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，對從訂單下達到產品完成整個的生產過程進行優(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、報告，并用當前的準確數據對它們進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使得MES能夠減少企業(yè)內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，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，又能提高生產回報率。MES還通過雙向的通信在企業(yè)內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息”
在我國，為了適應激烈的市場競爭，企業(yè)需要從各大高校招收精通自動化和信息化的復合型人才，但國內高校欠缺實驗設備，學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)應運而生，可幫助學生掌握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，更加貼近工廠生產的實際。
本文研究旨在構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為某校應用的由某教學儀器企業(yè)所生產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)控自動化加工設備的加工情況，不能及時發(fā)現加工中存在的問題，在教學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任務，監(jiān)控生產計劃的執(zhí)行，并且從現場的自動化設備采集反映加工情況的實時數據，以支持生產管理決策。
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，更加符合現代工廠自動化生產的實際。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)應包括以下功能：
a．生產計劃功能。系統(tǒng)下達生產計劃，柔性制造系統(tǒng)負責執(zhí)行的功能。包括下達生產計劃后系統(tǒng)能將其自動轉換成柔性制造系統(tǒng)可識別的機器指令進行操作。
b．設備數據自動采集功能。具有從現場設備自動采集數據的功能。系統(tǒng)可通過數據采集卡自動采集加工過程中產生的實時數據，用以表明加工情況。
c．過程監(jiān)視功能。具有監(jiān)視生產加工執(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)應具有開放性、可擴展和可集成性。
d．實驗型MES系統(tǒng)應具有運行可靠性能、穩(wěn)定以及操作方便等一般應用系統(tǒng)要求的功能。
2 實驗型MES系統(tǒng)詳細設計
2.1 系統(tǒng)總體設計
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)，用戶可以下達生產計劃，對生產計劃進行簡單的調度，可以監(jiān)控管理生產現場自動化設備，以圖形化的方式顯示生產加工情況，對加工過程中產生的質量問題進行分析，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計劃模塊為例介紹其設計。
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)根據用戶信息，判斷其權限，保證用戶只訪問權限范圍內的內容。
a．用戶管理模塊數據流圖如圖3所示。
圖3 用戶管理模塊數據流圖
b．用戶管理模塊設計。
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、密碼等基礎信息，驗證所輸入信息的正確性，然后確定用戶的訪問權限。
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，可以根據需要刪除不需要的用戶信息。
2.3 生產計劃模塊
生產計劃模塊主要是下達具體的生產計劃，包括單號、日期等基本信息。生產計劃下發(fā)至各虛擬車間后，現場的自動化設備依據所下達的生產計劃執(zhí)行操作。
a．生產計劃數據流圖，如圖4所示。
圖4 生產計劃模塊數據流圖
b．生產計劃模塊設計。
生產計劃模塊由2個子模塊組成：下達生產任務、簡單生產調度。
下達生產任務：用戶首先輸入單號、日期、操作員等生產任務的基本信息，再添加所需生產物料的數量，制成生產單，然后下令執(zhí)行，現場的自動化設備開始執(zhí)行所下達的生產任務。
簡單生產調度：下達生產任務的同時，系統(tǒng)根據生產任務的日期，按照一定的調度原則，對所下達的多個生產任務進行調度。
3 實驗型MES系統(tǒng)過程監(jiān)視模塊的實現
實驗型MES系統(tǒng)登錄實現對用戶訪問權限的控制。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限，并將相應的功能選擇按鈕鎖定。例如某用戶不具有訪問設備管理模塊的權限，那么此時就將鎖定設備管理模塊的按鈕，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在各個分站正在加工的物料種類和數量。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數據庫采集相應的實時數據，經過處理后添加到MES數據庫的過程監(jiān)視表中，然后對過程監(jiān)視表中的數據進行處理，將處理后的結果分別發(fā)到分站監(jiān)視、在制品監(jiān)視、質量監(jiān)視和進度監(jiān)視4張表中，實時更新這4張表中的數據，然后以圖像化的形式表達出來。
4 結束語
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，能有效地管理物料、設備、人員等多種資源，對與生產相關的資源進行全面的信息集成，同時兼具下達上產計劃、實時采集現場數據以及采集數據分析處理等功能，從而進行生產調度與控制，進一步提高制造系統(tǒng)的生產和作業(yè)效率，為保證生產全過程的高效協(xié)調運轉、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)的設計與研究
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