金屬礦山制造執(zhí)行管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)研究

余建國(guó)，馮梅琳

（江西理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，贛州 341000）

0 引言

制造執(zhí)行管理系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）是美國(guó)AMR公司(Advanced Manufacturing Research，Inc．)在90年代初提出的，旨在加強(qiáng)MRP計(jì)劃的執(zhí)行功能，把MRP計(jì)劃同車間作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制，通過(guò)執(zhí)行系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)。

MES是企業(yè)信息系統(tǒng)中重要的一部分,它是上層的企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制系統(tǒng)之間信息交互的紐帶[1]。MES把業(yè)務(wù)計(jì)劃的指令傳達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息及時(shí)收集、上傳和處理。MES作為上層的企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)和底層的工業(yè)控制系統(tǒng)的傳遞系統(tǒng)，是連結(jié)現(xiàn)場(chǎng)層和經(jīng)營(yíng)層，改善生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效益的前沿系統(tǒng)。90年代以來(lái)，這一方面的探索和研究已越來(lái)越引起人們的重視并取得了豐碩的研究成果：文獻(xiàn)[2]從管理過(guò)程和制造管理系統(tǒng)沿革的角度討論了MES與其他系統(tǒng)的區(qū)別,然后介紹了集成系統(tǒng)中MES的定位,給出了MES成熟度模型；文獻(xiàn)[3]針對(duì)ERP和MES的集成問(wèn)題，分別從產(chǎn)品制造的縱向和物流的橫向兩個(gè)方面設(shè)計(jì)了ERP和MES的集成體系，對(duì)企業(yè)建立信息化體系有較好的指導(dǎo)作用；文獻(xiàn)[4]針對(duì)礦山企業(yè)管理控制一體化需求，提出了礦山企業(yè)ERP/MES/PCS系統(tǒng)的模型架構(gòu)，以山東黃金礦業(yè)股份公司焦家金礦為實(shí)例，進(jìn)行了具體的應(yīng)用研究。文獻(xiàn)[5]在礦山生產(chǎn)工序和系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)分析的基礎(chǔ)上，詳細(xì)敘述了礦山生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方案、網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)方案及系統(tǒng)軟件方案；文獻(xiàn)[6]通過(guò)對(duì)比分析ERP在金屬礦山行業(yè)的應(yīng)用情況，基于成本控制理論，采用基于工作流的構(gòu)建組裝技術(shù)、模糊決策理論、信息融合技術(shù)以及數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等技術(shù)，建立面向金屬礦山行業(yè)的ERP系統(tǒng)。文獻(xiàn)[7]基于精益供應(yīng)鏈管理需求，采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)MES系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能組件開發(fā)、信息采集等關(guān)鍵技術(shù)的研究；文獻(xiàn)[8]分析了中藥制藥企業(yè)對(duì)MES系統(tǒng)的需求，提出了以優(yōu)化整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程為核心的基于知識(shí)的中藥制藥企業(yè)MES系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、功能模塊和系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)過(guò)貴州某中藥廠的應(yīng)用驗(yàn)證，取得了良好的效果；文獻(xiàn)[9]針對(duì)汽車主減速器裝配生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)管理信息化程度不高的現(xiàn)狀，提出采用MES系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)裝配線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和管理，實(shí)踐證明使用MES系統(tǒng)能有效提高汽車主減速器裝配生產(chǎn)線的工作效率，提高現(xiàn)場(chǎng)管理水平；文獻(xiàn)[10]從MES的概念、集成性、同其他信息化系統(tǒng)的集成以及集成發(fā)展的趨勢(shì)進(jìn)行了系統(tǒng)分析和研究；文獻(xiàn)[11]針對(duì)有色企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中庫(kù)房管理效率低下等問(wèn)題，采用條碼技術(shù)、自動(dòng)堆垛技術(shù)、自動(dòng)盤庫(kù)算法等，提出了基于自動(dòng)盤庫(kù)算法的庫(kù)存管理軟件設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)方法。文獻(xiàn)[12]針對(duì)MES系統(tǒng)提出一種基于可重構(gòu)流程模型和組件技術(shù)的流程進(jìn)化實(shí)施方法，結(jié)合某航天企業(yè)的開發(fā)實(shí)施驗(yàn)證了該方法的可行性；文獻(xiàn)[13]針對(duì)電子聯(lián)裝MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的功能架構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā)和應(yīng)用驗(yàn)證；文獻(xiàn)[14]利用B/S框架、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、ASP.NET技術(shù)和C#作為后臺(tái)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了經(jīng)編廠MES系統(tǒng)軟件的主要管理功能，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)編車間的網(wǎng)絡(luò)化管理；文獻(xiàn)[15]采用面向服務(wù)的整體架構(gòu)思路,將礦山企業(yè)中的政務(wù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)以服務(wù)模塊的形式進(jìn)行組織重組，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)將企業(yè)的生產(chǎn)、管理、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)起來(lái)，形成統(tǒng)一整體，集成為綜合智慧礦山系統(tǒng)。

