制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution Systern，MES)是美國AMR公司(Advanced Manufacturing Research)在20世紀(jì)90年代初提出的，并將其定義為“位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”。通過20多年的研究，MES在理論研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面都取得了較大的進(jìn)展，特別是對(duì)MES的可重構(gòu)性、可集成性、可移植性、可配置性等進(jìn)行了深入的研究，并隨著研究的不斷深入，提出了智能MES、合弄MES、物聯(lián)MES。列等先進(jìn)MES系統(tǒng)的概念，給出了相應(yīng)的解決方案。

    然而，傳統(tǒng)MES大多只針對(duì)單車間生產(chǎn)進(jìn)行流程管理，不涉及多車間之間協(xié)同作業(yè)的過程管理，這樣就產(chǎn)生了產(chǎn)品全生命周期管理中的盲點(diǎn)，造成生產(chǎn)全過程跟蹤與監(jiān)控信息的斷流。因此，產(chǎn)品中轉(zhuǎn)工序的管理等新興需求應(yīng)運(yùn)而生，中轉(zhuǎn)管理不僅僅是實(shí)現(xiàn)單個(gè)車問對(duì)“產(chǎn)品轉(zhuǎn)出一產(chǎn)品返回”開頭結(jié)尾兩點(diǎn)進(jìn)行控制，更是深入到細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)中轉(zhuǎn)全過程的多點(diǎn)管理與監(jiān)控，并且實(shí)現(xiàn)多個(gè)車間之間進(jìn)行中轉(zhuǎn)過程整體控制，以便于企業(yè)全面、及時(shí)地掌握車間生產(chǎn)情況，進(jìn)而進(jìn)行全盤有效監(jiān)控，從而提高車間中轉(zhuǎn)協(xié)同作業(yè)的效率。

1 系統(tǒng)需求分析

    零組件中轉(zhuǎn)生產(chǎn)是車間零件生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)，通過對(duì)7家國有大中型制造企業(yè)或制造車間詳細(xì)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，車間之間中轉(zhuǎn)任務(wù)的交互管理主要存在以下問題：

    a．中轉(zhuǎn)任務(wù)到達(dá)隨意，生產(chǎn)計(jì)劃指導(dǎo)性不足。

    b．調(diào)度簡(jiǎn)單，計(jì)劃員主要憑借經(jīng)驗(yàn)和加工車間零件的輕重緩急程度進(jìn)行調(diào)度，調(diào)度依據(jù)不規(guī)范。

    c．中轉(zhuǎn)零部件生產(chǎn)加工周期短、頻、快。中轉(zhuǎn)工序往往只有一道或幾道，相比整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)周期，實(shí)際加工周期短，中轉(zhuǎn)任務(wù)需求頻繁，要求中轉(zhuǎn)產(chǎn)品返回速度快等。

    d．涉及部門多，存在大量扯皮現(xiàn)象，缺乏有效監(jiān)管機(jī)制。

    e．現(xiàn)有手工紙質(zhì)管理方式帶來的信息滯后性，造成企業(yè)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中轉(zhuǎn)生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)全面統(tǒng)計(jì)，無法全面、及時(shí)地了解廠內(nèi)中轉(zhuǎn)零件的生產(chǎn)進(jìn)度，也就無法給公司各生產(chǎn)及管理單位的決策提供有效信息，致使公司各生產(chǎn)管理單位無法快速解決中轉(zhuǎn)零件的生產(chǎn)問題，也就不能及時(shí)調(diào)整中轉(zhuǎn)零件的生產(chǎn)。

    針對(duì)以上中轉(zhuǎn)管理的不足，對(duì)中轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)特別是系統(tǒng)中中轉(zhuǎn)需求計(jì)劃的編制技術(shù)提出以下要求：

    a．中轉(zhuǎn)計(jì)劃任務(wù)的到達(dá)、返回等應(yīng)有時(shí)間要求，便于接收車間和發(fā)出車間計(jì)劃任務(wù)的安排，以指導(dǎo)MES系統(tǒng)內(nèi)中轉(zhuǎn)相關(guān)單位的排產(chǎn)。

    b．對(duì)于協(xié)作車間之間中轉(zhuǎn)任務(wù)的安排應(yīng)有協(xié)調(diào)機(jī)制，由中轉(zhuǎn)發(fā)出車間、中轉(zhuǎn)接收車間以及生產(chǎn)管理部門等相關(guān)單位共同協(xié)商完成中轉(zhuǎn)任務(wù)的計(jì)劃制訂。

    c．需要權(quán)利部門的介入，對(duì)協(xié)作車間之間的中轉(zhuǎn)任務(wù)安排進(jìn)行進(jìn)一步協(xié)調(diào)和監(jiān)督，防止出現(xiàn)協(xié)作車間扯皮現(xiàn)象。

    d．對(duì)于異常計(jì)劃，如長(zhǎng)期未執(zhí)行計(jì)劃、臨時(shí)中轉(zhuǎn)計(jì)劃、因?yàn)閳?bào)廢產(chǎn)生的無法繼續(xù)執(zhí)行的計(jì)劃等，應(yīng)有相應(yīng)的處理機(jī)制，做到計(jì)劃的“善始善終”。

    e．對(duì)中轉(zhuǎn)計(jì)劃的執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，建立全方位、多角度、實(shí)時(shí)的中轉(zhuǎn)管理過程監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用平臺(tái)，以便公司和車間及時(shí)了解中轉(zhuǎn)生產(chǎn)狀況，進(jìn)而指導(dǎo)下步生產(chǎn)。

