一種基于MES的車間移動管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王茹，孔建壽，陳軒，彭憶炎

（南京理工大學(xué)自動化學(xué)院，江蘇南京 210094）

一種基于MES的車間移動管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王茹，孔建壽，陳軒，彭憶炎

（南京理工大學(xué)自動化學(xué)院，江蘇南京 210094）

為了提高車間管理效率，實(shí)現(xiàn)移動辦公，結(jié)合車間制造執(zhí)行系統(tǒng)MES特點(diǎn)，以Android系統(tǒng)為平臺，采用基于webkit的移動互聯(lián)網(wǎng)Web框架，開發(fā)了一種面向MES的車間移動管理系統(tǒng)。系統(tǒng)具有訂單管理、計(jì)劃管理、進(jìn)度管理等功能，實(shí)現(xiàn)了車間MES系統(tǒng)的本地監(jiān)控和遠(yuǎn)程移動訪問，突破傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)終端管理系統(tǒng)的局限，促進(jìn)企業(yè)的信息化建設(shè)。

制造執(zhí)行系統(tǒng)；移動管理；Android；Web開發(fā)

近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展和工業(yè)信息化推進(jìn)，制造業(yè)成為我國經(jīng)濟(jì)“創(chuàng)新驅(qū)動、轉(zhuǎn)型升級”的主戰(zhàn)場[1-2]?！爸袊圃?025”[3-5]強(qiáng)國戰(zhàn)略的提出標(biāo)志著我國由制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，推動新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合發(fā)展，促進(jìn)智慧工廠與數(shù)字化車間全面建設(shè)。車間管理系統(tǒng)作為數(shù)字化車間的重要組成部分，是企業(yè)管理與生產(chǎn)制造的樞紐，承擔(dān)著訂單下發(fā)、計(jì)劃生產(chǎn)到產(chǎn)品入庫全過程的監(jiān)督、控制與優(yōu)化管理任務(wù)。而制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）作為目前應(yīng)用廣泛的車間管理系統(tǒng)[6-10]，它不僅有效指導(dǎo)車間生產(chǎn)運(yùn)行過程，而且在企業(yè)和供應(yīng)鏈間以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動的基礎(chǔ)信息[11]。

傳統(tǒng)車間管理系統(tǒng)軟件一般運(yùn)行于PC端，但是由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣、空間限制、線路安全等因素，增加了車間管理的難度[12]。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能移動終端的不斷發(fā)展，管理軟件移動化逐漸成為車間管理系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。對此，本文基于Android平臺，采用web技術(shù)，結(jié)合MES系統(tǒng)的功能模塊，設(shè)計(jì)并開發(fā)一套具有遠(yuǎn)程監(jiān)控和現(xiàn)場管理功能的移動管理系統(tǒng)，監(jiān)控客戶從移動終端下單到產(chǎn)品生產(chǎn)完成的整個(gè)過程，期望能夠?qū)φ麄€(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)管理以及優(yōu)化生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)靈活生產(chǎn)、移動辦公，滿足制造過程中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的跟蹤和監(jiān)控方面的個(gè)性化需求。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

隨著制造業(yè)信息化與智能化發(fā)展[13-15]，異地協(xié)同加工越來越普遍，車間管理系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)對車間內(nèi)部生產(chǎn)活動的管理與監(jiān)控，還要滿足市場與管理層的信息交互需求，如遠(yuǎn)程客戶或企業(yè)管理人員可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地管理和監(jiān)控訂單執(zhí)行情況。因此，基于MES的車間移動管理系統(tǒng)必須滿足實(shí)時(shí)性高、擴(kuò)展性強(qiáng)、安全性好等要求，不僅方便車間操作，還要保證遠(yuǎn)程用戶實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)信息，指揮決策。

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要充分考慮企業(yè)原有的信息系統(tǒng)，盡量降低系統(tǒng)升級成本，在不改變原有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前提下，通過在企業(yè)局域網(wǎng)中添加移動終端服務(wù)器并鋪設(shè)Wifi路由器來構(gòu)成移動管理系統(tǒng)廠內(nèi)通訊鏈路；對于遠(yuǎn)程用戶，則架設(shè)一臺VPN服務(wù)器，采用3G、4G轉(zhuǎn)VPN的方式訪問企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 移動管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

客戶端針對不同的用戶權(quán)限，開放相應(yīng)的用戶接口，對于遠(yuǎn)程客戶和企業(yè)管理者主要提供遠(yuǎn)程訂單管理、計(jì)劃管理、進(jìn)度管理等功能，而對于車間用戶，限制在企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)具有相應(yīng)權(quán)限的操作，如設(shè)備管理、庫存管理、圖文檔管理等。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能模塊