上述研究，極大地推動(dòng)了MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)踐應(yīng)用探索。MES在發(fā)達(dá)國(guó)家已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，其應(yīng)用覆蓋了離散與流程制造領(lǐng)域，并給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)MES已在鋼鐵、石化等流程生產(chǎn)行業(yè)得到成功應(yīng)用并開發(fā)完成了若干自主產(chǎn)權(quán)的MES系統(tǒng)，如上海寶信MES、中國(guó)石化MES系統(tǒng)等。金屬礦山作為我國(guó)的戰(zhàn)略資源產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)下，精益化、網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化制造執(zhí)行管理技術(shù)將是提高企業(yè)管理水平的有效手段[16]。目前部分金屬礦山企業(yè)在信息化建設(shè)的過(guò)程中，使用了MRPII和ERP系統(tǒng)，企業(yè)中上層計(jì)劃的管理精度得到了較大的提高，但車間一級(jí)的管理還明顯不足，相應(yīng)的執(zhí)行管理系統(tǒng)的應(yīng)用還非常少，MES在金屬礦山企業(yè)的應(yīng)用還處于探索階段，有待進(jìn)一步的深入應(yīng)用。因此設(shè)計(jì)和開發(fā)適應(yīng)我國(guó)金屬礦山企業(yè)未來(lái)發(fā)展的MES系統(tǒng)對(duì)提高礦山企業(yè)的執(zhí)行管理水平、增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重大的意義。

1 金屬礦山制造執(zhí)行管理現(xiàn)狀

通過(guò)部分典型金屬礦山企業(yè)的調(diào)查和分析，我們發(fā)現(xiàn)由于歷史及技術(shù)原因的影響，其車間層面的管理體制相對(duì)落后，信息化水平相對(duì)較低，車間制造執(zhí)行管理存在的主要問(wèn)題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)信息化起點(diǎn)較低：金屬礦山企業(yè)數(shù)量大、地域分布廣、經(jīng)營(yíng)狀況參差不齊。隨著信息技術(shù)的不斷普及和企業(yè)效益的提高，ERP在部分金屬礦山企業(yè)得到了一定程度的應(yīng)用，并取得了階段性成果，但絕大部分中小型礦山企業(yè)在信息化建設(shè)方面還明顯滯后，特別是面向車間層的信息化建設(shè)如MES系統(tǒng)的應(yīng)用還處于初步探索階段。眾多的中小金屬礦山業(yè)務(wù)流程、管理還不夠規(guī)范，人員素質(zhì)水平不足，資金投入不足，導(dǎo)致車間制造執(zhí)行管理的現(xiàn)實(shí)水平和實(shí)際需求有較大的差距，越來(lái)越不能滿足企業(yè)精益執(zhí)行管理的需要。

