基于C/S架構的TX產線MES設計與開發(fā)

楊開偉,童一飛

(南京理工大學機械工程學院,江蘇 南京 210094)

制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)可使車間上層計劃管理系統(tǒng)和底層控制系統(tǒng)之間的信息孤島有效聯(lián)系起來,從而彌補計劃層和控制層之間的空隙,保證信息流在企業(yè)中的連續(xù)性[1]。它通過控制包括物料、設備、人員、流程指令和設施在內的所有工廠資源來提高制造競爭力,提供一種系統(tǒng)的在統(tǒng)一平臺上集成諸如質量控制、文檔管理、生產調度等功能的方式,從而實現(xiàn)企業(yè)實時化的ERP/MES/SFC系統(tǒng)[2]。

自國內引入MES以來,專家學者對其不斷研究,已經取得了一定的成果,在各個行業(yè)的應用也較為廣泛。夏家俊等[3]采用基于JAVA語言的SSM架構并結合精益造船思想,開發(fā)了一款適用于小型船舶制造企業(yè)的MES。方喜峰等[4]針對鈑金加工單元上層信息系統(tǒng)與下層設備之間數(shù)據(jù)交互困難的現(xiàn)狀,設計開發(fā)了一套鈑金加工MES?？傮w而言,國內對MES的研究和應用已較為深入,但仍有一些企業(yè)還未實施MES,因此需要相關專家學者和企業(yè)管理者積極推行MES的應用,以此來推動兩化深入融合和制造業(yè)轉型升級。

目前,企業(yè)TX產線存在現(xiàn)場調度與操作以人工為主、信息化程度偏低等問題,本文根據(jù)企業(yè)需求,基于C/S架構設計開發(fā)了一套MES來改善當前狀況。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 功能需求分析

通過對TX產線進行實地調研,根據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀,提出TX產線MES的9個功能需求。

1)計劃管理:將客戶訂單導入到系統(tǒng)中,對訂單進行組卷、計劃排產和任務分流后,訂單就被劃分成多個加工任務下發(fā)到生產部門。當訂單完成交付后,可改變訂單狀態(tài)并將其歸檔。

2)工藝管理:對產品的物料清單(BOM)表、工藝路線和圖紙等進行制定和審核,提供相關技術文檔的查詢功能。

3)車間調度管理:將加工任務下派給班組長,并負責生產所需物料的領料單制定。加工者可以進行開工、完工上報,外包公司可以進行檢驗申請。同時,還提供了加工進度的詳細查詢功能。

4)質量管理:負責記錄在制品過程檢驗、外包檢驗和產品最終檢驗的詳細信息,并按檢驗結果及時進行處理,記錄處理信息。同時,可以統(tǒng)計相關質量數(shù)據(jù)和匯總質量問題。

5)庫存管理:對原材料、零件、部件和產品的出入庫進行管理,記錄其相關庫存信息。提供零部件齊套查詢、齊套轉庫功能,在領料人員進行領料時,將齊套物料送至相應工位。

6)產品追蹤管理[5]:在產品出現(xiàn)質量問題時,

對產品加工過程和檢驗過程進行追溯,尋找質量問題產生的原因。

7)人力資源管理:對員工基礎信息、出勤信息和工作效率信息進行實時記錄和統(tǒng)計分析。

8)設備維護管理:對設備基礎信息、工裝工具信息和設備維護信息進行記錄。在實時采集設備加工數(shù)據(jù)的基礎上,對設備綜合效率進行統(tǒng)計分析。

9)系統(tǒng)管理:對系統(tǒng)用戶的賬號、密碼和權限等內容進行管理,并記錄系統(tǒng)的更新內容、更新日期等信息。

1.2 性能需求分析

根據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀,提出對TX產線MES的7個性能需求,具體如下:

1)系統(tǒng)安全性。系統(tǒng)應具有高度的安全性,不僅要嚴格地保護、備份產品數(shù)據(jù),而且還要具備防范網絡攻擊、惡意軟件等安全威脅的能力,以此保護企業(yè)的核心技術,維護企業(yè)的行業(yè)地位和競爭力。

2)系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)能長時間穩(wěn)定地運行,不能頻繁地出現(xiàn)卡頓、閃退等問題,以確保企業(yè)能夠順利地完成各項工作任務,提高工作效率和效益。

3)系統(tǒng)快速性。系統(tǒng)能流暢、迅速地執(zhí)行使用者的操作,并快速地對數(shù)據(jù)或資料進行讀取、存儲或計算后,及時地進行響應和反饋。