根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能以及車間現(xiàn)場的相關(guān)技術(shù)支持，結(jié)合生產(chǎn)加工實(shí)際，將基于MES的移動管理系統(tǒng)分為用戶管理、訂單管理、計(jì)劃管理、生產(chǎn)進(jìn)度管理、庫存管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、圖文檔管理等幾個(gè)功能模塊，具體如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊

1）用戶管理功能

用戶管理模塊主要是對用戶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括用戶的注冊、登錄，以及注冊信息的修改、權(quán)限的分配等。

2）訂單管理功能

位于MES頂層訂單管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)ERP和MES之間的信息交互，起著橋梁作用。它的功能包括訂單分類、查詢以及根據(jù)訂單完成情況和進(jìn)度要求，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。

3）計(jì)劃管理功能

制定生產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)從廠級到工位級任務(wù)的層層下發(fā)，其中包括生產(chǎn)計(jì)劃審核以及相關(guān)生產(chǎn)要素的配置等。

4）生產(chǎn)進(jìn)度管理功能

進(jìn)度管理模塊將企業(yè)車間原有的紙質(zhì)流轉(zhuǎn)單信息電子化，保存至MES系統(tǒng)，使得系統(tǒng)能夠監(jiān)視工件在任意時(shí)刻的位置和狀態(tài)。進(jìn)度管理包含整體訂單完成的進(jìn)度和生產(chǎn)過程的工序進(jìn)度。

5）庫存管理功能

負(fù)責(zé)管理所有生產(chǎn)物料的車間存放信息，對車間原材料、半成品、在制品等加以嚴(yán)格管理，對其流向和狀態(tài)進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)。

6）質(zhì)量管理功能

通過在線的質(zhì)量檢驗(yàn)和離線的分析統(tǒng)計(jì)來記錄，跟蹤和分析產(chǎn)品在加工過程中各工序的質(zhì)量狀況，并提交質(zhì)量分析報(bào)告。

7）圖文檔管理功能

MES文檔管理功能實(shí)際上是一個(gè)文檔接口及管理查詢工具，使信息資源達(dá)到共享，實(shí)現(xiàn)車間的無紙化操作。

8）設(shè)備管理功能

車間設(shè)備管理模塊能夠記錄車間各種加工設(shè)備的基本信息、保養(yǎng)狀況、運(yùn)行狀態(tài)、故障情況。

2.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

本MES移動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全過程跟蹤與顯示，完成從訂單信息到生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)到產(chǎn)品下線的質(zhì)量、人員、零部件以及生產(chǎn)過程中設(shè)備、庫存等信息的綁定。其業(yè)務(wù)流程的邏輯控制過程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

整個(gè)業(yè)務(wù)流程如下：①系統(tǒng)根據(jù)訂單信息，形成車間生產(chǎn)計(jì)劃，MES系統(tǒng)對生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化、分解，然后逐級下發(fā)至工位；②根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃從圖文檔模塊下載相關(guān)產(chǎn)品的工藝路線以及技術(shù)文檔，并產(chǎn)生物料需求清單，并進(jìn)行物料配送；③產(chǎn)品上線，對產(chǎn)品進(jìn)行唯一識別標(biāo)記，并按既定工藝路線進(jìn)行加工；④產(chǎn)品下線，校驗(yàn)產(chǎn)品加工過程的數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)庫。

3 系統(tǒng)功能開發(fā)

本系統(tǒng)開發(fā)工具主要包括Eclipse、JDK、Android SDK、Tomcat7.0和MySQL。

3.1 Android客戶端的實(shí)現(xiàn)

html語言是當(dāng)下流行的標(biāo)簽語言，它結(jié)合Web技術(shù)可以創(chuàng)造出功能強(qiáng)大的頁面，并且?guī)缀跛械慕K端設(shè)備都支持html顯示。因此，本系統(tǒng)在Android客戶端內(nèi)置一款高性能webkit內(nèi)核瀏覽器，在SDK中封裝WebView組件，Android客戶端使用WebView控件加載html頁面到手機(jī)客戶端，進(jìn)行界面展示。

對于WebView的控件需要使用下面的流程進(jìn)行創(chuàng)建：

WebView控件只是用來進(jìn)行頁面以及數(shù)據(jù)的展示，對于數(shù)據(jù)的請求邏輯的處理全都交給頁面服務(wù)器中html頁面以及JS腳本進(jìn)行處理。這樣大大減輕客戶端的負(fù)擔(dān)，客戶端只需要關(guān)注頁面的加載以及數(shù)據(jù)的展示，而不需要過多的關(guān)注服務(wù)請求和邏輯處理。

3.2 服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)

服務(wù)器端采用Jersey+Spring+Hibernate框架，相比傳統(tǒng)的Java Web開發(fā)模式，它易于實(shí)現(xiàn)，即通過簡單配置可實(shí)現(xiàn)符合MVC模式的Web服務(wù)，其框架如圖所示。

