20世紀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(Manufacturing Execution System Association,MESA)給MES做出定義:“MES能通過信息傳遞,對從訂單下達到產(chǎn)品完成整個的生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。當工廠里面有實時事件發(fā)生時,MES能對此及時做出反應(yīng)、報告,并用當前的準確數(shù)據(jù)對它們進行指導(dǎo)和處理。這種對狀態(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,有效地指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)運作過程,從而使其既能提高工廠及時交貨能力和改善物料的流通性能,又能提高生產(chǎn)回報率。MES還通過雙向的通信在企業(yè)內(nèi)部和整個產(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)激烈的市場競爭,企業(yè)需要從各大高校招收精通自動化和信息化的復(fù)合型人才,但國內(nèi)高校欠缺實驗設(shè)備,學(xué)生在校無法進行符合實際的實驗,因此實驗型柔性制造系統(tǒng)應(yīng)運而生,可幫助學(xué)生掌握PLC編程、機械加工等多種知識。但由于基本使用人工操作,實驗型柔性制造系統(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)的實際。
本文研究旨在構(gòu)建與實驗型柔性制造系統(tǒng)相配套的實驗型制造執(zhí)行系統(tǒng)MES。
1 實驗型MES系統(tǒng)功能需求分析
1.1 實驗型柔性制造系統(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)的實驗型柔性制造系統(tǒng),該系統(tǒng)是一個自動化制造系統(tǒng),由供料站、加工站、裝配站、物流站等基本工作單元組成,單個單元可以單機操作,也可以聯(lián)機進行操作。但該系統(tǒng)采用人工控制,無論是單機運行還是聯(lián)機運行,都需要人工參與。該系統(tǒng)也沒有監(jiān)控,無法監(jiān)控自動化加工設(shè)備的加工情況,不能及時發(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 實驗型柔性制造系統(tǒng)
對此,可以構(gòu)建與之配套的制造執(zhí)行系統(tǒng)。在計算機上遠程下達生產(chǎn)任務(wù),監(jiān)控生產(chǎn)計劃的執(zhí)行,并且從現(xiàn)場的自動化設(shè)備采集反映加工情況的實時數(shù)據(jù),以支持生產(chǎn)管理決策。
1.2 實驗型MES系統(tǒng)的功能需求
開發(fā)實驗型制造執(zhí)行系統(tǒng)來管理整個實驗型柔性制造系統(tǒng),目的是提高實驗型柔性制造系統(tǒng)的整體運行效率,使實驗型柔性制造系統(tǒng)功能更完善,更加符合現(xiàn)代工廠自動化生產(chǎn)的實際。從開發(fā)的角度看,適合該實驗型柔性制造系統(tǒng)的實驗型制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)包括以下功能:
a.生產(chǎn)計劃功能。系統(tǒng)下達生產(chǎn)計劃,柔性制造系統(tǒng)負責執(zhí)行的功能。包括下達生產(chǎn)計劃后系統(tǒng)能將其自動轉(zhuǎn)換成柔性制造系統(tǒng)可識別的機器指令進行操作。
b.設(shè)備數(shù)據(jù)自動采集功能。具有從現(xiàn)場設(shè)備自動采集數(shù)據(jù)的功能。系統(tǒng)可通過數(shù)據(jù)采集卡自動采集加工過程中產(chǎn)生的實時數(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,包括各個分站的加工情況、各個物料的加工情況、產(chǎn)生的廢料信息、加工的進度等等。
1.3 實驗型MES系統(tǒng)的性能需求
對實驗型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.實驗型MES系統(tǒng)應(yīng)能進行方便快捷的二次開發(fā),便于提升系統(tǒng)的性能。
b.實驗型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.實驗型MES系統(tǒng)應(yīng)具有開放性、可擴展和可集成性。
d.實驗型MES系統(tǒng)應(yīng)具有運行可靠性能、穩(wěn)定以及操作方便等一般應(yīng)用系統(tǒng)要求的功能。
2 實驗型MES系統(tǒng)詳細設(shè)計
2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計
