王茹，孔建壽，陳軒，彭憶炎

（南京理工大學自動化學院，江蘇南京 210094）

一種基于MES的車間移動管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

王茹，孔建壽，陳軒，彭憶炎

（南京理工大學自動化學院，江蘇南京 210094）

為了提高車間管理效率，實現(xiàn)移動辦公，結合車間制造執(zhí)行系統(tǒng)MES特點，以Android系統(tǒng)為平臺，采用基于webkit的移動互聯(lián)網Web框架，開發(fā)了一種面向MES的車間移動管理系統(tǒng)。系統(tǒng)具有訂單管理、計劃管理、進度管理等功能，實現(xiàn)了車間MES系統(tǒng)的本地監(jiān)控和遠程移動訪問，突破傳統(tǒng)計算機終端管理系統(tǒng)的局限，促進企業(yè)的信息化建設。

制造執(zhí)行系統(tǒng)；移動管理；Android；Web開發(fā)

近年來，隨著全球經濟一體化發(fā)展和工業(yè)信息化推進，制造業(yè)成為我國經濟“創(chuàng)新驅動、轉型升級”的主戰(zhàn)場[1-2]?！爸袊圃?025”[3-5]強國戰(zhàn)略的提出標志著我國由制造大國向制造強國的轉變，推動新一代信息技術與制造技術的融合發(fā)展，促進智慧工廠與數(shù)字化車間全面建設。車間管理系統(tǒng)作為數(shù)字化車間的重要組成部分，是企業(yè)管理與生產制造的樞紐，承擔著訂單下發(fā)、計劃生產到產品入庫全過程的監(jiān)督、控制與優(yōu)化管理任務。而制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）作為目前應用廣泛的車間管理系統(tǒng)[6-10]，它不僅有效指導車間生產運行過程，而且在企業(yè)和供應鏈間以雙向交互的形式提供生產活動的基礎信息[11]。

傳統(tǒng)車間管理系統(tǒng)軟件一般運行于PC端，但是由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣、空間限制、線路安全等因素，增加了車間管理的難度[12]。隨著網絡技術和智能移動終端的不斷發(fā)展，管理軟件移動化逐漸成為車間管理系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。對此，本文基于Android平臺，采用web技術，結合MES系統(tǒng)的功能模塊，設計并開發(fā)一套具有遠程監(jiān)控和現(xiàn)場管理功能的移動管理系統(tǒng)，監(jiān)控客戶從移動終端下單到產品生產完成的整個過程，期望能夠對整個生產過程進行實時管理以及優(yōu)化生產，從而實現(xiàn)靈活生產、移動辦公，滿足制造過程中產品數(shù)據的跟蹤和監(jiān)控方面的個性化需求。

1 系統(tǒng)體系結構

隨著制造業(yè)信息化與智能化發(fā)展[13-15]，異地協(xié)同加工越來越普遍，車間管理系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)對車間內部生產活動的管理與監(jiān)控，還要滿足市場與管理層的信息交互需求，如遠程客戶或企業(yè)管理人員可以通過網絡隨時隨地管理和監(jiān)控訂單執(zhí)行情況。因此，基于MES的車間移動管理系統(tǒng)必須滿足實時性高、擴展性強、安全性好等要求，不僅方便車間操作，還要保證遠程用戶實時了解生產信息，指揮決策。

系統(tǒng)體系結構設計還要充分考慮企業(yè)原有的信息系統(tǒng)，盡量降低系統(tǒng)升級成本，在不改變原有網絡拓撲結構的前提下，通過在企業(yè)局域網中添加移動終端服務器并鋪設Wifi路由器來構成移動管理系統(tǒng)廠內通訊鏈路；對于遠程用戶，則架設一臺VPN服務器，采用3G、4G轉VPN的方式訪問企業(yè)內網，系統(tǒng)體系結構如圖1所示。

圖1 移動管理系統(tǒng)體系結構

客戶端針對不同的用戶權限，開放相應的用戶接口，對于遠程客戶和企業(yè)管理者主要提供遠程訂單管理、計劃管理、進度管理等功能，而對于車間用戶，限制在企業(yè)局域網內具有相應權限的操作，如設備管理、庫存管理、圖文檔管理等。

