JAVA技術(shù)在MES系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉 超

（中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 朝陽 100029）

隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，我國(guó)的制造型企業(yè)越來越多，企業(yè)的規(guī)模也越來越大，企業(yè)已經(jīng)開始系統(tǒng)信息化建設(shè)，企業(yè)的管理人員可以借助系統(tǒng)信息化建設(shè)來對(duì)管理層進(jìn)行決策。在這些大型制造型企業(yè)中，大多數(shù)企業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)管理和生產(chǎn)過程當(dāng)中一般都采用了MES 以及ERP 系統(tǒng)，為企業(yè)處理數(shù)據(jù)帶來了方便，但是在制造型企業(yè)當(dāng)中，通常生產(chǎn)條件充滿復(fù)雜性，生產(chǎn)過程也是千變?nèi)f化，尤其是在一些比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)瓶頸工序生產(chǎn)計(jì)劃不確定，導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)效率低下，而即便通過改進(jìn)生產(chǎn)的效率也很難提升[1]。倘若在MES 系統(tǒng)中將JAVA 技術(shù)運(yùn)用得當(dāng)，就可以在一定程度上解決企業(yè)在制造生產(chǎn)過程當(dāng)中產(chǎn)生的工序瓶頸問題，同時(shí)也能為其提供靠譜的解決的問題的思路和方法。

一、現(xiàn)狀分析

在MES系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀上，發(fā)達(dá)國(guó)家以及歐洲的起步要早于亞洲國(guó)家，目前來說，我國(guó)的企業(yè)在MES的應(yīng)用上由于起步晚，因此也比較落后。我國(guó)的很多企業(yè)在生產(chǎn)過程中都還在依靠人力，致使一些信息收集的不夠完整。究其原因就是企業(yè)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)都是由若干個(gè)小的子系統(tǒng)組成，因此集成的難度也是相當(dāng)高，而MES作為管理和控制制造生產(chǎn)過程的系統(tǒng)，也是充滿了復(fù)雜性，眾所周知，尤其是在應(yīng)用MES系統(tǒng)之后，我們發(fā)現(xiàn)MES系統(tǒng)的存在能給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，但是我國(guó)MES系統(tǒng)發(fā)展并不完善，如果將JAVA 技術(shù)在MES 系統(tǒng)中進(jìn)行合理的運(yùn)用和操控，將是一個(gè)偉大的科技創(chuàng)舉[2]。

二、企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀

本文主要研究分析的是制造企業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品和具體的生產(chǎn)方式，現(xiàn)就把企業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中的小型零件生產(chǎn)線作為具體研究對(duì)象，品種多、生產(chǎn)批量小是小型零件生產(chǎn)模式，具體展開來說有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（一）小型零件加工

制造企業(yè)的生產(chǎn)對(duì)象一般都是小型零件，所采用的加工模式也是以小型零件加工模式為主，加工制造的設(shè)備是普通機(jī)床，小型零件的生產(chǎn)基本都是在機(jī)床上共線生產(chǎn)，生產(chǎn)前需要花大量時(shí)間做準(zhǔn)備，在生產(chǎn)過程中生產(chǎn)的效率也較低。

（二）訂單規(guī)模不同

通常制造企業(yè)在接單方面，具有比較大的優(yōu)勢(shì)，可以從不同渠道獲得訂單，訂單的來源也不同，因此，訂單的規(guī)模通常變化都比較大，有的訂單需求量大，每月生產(chǎn)數(shù)量可達(dá)幾十萬，有的訂單需求量則比較小，每年的生產(chǎn)數(shù)量不過幾千個(gè)。

（三）加工零件的要求不同

在企業(yè)接單過程中，通常不會(huì)考慮零件的加工細(xì)節(jié)，因此，不同訂單對(duì)零件的加工精度都不盡相同，尤其是一些精度要求高的零件，需要在生產(chǎn)過程中將零件加工導(dǎo)入特殊工序進(jìn)行生產(chǎn)，但是對(duì)于大部分零件來說，它的生產(chǎn)只需要在普通的工序生產(chǎn)即可。