2)信息孤島嚴(yán)重：大部分金屬礦山企業(yè)在信息化建設(shè)的過(guò)程中，雖然已經(jīng)引入一些通用的計(jì)算機(jī)軟件如生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、勞保品管理、倉(cāng)庫(kù)管理等軟件系統(tǒng)。但是，由于沒有統(tǒng)一的規(guī)劃和信息平臺(tái)，部門之間的信息不流暢，形成了各個(gè)信息孤島；特別是缺乏制造執(zhí)行管理系統(tǒng)，導(dǎo)致上層的ERP計(jì)劃和下層的作業(yè)執(zhí)行控制脫節(jié)，無(wú)法實(shí)時(shí)掌控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息，生產(chǎn)過(guò)程的不透明和信息滯后嚴(yán)重地影響了生產(chǎn)和計(jì)劃決策。

3)缺乏普適模式：金屬礦山行業(yè)構(gòu)成比較復(fù)雜，既包括單一類型的離散生產(chǎn)型企業(yè)，如采礦企業(yè)、選礦企業(yè)和冶煉企業(yè)，也包括采選、選冶以及采選冶一體化混合流程企業(yè)。不同的企業(yè)往往采用不同的工藝流程，生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，隨著生產(chǎn)條件的變化，同一企業(yè)在不同的階段也有可能采取不同的工藝流程。目前MES系統(tǒng)應(yīng)用較成熟的領(lǐng)域，仍是以制造業(yè)等為代表的標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)，作為一種先進(jìn)的制造執(zhí)行理念在礦山企業(yè)，尤其是金屬礦山企業(yè)的應(yīng)用還處于探索階段，沒有一種在金屬礦山企業(yè)普遍適用的MES應(yīng)用模式。

4)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性差：金屬礦山制造執(zhí)行數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化水平低下，基本采用手工方式管理，在底層數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、多源信息融合等方面非常薄弱，難以滿足精細(xì)化實(shí)時(shí)管理需求。部分企業(yè)在應(yīng)用MES系統(tǒng)的過(guò)程中，采用自動(dòng)數(shù)據(jù)識(shí)別和采集工具，數(shù)據(jù)采集精細(xì)化和實(shí)時(shí)化得到了較大程度的提高，但MES和PDM、ERP等系統(tǒng)的集成不夠完善，數(shù)據(jù)的價(jià)值得不到應(yīng)有的體現(xiàn)。

5)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：現(xiàn)有MES系統(tǒng)通常針對(duì)特定需求，很難應(yīng)對(duì)企業(yè)業(yè)務(wù)流程的變更或重組。由于缺乏基于工廠數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)集成技術(shù)，系統(tǒng)的可配置性、可重構(gòu)性較差，嚴(yán)重制約MES系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

6)智能決策不足：由于缺乏智能機(jī)制，現(xiàn)有金屬礦山MES系統(tǒng)在海量數(shù)據(jù)的采集、處理和利用方面構(gòu)成了管理和決策瓶頸，通常需要大量的人工干預(yù)，不利于整合和分析海量的跨地域、跨部門、跨工種的數(shù)據(jù)和信息的智能決策。在數(shù)據(jù)分析和處理方面，一些前沿的商業(yè)智能技術(shù)如數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)、線上分析處理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)展現(xiàn)技術(shù)等的應(yīng)用還普遍不足，導(dǎo)致制造現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的商業(yè)價(jià)值無(wú)法得到完整地體現(xiàn)。

2 金屬礦山MES系統(tǒng)必要性分析

針對(duì)金屬礦山企業(yè)制造執(zhí)行管理的難度和現(xiàn)狀，迫切需要設(shè)計(jì)開和發(fā)適應(yīng)我國(guó)金屬礦山自身特色的制造執(zhí)行管理系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行解決。

1)針對(duì)金屬礦山信息化起點(diǎn)低，制造執(zhí)行管理環(huán)節(jié)薄弱等現(xiàn)狀，為改善上層企業(yè)資源計(jì)劃環(huán)節(jié)和底層工業(yè)控制環(huán)節(jié)的信息和管理脫節(jié)問(wèn)題，必須在車間作業(yè)執(zhí)行層加強(qiáng)管理和監(jiān)控，而MES系統(tǒng)正好是解決制造現(xiàn)場(chǎng)和執(zhí)行管理問(wèn)題的強(qiáng)有力工具。因此，進(jìn)行金屬礦山 MES 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)及應(yīng)用是當(dāng)前礦山企業(yè)精細(xì)化和實(shí)時(shí)化現(xiàn)場(chǎng)管理的需要。