圖4 web開發(fā)框架

系統(tǒng)使用Rest服務(wù)來進(jìn)行前后端通信，提供POST/PUT/DELETE的方法對資源進(jìn)行操作和處理，并且以JSON格式作為客戶端與服務(wù)器數(shù)據(jù)交換格式。Jersey是Rest框架的一種實(shí)現(xiàn)，它包含3個(gè)部分：核心服務(wù)器（Core Server）、核心客戶端（Core Client）、集成（Integration）。Spring框架使用配置bean的方式減少對代碼的注入。Hibernate作為持久層，封裝了對數(shù)據(jù)庫的操作。最后需要在web.xml中添加對3個(gè)框架的配置來保證其正常運(yùn)行。

以訂單管理模塊中新建訂單為例說明服務(wù)端的整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程，訂單生成流程如圖5所示。當(dāng)客戶選擇訂購產(chǎn)品以及數(shù)量后，點(diǎn)擊確認(rèn)，就會在訂單表中生成訂單數(shù)據(jù)。

圖5 訂單生成流程

上述過程如下：當(dāng)用戶點(diǎn)擊新建訂單，客戶端發(fā)起rest服務(wù)請求，調(diào)用rest服務(wù)，容器根據(jù)Jersey配置尋找對應(yīng)服務(wù)提供類OrderService的queryOrders方法，它根據(jù)配置在Spring中獲取OrderDao的實(shí)例，然后調(diào)用OrderDao中的queryOrders方法。在OrderDao的queryOrders方法中，使用Hibernate提供的數(shù)據(jù)庫訪問方法查詢在Spring配置文件配置的數(shù)據(jù)庫，Hibernate將數(shù)據(jù)根據(jù)order.hbm文件映射成Order的Java Bean對象。Jersey將查詢出的Order對象轉(zhuǎn)換成JSON數(shù)據(jù)返回到客戶端，供客戶端解析數(shù)據(jù)展示。

3.3 數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)都依賴數(shù)據(jù)存取動作，本系統(tǒng)采用MySQL開源數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取，根據(jù)各功能模塊的對象行為進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫E-R圖如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)庫E-R圖

系統(tǒng)開發(fā)過程中，數(shù)據(jù)持久化實(shí)現(xiàn)是基于Hibernate對象關(guān)系映射框架，利用Hibernate將基于對象的操作化為針對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的操作，并結(jié)合DAO設(shè)計(jì)模式來創(chuàng)建數(shù)據(jù)持久化。該類利用Hibernate實(shí)現(xiàn)DAO接口所定義的抽象方法。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：當(dāng)改用其他的持久化機(jī)制或持久化中間件時(shí)，由于DAO向上層調(diào)用者提供的接口不會變化，只需創(chuàng)建新的DAO實(shí)現(xiàn)類而無需更改應(yīng)用中的業(yè)務(wù)邏輯代碼。

4 MES車間移動管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

通過本文開發(fā)的MES移動應(yīng)用系統(tǒng)，企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)跟蹤，為供應(yīng)鏈協(xié)同、無紙化生產(chǎn)和企業(yè)移動辦公提供支持。在該系統(tǒng)中，具有客戶角色的用戶可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程下發(fā)訂單和查看訂單進(jìn)度的功能，企業(yè)不僅發(fā)揮客戶價(jià)值，還能夠提高市場響應(yīng)能力；訂單經(jīng)過企業(yè)內(nèi)部審核后編制成生產(chǎn)計(jì)劃層層下發(fā)至工位，進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)過程信息經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳至數(shù)據(jù)庫，企業(yè)管理人員或客戶可以遠(yuǎn)程查看生產(chǎn)進(jìn)度，及時(shí)了解生產(chǎn)狀況；在車間內(nèi)部，現(xiàn)場操作人員通過移動終端推送獲取本工序的生產(chǎn)任務(wù)，并且可以查詢與工序關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)設(shè)備信息，以便及時(shí)了解車間整體運(yùn)行情況。

5 結(jié)束語

本文以車間MES系統(tǒng)為研究對象，結(jié)合車間生產(chǎn)現(xiàn)場管理需求，開發(fā)了一種基于Android移動終端的管理系統(tǒng)。通過此系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)終端管理系統(tǒng)的局限，實(shí)現(xiàn)車間信息的有效管理和全面監(jiān)控，提高車間信息管理的效率，滿足員工移動辦公的需求。與傳統(tǒng)PC端MES應(yīng)用軟件相比優(yōu)勢體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1）客戶作為新角色參與到系統(tǒng)中來，為供應(yīng)鏈協(xié)同的實(shí)現(xiàn)提供一種參考。

2）實(shí)現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控和移動辦公，突破計(jì)算機(jī)終端系統(tǒng)的局限。

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圖7 系統(tǒng)運(yùn)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稿件編號：201610044

王茹（1992—），女，河北衡水人，碩士研究生。研究方向：數(shù)字化車間、制造執(zhí)行系統(tǒng)。