面對(duì)企業(yè)的這些生產(chǎn)現(xiàn)狀，可以看出該廠是屬于小批量型生產(chǎn)企業(yè)，再生產(chǎn)產(chǎn)品的過程當(dāng)中，具有相同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及相似的工藝技術(shù)，因而在生產(chǎn)時(shí)，可以在同一個(gè)生產(chǎn)線上對(duì)零件進(jìn)行加工生產(chǎn)，而且大部分產(chǎn)品都可以通過同樣種類的關(guān)鍵工序進(jìn)行生產(chǎn)，具有實(shí)施成組技術(shù)的先天條件和優(yōu)勢(shì)。因而在企業(yè)生產(chǎn)過程中，企業(yè)可以采用成組技術(shù)對(duì)所有加工零件中要用到的生產(chǎn)工序進(jìn)行優(yōu)化和技術(shù)改革，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

三、技術(shù)和背景

（一）MES的概念

MES系統(tǒng)來自于20世紀(jì)90年代初美國(guó)制造業(yè)的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)的相關(guān)介紹，其最突出的功能是優(yōu)化企業(yè)的制造過程，它的合理應(yīng)用能夠使得企業(yè)的上層生產(chǎn)計(jì)劃與下層生產(chǎn)過程之間配合得當(dāng)，解決他們之間存在難以協(xié)調(diào)的矛盾和問題[3]。MES系統(tǒng)具有各種生產(chǎn)過程相關(guān)控制管理的功能模塊，可以作為現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)[4]。

（二）JAVA技術(shù)

JAVA 作為一種簡(jiǎn)單的多線動(dòng)態(tài)語言，具有分布式、中立的、結(jié)構(gòu)的、多平臺(tái)、面向?qū)ο笠约鞍踩奶匦?。JAVA是一門面向?qū)ο缶幊陶Z言，JAVA編程語言的技術(shù)風(fēng)格很像C、C++語言，而且吸收了C++語言的各種優(yōu)點(diǎn)，繼承了C++語言面向?qū)ο蠹夹g(shù)，摒棄了那些復(fù)雜多變難以琢磨透的多繼承、指南針等C++概念，而且增加了垃圾回收器，以便清理回收舍棄了的對(duì)象所占的系統(tǒng)內(nèi)存，極大的釋放了系統(tǒng)空間，解放路內(nèi)存，在以后的開發(fā)中工作人員不用再擔(dān)心開發(fā)過程中內(nèi)存不足的問題[5]。JAVA語言將相關(guān)源代碼編譯成二進(jìn)制字節(jié)碼，再通過不同平臺(tái)上的相關(guān)虛擬機(jī)來解釋執(zhí)行，這是與一般的編譯執(zhí)行語言和解釋執(zhí)行語言的最大不同，因此JAVA 語言具有功能強(qiáng)大和簡(jiǎn)單易用的兩個(gè)特征。它完美地實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο罄碚?，使得程序員用簡(jiǎn)單的思維方式也可以進(jìn)行難度大且復(fù)雜的編程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“一次編譯、多處執(zhí)行”的跨平臺(tái)操作。

四、成組技術(shù)的基本原理

成組技術(shù)的核心是成組工藝，成組工藝的概念是把在結(jié)構(gòu)上大致相同的零件組成一個(gè)相同的零件組，然后在生產(chǎn)過程當(dāng)中，按照零件組的程序進(jìn)行零件加工制造[6]。要想運(yùn)用成組技術(shù)，零件的加工條件必須具有相似性，這些零件的相似性表現(xiàn)在幾何形狀的精度相似，零件的大小尺寸相當(dāng)以及具有相同的制造工藝，例如在安裝固定零件時(shí)使用同類型的夾具、測(cè)量零件大小時(shí)運(yùn)用相似的測(cè)量工具以及在制造方法上采用大致相同的制造方式。這樣之后，可以大幅度提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，從而擴(kuò)大企業(yè)生產(chǎn)批量。

五、模塊功能介紹

（一）數(shù)據(jù)收集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊有兩個(gè)功能和作用，第一個(gè)是對(duì)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集和輸入進(jìn)行控制，采用具有數(shù)據(jù)緩存和安全隔離的網(wǎng)絡(luò)接口機(jī)與個(gè)系統(tǒng)相連接，目的就是保證每個(gè)控制系統(tǒng)能夠獨(dú)立、安全的運(yùn)行，保證數(shù)據(jù)入庫(kù)；第二個(gè)功能和作用是進(jìn)行人工監(jiān)視和錄入，也就是在生產(chǎn)過程中沒有辦法自動(dòng)采集數(shù)據(jù)時(shí)，則可以通過錄入界面在鍵盤上進(jìn)行人工錄入。在這個(gè)模式的實(shí)現(xiàn)過程中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，而JAVA 技術(shù)則可以及時(shí)完成無客戶端的瀏覽器讀取，保證操作的時(shí)效性[7]。