2)金屬礦山工藝過(guò)程一般都比較復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境比較差，制造現(xiàn)場(chǎng)人員的信息化素質(zhì)普遍不高，導(dǎo)致制造執(zhí)行層的管理水平跟不上企業(yè)發(fā)展的要求；同時(shí)，金屬礦山大部分產(chǎn)品價(jià)格昂貴，受各種外圍環(huán)境的影響，市場(chǎng)需求和價(jià)格波動(dòng)幅度較大，而企業(yè)預(yù)測(cè)和管理很大程度上依賴于經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致管理技術(shù)和水平不能適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的要求。迫切需要設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用MES系統(tǒng)來(lái)加強(qiáng)作業(yè)執(zhí)行層的規(guī)范化管理，提取有價(jià)值的決策信息，提高企業(yè)決策的水平，降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3)國(guó)外已經(jīng)有成熟的MES 商品化軟件，在制造業(yè)和石化等行業(yè)也取得了較好的效果，但在國(guó)內(nèi)金屬礦山企業(yè)的應(yīng)用中，由于工藝流程、管理體制、管理方法和管理文化的差異，不能完全適應(yīng)企業(yè)的需求；其次，除價(jià)格昂貴和售后服務(wù)較難外，國(guó)內(nèi)礦山企業(yè)的技術(shù)力量薄弱，軟件二次開發(fā)和優(yōu)化面臨較大的困難。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)適應(yīng)我國(guó)金屬礦山企業(yè)自身管理特點(diǎn)的MES系統(tǒng)是提高企業(yè)執(zhí)行管理水平的有效途徑。

3 金屬礦山MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 MES系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)計(jì)

MES系統(tǒng)的主要目標(biāo)設(shè)計(jì)如下：在金屬礦山企業(yè)中，運(yùn)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)通過(guò)MES系統(tǒng)完成工單排程規(guī)劃、自動(dòng)采集生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息、有效的掌控作業(yè)進(jìn)度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品及工序質(zhì)量、進(jìn)行工序質(zhì)量控制與分析，監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化控制物料庫(kù)存，使得制造現(xiàn)場(chǎng)信息得到最大程度的共享和利用，提高各個(gè)部門的協(xié)同決策水平。通過(guò)MES系統(tǒng)的實(shí)施和應(yīng)用，提高金屬礦山企業(yè)的設(shè)備利用率、縮短生產(chǎn)周期、改善產(chǎn)品品質(zhì)、降低庫(kù)存和節(jié)約生產(chǎn)成本，最終提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和信息化建設(shè)水平。

3.2 MES系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于模塊化設(shè)計(jì)方法，金屬礦山MES主要功能設(shè)計(jì)如下：

1)ERP計(jì)劃接口：主要包括ERP計(jì)劃信息讀取、數(shù)據(jù)交換和MES訂單排程等功能。

2)礦山生產(chǎn)排程：主要包括排程規(guī)則管理、排程算法管理、訂單組批優(yōu)化、工序能力核算、工序作業(yè)計(jì)劃和甘特圖顯示等功能。

3)礦山生產(chǎn)調(diào)度：主要包括作業(yè)調(diào)度算法、緊急訂單調(diào)度、資源故障調(diào)度和人力資源調(diào)度等功能。

4)生產(chǎn)執(zhí)行監(jiān)控：主要包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計(jì)、計(jì)劃執(zhí)行進(jìn)度管理、生產(chǎn)視頻監(jiān)控和安全監(jiān)控等功能。

5)作業(yè)成本管理：主要包括產(chǎn)品動(dòng)能單耗、作業(yè)直接成本消耗、作業(yè)成本管理、成本分析、成本核算、成本報(bào)表和成本控制等功能。

