MES與工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺的集成

陸 煒 毛曉露

（南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院，江蘇 南京 211156）

制造執(zhí)行系統(tǒng)MES是一種能夠?qū)ιa(chǎn)車間發(fā)生的實(shí)時(shí)事件作出快速響應(yīng)的車間信息化管理系統(tǒng)。而工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺是開放式的自動(dòng)化生產(chǎn)線教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其綜合應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中所需的多種技術(shù)，充分體現(xiàn)了綜合性與系統(tǒng)性特點(diǎn)。將MES應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺可以有效的縮短學(xué)校教學(xué)與工程實(shí)際應(yīng)用之間的距離，更加真實(shí)、全面的模擬實(shí)際生產(chǎn)車間的運(yùn)行管理情況，為培養(yǎng)制造信息化人才提供硬件條件。

1 MES集成功能設(shè)計(jì)

MES具有十幾個(gè)典型功能，現(xiàn)結(jié)合MES在企業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用，再根據(jù)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)際功能需求，將MES功能進(jìn)行簡化并選取生產(chǎn)計(jì)劃管理，分派生產(chǎn)單元，生產(chǎn)狀態(tài)管理，數(shù)據(jù)采集四項(xiàng)功能進(jìn)行開發(fā)并集成到工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺中。

根據(jù)功能需求分析及架構(gòu)，集成到工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要功能為：制定和下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃、分配生產(chǎn)線或加工中心、制定產(chǎn)品工藝路線以及采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)等。其中生產(chǎn)線數(shù)據(jù)包括：各工作單元的加工狀況、傳感器的檢測數(shù)據(jù)、廢料廢品信息以及生產(chǎn)線故障信息等。由此設(shè)計(jì)出MES終端系統(tǒng)的任務(wù)流與數(shù)據(jù)流框圖如圖1所示。

圖1 MES系統(tǒng)任務(wù)流與數(shù)據(jù)流

因此，MES終端系統(tǒng)包含生產(chǎn)計(jì)劃管理模塊、工藝管理模塊、生產(chǎn)線管理模塊、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析模塊、設(shè)備維護(hù)管理模塊共五大功能模塊。

1.1 生產(chǎn)計(jì)劃管理模塊是MES的上層，用戶在此進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的編制、維護(hù)和下達(dá)等，此處編制的生產(chǎn)計(jì)劃可以直接下達(dá)到車間一級。根據(jù)對系統(tǒng)需求的分析，設(shè)計(jì)生產(chǎn)計(jì)劃管理模塊包括生產(chǎn)計(jì)劃編制、生產(chǎn)訂單維護(hù)和生產(chǎn)訂單下達(dá)三個(gè)子模塊：1.1.1 生產(chǎn)計(jì)劃編制主要是用戶進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的編制，包括計(jì)劃號、產(chǎn)品名、計(jì)劃數(shù)量、計(jì)劃日期等屬性。其中產(chǎn)品名是該條生產(chǎn)訂單所需要生產(chǎn)的產(chǎn)品，分為黑色尼龍零件、白色尼龍零件和銀白色金屬零件。1.1.2 生產(chǎn)訂單維護(hù)主要是用戶根據(jù)庫存情況確定生產(chǎn)數(shù)量，對于有獨(dú)立需求的零件也可以直接在生產(chǎn)訂單維護(hù)界面上進(jìn)行調(diào)整。1.1.3 生產(chǎn)訂單下達(dá)是用戶確定生產(chǎn)計(jì)劃后，將其下達(dá)至車間一級某條生產(chǎn)線或加工中心。

1.2 工藝管理模塊主要是對產(chǎn)品的加工工藝進(jìn)行管理，工藝路線是企業(yè)編制生產(chǎn)、采購計(jì)劃和進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度的重要依據(jù)，因?yàn)楣に噷?shí)質(zhì)上是設(shè)計(jì)與制造的連接樞紐，在其中發(fā)揮資源整合的作用。該模塊的具體功能包括工藝路線制定和工藝路線維護(hù)：