（二）生產(chǎn)調(diào)度模塊

生產(chǎn)調(diào)度模塊的一個(gè)作用就是在設(shè)備和裝置出現(xiàn)運(yùn)行異常的情況下，操作人員通過調(diào)度管理系統(tǒng)發(fā)布調(diào)度指令，以便及時(shí)有效地解決在生產(chǎn)過程中存在的各種問題。生產(chǎn)調(diào)度模塊的另一個(gè)作用就是調(diào)度管理文本的傳送和文檔的類型，同時(shí)它還可以調(diào)度中央控制室的全局系統(tǒng)。它為調(diào)度管理以及操作人員提供了一個(gè)相互交流的平臺(tái)，這其中主要就是利用JAVA技術(shù)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作和處理，遠(yuǎn)程操作人員就可以通過直接登錄來上傳錄入數(shù)據(jù)。

（三）生產(chǎn)計(jì)劃模塊

生產(chǎn)計(jì)劃模塊可以對(duì)生產(chǎn)結(jié)果和過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)效性的統(tǒng)計(jì)，在此基礎(chǔ)上編制出生產(chǎn)報(bào)告和統(tǒng)計(jì)表，方便企業(yè)在對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和核實(shí)，為企業(yè)管理帶來了很大的便利，在實(shí)現(xiàn)這個(gè)模塊的時(shí)候，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)還可以對(duì)產(chǎn)品信息甚至產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（四）生產(chǎn)管控應(yīng)用模塊

這個(gè)模塊主要涉及兩方面內(nèi)容，一個(gè)是生產(chǎn)技術(shù)管理，一個(gè)是數(shù)據(jù)分析。前者主要是管理企業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)規(guī)程和技術(shù)指標(biāo)，從而達(dá)到技術(shù)管理的目的；后者是通過對(duì)系統(tǒng)所采集的歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此來提高生產(chǎn)信息的利用率，優(yōu)化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，維護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行。

六、關(guān)鍵程序

將JAVA 程序嵌套入MES 系統(tǒng)中，它的優(yōu)勢(shì)就是對(duì)成組零件進(jìn)行優(yōu)化排序和調(diào)度，從而提高生產(chǎn)線的工作效率，擴(kuò)大生產(chǎn)產(chǎn)量，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，這就是利用JAVA 程序開發(fā)一套程序的目的和意義所在。在現(xiàn)在MES系統(tǒng)框架下，模型算法庫(kù)中主要存放JAVA 開發(fā)的算法，當(dāng)系統(tǒng)需要對(duì)關(guān)鍵工序的成組零件進(jìn)行排序和調(diào)度時(shí)，立刻從算法庫(kù)中調(diào)用該算法進(jìn)行運(yùn)算，完成系統(tǒng)中的相關(guān)排序和調(diào)度。

這種關(guān)鍵程序在計(jì)算相關(guān)成組零件分類概率參數(shù)時(shí)使用遺傳算法中的經(jīng)典算法來進(jìn)行迭代運(yùn)算，然后通過這種參數(shù)迭代的方式算出當(dāng)前所需要的最優(yōu)化最適宜的方案。在完成最優(yōu)方案的迭代之后，繼續(xù)對(duì)分組已經(jīng)完成的訂單采用其他算法進(jìn)行最優(yōu)化排序運(yùn)算，目的就是讓關(guān)鍵工序的生產(chǎn)量最大，這樣不僅使設(shè)備的利用率大幅得到提高，而且也使企業(yè)的生產(chǎn)成本降低，經(jīng)濟(jì)效益大大提高。

七、結(jié)論

通過實(shí)際應(yīng)用，足以說明這種程序能夠適用于企業(yè)的生產(chǎn)，能夠通過算法運(yùn)算出符合高生產(chǎn)效率和符合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況的產(chǎn)線調(diào)度計(jì)劃，同樣這種程序也規(guī)范了下料生產(chǎn)管理，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。將JAVA技術(shù)嵌入在MES系統(tǒng)中能夠更高效、準(zhǔn)確及時(shí)地收集零件在加工生產(chǎn)過程中的信息，準(zhǔn)確地向工作人員傳遞生產(chǎn)的各種信息，以便于更好的操作生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)在生產(chǎn)時(shí)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控和管理生產(chǎn)過程的各種狀態(tài)。