6)產(chǎn)品質(zhì)量控制：主要包括工序質(zhì)量采集、工序質(zhì)量統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量問(wèn)題識(shí)別和質(zhì)量控制等功能。

7)設(shè)備資源監(jiān)控：主要包括資源基礎(chǔ)信息、設(shè)備資源運(yùn)行信息、維修信息、維護(hù)信息和設(shè)備資源在線監(jiān)控等功能。

8)統(tǒng)計(jì)分析圖表：主要包括統(tǒng)計(jì)報(bào)表管理、統(tǒng)計(jì)圖表管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能。

9)礦山智能決策：匯總系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和信息的智能挖掘，為各項(xiàng)考核和決策提供依據(jù)。

3.3 MES集成流程設(shè)計(jì)

金屬礦山MES系統(tǒng)集成包含作業(yè)車間內(nèi)部功能集成和外部的功能集成兩個(gè)方面，考慮到金屬礦山的實(shí)際情況，內(nèi)部集成主要考慮各個(gè)工序車間的工藝有效銜接，外部集成主要考慮MES同上層計(jì)劃層（ERP）的集成和下層工業(yè)控制層（PCS）的集成。以多工廠協(xié)同管理為主線構(gòu)建的MES系統(tǒng)整體流程如圖1所示。

圖1 金屬礦山MES集成流程設(shè)計(jì)

3.4 MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)

目前數(shù)據(jù)模型主要分為層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型三類，層次模型和網(wǎng)狀模型采用格式化結(jié)構(gòu)。關(guān)系模型為非格式化的結(jié)構(gòu)，用單一的二維表的結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系。由于關(guān)系模型嚴(yán)格符合現(xiàn)代數(shù)據(jù)模型的定義，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，用戶性能好，具有集合處理能力，并有定義、操縱、控制一體化的優(yōu)點(diǎn)，目前得到了廣泛的應(yīng)用。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型的設(shè)計(jì)方面主要的建模工具有Visio、Erwin、PowerDesinger、Rose等軟件。本文采用PowerDesinger軟件設(shè)計(jì)開發(fā)的MES物理數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系模型（部分代表模型）如下圖2所示。

4 金屬礦山MES系統(tǒng)開發(fā)

4.1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)分析

在系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)選擇方面，本文主要考慮以金屬礦山企業(yè)下幾個(gè)方面的需求和發(fā)展趨勢(shì)：

圖2 金屬礦山物理數(shù)據(jù)庫(kù)模型

1) 網(wǎng)絡(luò)化管理發(fā)展需求：以金字塔型直線管理的傳統(tǒng)管理模式具有一定的積極作用，但是隨著新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)，這種模式面臨信息交流手段匱乏、信息反饋滯緩和信息資源利用不足等諸多問(wèn)題，迫切需要利用現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)改善傳統(tǒng)管理模式；同時(shí)，部分企業(yè)存在跨地區(qū)甚至跨國(guó)經(jīng)營(yíng)的要求，因此為便于各個(gè)制造車間的信息集成和有效協(xié)同運(yùn)作，系統(tǒng)開發(fā)要考慮網(wǎng)絡(luò)化管理趨勢(shì)。

2) 跨平臺(tái)集成需求：MES需要和上層計(jì)劃層（ERP系統(tǒng)）、下層工業(yè)控制層（PCS系統(tǒng)）及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理層（PDM系統(tǒng)）進(jìn)行有效集成，相關(guān)系統(tǒng)在開發(fā)技術(shù)及運(yùn)行平臺(tái)上的各種差異性導(dǎo)致集成的復(fù)雜度和難度大大增加，因此，在MES系統(tǒng)的開發(fā)方面，跨平臺(tái)集成開發(fā)技術(shù)顯得非常的關(guān)鍵。

3) 管理維護(hù)簡(jiǎn)單化需求：金屬礦山企業(yè)信息化資源及人力水平有限，在系統(tǒng)實(shí)施和后續(xù)維護(hù)方面最大程度地減少系統(tǒng)維護(hù)的難度和復(fù)雜度。

