中小企業(yè)信息化項目開發(fā)中MES 系統(tǒng)的設計應用

伍超鵬

廣西田園生化股份有限公司 廣西南寧 530007

1 中小企業(yè)的特點與MES 系統(tǒng)概況

1.1 中小企業(yè)的特點

中小企業(yè)的特點體現(xiàn)在如下幾個方面：一是在中小企業(yè)中，成品倉庫周轉(zhuǎn)率相對低，致使成品富余掩蓋了大部分生產(chǎn)問題。所以中小企業(yè)的MES 應當解決成品倉管理問題。二是MES 應用于成品倉后，暴露出成品倉周轉(zhuǎn)率低的問題，進而驅(qū)動生產(chǎn)產(chǎn)能結(jié)構優(yōu)化，為實現(xiàn)產(chǎn)能優(yōu)化，應依賴MES 對生產(chǎn)工藝、設備、人員、原料進行管理。三是中小企業(yè)生產(chǎn)對工藝、原料的管理核心是生產(chǎn)批號管理，以實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)全流程追朔。這一要求驅(qū)動了MES 在原料倉的應用.

1.2 MES 系統(tǒng)

MES 是制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)的簡稱，可將之視作為一個協(xié)同管理平臺，該系統(tǒng)由若干個管理模塊組合而成，其最為突出的特點是能夠?qū)ιa(chǎn)制造過程進行優(yōu)化，可以對生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進行實時收集，并作出分析與處理[1]。

2 中小企業(yè)信息化項目開發(fā)中MES 系統(tǒng)的設計應用

2.1 基于MES 的數(shù)據(jù)管理平臺

基于MES 的數(shù)據(jù)管理平臺由以下幾個層次構成：采集層、存儲層、分析層以及應用層。其中采集層主要負責對生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行實時采集，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳給存儲層進行臨時存儲，并由分析層對數(shù)據(jù)進行分析處理，最終得到結(jié)果會直接發(fā)送到應用層當中，經(jīng)以太網(wǎng)將這部分信息直接作用于生產(chǎn)現(xiàn)場的相應設備上，由此便可形成數(shù)據(jù)驅(qū)動下的閉環(huán)控制，從而使整個生產(chǎn)過程變得更加高效、可控。

2.2 相關參數(shù)

與生產(chǎn)現(xiàn)場設備密切相關的數(shù)據(jù)有運行參數(shù)、自動化控制系統(tǒng)采集參數(shù)、報警信息等等，可以結(jié)合具體的生產(chǎn)工藝對數(shù)據(jù)的采集范圍與精度進行確定，各種參數(shù)可以通過相應的傳感器進行檢測。人員數(shù)據(jù)歸屬于靜態(tài)數(shù)據(jù)的范疇，主要包括姓名、工號、工種等，可將這部分數(shù)據(jù)一次性輸入到系統(tǒng)當中；環(huán)境數(shù)據(jù)具有動態(tài)性的特點，如生產(chǎn)現(xiàn)場的溫濕度等，這些數(shù)據(jù)并非一成不變，所以需要對這部分數(shù)據(jù)進行實時采集；質(zhì)量數(shù)據(jù)主要是質(zhì)檢數(shù)據(jù)，如材料、產(chǎn)品的質(zhì)量檢測結(jié)果等，此類數(shù)據(jù)基本上不會發(fā)生動態(tài)變化，根據(jù)實測結(jié)果進行準確錄入即可；能耗數(shù)據(jù)是所有與水、電等能源消耗有關的數(shù)據(jù)，如電能使用、水消耗量等等；物料數(shù)據(jù)是一類比較特殊的數(shù)據(jù)，具有離散性的特點，如各種物料的入庫與出庫數(shù)據(jù)、原材料的消耗數(shù)據(jù)等等，該數(shù)據(jù)可經(jīng)由MES 系統(tǒng)直接下發(fā)給現(xiàn)場的HMI（人機界面）設備。

