20世紀(jì)70年代，美國首次提出制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)的概念。制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)(Manufacturing Execution System Association，MESA)給MES做出定義：“MES能通過信息傳遞，對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成整個(gè)的生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理。當(dāng)工廠里面有實(shí)時(shí)事件發(fā)生時(shí)，MES能對(duì)此及時(shí)做出反應(yīng)、報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對(duì)它們進(jìn)行指導(dǎo)和處理。這種對(duì)狀態(tài)變化的迅速響應(yīng)使得MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)運(yùn)作過程，從而使其既能提高工廠及時(shí)交貨能力和改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報(bào)率。MES還通過雙向的通信在企業(yè)內(nèi)部和整個(gè)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中提供有關(guān)產(chǎn)品行為的關(guān)鍵任務(wù)信息”
在我國，為了適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)需要從各大高校招收精通自動(dòng)化和信息化的復(fù)合型人才，但國內(nèi)高校欠缺實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生在校無法進(jìn)行符合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)，因此實(shí)驗(yàn)型柔性制造系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，可幫助學(xué)生掌握PLC編程、機(jī)械加工等多種知識(shí)。但由于基本使用人工操作，實(shí)驗(yàn)型柔性制造系統(tǒng)無法監(jiān)視加工過程，需要制造執(zhí)行系統(tǒng)來對(duì)其控制，使柔性制造系統(tǒng)功能更加齊全，更加貼近工廠生產(chǎn)的實(shí)際。
本文研究旨在構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)型柔性制造系統(tǒng)相配套的實(shí)驗(yàn)型制造執(zhí)行系統(tǒng)MES。
1 實(shí)驗(yàn)型MES系統(tǒng)功能需求分析
1.1 實(shí)驗(yàn)型柔性制造系統(tǒng)分析
圖1為某校應(yīng)用的由某教學(xué)儀器企業(yè)所生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)型柔性制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)化制造系統(tǒng)，由供料站、加工站、裝配站、物流站等基本工作單元組成，單個(gè)單元可以單機(jī)操作，也可以聯(lián)機(jī)進(jìn)行操作。但該系統(tǒng)采用人工控制，無論是單機(jī)運(yùn)行還是聯(lián)機(jī)運(yùn)行，都需要人工參與。該系統(tǒng)也沒有監(jiān)控，無法監(jiān)控自動(dòng)化加工設(shè)備的加工情況，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工中存在的問題，在教學(xué)中使用效果受到限制。
圖1 實(shí)驗(yàn)型柔性制造系統(tǒng)
對(duì)此，可以構(gòu)建與之配套的制造執(zhí)行系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)上遠(yuǎn)程下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)，監(jiān)控生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行，并且從現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化設(shè)備采集反映加工情況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以支持生產(chǎn)管理決策。
1.2 實(shí)驗(yàn)型MES系統(tǒng)的功能需求
開發(fā)實(shí)驗(yàn)型制造執(zhí)行系統(tǒng)來管理整個(gè)實(shí)驗(yàn)型柔性制造系統(tǒng)，目的是提高實(shí)驗(yàn)型柔性制造系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率，使實(shí)驗(yàn)型柔性制造系統(tǒng)功能更完善，更加符合現(xiàn)代工廠自動(dòng)化生產(chǎn)的實(shí)際。從開發(fā)的角度看，適合該實(shí)驗(yàn)型柔性制造系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)型制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)包括以下功能：
a．生產(chǎn)計(jì)劃功能。系統(tǒng)下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃，柔性制造系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行的功能。包括下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃后系統(tǒng)能將其自動(dòng)轉(zhuǎn)換成柔性制造系統(tǒng)可識(shí)別的機(jī)器指令進(jìn)行操作。
b．設(shè)備數(shù)據(jù)自動(dòng)采集功能。具有從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的功能。系統(tǒng)可通過數(shù)據(jù)采集卡自動(dòng)采集加工過程中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用以表明加工情況。
c．過程監(jiān)視功能。具有監(jiān)視生產(chǎn)加工執(zhí)行情況的功能，包括各個(gè)分站的加工情況、各個(gè)物料的加工情況、產(chǎn)生的廢料信息、加工的進(jìn)度等等。
1.3 實(shí)驗(yàn)型MES系統(tǒng)的性能需求
對(duì)實(shí)驗(yàn)型MES系統(tǒng)的性能需求不僅包括系統(tǒng)本應(yīng)具備的性能要求，也包括一般軟件系統(tǒng)的性能要求，具體如下：
a．實(shí)驗(yàn)型MES系統(tǒng)應(yīng)能進(jìn)行方便快捷的二次開發(fā)，便于提升系統(tǒng)的性能。
b．實(shí)驗(yàn)型MES系統(tǒng)應(yīng)具有滿足一般軟件系統(tǒng)的安全和可靠性要求的性能。
c．實(shí)驗(yàn)型MES系統(tǒng)應(yīng)具有開放性、可擴(kuò)展和可集成性。
d．實(shí)驗(yàn)型MES系統(tǒng)應(yīng)具有運(yùn)行可靠性能、穩(wěn)定以及操作方便等一般應(yīng)用系統(tǒng)要求的功能。
