蔡煜穎，田 艷，王二威，趙素娟

（北京理工大學 珠海學院，廣東 珠海 519088）

企業(yè)資源管理系統(tǒng)中，基礎數(shù)據(jù)的采集、傳遞、（預）處理關系著決策系統(tǒng)得出的數(shù)據(jù)能否真正體現(xiàn)實時性、準確性、可靠性，并具有參考價值。更是實現(xiàn)生產(chǎn)線信息的透明化的一種有效手段，對刺激生產(chǎn)、協(xié)調(diào)生產(chǎn)的計劃與控制，及時處理生產(chǎn)事故具有重要作用且應用領域廣泛。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）重要組成部分，目前，國內(nèi)外對MES中所存在的數(shù)據(jù)采集關鍵技術研究相對較少[1-3]，已有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不但價格昂貴，并且未能與我國離散型制造行業(yè)的現(xiàn)狀有效結(jié)合[4]。隨著企業(yè)在生產(chǎn)中采用先進的制造與設計手段，特別是信息技術（計劃系統(tǒng)ERP、執(zhí)行系統(tǒng)MES、控制系統(tǒng)PCS）的應用[5-6]，大大提高了企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)能力和市場競爭能力，促進了生產(chǎn)力的發(fā)展使企業(yè)取得了明顯的效益。但是伴隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，信息需求與傳輸量明顯增加，為了讓企業(yè)的管理層和決策層與生產(chǎn)現(xiàn)場同步掌握各個裝置的全部生產(chǎn)數(shù)據(jù)，更多的企業(yè)需要一種準確實時的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從根本上避免因地理位置、通訊、人為因素等不利影響，在改變原來生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理模式和提高企業(yè)整體工作效率的同時，為企業(yè)管理和決策提供及時、可靠的基礎數(shù)據(jù)。文中以A企業(yè)離散型生產(chǎn)車間為對象，經(jīng)過需求調(diào)研，設計并實現(xiàn)其數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)需求

系統(tǒng)需求主要包括功能性需求、非功能性需求和數(shù)據(jù)需求3個方面。

1）功能性需求是根據(jù)用戶需要，系統(tǒng)必須滿足的業(yè)務功能；本系統(tǒng)的功能性需求主要包括生產(chǎn)線現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并電子看板顯示、后臺管理顯示和管理報表3個方面。

①看板顯示

本系統(tǒng)需要在車間（生產(chǎn)線）采集生產(chǎn)進度等信息并通過大屏幕顯示設備顯示，從而幫助生產(chǎn)一線人員通過電子看板獲得自己本班需要完成的任務，及時掌握生產(chǎn)進度，提前預警生產(chǎn)異常，防止盲目生產(chǎn)，及時、準確地向計劃調(diào)度層次反饋生產(chǎn)進度及異常情況，提高生產(chǎn)效率。具體而言，生產(chǎn)現(xiàn)場電子看板需要實時顯示信息如表1所示。

②后臺顯示

本系統(tǒng)除了需要在生產(chǎn)線現(xiàn)場顯示上述信息外，各個部門也需要及時掌握生產(chǎn)信息，系統(tǒng)需要通過內(nèi)部網(wǎng)絡提供表1中的信息。此外，A企業(yè)管理人員還需要通過系統(tǒng)后臺查詢管理報表，包括日產(chǎn)量、周產(chǎn)量、月產(chǎn)量匯總表、訂單完成率、質(zhì)量異常統(tǒng)計表等，具體報表說明見本章“用戶數(shù)據(jù)需求”部分。

2）非功能性需求

①可用性。本系統(tǒng)要求提供友好的用戶界面，給出的用戶手冊（說明書）清晰明了、便于用戶按照用戶手冊開展相關業(yè)務。②可靠性。生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)要求具有較高的可靠性，盡量減少系統(tǒng)出錯的概率，保證服務器不重啟的前提下能夠長時間的穩(wěn)定工作；同時能夠備份數(shù)據(jù)，在發(fā)生故障時能夠恢復系統(tǒng)較少損失。③兼容性。系統(tǒng)要求能夠自動適應目前主流的軟硬件平臺，便于在不同的硬件設施、不同的操作系統(tǒng)下運行。④安全性。系統(tǒng)要求具有防護體制，抵御來自內(nèi)外部的風險，保證數(shù)據(jù)正確、完整、可靠；賦予不同用戶相關權限，并對相關數(shù)據(jù)保密。⑤可擴充性與可維護性。當技術變化或業(yè)務變化時，不可避免將帶來系統(tǒng)的改變；本系統(tǒng)要求具有較強的可擴展性和可維護性，能以盡量少的代價適應這種變化。

表1 看板顯示信息Tab.1 Information displayed on Kanban

3）數(shù)據(jù)需求

本系統(tǒng)除了在生產(chǎn)線現(xiàn)場和后臺顯示生產(chǎn)進度等信息外，還需要根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)提供一系列報表供管理人員參考，包括日產(chǎn)量、周產(chǎn)量、月產(chǎn)量匯總表；統(tǒng)計分析生產(chǎn)效率、質(zhì)量異常等。如表2所示。