2.3 數(shù)據(jù)采集與存儲

（1）數(shù)據(jù)采集

對于中小企業(yè)而言，信息化的實現(xiàn)離不開數(shù)據(jù)的支撐，由此使得數(shù)據(jù)采集成為信息化的關鍵部分。在MES 系統(tǒng)當中，為使數(shù)據(jù)采集能夠順利進行，需要與現(xiàn)場設備進行有效地數(shù)據(jù)對接。選取以下兩種數(shù)據(jù)采集方式，即RFID（射頻識別）和PLC（可編程邏輯控制器）自動采集，其中前者能夠?qū)θ缦聰?shù)據(jù)進行采集：生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)的人員、產(chǎn)品流通以及庫存等；后者則可對現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)、耗能情況等數(shù)據(jù)進行采集。同時，經(jīng)由以太網(wǎng)可將采集到的數(shù)據(jù)傳給控制室。①RFID 采集。在智能化生產(chǎn)車間的構建中，RFID 是不可或缺的技術之一。常規(guī)的RFID 由以下幾個部分組成：讀寫器、中間件、電子標簽以及軟件程序等等。在上述組成部分當中，讀寫器的主要作用是對電子標簽進行讀或?qū)?，該裝置的功率可以通過外接電線的方式進行增強，經(jīng)無線射頻，將能量發(fā)送給電子標簽；中間件能夠?qū)ο嚓P的信息進行高效處理；電子標簽一般都是在粘貼在物體表面，借助其內(nèi)部的電子芯片，完成與讀寫器之間的數(shù)據(jù)交互。在本次設計開發(fā)的MES 系統(tǒng)中，RFID 負責對以下數(shù)據(jù)進行采集：人員、物料、生產(chǎn)等。在生產(chǎn)過程中，可以通過讀寫器對原材料上的電子標簽進行掃描，以此來完成材料原產(chǎn)地、質(zhì)地等信息的采集，并將這些信息經(jīng)網(wǎng)絡發(fā)送給MES 系統(tǒng)，為后續(xù)的質(zhì)量分析提供依據(jù)[2]。②PLC 采集。對于自動生產(chǎn)領域而言，PLC 是最為常用的一種數(shù)據(jù)采集方式，通信標準可以采用OPC-UA，該標準的運用可使設備之間、系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換得以順利實現(xiàn)。PLC 選用的是西門子公司S7 系列產(chǎn)品，依托OPC-UA 架構，可使兩臺PLC進行數(shù)據(jù)交互，不需要服務器傳遞信息。通過對PLC 功能的配置，使MES 嵌入到OPC-UA 中，由于數(shù)據(jù)格式并未發(fā)生變化，所以不會出現(xiàn)延遲問題。PLC 能夠?qū)θ缦聰?shù)據(jù)進行采集：設備、能耗、物料、環(huán)境以及質(zhì)量統(tǒng)計等。

（2）數(shù)據(jù)存儲。數(shù)據(jù)的存儲需要通過數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)，經(jīng)過比選之后，最終決定采用SQL Server 數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫具有較高的性能，可存放多種類型的數(shù)據(jù)，如實時數(shù)據(jù)、關系型數(shù)據(jù)等等，能夠滿足MES 系統(tǒng)的運行需要。

2.4 MES 系統(tǒng)用例圖

對于MES 系統(tǒng)而言，用例圖具有藍圖的作用，通過對用例圖的設計，能夠使系統(tǒng)中各個功能模塊的構建過程變得更加簡單。

（1）生產(chǎn)計劃管理用例。生產(chǎn)計劃管理是MES 系統(tǒng)中較為重要的功能模塊之一，通過對該模塊的用例圖進行設計，負責生產(chǎn)計劃的管理人員可對生產(chǎn)任務進行下達與調(diào)度，并對生產(chǎn)工單進行制定與調(diào)整，跟蹤生產(chǎn)任務的完成情況[3]。

（2）設備管理模塊用例。該功能模塊的用例相對較多，如設備列表、運行狀態(tài)監(jiān)控、維修管理、保養(yǎng)計劃、停機記錄、功效分析、參數(shù)管理等。

3 結(jié)語

綜上所述，中小企業(yè)在進行信息化項目開發(fā)的過程中，可以對MES 系統(tǒng)進行合理應用，借助該系統(tǒng)除了能夠?qū)ιa(chǎn)過程進行優(yōu)化之外，還能提高生產(chǎn)現(xiàn)場的管理效率，有助于促進產(chǎn)品質(zhì)量的進一步提升。