根據(jù)上述MES系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)及需求分析，本文采用了J2EE 框架技術(shù)和B/S結(jié)構(gòu)模式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)共分為客戶端、業(yè)務(wù)層、訪問(wèn)層和資源層等四個(gè)層次，如圖3所示。

圖3 MES系統(tǒng)J2EE技術(shù)開發(fā)框架

J2EE基于Java 2技術(shù)平臺(tái)，其應(yīng)用程序不依賴任何特定操作系統(tǒng)、中間件、硬件，只需開發(fā)一次就可部署到各種平臺(tái)，有效解決了系統(tǒng)的跨平臺(tái)集成問(wèn)題；B/S多層架構(gòu)將信息顯示、業(yè)務(wù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)庫(kù)操作等功能完全分離，使得系統(tǒng)具有良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性；JavaBean將一些系統(tǒng)關(guān)鍵功能對(duì)象進(jìn)行打包和封裝，方便其它開發(fā)者通過(guò)內(nèi)部程序或者應(yīng)用來(lái)使用這些對(duì)象，極大地降低了系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率。J2EE為開發(fā)具有可伸縮性、靈活性、易維護(hù)性的MES系統(tǒng)提供了良好的技術(shù)機(jī)制。

4.2 MES系統(tǒng)功能開發(fā)

本文采用tomcat作為WEB服務(wù)器，SQLServer作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，Myeclipse作為系統(tǒng)編碼和測(cè)試集成工具進(jìn)行了MES系統(tǒng)的開發(fā)和測(cè)試工作。鑒于篇幅原因，對(duì)部分關(guān)鍵功能模塊的開發(fā)簡(jiǎn)介如下。

1) 系統(tǒng)主界面

MES系統(tǒng)主界面如圖4所示，該模塊圍繞登陸人員角色及權(quán)限按模塊顯示了與其相關(guān)的通知信息、公文信息、計(jì)劃信息、資源狀態(tài)信息、質(zhì)量信息和相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息，輔助各類人員進(jìn)行信息查詢和快速?zèng)Q策。

圖4 MES系統(tǒng)主界面

2) 作業(yè)計(jì)劃調(diào)度模塊

MES系統(tǒng)作業(yè)計(jì)劃調(diào)度模塊如圖5所示，該模塊主要對(duì)金屬礦山的礦石開采、破碎、粗選、精選和冶煉等環(huán)節(jié)工序進(jìn)行作業(yè)計(jì)劃的編制和作業(yè)調(diào)度的管理。基于資源約束、設(shè)備約束和產(chǎn)能約束，結(jié)合調(diào)度優(yōu)化算法對(duì)各作業(yè)訂單進(jìn)行資源的合理分配和交貨期優(yōu)化安排。

圖5 MES作業(yè)計(jì)劃調(diào)度模塊

3) 作業(yè)成本管理模塊

MES系統(tǒng)作業(yè)成本管理模塊如圖6所示，該模塊通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中物流的實(shí)時(shí)監(jiān)視和成本數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行在線工序成本分析、控制與管理。

圖6 MES作業(yè)成本管理模塊

4) 智能決策統(tǒng)計(jì)模塊

MES系統(tǒng)智能決策統(tǒng)計(jì)模塊如圖7所示，該模塊基于利潤(rùn)、投資等、產(chǎn)量、庫(kù)存、作業(yè)成本和能耗水平等指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控和過(guò)程控制統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量、工藝、能耗、環(huán)保、工序成本等差異波動(dòng)，采取措施進(jìn)行控制和優(yōu)化。通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘與分析，進(jìn)行管控指標(biāo)體系的重構(gòu)以適應(yīng)制造環(huán)境和流程的改變。

5 結(jié)論

圖7 MES系統(tǒng)智能決策統(tǒng)計(jì)模塊

系統(tǒng)開發(fā)完成后，經(jīng)過(guò)德興銅礦、宜春鉭鈮礦和銀山鉛鋅礦等多家金屬礦山企業(yè)的示范應(yīng)用，極大地提高了企業(yè)制造現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行管理的水平，具體表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