2 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

    車間依據(jù)中轉(zhuǎn)計(jì)劃主線，通過計(jì)劃提出、計(jì)劃答復(fù)、形成計(jì)劃、零件發(fā)出／接收／返回等密切相連的活動(dòng)聯(lián)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)過程管理。綜合先進(jìn)管理理念和組件化技術(shù)，提出了一種制造單元從中轉(zhuǎn)計(jì)劃預(yù)約到計(jì)劃完成，覆蓋車間中轉(zhuǎn)生產(chǎn)全過程的生產(chǎn)管理與控制的整體業(yè)務(wù)流程。中轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 中轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)流程圖

    引入計(jì)劃期的概念，由生產(chǎn)管理部門提前設(shè)定計(jì)劃期所在時(shí)間范圍，并設(shè)定中轉(zhuǎn)計(jì)劃預(yù)約提前期，中轉(zhuǎn)計(jì)劃的提交和執(zhí)行都以計(jì)劃期、計(jì)劃預(yù)約提前期為時(shí)間單位進(jìn)行。整個(gè)中轉(zhuǎn)管理過程共涉及3個(gè)角色，即中轉(zhuǎn)需求計(jì)劃的發(fā)出車間、中轉(zhuǎn)需求計(jì)劃的接收車間以及中轉(zhuǎn)需求計(jì)劃的平衡單位(生產(chǎn)管理部門)，三者之間交互完成中轉(zhuǎn)需求計(jì)劃的編制。此外，每一計(jì)劃期結(jié)束時(shí)，會(huì)對(duì)中轉(zhuǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況進(jìn)行判定，對(duì)于已執(zhí)行完畢的計(jì)劃，進(jìn)行計(jì)劃關(guān)閉。對(duì)未完成的計(jì)劃進(jìn)行計(jì)劃滾動(dòng)，中轉(zhuǎn)計(jì)劃滾動(dòng)條件及流程如圖2所示。

圖2 中轉(zhuǎn)計(jì)劃滾動(dòng)條件及流程圖

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

    遵循把相對(duì)獨(dú)立的事物處理過程作為一個(gè)模塊、盡可能提高單個(gè)模塊的內(nèi)聚度、減少不同功能模塊之間耦合度的原則，把中轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)劃分為5大功能模塊：中轉(zhuǎn)系統(tǒng)管理、中轉(zhuǎn)計(jì)劃管理、中轉(zhuǎn)發(fā)出管理、中轉(zhuǎn)接收管理、查詢與統(tǒng)計(jì)。其系統(tǒng)功能樹如圖3所示。

圖3 中轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)功能樹

    a．中轉(zhuǎn)系統(tǒng)管理通過采用用戶／角色／權(quán)限三級(jí)控制策略，實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)管理的權(quán)限控制，為整個(gè)MES系統(tǒng)中轉(zhuǎn)管理提供安全保障，并對(duì)中轉(zhuǎn)過程進(jìn)行日志管理。

    b．中轉(zhuǎn)計(jì)劃管理負(fù)責(zé)中轉(zhuǎn)計(jì)劃的編制，生成正式的可執(zhí)行的中轉(zhuǎn)計(jì)劃，主要包括計(jì)劃期參數(shù)的設(shè)置、中轉(zhuǎn)計(jì)劃的預(yù)約／答復(fù)／確認(rèn)／平衡等業(yè)務(wù)功能。

    c．中轉(zhuǎn)發(fā)出管理主要包括零件的發(fā)出、零件的返回確認(rèn)、發(fā)出／返回流水卡的維護(hù)、發(fā)出拖期原因的錄入以及中轉(zhuǎn)計(jì)劃發(fā)出的導(dǎo)出與打印等業(yè)務(wù)。

    d．中轉(zhuǎn)接收管理主要包括零件的接收／返回、接收／返回流水卡的維護(hù)、返回拖期原因的錄入、中轉(zhuǎn)設(shè)備的監(jiān)控以及中轉(zhuǎn)計(jì)劃接收的導(dǎo)出與打印等業(yè)務(wù)。

    e．查詢與統(tǒng)計(jì)模塊主要負(fù)責(zé)滿足各級(jí)中轉(zhuǎn)相關(guān)單位管理需要，并進(jìn)行從整體到局部，再到最低層數(shù)據(jù)分層級(jí)全方位一體化的統(tǒng)計(jì)展示與分析，分別將計(jì)劃類別、平衡類、發(fā)出、返回、發(fā)出拖期、返回拖期六大類別范圍內(nèi)的各種指標(biāo)通過圖形形象地展示出來，直至追蹤到各種指標(biāo)的具體數(shù)據(jù)，使公司及各中轉(zhuǎn)單位能一目了然地掌握到全廠及各車間中轉(zhuǎn)完成情況及其在某一指標(biāo)上表現(xiàn)的優(yōu)劣情況，以便及時(shí)作出生產(chǎn)指導(dǎo)。