2 系統(tǒng)功能設計

2.1 系統(tǒng)功能模塊

根據企業(yè)現(xiàn)有MES系統(tǒng)結構功能以及車間現(xiàn)場的相關技術支持，結合生產加工實際，將基于MES的移動管理系統(tǒng)分為用戶管理、訂單管理、計劃管理、生產進度管理、庫存管理、質量管理、設備管理、圖文檔管理等幾個功能模塊，具體如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊

1）用戶管理功能

用戶管理模塊主要是對用戶基礎數(shù)據進行管理，包括用戶的注冊、登錄，以及注冊信息的修改、權限的分配等。

2）訂單管理功能

位于MES頂層訂單管理系統(tǒng)負責ERP和MES之間的信息交互，起著橋梁作用。它的功能包括訂單分類、查詢以及根據訂單完成情況和進度要求，及時調整生產計劃。

3）計劃管理功能

制定生產計劃，實現(xiàn)從廠級到工位級任務的層層下發(fā)，其中包括生產計劃審核以及相關生產要素的配置等。

4）生產進度管理功能

進度管理模塊將企業(yè)車間原有的紙質流轉單信息電子化，保存至MES系統(tǒng)，使得系統(tǒng)能夠監(jiān)視工件在任意時刻的位置和狀態(tài)。進度管理包含整體訂單完成的進度和生產過程的工序進度。

5）庫存管理功能

負責管理所有生產物料的車間存放信息，對車間原材料、半成品、在制品等加以嚴格管理，對其流向和狀態(tài)進行跟蹤統(tǒng)計。

6）質量管理功能

通過在線的質量檢驗和離線的分析統(tǒng)計來記錄，跟蹤和分析產品在加工過程中各工序的質量狀況，并提交質量分析報告。

7）圖文檔管理功能

MES文檔管理功能實際上是一個文檔接口及管理查詢工具，使信息資源達到共享，實現(xiàn)車間的無紙化操作。

8）設備管理功能

車間設備管理模塊能夠記錄車間各種加工設備的基本信息、保養(yǎng)狀況、運行狀態(tài)、故障情況。

2.2 系統(tǒng)業(yè)務流程

本MES移動系統(tǒng)實現(xiàn)對生產數(shù)據的全過程跟蹤與顯示，完成從訂單信息到生產計劃下達到產品下線的質量、人員、零部件以及生產過程中設備、庫存等信息的綁定。其業(yè)務流程的邏輯控制過程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)業(yè)務流程

整個業(yè)務流程如下：①系統(tǒng)根據訂單信息，形成車間生產計劃，MES系統(tǒng)對生產計劃進行優(yōu)化、分解，然后逐級下發(fā)至工位；②根據生產計劃從圖文檔模塊下載相關產品的工藝路線以及技術文檔，并產生物料需求清單，并進行物料配送；③產品上線，對產品進行唯一識別標記，并按既定工藝路線進行加工；④產品下線，校驗產品加工過程的數(shù)據，更新數(shù)據庫。

3 系統(tǒng)功能開發(fā)

本系統(tǒng)開發(fā)工具主要包括Eclipse、JDK、Android SDK、Tomcat7.0和MySQL。

3.1 Android客戶端的實現(xiàn)

html語言是當下流行的標簽語言，它結合Web技術可以創(chuàng)造出功能強大的頁面，并且?guī)缀跛械慕K端設備都支持html顯示。因此，本系統(tǒng)在Android客戶端內置一款高性能webkit內核瀏覽器，在SDK中封裝WebView組件，Android客戶端使用WebView控件加載html頁面到手機客戶端，進行界面展示。

對于WebView的控件需要使用下面的流程進行創(chuàng)建：

WebView控件只是用來進行頁面以及數(shù)據的展示，對于數(shù)據的請求邏輯的處理全都交給頁面服務器中html頁面以及JS腳本進行處理。這樣大大減輕客戶端的負擔，客戶端只需要關注頁面的加載以及數(shù)據的展示，而不需要過多的關注服務請求和邏輯處理。

3.2 服務器端的實現(xiàn)

服務器端采用Jersey+Spring+Hibernate框架，相比傳統(tǒng)的Java Web開發(fā)模式，它易于實現(xiàn)，即通過簡單配置可實現(xiàn)符合MVC模式的Web服務，其框架如圖所示。