1) 通過(guò)MES系統(tǒng)企業(yè)可以及時(shí)動(dòng)態(tài)地跟蹤掌握制造現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)訂單執(zhí)行信息、作業(yè)計(jì)劃進(jìn)度信息、設(shè)備利用信息、工序質(zhì)量信息和作業(yè)成本信息，分析并利用相關(guān)信息進(jìn)行執(zhí)行管理決策分析，極大地提高了企業(yè)制造執(zhí)行管理智能化水平。

2) 通過(guò)MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了上層ERP系統(tǒng)和底層PCS系統(tǒng)的無(wú)縫集成，有效解決了信息的脫節(jié)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)整體業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化，提高了企業(yè)的整體管理水平和管理效率。

3) 通過(guò)MES系統(tǒng)的實(shí)施應(yīng)用，使得金屬礦山企業(yè)車間數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性平均提高了25%左右，計(jì)劃準(zhǔn)確性平均提高了25%左右，資源利用率平均提高了10%左右，節(jié)省管理成本15%左右，實(shí)現(xiàn)了信息的共享化、決策的科學(xué)化、調(diào)度的協(xié)同化、統(tǒng)計(jì)的精準(zhǔn)化和考核的規(guī)范化，有效地提高了礦山企業(yè)制造執(zhí)行管理的總體效率和信息化建設(shè)水平。

[1] 李昊晨,郭洪凌,高挺.基于ClickOnce技術(shù)的MES人機(jī)交互程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013,35(8):35(8):153-156.

[2] 孫彥廣,劉曉強(qiáng),顧佳晨,張強(qiáng).制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的定位[J].冶金自動(dòng)化,2003,(5):14-17.

[3] 叢培勇,范玉青,劉忠獻(xiàn). ERP與MES集成關(guān)系研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2007,29(8):1-5.

[4] 徐波,胡乃聯(lián),張培科.礦山管控一體化體系結(jié)構(gòu)[J].金屬礦山,2008,(10):103-106.

[5] 張力,姜均文.生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)在烏山銅鉬礦的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].黃金,2009,30(4):27-31.

[6] 叢方杰,劉正,張進(jìn)強(qiáng).ERP在金屬礦山企業(yè)的應(yīng)用研究[J].中國(guó)礦業(yè),2011,20(8):106-108.

[7] 鄧汝春,郭孔快.基于精益供應(yīng)鏈的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的研究[J].工業(yè)工程與管理,2012,17(4):114-120.

[8] 黃海松,謝慶生,李少波.基于知識(shí)的中藥制藥企業(yè)MES[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐,2012,32(1):164-170.

[9] 黃道業(yè).汽車主減速器裝配生產(chǎn)線MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2012,31(10):1670-1675.

[10] 劉建軍.制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)集成性探討[J].煤礦機(jī)械,2012,33(7):276-278.

[11] 呂蘇環(huán).有色企業(yè)MES建設(shè)中庫(kù)存管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化儀表,2012,33(12):25-32.

[12] 李亞杰,何衛(wèi)平,陳金亮,董蓉,和延立.可重構(gòu)流程模型驅(qū)動(dòng)和組件化的MES流程進(jìn)化[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2013,19(4):735-744.

[13] 王麗虹,成平,楊冬.建立軍品電子裝聯(lián)MES系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013,35(7):22-25.

[14] 朱啟,蔣高明,叢洪蓮,張愛軍.基于B/S結(jié)構(gòu)的經(jīng)編MES系統(tǒng)[J].紡織學(xué)報(bào),2013,34(1):128-132.

[15] 宋震,陳劍,盧冰清,王曼.面向服務(wù)的智慧礦山建設(shè)[J].資源與產(chǎn)業(yè),2013,15(2):55-59.

[16] 鄭力,江平宇,喬立紅,奚立峰.制造系統(tǒng)研究的挑戰(zhàn)和前沿[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2010,46(21):124-135.