20世紀70年代，美國首次提出制造執行系統(Manufacturing Execution System，MES)的概念。制造執行系統協會(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化管理。當工廠里面有實時事件發生時，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。這種對狀態變化的迅速響應使得MES能夠減少企業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無法監視加工過程，需要制造執行系統來對其控制，使柔性制造系統功能更加齊全，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相配套的實驗型制造執行系統MES。
1 實驗型MES系統功能需求分析
1.1 實驗型柔性制造系統分析
圖1為某校應用的由某教學儀器企業所生產的實驗型柔性制造系統，該系統是一個自動化制造系統，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，也可以聯機進行操作。但該系統采用人工控制，無論是單機運行還是聯機運行，都需要人工參與。該系統也沒有監控，無法監控自動化加工設備的加工情況，不能及時發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
對此，可以構建與之配套的制造執行系統。在計算機上遠程下達生產任務，監控生產計劃的執行，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系統的功能需求
開發實驗型制造執行系統來管理整個實驗型柔性制造系統，目的是提高實驗型柔性制造系統的整體運行效率，使實驗型柔性制造系統功能更完善，更加符合現代工廠自動化生產的實際。從開發的角度看，適合該實驗型柔性制造系統的實驗型制造執行系統應包括以下功能：
a．生產計劃功能。系統下達生產計劃，柔性制造系統負責執行的功能。包括下達生產計劃后系統能將其自動轉換成柔性制造系統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．過程監視功能。具有監視生產加工執行情況的功能，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系統的性能需求
對實驗型MES系統的性能需求不僅包括系統本應具備的性能要求，也包括一般軟件系統的性能要求，具體如下：
a．實驗型MES系統應能進行方便快捷的二次開發，便于提升系統的性能。
b．實驗型MES系統應具有滿足一般軟件系統的安全和可靠性要求的性能。
c．實驗型MES系統應具有開放性、可擴展和可集成性。
d．實驗型MES系統應具有運行可靠性能、穩定以及操作方便等一般應用系統要求的功能。
2 實驗型MES系統詳細設計
2.1 系統總體設計
該系統是與實驗型柔性制造系統配套的MES制造執行系統，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、盤點等庫存系統操作。
系統的功能模塊分為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系統整體模型
2.2 用戶管理模塊
用戶管理模塊主要是對系統的用戶信息進行管理，用戶登錄系統時系統根據用戶信息，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，然后下令執行，現場的自動化設備開始執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系統過程監視模塊的實現
實驗型MES系統登錄實現對用戶訪問權限的控制。系統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，則系統登錄成功，進入功能選擇界面。系統登錄成功后，系統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。系統主界面如圖5所示。
圖5 系統主界面
點擊“主界面”中的“過程監視”，彈出過程監視界面，如圖6所示。過程監視模塊可完成下列4類操作：分站監視、在制品監視、質量監視和進度監視。圖6為分站監視界面，“分站監視”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，為后續擴展的可加工的物料種類預留接口。
圖6 過程監視界面
運行過程監視模塊時，系統從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數據庫的過程監視表中，然后對過程監視表中的數據進行處理，將處理后的結果分別發到分站監視、在制品監視、質量監視和進度監視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制造執行系統可模擬企業實際生產，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的生產和作業效率，為保證生產全過程的高效協調運轉、制造系統集成自動化提供有力的支撐。
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