信息，指挥决策。

系统体系结构设计还要充分考虑企业原有的信息系统，尽量降低系统升级成本，在不改变原有网络拓扑结构的前提下，通过在企业局域网中添加移动终端服务器并铺设Wifi路由器来构成移动管理系统厂内通讯链路；对于远程用户，则架设一台VPN服务器，采用3G、4G转VPN的方式访问企业内网，系统体系结构如图1所示。

图1 移动管理系统体系结构

客户端针对不同的用户权限，开放相应的用户接口，对于远程客户和企业管理者主要提供远程订单管理、计划管理、进度管理等功能，而对于车间用户，限制在企业局域网内具有相应权限的操作，如设备管理、库存管理、图文档管理等。

2 系统功能设计

2.1 系统功能模块

根据企业现有MES系统结构功能以及车间现场的相关技术支持，结合生产加工实际，将基于MES的移动管理系统分为用户管理、订单管理、计划管理、生产进度管理、库存管理、质量管理、设备管理、图文档管理等几个功能模块，具体如图2所示。

图2 系统功能模块

1）用户管理功能

用户管理模块主要是对用户基础数据进行管理，包括用户的注册、登录，以及注册信息的修改、权限的分配等。

2）订单管理功能

位于MES顶层订单管理系统负责ERP和MES之间的信息交互，起着桥梁作用。它的功能包括订单分类、查询以及根据订单完成情况和进度要求，及时调整生产计划。

3）计划管理功能

制定生产计划，实现从厂级到工位级任务的层层下发，其中包括生产计划审核以及相关生产要素的配置等。

4）生产进度管理功能

进度管理模块将企业车间原有的纸质流转单信息电子化，保存至MES系统，使得系统能够监视工件在任意时刻的位置和状态。进度管理包含整体订单完成的进度和生产过程的工序进度。

5）库存管理功能

负责管理所有生产物料的车间存放信息，对车间原材料、半成品、在制品等加以严格管理，对其流向和状态进行跟踪统计。

6）质量管理功能

通过在线的质量检验和离线的分析统计来记录，跟踪和分析产品在加工过程中各工序的质量状况，并提交质量分析报告。

7）图文档管理功能

MES文档管理功能实际上是一个文档接口及管理查询工具，使信息资源达到共享，实现车间的无纸化操作。

8）设备管理功能

车间设备管理模块能够记录车间各种加工设备的基本信息、保养状况、运行状态、故障情况。

2.2 系统业务流程

本MES移动系统实现对生产数据的全过程跟踪与显示，完成从订单信息到生产计划下达到产品下线的质量、人员、零部件以及生产过程中设备、库存等信息的绑定。其业务流程的逻辑控制过程如图3所示。

图3 系统业务流程

整个业务流程如下：①系统根据订单信息，形成车间生产计划，MES系统对生产计划进行优化、分解，然后逐级下发至工位；②根据生产计划从图文档模块下载相关产品的工艺路线以及技术文档，并产生物料需求清单，并进行物料配送；③产品上线，对产品进行唯一识别标记，并按既定工艺路线进行加工；④产品下线，校验产品加工过程的数据，更新数据库。

3 系统功能开发

本系统开发工具主要包括Eclipse、JDK、Android SDK、Tomcat7.0和MySQL。

3.1 Android客户端的实现

html语言是当下流行的标签语言，它结合Web技术可以创造出功能强大的页面，并且几乎所有的终端设备都支持html显示。因此，本系统在Android客户端内置一款高性能webkit内核浏览器，在SDK中封装WebView组件，Android客户端使用WebView控件加载html页面到手机客户端，进行界面展示。

对于WebView的控件需要使用下面的流程进行创建：

WebView控件只是用来进行页面以及数据的展示，对于数据的请求逻辑的处理全都交给页面服务器中html页面以及JS脚本进行处理。这样大大减轻客户端的负担，客户端只需要关注页面的加载以及数据的展示，而不需要过多的关注服务请求和逻辑处理。

3.2 服务器端的实现

服务器端采用Jersey+Spring+Hibernate框架，相比传统的Java Web开发模式，它易于实现，即通过简单配置可实现符合MVC模式的Web服务，其框架如图所示。