2 實(shí)驗(yàn)型MES系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)是與實(shí)驗(yàn)型柔性制造系統(tǒng)配套的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)，用戶可以下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)度，可以監(jiān)控管理生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備，以圖形化的方式顯示生產(chǎn)加工情況，對(duì)加工過程中產(chǎn)生的質(zhì)量問題進(jìn)行分析，同時(shí)可進(jìn)行入庫、出庫、盤點(diǎn)等庫存系統(tǒng)操作。
系統(tǒng)的功能模塊分為7個(gè)部分，如圖2所示。本文以用戶管理模塊和生產(chǎn)計(jì)劃模塊為例介紹其設(shè)計(jì)。
圖2 實(shí)驗(yàn)型MES系統(tǒng)整體模型
2.2 用戶管理模塊
用戶管理模塊主要是對(duì)系統(tǒng)的用戶信息進(jìn)行管理，用戶登錄系統(tǒng)時(shí)系統(tǒng)根據(jù)用戶信息，判斷其權(quán)限，保證用戶只訪問權(quán)限范圍內(nèi)的內(nèi)容。
a．用戶管理模塊數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。
圖3 用戶管理模塊數(shù)據(jù)流圖
b．用戶管理模塊設(shè)計(jì)。
用戶管理模塊由4個(gè)子模塊組成：用戶查看、用戶添加、用戶修改、用戶刪除。
用戶查看：擁有用戶管理模塊訪問權(quán)限的用戶，可以查看用戶信息，包括用戶的真實(shí)姓名、所在部門等等。
用戶添加：添加新的用戶，輸入新用戶的用戶名、密碼等基礎(chǔ)信息，驗(yàn)證所輸入信息的正確性，然后確定用戶的訪問權(quán)限。
用戶修改：修改已有的用戶信息，普通用戶可以修改自己的用戶名、密碼等基礎(chǔ)信息，系統(tǒng)管理員可以修改所有人員的用戶信息。
用戶刪除：當(dāng)某個(gè)用戶賬號(hào)不再使用的時(shí)候，可以根據(jù)需要?jiǎng)h除不需要的用戶信息。
2.3 生產(chǎn)計(jì)劃模塊
生產(chǎn)計(jì)劃模塊主要是下達(dá)具體的生產(chǎn)計(jì)劃，包括單號(hào)、日期等基本信息。生產(chǎn)計(jì)劃下發(fā)至各虛擬車間后，現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化設(shè)備依據(jù)所下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行操作。
a．生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)流圖，如圖4所示。
圖4 生產(chǎn)計(jì)劃模塊數(shù)據(jù)流圖
b．生產(chǎn)計(jì)劃模塊設(shè)計(jì)。
生產(chǎn)計(jì)劃模塊由2個(gè)子模塊組成：下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)、簡(jiǎn)單生產(chǎn)調(diào)度。
下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)：用戶首先輸入單號(hào)、日期、操作員等生產(chǎn)任務(wù)的基本信息，再添加所需生產(chǎn)物料的數(shù)量，制成生產(chǎn)單，然后下令執(zhí)行，現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化設(shè)備開始執(zhí)行所下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)。
簡(jiǎn)單生產(chǎn)調(diào)度：下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)的同時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的日期，按照一定的調(diào)度原則，對(duì)所下達(dá)的多個(gè)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。
3 實(shí)驗(yàn)型MES系統(tǒng)過程監(jiān)視模塊的實(shí)現(xiàn)
實(shí)驗(yàn)型MES系統(tǒng)登錄實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶訪問權(quán)限的控制。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢索用戶名和密碼是否存在，如戶名或密碼出錯(cuò)；如果存在，則系統(tǒng)登錄成功，進(jìn)入功能選擇界面。系統(tǒng)登錄成功后，系統(tǒng)主界面會(huì)檢索用戶的訪問權(quán)限，并將相應(yīng)的功能選擇按鈕鎖定。例如某用戶不具有訪問設(shè)備管理模塊的權(quán)限，那么此時(shí)就將鎖定設(shè)備管理模塊的按鈕，使其無法進(jìn)入此模塊。系統(tǒng)主界面如圖5所示。
圖5 系統(tǒng)主界面
點(diǎn)擊“主界面”中的“過程監(jiān)視”，彈出過程監(jiān)視界面，如圖6所示。過程監(jiān)視模塊可完成下列4類操作：分站監(jiān)視、在制品監(jiān)視、質(zhì)量監(jiān)視和進(jìn)度監(jiān)視。圖6為分站監(jiān)視界面，“分站監(jiān)視”界面以圖像化的形式表示現(xiàn)在各個(gè)分站正在加工的物料種類和數(shù)量。圖中，A色為合格的銀白色物料，B色為不合格的塑料物料，C色為預(yù)留的物料，暫時(shí)未被使用，為后續(xù)擴(kuò)展的可加工的物料種類預(yù)留接口。
圖6 過程監(jiān)視界面
運(yùn)行過程監(jiān)視模塊時(shí)，系統(tǒng)從WINCC自帶的SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫采集相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后添加到MES數(shù)據(jù)庫的過程監(jiān)視表中，然后對(duì)過程監(jiān)視表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理后的結(jié)果分別發(fā)到分站監(jiān)視、在制品監(jiān)視、質(zhì)量監(jiān)視和進(jìn)度監(jiān)視4張表中，實(shí)時(shí)更新這4張表中的數(shù)據(jù)，然后以圖像化的形式表達(dá)出來。
4 結(jié)束語
本文研究的實(shí)驗(yàn)型MES制造執(zhí)行系統(tǒng)可模擬企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)，能有效地管理物料、設(shè)備、人員等多種資源，對(duì)與生產(chǎn)相關(guān)的資源進(jìn)行全面的信息集成，同時(shí)兼具下達(dá)上產(chǎn)計(jì)劃、實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以及采集數(shù)據(jù)分析處理等功能，從而進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度與控制，進(jìn)一步提高制造系統(tǒng)的生產(chǎn)和作業(yè)效率，為保證生產(chǎn)全過程的高效協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)、制造系統(tǒng)集成自動(dòng)化提供有力的支撐。
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