制造執行系統(Manufacturing Execution Systern，MES)是美國AMR公司(Advanced Manufacturing Research)在20世紀90年代初提出的，并將其定義為“位于上層的計劃管理系統與底層的工業控制之間的面向車間層的管理信息系統”。通過20多年的研究，MES在理論研究與產業應用方面都取得了較大的進展，特別是對MES的可重構性、可集成性、可移植性、可配置性等進行了深入的研究，并隨著研究的不斷深入，提出了智能MES、合弄MES、物聯MES。列等先進MES系統的概念，給出了相應的解決方案。
然而，傳統MES大多只針對單車間生產進行流程管理，不涉及多車間之間協同作業的過程管理，這樣就產生了產品全生命周期管理中的盲點，造成生產全過程跟蹤與監控信息的斷流。因此，產品中轉工序的管理等新興需求應運而生，中轉管理不僅僅是實現單個車問對“產品轉出一產品返回”開頭結尾兩點進行控制，更是深入到細節實現對中轉全過程的多點管理與監控，并且實現多個車間之間進行中轉過程整體控制，以便于企業全面、及時地掌握車間生產情況，進而進行全盤有效監控，從而提高車間中轉協同作業的效率。
1 系統需求分析
零組件中轉生產是車間零件生產重要環節，通過對7家國有大中型制造企業或制造車間詳細調查研究發現，車間之間中轉任務的交互管理主要存在以下問題：
a．中轉任務到達隨意，生產計劃指導性不足。
b．調度簡單，計劃員主要憑借經驗和加工車間零件的輕重緩急程度進行調度，調度依據不規范。
c．中轉零部件生產加工周期短、頻、快。中轉工序往往只有一道或幾道，相比整個產品生產周期，實際加工周期短，中轉任務需求頻繁，要求中轉產品返回速度快等。
d．涉及部門多，存在大量扯皮現象，缺乏有效監管機制。
e．現有手工紙質管理方式帶來的信息滯后性，造成企業無法實現對現場中轉生產狀況的實時全面統計，無法全面、及時地了解廠內中轉零件的生產進度，也就無法給公司各生產及管理單位的決策提供有效信息，致使公司各生產管理單位無法快速解決中轉零件的生產問題，也就不能及時調整中轉零件的生產。
針對以上中轉管理的不足，對中轉管理系統特別是系統中中轉需求計劃的編制技術提出以下要求：
a．中轉計劃任務的到達、返回等應有時間要求，便于接收車間和發出車間計劃任務的安排，以指導MES系統內中轉相關單位的排產。
b．對于協作車間之間中轉任務的安排應有協調機制，由中轉發出車間、中轉接收車間以及生產管理部門等相關單位共同協商完成中轉任務的計劃制訂。
c．需要權利部門的介入，對協作車間之間的中轉任務安排進行進一步協調和監督，防止出現協作車間扯皮現象。
d．對于異常計劃，如長期未執行計劃、臨時中轉計劃、因為報廢產生的無法繼續執行的計劃等，應有相應的處理機制，做到計劃的“善始善終”。
e．對中轉計劃的執行狀態進行實時跟蹤，建立全方位、多角度、實時的中轉管理過程監控與統計分析應用平臺，以便公司和車間及時了解中轉生產狀況，進而指導下步生產。
2 系統流程設計
車間依據中轉計劃主線，通過計劃提出、計劃答復、形成計劃、零件發出／接收／返回等密切相連的活動聯動，最終實現中轉過程管理。綜合先進管理理念和組件化技術，提出了一種制造單元從中轉計劃預約到計劃完成，覆蓋車間中轉生產全過程的生產管理與控制的整體業務流程。中轉管理系統流程如圖1所示。
圖1 中轉管理系統流程圖
引入計劃期的概念，由生產管理部門提前設定計劃期所在時間范圍，并設定中轉計劃預約提前期，中轉計劃的提交和執行都以計劃期、計劃預約提前期為時間單位進行。整個中轉管理過程共涉及3個角色，即中轉需求計劃的發出車間、中轉需求計劃的接收車間以及中轉需求計劃的平衡單位(生產管理部門)，三者之間交互完成中轉需求計劃的編制。此外，每一計劃期結束時，會對中轉計劃執行情況進行判定，對于已執行完畢的計劃，進行計劃關閉。對未完成的計劃進行計劃滾動，中轉計劃滾動條件及流程如圖2所示。
圖2 中轉計劃滾動條件及流程圖
3 系統功能設計