4)系統(tǒng)易操作性。系統(tǒng)功能界面簡潔大方,操作簡單易懂,能為用戶帶來良好的使用體驗并提高工作效率。

5)系統(tǒng)可集成性。系統(tǒng)能與企業(yè)中其他管理系統(tǒng)進行集成和兼容,不同系統(tǒng)間的接口要規(guī)范且統(tǒng)一,實現(xiàn)生產車間信息的閉環(huán)控制,提升企業(yè)工作效率。

6)系統(tǒng)可維護性。系統(tǒng)說明文檔齊全,由企業(yè)員工即可修復軟件中的漏洞和錯誤,對軟件進行定期的維護和升級。

7)系統(tǒng)二次開發(fā)性。系統(tǒng)能進行二次開發(fā),滿足企業(yè)產能擴大和規(guī)模提升后的需求,適應企業(yè)發(fā)展。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)總體架構設計

MES的總體框架分為設備支撐層、數(shù)據(jù)采集層、資源信息層、數(shù)據(jù)交互層、業(yè)務層和展示層,如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構

2.2 系統(tǒng)功能設計

根據(jù)企業(yè)需求,本文設計了TX產線MES的9個功能模塊,分別為計劃管理、工藝管理、車間調度管理、質量管理、庫存管理、產品追蹤管理、人力資源管理、設備維護管理和系統(tǒng)管理模塊,如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能

2.3 系統(tǒng)總體邏輯設計

TX產線MES的總體邏輯如圖3所示,導入訂單后依次進行計劃管理、車間調度管理、質量管理和庫存管理,形成生產的閉環(huán)控制。工藝管理、人力資源管理、設備維護管理和產品追蹤管理在此過程中起輔助作用。

圖3 系統(tǒng)總體邏輯

2.4 系統(tǒng)接口設計

TX產線MES主要與企業(yè)資源計劃(ERP)系統(tǒng)、計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)系統(tǒng)、產品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)有數(shù)據(jù)交互。為實現(xiàn)生產車間信息的閉環(huán)控制[6],設計MES與上述系統(tǒng)之間的接口如下:

1)MES與ERP系統(tǒng)的接口?；谄髽I(yè)服務總線(ESB)數(shù)據(jù)總線技術[7-8]和Web Server技術[9],設計出MES與ERP的集成框架如圖4所示。主要進行生產訂單信息、訂單變更信息、庫存信息和完工入庫信息的交互,其接口邏輯如圖5所示。

圖4 MES與ERP集成框架

圖5 MES與ERP接口邏輯

2)MES與CAPP系統(tǒng)的接口?；谥虚g表技術,設計出MES與CAPP系統(tǒng)的集成框架如圖6所示。主要進行工藝路線信息、工藝變更信息、工藝卡片信息的交互,其接口邏輯如圖7所示。

圖6 MES與CAPP集成框架

圖7 MES與CAPP接口邏輯

3)MES與PDM系統(tǒng)的接口。MES與PDM系統(tǒng)的集成框架如圖8所示, PDM系統(tǒng)提供查看圖紙的工具,MES調用該工具即可查看圖紙信息。

圖8 MES與PDM集成框架

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

考慮到企業(yè)對于系統(tǒng)的安全性和響應速度要求很高,本文選擇C/S架構,并利用SQL Server2008數(shù)據(jù)庫[10]和Python 3.7[11]來進行TX產線MES的開發(fā)。下面對系統(tǒng)中的一些功能模塊進行簡要介紹。

系統(tǒng)的主界面主要包括菜單欄、功能導航欄和功能區(qū),如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)主界面

訂單管理功能界面主要包括訂單信息輸入框、相關功能按鈕和顯示框,如圖10所示,用戶可在此輸入訂單信息。

圖10 訂單管理功能界面

組卷管理功能界面主要分成上、下兩部分,上面為訂單結構查詢,下面為組卷信息輸入,如圖11所示。用戶進行訂單的組卷前,首先要進行訂單產品結構查詢,然后根據(jù)查詢結果來進行訂單的組卷,將訂單劃分成多個加工批次。

圖11 組卷管理功能界面

工藝審核功能界面也分為上、下兩部分,上面為已排產產品工序查詢,下面為工藝審核信息輸入,如圖12所示。用戶在進行工藝審核前,首先要進行工序查詢,然后才進行審核。

圖12 工藝審核功能界面

4 結束語

本文基于C/S架構,設計開發(fā)了TX產線的MES。該系統(tǒng)為解決企業(yè)當前現(xiàn)場調度與操作以人工為主、信息化程度偏低等問題提供了一個有效的解決方案,能為相關行業(yè)從業(yè)人員帶來一定的參考價值。