集成MES软件平台构建

崔翘楚 晋芳华

摘 要： 近年来，随着经济全球化带来的世界制造业的不断发展以及日趋激烈的市场竞争，我国制造企业急需通过改进生产现场管理策略来提高生产效率。通过制造执行系统MES（Manufacturing Execution System）提高改进改进生产现场管理策略进而提高生产效率是现代制造企业常用的手段。本文通过分析当前当前MES的现状提出了一种模块化的集成MES软件平台设计思路，通过对车间运行数据的采集和分析来提高制造工厂对生产管理过程情况掌控的实时性、可视性、透明度和追溯性，从而实现提高生产效率和控制生产成本。

关键词： 集成MES；对象模型；模块化；服务化；二次开发；信息化

引 言

以下内容按单、双栏排版均可。制造执行系统 MES 是通过对车间运行数据的采集和分析来实现企业生产管理和调度执行，其目标是缩短产品制造周期，发现生产中的瓶颈，改进生产线运行，提高生产效率和控制生产成本。MES可分为两大类：专用的MES 系统（Point MES）[1]。它主要是针对某个特定的领域问题而开发的系统，如车间维护、生产监控、有限能力调度或是SCADA[2]等；集成的MES系统 （Integrated MES）[3]。该类系统起初是针对一个特定的、规范化的环境而设计的，如今已拓展到许多领域，如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业，在功能上它已实现了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成。下面将提出一种集成MES软件平台构建方法，通过 MES 系统的实施帮助制造业建立信息化、實时化和透明化的制造工厂[4]。

0 集成MES软件平台体系架构

集成MES软件平台将信息、网络、自动化、现代管理与制造技术相结合，如下图1所示，集成MES软件平台以数据中心和服务中心为依托，借助于各类业务模块如数据采集模块、业绩分析模块、产品跟踪模块、设备维系管理模块、工艺过程管理模块等，实现制造控制智能化、生产过程透明化、制造装备数控化和生产信息集成化。

1 集成MES软件平台构成

MES集成模型是一种三层结构，MES 作用于上层信息管理系统如ERP[5]、CRM[6] 与现场控制系统 Process Control System[7] 之间，它们相互协调和配合。MES 处于计划层和车间层操作控制系统之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行，MES 可以为用户提供一个快速反应有弹性精细化的制造业环境帮助企业减低成本按期交货提高产品的质量和提高服务质量。如下图所示，集成MES 为企业提供企业级的 MES 应用平台，底层支持 SQL Server、Oracle、DB3 等数据库管理系统，主要包含了系统的业务逻辑和规则，WEB 服务层则利用 IIS[8]。基于集成MES企业平台能够实现企业级的精益制造管理，因为集成MES是一种平台化的MES产品，通过灵活的建模和配置方法就能够满足不同客户在不同行业环境下的特殊需求。能够针对单元化和模块化制造环境进行准确的建模，从而提供一种立即可用且灵活应变的解决方案。基于针对制造产品的复杂特性，它能够准确、简便而高效地满足制造企业客户当前和将来的需求。

作为一种基于模型的解决方案，集成MES是在可配置、可扩展的应用程序平台上构建起来的新一代MES 软件产品。用户可以轻易地对集成MES 进行配置，以满足每个产品、流程、转包商和工厂的特定需求。这一灵活性使得客户公司能够借助集成MES来实现标准化，而不会对功能、可见性或控制能力方面产生任何负面影响。集成MES 系统软件平台由对象模型构建器、界面和表单构建器、执行处理模块、通信服务和API接口5部分组成，对象模型构建器用于构建业务所需的某些车间、工厂属性或生产流程所需模板，对象在建模后以对象模型的形式与数据中心的数据形成映射关系；表单和界面构建器用于用户定制自己实际所需的报表或软件界面；执行、处理模块是构成模块化的集成MES软件平台的支撑；通信模块为软件平台提供数据传输支撑；公用API为用户二次开发提供公共接口。

1.1 对象模型构建器

集成MES对象模型[10]构建器用于定义对象模型，对象模型是生产执行过程中总结出来的独立的具有一定规律的模型，模型本身可作为数据存储的格式，也可作为数据分化、处理的依据。对象模型包含内容如下图4所示：它通过对生产过程中所涉及静态环境和动态流程进行详尽的描述实现物理建模、产品建模和工艺建模，物理建模包括：企业模型、工厂模型、车间模型、产线模型、恭维模型、设备模型、仓库模型、人员模型和部门模型等；产品模型包括产品的基本属性、物料清单等；工艺模型包括工序模型、工艺模型、生产执行数据等。集成MES对象模型与数据库相关联，利用对象模型构建器创建、删除或修改对象模型时，数据库中的表结构和表之间的逻辑关系也会发生相应改变。采用面向对象模型技术，可实现数据信息可视化[11]，让用户更关注业务本身，而不需要关注技术的具体实现。

集成MES单一对象模型结构如上图2所示：通过对同级对象模型关系和父子对象模型[12]之间关系的描述，能够实现对各类业务对象的业务流程、内外逻辑和各类表单表单结构等进行灵活的配置和部署，以适应灵活多变的业务。

1.2 界面和表单构建器

基于集成MES界面和表单构建器，用户可以根据自身生产业务的实际需求，只需要少量的编程以快速定制符合自身需要的界面和表单。界面和表单构建流程如下图3所示，用户首先选择是否创建新的界面或表单。若是，则导入对象模型列表；若否，则导入已经创建的表单或界面产品。导入对象模型或已有表单或界面产品后，用户可设置或修改显示项和显示风格[13]，最终生成并导出导出界面和表单产品。

1.3 执行、处理模块

执行和处理模块可用于产生报表数据、数据分析并支持对生产过程的辅助决策：用户可依赖通信服务和API[14]接口只需要少量的编程，通过对生产过程中的静态数据或动态数据进行实时处理，实现工艺、试验等各类报表数据生成，生产效率、计划进度等数据分析，生产计划制定等辅助功能。

1.4 通信服务

集成MES通信服务作用范围如图4所示，通信服务能够实现集成MES内部之间或集成MES 与其他 集成MES实例或外部应用程序如ERP通信的功能。通信的数据格式有以下几种：自由格式报文、自由文件和对象模型数据，前两者主要用于集成MES与外部模块或MES内部特殊消息的传递，而对象模型数据则用于数据中心和各业务模块之间消息的傳递。

1.5 二次开发API接口

集成MES的API接口主要包含包括以下4种：对象模型数据操作接口主要实现集成MES中各类模型数据的生成、导入和导出，如工程设备数据、生产流程数据等；基本统计分析运算接口主要实现对集成MES中各类模型数据提供公用的统计计算接口，如方差、标准差等等；通信接口是通讯模块的导出接口，为用户二次开发业务模块时提供数据通讯保障。

2 结语

本文提出一种基于模块化和服务化的集成MES软件平台设计思路，通过对软件架构和软件构成的介绍，解决了对生产管理过程情况掌控的实时性、可视性、透明度、追溯性不足的问题，实现了计划、进度、质量、资源等所有制造信息的监控和反馈。

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