該系統(tǒng)是與實驗型柔性制造系統(tǒng)配套的MES制造執(zhí)行系統(tǒng),用戶可以下達生產(chǎn)計劃,對生產(chǎn)計劃進行簡單的調(diào)度,可以監(jiān)控管理生產(chǎn)現(xiàn)場自動化設(shè)備,以圖形化的方式顯示生產(chǎn)加工情況,對加工過程中產(chǎn)生的質(zhì)量問題進行分析,同時可進行入庫、出庫、盤點等庫存系統(tǒng)操作。
系統(tǒng)的功能模塊分為7個部分,如圖2所示。本文以用戶管理模塊和生產(chǎn)計劃模塊為例介紹其設(shè)計。
圖2 實驗型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系統(tǒng)的用戶信息進行管理,用戶登錄系統(tǒng)時系統(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。
用戶管理模塊由4個子模塊組成: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:當某個用戶賬號不再使用的時候,可以根據(jù)需要刪除不需要的用戶信息。
2.3 生產(chǎn)計劃模塊
生產(chǎn)計劃模塊主要是下達具體的生產(chǎn)計劃,包括單號、日期等基本信息。生產(chǎn)計劃下發(fā)至各虛擬車間后,現(xiàn)場的自動化設(shè)備依據(jù)所下達的生產(chǎn)計劃執(zhí)行操作。
a.生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)流圖,如圖4所示。
圖4 生產(chǎn)計劃模塊數(shù)據(jù)流圖
b.生產(chǎn)計劃模塊設(shè)計。
生產(chǎn)計劃模塊由2個子模塊組成:下達生產(chǎn)任務(wù)、簡單生產(chǎn)調(diào)度。
下達生產(chǎn)任務(wù):用戶首先輸入單號、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)場的自動化設(shè)備開始執(zhí)行所下達的生產(chǎn)任務(wù)。
簡單生產(chǎn)調(diào)度:下達生產(chǎn)任務(wù)的同時,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,對所下達的多個生產(chǎn)任務(wù)進行調(diào)度。
3 實驗型MES系統(tǒng)過程監(jiān)視模塊的實現(xiàn)
實驗型MES系統(tǒng)登錄實現(xiàn)對用戶訪問權(quán)限的控制。系統(tǒng)會自動檢索用戶名和密碼是否存在,如戶名或密碼出錯;如果存在,則系統(tǒng)登錄成功,進入功能選擇界面。系統(tǒng)登錄成功后,系統(tǒng)主界面會檢索用戶的訪問權(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,那么此時就將鎖定設(shè)備管理模塊的按鈕,使其無法進入此模塊。系統(tǒng)主界面如圖5所示。
圖5 系統(tǒng)主界面
點擊“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,暫時未被使用,為后續(xù)擴展的可加工的物料種類預(yù)留接口。
圖6 過程監(jiān)視界面
運行過程監(jiān)視模塊時,系統(tǒng)從WINCC自帶的SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫采集相應(yīng)的實時數(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,然后對過程監(jiān)視表中的數(shù)據(jù)進行處理,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)視和進度監(jiān)視4張表中,實時更新這4張表中的數(shù)據(jù),然后以圖像化的形式表達出來。
4 結(jié)束語
本文研究的實驗型MES制造執(zhí)行系統(tǒng)可模擬企業(yè)實際生產(chǎn),能有效地管理物料、設(shè)備、人員等多種資源,對與生產(chǎn)相關(guān)的資源進行全面的信息集成,同時兼具下達上產(chǎn)計劃、實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)以及采集數(shù)據(jù)分析處理等功能,從而進行生產(chǎn)調(diào)度與控制,進一步提高制造系統(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)運轉(zhuǎn)、制造系統(tǒng)集成自動化提供有力的支撐。
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本文標題:實驗型ERP/MES制造執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計與研究
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