1 MES系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

    隨著MES應(yīng)用系統(tǒng)在工業(yè)企業(yè)越來越廣泛的推廣，工業(yè)企業(yè)發(fā)現(xiàn)MES能夠提高計劃的實時性和靈活性，改善生產(chǎn)線的運行效率。同時，美國先進制造研究機構(gòu)AMR調(diào)查發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有的企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)普遍由以ERP/MRPII為代表的企業(yè)管理軟件，以SCADA.HMI為代表的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件和以支持企業(yè)全面集成的MES軟件群組成。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，提出了三層的企業(yè)集成模型(如圖1)。MES可以對來自MRPII/ERP軟件的生產(chǎn)管理信息細化、分解，將操作指令傳遞給底層控制：可以實時監(jiān)控底層設(shè)備的運行狀態(tài)，采集設(shè)備、儀表的狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析與處理，從而方便、可靠地將控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)聯(lián)系在一起，并將生產(chǎn)狀況及時反饋給計劃層。進入二十一世紀，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)通過追蹤生產(chǎn)信息流來實現(xiàn)對企業(yè)的全面控制和管理，它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐步擺脫了完全按照物理層次劃分并配置系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式，向著更加簡單合理的綜合模式發(fā)展，如圖2所示。

圖1 企業(yè)管理系統(tǒng)三層集成模型

圖2 CIMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢圖

    雖然MES的發(fā)展歷史較短，但它能有效地實現(xiàn)以時間為關(guān)鍵的制造思想，因而在發(fā)達國家推廣的非常迅速，并給工廠帶來了巨大的經(jīng)濟效益，對國外的管理界也產(chǎn)生了深遠的影響。

    從國內(nèi)看，CIMS、MES、ERP等概念進入我國都比較早，但只以DCS為代表的底層自動化和以ERP為代表的管理系統(tǒng)普及速度較快。雖然在觀念上已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變，有一些公司在加快開發(fā)中國式的MES產(chǎn)品或應(yīng)用國外的MES產(chǎn)品，而且勢頭較好，但我國工業(yè)企業(yè)的信息孤島和缺損環(huán)鏈現(xiàn)象比國外更為突出，對MES層的認識相對落后。國內(nèi)學者對車間層、單元層的研究大都著重于控制模型的研究，很少從應(yīng)用出發(fā)來研究和開發(fā)面向制造過程的集成化管理和控制軟件。因此，加強對MES的研究和推廣應(yīng)用，探索MES的發(fā)展道路，對于提高我國企業(yè)的管理水平，增強制造業(yè)的競爭實力具有重要的意義。

2 企業(yè)MES系統(tǒng)功能架構(gòu)

    企業(yè)MES為一系列管理功能，而非一套軟件系統(tǒng)，它完全可以是各種生產(chǎn)管理的功能軟件集合。主要的MES功能模塊(如圖3)包括：1)資源配置與狀態(tài)跟蹤；2)工序大于細節(jié)調(diào)度；3)生產(chǎn)計劃和調(diào)度；4)文檔控制；5)數(shù)據(jù)采集和獲��；6)人力資源管理：7)質(zhì)量管理；8)過程管理：9)維護管理：10)產(chǎn)品跟蹤與記錄；11)性能分析。

圖3 MES系統(tǒng)功能架構(gòu)

3 MES系統(tǒng)設(shè)計

    企業(yè)信息系統(tǒng)一般采用C/S(Client/Server)和B/S(Brewer/Server)兩種架構(gòu)模式。因為受到生產(chǎn)現(xiàn)場的條件約束，CIS模式的使用需要較高的系統(tǒng)硬件配置和相對大的成本，并且相比較與B/S，C/S具有較大的維護工作量，復雜而又繁瑣的系統(tǒng)升級，以及相對高的系統(tǒng)開發(fā)與維護成本，基于此，系統(tǒng)選用了B/S體系結(jié)構(gòu)，其主要開發(fā)工具是C#與.NET，后臺數(shù)據(jù)庫使用SQL Server。開發(fā)完成的系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫安裝在WEB服務(wù)器，通過IIS發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上，生產(chǎn)車間和上層管理人員在辦公室通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)瀏覽器向WEB服務(wù)器發(fā)出請求，WEB服務(wù)器上的IIS服務(wù)再根據(jù)用戶請求，執(zhí)行相應(yīng)的操作，并將結(jié)果生成HTML文件發(fā)送到客戶端(如圖4)。

圖4 Web應(yīng)用程序響應(yīng)客戶端請求過程圖

    3.1 硬件環(huán)境 按照某研究所規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸與處理的需求，及數(shù)據(jù)處理量的要求結(jié)合企業(yè)實際數(shù)據(jù)處理量、現(xiàn)有的硬件資源和部門特點，為企業(yè)設(shè)計的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)(如圖5)。系統(tǒng)部署在管理大樓的系統(tǒng)服務(wù)器上。管理大樓中的終端用戶能夠經(jīng)過中心交換機和前置交換級的級聯(lián)，繼而實現(xiàn)對系統(tǒng)服務(wù)器的訪問(如圖5)。

圖5 MES系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

    系統(tǒng)通過采集與反饋每個生產(chǎn)單元的數(shù)據(jù)，構(gòu)成覆蓋全部門的開放式以太網(wǎng)絡(luò)，旨在實現(xiàn)閉環(huán)管理的需求。系統(tǒng)主要圍繞數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，對實施數(shù)據(jù)進行比照與存取，從而形成不同的統(tǒng)計分析報表，達到監(jiān)視和控制生產(chǎn)信息已經(jīng)管理生產(chǎn)流程的目的，提供規(guī)范的網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)瀏覽查詢與資料索取。