4 系統(tǒng)體系架構(gòu)

    在軟件體系架構(gòu)設(shè)計(jì)中，分層式結(jié)構(gòu)是最常見，也是最重要的一種結(jié)構(gòu)。常見的三層體系結(jié)構(gòu)，從上至下分別為：表現(xiàn)層UI、業(yè)務(wù)邏輯層(BIJL)、數(shù)據(jù)訪問層(DAL)�？紤]到中轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)以后擴(kuò)展、維護(hù)、重用等問題，本文在傳統(tǒng)三層體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上應(yīng)用工廠方法模式進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)，如圖4所示。

圖4 基于工廠方法模式的軟件體系架構(gòu)

    工廠方法模式通過抽象手段將業(yè)務(wù)對(duì)象的實(shí)現(xiàn)以多態(tài)的形式延遲到子類，以降低業(yè)務(wù)對(duì)象子類間的耦合性，從根本上實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο笾凶钪匾�的原則“開閉原則：對(duì)擴(kuò)展開放、對(duì)修改關(guān)閉”，使得系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性。具體的，在數(shù)據(jù)訪問層和業(yè)務(wù)邏輯層之間增加數(shù)據(jù)訪問接口(IDAL)，規(guī)定業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層的通信規(guī)則。定義業(yè)務(wù)實(shí)體模型(Model)，用于映射數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)關(guān)系，貫穿業(yè)務(wù)邏輯層和表現(xiàn)層，負(fù)責(zé)各層之間數(shù)據(jù)的傳遞。增加數(shù)據(jù)訪問工廠(DALFactory)，控制接口實(shí)現(xiàn)方式。Utility層為關(guān)于數(shù)據(jù)處理的通用類。UI調(diào)用BLL的相關(guān)功能邏輯來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)處理。在BLL中相關(guān)的數(shù)據(jù)處理是通過調(diào)用接口實(shí)現(xiàn)。接口由工廠層控制其實(shí)現(xiàn)的方式。數(shù)據(jù)訪問層實(shí)現(xiàn)具體與數(shù)據(jù)庫交互的功能。各層之間參數(shù)的傳遞主要通過Model實(shí)現(xiàn)。

5 系統(tǒng)應(yīng)用

    面向航空制造業(yè)典型離散制造車間，以中航工業(yè)西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限公司、西安飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司為背景，取得了良好的應(yīng)用效果。MES中轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)采用基于工廠方法模式的多層體系架構(gòu)，應(yīng)用組件開發(fā)技術(shù)，選用．Net軟件開發(fā)平臺(tái)，基于Oracle Datab踮e lOg企業(yè)級(jí)大型數(shù)據(jù)庫，開發(fā)出一套適合航空制造業(yè)的MES中轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)。

    圖5為中轉(zhuǎn)計(jì)劃預(yù)約界面，發(fā)出車間將產(chǎn)品型號(hào)、零組件號(hào)、工序號(hào)、計(jì)劃發(fā)出時(shí)間、期望返回時(shí)間等信息提交給接收車間，進(jìn)行中轉(zhuǎn)計(jì)劃的預(yù)約。

圖5 中轉(zhuǎn)計(jì)劃預(yù)約界面

    圖6為中轉(zhuǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)與查詢界面，界面可以通過設(shè)置計(jì)劃期范圍，查詢范圍內(nèi)計(jì)劃類別、計(jì)劃平衡情況、發(fā)出和返回情況的走勢(shì)，以指導(dǎo)公司下步生產(chǎn)計(jì)劃的安排。

圖6 中轉(zhuǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)與查詢界面

6 結(jié)束語

    MES中轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品生產(chǎn)過程的全生命周期管理，消除了車間扯皮、信息斷流等現(xiàn)象，很大程度上提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。系統(tǒng)采用基于工廠方法模式的分層式軟件體系架構(gòu)，提高了軟件系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與可維護(hù)性，為軟件系統(tǒng)的擴(kuò)展與維護(hù)提供了可借鑒的解決方案和實(shí)現(xiàn)途徑。但目前，中轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)還未與MES系統(tǒng)內(nèi)整體業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)無縫集成，還需進(jìn)一步研究與實(shí)現(xiàn)。 

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：基于工廠方法模式的MES中轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

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