遵循把相對獨立的事物處理過程作為一個模塊、盡可能提高單個模塊的內聚度、減少不同功能模塊之間耦合度的原則，把中轉管理系統劃分為5大功能模塊：中轉系統管理、中轉計劃管理、中轉發出管理、中轉接收管理、查詢與統計。其系統功能樹如圖3所示。
圖3 中轉管理系統功能樹
a．中轉系統管理通過采用用戶／角色／權限三級控制策略，實現中轉管理的權限控制，為整個MES系統中轉管理提供安全保障，并對中轉過程進行日志管理。
b．中轉計劃管理負責中轉計劃的編制，生成正式的可執行的中轉計劃，主要包括計劃期參數的設置、中轉計劃的預約／答復／確認／平衡等業務功能。
c．中轉發出管理主要包括零件的發出、零件的返回確認、發出／返回流水卡的維護、發出拖期原因的錄入以及中轉計劃發出的導出與打印等業務。
d．中轉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、返回拖期原因的錄入、中轉設備的監控以及中轉計劃接收的導出與打印等業務。
e．查詢與統計模塊主要負責滿足各級中轉相關單位管理需要，并進行從整體到局部，再到最低層數據分層級全方位一體化的統計展示與分析，分別將計劃類別、平衡類、發出、返回、發出拖期、返回拖期六大類別范圍內的各種指標通過圖形形象地展示出來，直至追蹤到各種指標的具體數據，使公司及各中轉單位能一目了然地掌握到全廠及各車間中轉完成情況及其在某一指標上表現的優劣情況，以便及時作出生產指導。
4 系統體系架構
在軟件體系架構設計中，分層式結構是最常見，也是最重要的一種結構。常見的三層體系結構，從上至下分別為：表現層UI、業務邏輯層(BIJL)、數據訪問層(DAL)。考慮到中轉管理系統以后擴展、維護、重用等問題，本文在傳統三層體系結構基礎上應用工廠方法模式進行系統架構，如圖4所示。
圖4 基于工廠方法模式的軟件體系架構
工廠方法模式通過抽象手段將業務對象的實現以多態的形式延遲到子類，以降低業務對象子類間的耦合性，從根本上實現了面向對象中最重要的原則“開閉原則：對擴展開放、對修改關閉”，使得系統具有良好的擴展性。具體的，在數據訪問層和業務邏輯層之間增加數據訪問接口(IDAL)，規定業務邏輯層和數據訪問層的通信規則。定義業務實體模型(Model)，用于映射數據庫結構和數據關系，貫穿業務邏輯層和表現層，負責各層之間數據的傳遞。增加數據訪問工廠(DALFactory)，控制接口實現方式。Utility層為關于數據處理的通用類。UI調用BLL的相關功能邏輯來實現業務處理。在BLL中相關的數據處理是通過調用接口實現。接口由工廠層控制其實現的方式。數據訪問層實現具體與數據庫交互的功能。各層之間參數的傳遞主要通過Model實現。
5 系統應用
面向航空制造業典型離散制造車間，以中航工業西安航空發動機(集團)有限公司、西安飛機工業(集團)有限責任公司為背景，取得了良好的應用效果。MES中轉管理系統采用基于工廠方法模式的多層體系架構，應用組件開發技術，選用．Net軟件開發平臺，基于Oracle Datab踮e lOg企業級大型數據庫，開發出一套適合航空制造業的MES中轉管理系統應用平臺。
圖5為中轉計劃預約界面，發出車間將產品型號、零組件號、工序號、計劃發出時間、期望返回時間等信息提交給接收車間，進行中轉計劃的預約。
圖5 中轉計劃預約界面
圖6為中轉計劃統計與查詢界面，界面可以通過設置計劃期范圍，查詢范圍內計劃類別、計劃平衡情況、發出和返回情況的走勢，以指導公司下步生產計劃的安排。
圖6 中轉計劃統計與查詢界面
6 結束語
MES中轉管理系統實現了產品生產過程的全生命周期管理，消除了車間扯皮、信息斷流等現象，很大程度上提高了產品的生產效率。系統采用基于工廠方法模式的分層式軟件體系架構，提高了軟件系統的可擴展性與可維護性，為軟件系統的擴展與維護提供了可借鑒的解決方案和實現途徑。但目前，中轉管理系統還未與MES系統內整體業務流程實現無縫集成，還需進一步研究與實現。
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