表2 用戶數(shù)據(jù)需求Tab.2 Demand for user data

2 業(yè)務流程分析及優(yōu)化

本系統(tǒng)所涉及的業(yè)務流程簡述如下：

>生產(chǎn)部根據(jù)計劃編制生產(chǎn)指令 （制定過程需要跟車間、物流部等有關部門協(xié)調(diào)）；

>生產(chǎn)部確定生產(chǎn)指令后，下達各車間；

>生產(chǎn)線根據(jù)當日生產(chǎn)指令，選擇執(zhí)行某訂單；

>質(zhì)控部質(zhì)檢員檢驗電機性能、噪音、外觀等，出現(xiàn)質(zhì)量問題，記錄相關信息，最終形成相關報表；

>出現(xiàn)生產(chǎn)異常（如停線等），相關人員負責解決；

>車間記錄生產(chǎn)過程中的各種生產(chǎn)異常情況，并確定責任部門，最終形成生產(chǎn)異常匯總表報至生產(chǎn)部；

>生產(chǎn)部審核車間上報的生產(chǎn)異常情況以及生產(chǎn)信息，最終形成各種管理報表。

現(xiàn)行的業(yè)務流程如圖1所示。

系統(tǒng)所涉及的原有流程均由人工記錄并傳遞信息，在將要構(gòu)建的生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)中IT設備與技術將代替手工操作，大大提高管理效率與效益；業(yè)務流程的優(yōu)化包 括如下幾點：

圖1 現(xiàn)行業(yè)務流程圖Fig.1 Current transaction flow diagram

1）質(zhì)量異常信息由系統(tǒng)負責記錄，系統(tǒng)自動產(chǎn)生質(zhì)量異常報表；質(zhì)檢員專注于其核心業(yè)務，無需手工記錄質(zhì)檢信息。

2）系統(tǒng)記錄生產(chǎn)異常信息，保證了信息的準確性；生產(chǎn)異常信息實現(xiàn)車間與生產(chǎn)部的共享。

3）系統(tǒng)自動產(chǎn)生各種生產(chǎn)報表，無需生產(chǎn)部管理人員手工統(tǒng)計、書寫各種報表，減輕了其工作強度。

4）系統(tǒng)實時提供各種報表，企業(yè)領導可隨時查詢相關信息，提高了企業(yè)反應速度。

5）通過電子看板可以發(fā)現(xiàn)并暴露出生產(chǎn)中存在的問題（停線、質(zhì)量異常等），從而可以立即采取相應的對策。

6）保證生產(chǎn)部門按照生產(chǎn)計劃生產(chǎn)，防止過量生產(chǎn)。

3 系統(tǒng)設計方案

3.1 系統(tǒng)設計策略

根據(jù)項目規(guī)模、用戶需求等實際情況，項目采用目前管理信息系統(tǒng)領域最為成熟的結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設計方法。該方法運用一套標準的設計準則和圖表工具，自上而下地對系統(tǒng)進行分解，其基本目的是處理功能模塊化，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型化，系統(tǒng)平臺開放化，從而得到結(jié)構(gòu)明晰，適應性強，可靠性高，安全性好，效率和效益都令人滿意的系統(tǒng)實現(xiàn)方案（物理模型）。

3.2 計算模式設計

根據(jù)用戶實際管理需求和系統(tǒng)應用現(xiàn)場情況，本系統(tǒng)采用B/S（瀏覽器/服務器）與C/S（客戶機/服務器）混合計算模式。

控制臺端需要實時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)（上線數(shù)、下線數(shù)、各種質(zhì)量異常數(shù)據(jù)等），系統(tǒng)需要通過串口控制各個數(shù)據(jù)采集設備，服務器和控制臺均需要較強的控制、協(xié)調(diào)能力，因此系統(tǒng)控制臺端擬采用C/S計算模式（采用胖客戶端模式，數(shù)據(jù)庫服務器放置于A企業(yè)機房內(nèi)，應用程序安裝在控制臺電腦上）。

企業(yè)領導及生產(chǎn)部、車間、質(zhì)控部有關人員需要實時得到有關制造執(zhí)行情況的各種報表（如生產(chǎn)進度、生產(chǎn)日報、異常分析報表等），因此后臺管理端采用B/S計算；該模式下用戶通過內(nèi)部網(wǎng)絡可直接調(diào)取有關報表，而無需層層上報匯總，減少中間環(huán)節(jié)，保證了信息的真實可靠。

3.3 控制臺端總體結(jié)構(gòu)設計

系統(tǒng)控制臺采用C/S計算模式，應用程序部署于生產(chǎn)線現(xiàn)場的控制臺（應用服務器）上；該部分的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)控制臺端結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of the console

3.4 后臺管理端總體結(jié)構(gòu)設計

后臺管理端采用B/S計算模式，總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，其功能包括生產(chǎn)信息查詢、生產(chǎn)訂單、質(zhì)量異常、生產(chǎn)異常和系統(tǒng)管理5個主要模塊。

圖3 系統(tǒng)后臺管理部分結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of the admin section

4 結(jié)束語

文中針對離散型生產(chǎn)車間生產(chǎn)現(xiàn)場實物流與信息流不匹配的問題，以A企業(yè)生產(chǎn)車間為實際，經(jīng)過詳細的需求調(diào)研和業(yè)務流程分析，設計了生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采取采用B/S與C/S混合計算模式，分為數(shù)據(jù)采集與看板顯示的控制臺端和數(shù)據(jù)分析的后臺管理端，既能使得車間生產(chǎn)人員及時掌握生產(chǎn)進度，提前預警生產(chǎn)異常，防止盲目生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，又給企業(yè)中高層管理人員實時獲得有關制造執(zhí)行情況的各種報表，便于決策管理。

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