图4 web开发框架

系统使用Rest服务来进行前后端通信，提供POST/PUT/DELETE的方法对资源进行操作和处理，并且以JSON格式作为客户端与服务器数据交换格式。Jersey是Rest框架的一种实现，它包含3个部分：核心服务器（Core Server）、核心客户端（Core Client）、集成（Integration）。Spring框架使用配置bean的方式减少对代码的注入。Hibernate作为持久层，封装了对数据库的操作。最后需要在web.xml中添加对3个框架的配置来保证其正常运行。

以订单管理模块中新建订单为例说明服务端的整个实现过程，订单生成流程如图5所示。当客户选择订购产品以及数量后，点击确认，就会在订单表中生成订单数据。

图5 订单生成流程

上述过程如下：当用户点击新建订单，客户端发起rest服务请求，调用rest服务，容器根据Jersey配置寻找对应服务提供类OrderService的queryOrders方法，它根据配置在Spring中获取OrderDao的实例，然后调用OrderDao中的queryOrders方法。在OrderDao的queryOrders方法中，使用Hibernate提供的数据库访问方法查询在Spring配置文件配置的数据库，Hibernate将数据根据order.hbm文件映射成Order的Java Bean对象。Jersey将查询出的Order对象转换成JSON数据返回到客户端，供客户端解析数据展示。

3.3 数据库

系统功能的实现都依赖数据存取动作，本系统采用MySQL开源数据库进行数据的存取，根据各功能模块的对象行为进行数据分析，得到系统数据库E-R图如图6所示。

图6 数据库E-R图

系统开发过程中，数据持久化实现是基于Hibernate对象关系映射框架，利用Hibernate将基于对象的操作化为针对关系数据库的操作，并结合DAO设计模式来创建数据持久化。该类利用Hibernate实现DAO接口所定义的抽象方法。这样设计的优点在于：当改用其他的持久化机制或持久化中间件时，由于DAO向上层调用者提供的接口不会变化，只需创建新的DAO实现类而无需更改应用中的业务逻辑代码。

4 MES车间移动管理系统实现

通过本文开发的MES移动应用系统，企业可以实现生产过程监控和数据跟踪，为供应链协同、无纸化生产和企业移动办公提供支持。在该系统中，具有客户角色的用户可以实现远程下发订单和查看订单进度的功能，企业不仅发挥客户价值，还能够提高市场响应能力；订单经过企业内部审核后编制成生产计划层层下发至工位，进行生产，生产过程信息经数据采集系统传至数据库，企业管理人员或客户可以远程查看生产进度，及时了解生产状况；在车间内部，现场操作人员通过移动终端推送获取本工序的生产任务，并且可以查询与工序关联的生产设备信息，以便及时了解车间整体运行情况。

5 结束语

本文以车间MES系统为研究对象，结合车间生产现场管理需求，开发了一种基于Android移动终端的管理系统。通过此系统突破了传统计算机终端管理系统的局限，实现车间信息的有效管理和全面监控，提高车间信息管理的效率，满足员工移动办公的需求。与传统PC端MES应用软件相比优势体现在以下两个方面：

1）客户作为新角色参与到系统中来，为供应链协同的实现提供一种参考。

2）实现用户远程监控和移动办公，突破计算机终端系统的局限。

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图7 系统运行界面

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Design and implementation of a mobile workshop management system based on MES

WANG Ru，KONG Jian⁃shou，CHEN Xuan，PENG Yi⁃yan
（School of Automation，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing210094，China）

In order to improve the management efficiency of workshop and realize mobile officing，this paper developed a mobile workshop management system using the Android technology based on the characteristics of manufacturing execution system.The system implements a rich model which integrate webkit core which owns fast rendering speed and some components which is provided by Android.And the system has order management，task assignment and other functions，which realizes the local monitoring and remote access of the MES.This measure breaks through the limitation of traditional computer terminal management system and promotes the enterprise information construction.

MES；mobility management；Android；web development

TN929.53

A

1674-6236（2017）22-0036-05

2016-10-11稿件编号：201610044

王茹（1992—），女，河北衡水人，硕士研究生。研究方向：数字化车间、制造执行系统。