1.2.1 工藝路線制定主要是用戶進(jìn)行產(chǎn)品工藝路線的制定，本自動(dòng)化生產(chǎn)線所生產(chǎn)的3種不同產(chǎn)品均有各自特定的工藝路線，工藝路線信息包括工序名稱、工序號以及工序相關(guān)工時(shí)等。所有產(chǎn)品工藝路線信息數(shù)據(jù)均存儲于數(shù)據(jù)庫中。1.2.2 工藝路線維護(hù)是對已制定完成的產(chǎn)品工藝路線進(jìn)行調(diào)整和確認(rèn)。由于產(chǎn)品的工藝路線信息存儲于數(shù)據(jù)庫，因此如果產(chǎn)品的工藝路線信息發(fā)生改變，數(shù)據(jù)庫中的產(chǎn)品信息也要同步更新，保持信息一致。

1.3 生產(chǎn)線管理模塊將已下達(dá)的生產(chǎn)訂單分配到相應(yīng)的生產(chǎn)線或加工中心，并依據(jù)指令開始進(jìn)行加工。并且在加工過程中MES會(huì)提供可視化界面對生產(chǎn)線加工情況進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)提示。

1.4 生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析模塊的主要功能是對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并且為車間生產(chǎn)提供報(bào)表分析。根據(jù)系統(tǒng)需求分析，設(shè)計(jì)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析模塊主要對生產(chǎn)訂單、廢料、廢品、生產(chǎn)線故障等四類信息進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，并以表格的方式將這些數(shù)據(jù)展示出來，這樣能夠直觀全面的了解產(chǎn)品的合格率、廢品率等情況。

1.5 設(shè)備維護(hù)管理模塊主要用于對生產(chǎn)線進(jìn)行增減和修改，以及對生產(chǎn)線中的某個(gè)工作單元進(jìn)行增減和修改。此外，對產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品類型、所需原料等產(chǎn)品信息也可進(jìn)行維護(hù)和修改。

2 MES與工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺的集成

設(shè)計(jì)完MES的主要功能模塊，下一步是將在這些功能模塊集成到工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺中。

2.1 在MES的生產(chǎn)計(jì)劃管理模塊中添加自動(dòng)化生產(chǎn)線三種產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)據(jù)及工藝路線。在MES的“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理”模塊下的“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹維護(hù)”界面，在“所有產(chǎn)品”條目中添加需要定義的產(chǎn)品。將自動(dòng)化生產(chǎn)線模擬生產(chǎn)的產(chǎn)品定義為“APS000（APS總成）”，再進(jìn)一步完善該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，將黑色尼龍工件定義為APS0001（APS黑色工件），白色尼龍工件定義為APS0002（APS白色工件），金屬色工件定義為APS0003（APS金屬色工件），最后再加上采購件APS0004（APS采購件）形成完整的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。其中三種自制件還必須要制定工藝路線，打開“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理”下的“工藝路線維護(hù)”界面，在物料維護(hù)信息中的添加工序名稱、工序號等，將黑色尼龍工件、白色尼龍工件和金屬色工件的工序號分別設(shè)置為10、20、30。

2.2 將自動(dòng)化生產(chǎn)線添加到可分派工作中心列表中，并將數(shù)據(jù)寫入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。根據(jù)MES系統(tǒng)任務(wù)流和數(shù)據(jù)流框圖，在“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理”模塊的“工作中心維護(hù)”界面中將自動(dòng)化生產(chǎn)線定義為“工作中心001，APS加工中心”，并且將“工作中心002”定義為粗加工工作中心，“工作中心003”定義為熱處理工作中心。

2.3 在控制程序中建立數(shù)據(jù)表，與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)綁定，數(shù)據(jù)項(xiàng)分別是“計(jì)劃號”、“工序號”、“產(chǎn)品名”、“計(jì)劃數(shù)量”、“生產(chǎn)數(shù)累計(jì)”、“生產(chǎn)不合格品累計(jì)”和“不合格原料累計(jì)”。數(shù)據(jù)表建立完成后在控制程序中將兩張表進(jìn)行關(guān)聯(lián)與綁定。數(shù)據(jù)表綁定完畢后在組態(tài)程序腳本中添加SQL數(shù)據(jù)庫操作語句，使控制程序運(yùn)行時(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作。首先在進(jìn)入窗口時(shí)連接數(shù)據(jù)庫，打開綁定的數(shù)據(jù)表并從數(shù)據(jù)表中讀取“計(jì)劃號”、“產(chǎn)品名”、“工序號”、“計(jì)劃數(shù)量”等生產(chǎn)訂單數(shù)據(jù)：

這樣在控制程序運(yùn)行時(shí)能夠?qū)崟r(shí)向MES進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋，如圖2所示。

圖2 自動(dòng)化生產(chǎn)線數(shù)據(jù)反饋