    3.2 軟件結(jié)構(gòu) 在開發(fā)時，系統(tǒng)使用基于.NET的B/S軟件架構(gòu)，整個系統(tǒng)為了達到數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一化、軟件功能模塊以及模塊接口標準化，采用數(shù)據(jù)訪問層、WEB表現(xiàn)層以及業(yè)務(wù)邏輯層三層體系架構(gòu)。

    數(shù)據(jù)訪問層的任務(wù)是處理后臺數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)間的交互，數(shù)據(jù)訪問模塊與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)成本層。前者對數(shù)據(jù)庫的詳細操作進行封裝，接受業(yè)務(wù)處理模塊的數(shù)據(jù)訪問請求，同時把操作結(jié)果通過業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的方式返還給業(yè)務(wù)處理模塊；WEB表現(xiàn)層做為系統(tǒng)功能的顯示界面，并且是給予系統(tǒng)和用戶交互接口。該層由安全認證模塊以及頁面顯示模塊組成。前者的任務(wù)是認證用戶的身份以及訪問權(quán)限，避免用戶越界工作，而后者由ASPX或者HTML頁面構(gòu)成，其職責為對于用戶的請求和輸入數(shù)據(jù)進行接收。整個WEB表現(xiàn)層使用XML描述，在程序運行的過程中進行解析，便于將來修改；業(yè)務(wù)邏輯贈的控制機制將有限狀態(tài)自動機引入，以此對業(yè)務(wù)流的流動執(zhí)行進行控制，取得了對業(yè)務(wù)的順序性以及邏輯性德控制的良好效果。其為制造業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，具體達到訂并執(zhí)行產(chǎn)品的生產(chǎn)計劃、跟蹤和處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)(如圖6)。

圖6 MES系統(tǒng)的軟件構(gòu)架圖

    3.3 數(shù)據(jù)訪問 數(shù)據(jù)庫SQL Server2000容納來了系統(tǒng)里所有的數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)庫進行訪問與操作時，使用適用于多層應(yīng)用程序的ADO.NET，在當前信息系統(tǒng)應(yīng)用程序中，是最常見的體系結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)的ADO數(shù)據(jù)訪問形式，ADO.NET同其的根本區(qū)別在于ADO采用OLEDB接口，同時以COM技術(shù)為基礎(chǔ)，ADO.NET具備自身的接口，以Microsoft公司的.NET體系架構(gòu)為基礎(chǔ)。構(gòu)成ADO.NET的類型有兩類：為.NET數(shù)據(jù)提供對象以及用戶對象。當中，提供對象的任務(wù)是將一些現(xiàn)實操作，例如數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源的讀取與寫入完成等，在存儲介質(zhì)讀到數(shù)據(jù)之后，然后通過用戶對象進行數(shù)據(jù)的訪問與操作。Data Adapter、Connection以及Command Builderden等等均可作為提供對象；而Data Relation、DataSet以及Datallow等等是用戶對象。

    3.4 報表設(shè)計 Crystal Reports能夠及時地創(chuàng)建擁有專業(yè)外觀以及演示文稿質(zhì)量的復雜的交互式報表，其特點有：方便的操作、較強的功能以及相對穩(wěn)定的性能。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序與Crystal Reports報表處理功能相整合，這樣一來，實現(xiàn)了用戶的需要，同時應(yīng)用程序節(jié)省了開發(fā)時間。Crystal報表專家在Visual Studio.Net IDE里，能夠依據(jù)實際需求快速方便地設(shè)計報表。利用Crystal Reports Designer設(shè)計報表，第一，應(yīng)明確報表的數(shù)據(jù)源，借助于報表設(shè)計選項卡，設(shè)置報表里應(yīng)顯示的數(shù)據(jù)，同時把報表保存成報表文件：第二，在頁面要顯示報表的位置增加Crystal Report Viewer控件；第三，如果要顯示報表，應(yīng)利用程序代碼把控件和需要顯示的報表進行綁定。使用Crystal Reports不僅使系統(tǒng)報表設(shè)計的流程簡化，同時利用其所給予的其它功能，有利于滿足頁面導航和報表打印等一些需要。

    3.5 權(quán)限設(shè)計 用戶表由設(shè)定系統(tǒng)的管理員進行維護，各用戶的用戶名和密碼均在用戶表中設(shè)定，用戶在登錄的時候必須提供合法有效的帳號，以此保證系統(tǒng)的安全性。并且由系統(tǒng)管理員對用戶擔任的角色進行分配，每個角色都有不一樣的作用，系統(tǒng)能按照用戶擔任的角色自行加載用戶擁有的菜單，菜單意味著不一樣的功能權(quán)限，進而實現(xiàn)控制權(quán)限。

4 結(jié)論

    MES管理系統(tǒng)一方面能夠健全企業(yè)的信息化建設(shè)；另一方面可以使車間的生產(chǎn)效率得到提高，降低原料與能源量消耗，同時減少產(chǎn)品庫存量，加強產(chǎn)能。然而，我國對于開發(fā)與應(yīng)用MES還處在起步階段，選擇和研發(fā)適當?shù)腗ES開發(fā)工具，并與我國企業(yè)的MES軟件產(chǎn)品相適應(yīng)，滿足企業(yè)信息系統(tǒng)的緊密集成目的，繼而提出我國企業(yè)MES的實施標準和技術(shù)規(guī)范，其重要意義不僅在于我國企業(yè)信息化水平的提高，更在于同國際先進企業(yè)競爭力的增強。

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本文標題：制造執(zhí)行管理系統(tǒng)(MES)的應(yīng)用探析

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