MES系统在水产加工车间的应用*

2018-10-22邹佳霖范宝德韩兆玉

网络安全与数据管理 2018年10期

邹佳霖，范宝德，韩兆玉

(烟台大学计算机与控制工程学院，山东烟台 264005)

0 引言

作为先进车间管理技术的载体，执行制造系统(Manufacture Execute System，MES)在帮助制造企业实现生产的自动化、智能化和无纸化等方面发挥着巨大作用。它通过精确的高级自动排产技术、全集成的协同制造、自动化的数据采集、全透明的决策支持以及简易直观的人性化操作界面来实现生产过程管控的数字化。

水产品加工是一个流水线型生产处理过程，所需采集的数据种类复杂(例如原材料批次、工人绩效、设备数据等)，车间的突发状况较多，需要管理人员进行及时处理。而目前的企业一般采用手工记录报表，通过员工的层层上报来实现上下层之间的数据获取及管理，由于人工采集数据效率低下，信息流通速度较慢，使得管理人员面对突发情况无法灵活应对，对于管理层生产计划的制定可能产生负面影响[1]。

这种依靠人工组织与管理的方式已不适应企业发展的需要，为改变企业现有情况，设计了这套MES系统，可以为整个生产活动的优化提供有力的支撑[2]。通过对数据进行采集、管理与统计分析，可为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境[3]，改变了以“纸”作为交互媒介的工作方式。

1 水产品加工关键工序及所需设备

1.1 关键工序

以常见的鱼类产品为例，产品的种类虽复杂，但是生产历经的工序以及每道工序所需的设备大致相同，其加工流程如图1所示。

1.2 关键设备及功能

设备是产生以及记录数据的重要部分，其所在的工序以及其对应的功能如表1所示。

图1 水产品加工关键工序

设备名称所在工序功能ID卡去头、开片、挑刺、切段、烘烤存储员工个人信息ID读卡器去头、开片、挑刺、切段、烘烤读取员工ID卡信息台式电子秤去头、挑刺对半成品称重红外计数器包装扫描产品计数条码打印机包装获取产品信息生成条形码

图3 MES基础功能模型

每道工序的设备之间不是独立的个体，为了方便数据的采集，需要在设备之间进行绑定建立设备组，例如去头作业中由于多人共用一个电子秤，需要员工刷卡记录绩效，则电子秤与读卡器可绑定为一个设备组，当称重完成后员工通过读卡器刷卡，读卡器向电子秤传送一个触发反应，同时向MES系统传送员工的ID卡信息，电子秤接收到触发反应后，向MES系统发送读取数据请求，MES系统则读取电子秤中的称重数据，并结合员工信息保存至数据库，这便是一个完整的数据采集过程。生产设备的整体连接结构如图2所示。

图2 MES设备连接结构图

2 水产车间MES系统设计

2.1 MES基础功能模型

针对水产车间的加工特点，将MES的功能分为7个模块：系统设置模块、基础资料管理模块、工艺管理模块、生产订单管理模块、质量管理模块、绩效管理模块和设备管理模块。基础功能模型如图3所示。

MES功能的设计覆盖了整个车间生产流程，实现了从员工到部门、订单到原材料到产品到质量、设备到工序等关键点管理，同时为确保信息的安全性，对不同的用户进行了权限的分配，从而实现安全的数据共享[4]，确保了生产的每一步都能够被系统所记录及约束，尽量保证车间处于无纸化运行状态。

2.2 MES系统关键流程分析

(1)系统连接现场看板：车间内可设置物料清单看板、订单完成进度看板、异常工序看板等，看板连接系统，可实时显示生产过程中产生的最新数据，管理者可根据看板显示的数据及时做出决策，实现生产透明化。

(2)生产进度实时追踪：可根据系统内建立的报表查看当前订单完成进度、工人工作效率、设备利用情况等，可及时发现执行中产生的问题并进行处理。

(3)自动化数据采集：通过ID读卡器、红外对射计数器等设备对数据进行自动化采集，改变了以往人工手工记录的落后情况，能够准确、快速地实现数据反馈，避免人为记录差错，使工人将更多的精力集中在现场操作上，提高生产效率。

(4)产品质量实时追踪：通过条码技术跟踪产品从物料投产到成品出库的整个生产流程，实时采集生产过程中产生的所有数据，产品售后出现的一切问题都可以通过扫描包装条形码来进行追溯，提供了强有力的售后保障服务。

2.3 MES系统框架设计

水产车间MES系统框架采用MVC多层架构的设计模式，分为展现层、控制层、业务逻辑层、数据访问层、数据存储层。在框架的各个层次封装了高度可复用的功能与方法，并提供了一个稳定的基础架构，解决了各种技术难题。同时系统架构必须要求性能卓越、稳定，并在各个层次中采用了缓存技术，作为系统框架的一部分。其技术框架设计如图4所示。

图4 MES技术框架

(1)展现层：展现层用于与用户的交互，与控制层之间保持一对一的关系，提供给控制层处理显示的操作，主要用JSP、JS、HTML等技术实现；此外在展现层中可以充分利用SiteMesh、BootStrap、JQuery、JQuery-zTree、TreeTable、Jericho Tab等开源技术。

(2)控制层：分派用户的请求并选择恰当的视图用于显示，同时它可以解释用户的请求并将它们映射成可执行的操作。在控制层主要采用了Spring MVC、Servlet、Filter等多种技术。

(3)业务逻辑层：业务逻辑层用来根据具体的需求来进行业务逻辑处理，提供了问题处理的操作过程。在业务逻辑层可以使用Spring、JavaBean等技术。

(4)数据访问层：数据访问层用来对数据存储层的数据进行直接的增、删、改、查等操作。在数据访问层主要采用了MyBatis技术来实现对数据库的读写封装。

(5)数据存储层：数据存储层包含了应用问题的所有核心数据，它可以是各种数据库(Oracle、MS SQL Server、MySQL、DB2、Derby等)以及各种数据文件。

2.4 MES系统实现

本文设计的水产MES系统是一个基于B/S模式的Web应用系统，在B/S模式下管理人员可以通过浏览器对系统进行远程操控，不但维护和升级方式简单，还可以降低成本和选择不同的操作系统来运行服务端[5]。以Web Service为接口可以实现各系统之间的集成，保证了各个系统的独立性；以Java为编程语言，可实现跨平台性，便于在各个服务器部署；为了使其具有可复用性，使得开发人员不再需要对同一基础功能进行重复实现，对一些常用的JS进行了封装，包括TreeTable树形列表、zTree树形控件、JQuery函数封装、信息提示Jbox封装、树形选择控件封装等，同时封装了Java基础通用类库，提升了系统的可复用层次。

水产MES系统以SSM作为基础框架，数据库设计采用了MySQL数据库管理系统，并使用Navicat为MySQL提供可视化的用户界面。运行环境为Windows + MyEclipse+JDK1.8 + Tomcat7 + MySQL + Navicat。