圖4 web開發(fā)框架

系統(tǒng)使用Rest服務來進行前后端通信，提供POST/PUT/DELETE的方法對資源進行操作和處理，并且以JSON格式作為客戶端與服務器數(shù)據交換格式。Jersey是Rest框架的一種實現(xiàn)，它包含3個部分：核心服務器（Core Server）、核心客戶端（Core Client）、集成（Integration）。Spring框架使用配置bean的方式減少對代碼的注入。Hibernate作為持久層，封裝了對數(shù)據庫的操作。最后需要在web.xml中添加對3個框架的配置來保證其正常運行。

以訂單管理模塊中新建訂單為例說明服務端的整個實現(xiàn)過程，訂單生成流程如圖5所示。當客戶選擇訂購產品以及數(shù)量后，點擊確認，就會在訂單表中生成訂單數(shù)據。

圖5 訂單生成流程

上述過程如下：當用戶點擊新建訂單，客戶端發(fā)起rest服務請求，調用rest服務，容器根據Jersey配置尋找對應服務提供類OrderService的queryOrders方法，它根據配置在Spring中獲取OrderDao的實例，然后調用OrderDao中的queryOrders方法。在OrderDao的queryOrders方法中，使用Hibernate提供的數(shù)據庫訪問方法查詢在Spring配置文件配置的數(shù)據庫，Hibernate將數(shù)據根據order.hbm文件映射成Order的Java Bean對象。Jersey將查詢出的Order對象轉換成JSON數(shù)據返回到客戶端，供客戶端解析數(shù)據展示。

3.3 數(shù)據庫

系統(tǒng)功能的實現(xiàn)都依賴數(shù)據存取動作，本系統(tǒng)采用MySQL開源數(shù)據庫進行數(shù)據的存取，根據各功能模塊的對象行為進行數(shù)據分析，得到系統(tǒng)數(shù)據庫E-R圖如圖6所示。

圖6 數(shù)據庫E-R圖

系統(tǒng)開發(fā)過程中，數(shù)據持久化實現(xiàn)是基于Hibernate對象關系映射框架，利用Hibernate將基于對象的操作化為針對關系數(shù)據庫的操作，并結合DAO設計模式來創(chuàng)建數(shù)據持久化。該類利用Hibernate實現(xiàn)DAO接口所定義的抽象方法。這樣設計的優(yōu)點在于：當改用其他的持久化機制或持久化中間件時，由于DAO向上層調用者提供的接口不會變化，只需創(chuàng)建新的DAO實現(xiàn)類而無需更改應用中的業(yè)務邏輯代碼。

4 MES車間移動管理系統(tǒng)實現(xiàn)

通過本文開發(fā)的MES移動應用系統(tǒng)，企業(yè)可以實現(xiàn)生產過程監(jiān)控和數(shù)據跟蹤，為供應鏈協(xié)同、無紙化生產和企業(yè)移動辦公提供支持。在該系統(tǒng)中，具有客戶角色的用戶可以實現(xiàn)遠程下發(fā)訂單和查看訂單進度的功能，企業(yè)不僅發(fā)揮客戶價值，還能夠提高市場響應能力；訂單經過企業(yè)內部審核后編制成生產計劃層層下發(fā)至工位，進行生產，生產過程信息經數(shù)據采集系統(tǒng)傳至數(shù)據庫，企業(yè)管理人員或客戶可以遠程查看生產進度，及時了解生產狀況；在車間內部，現(xiàn)場操作人員通過移動終端推送獲取本工序的生產任務，并且可以查詢與工序關聯(lián)的生產設備信息，以便及時了解車間整體運行情況。

5 結束語

本文以車間MES系統(tǒng)為研究對象，結合車間生產現(xiàn)場管理需求，開發(fā)了一種基于Android移動終端的管理系統(tǒng)。通過此系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)計算機終端管理系統(tǒng)的局限，實現(xiàn)車間信息的有效管理和全面監(jiān)控，提高車間信息管理的效率，滿足員工移動辦公的需求。與傳統(tǒng)PC端MES應用軟件相比優(yōu)勢體現(xiàn)在以下兩個方面：

1）客戶作為新角色參與到系統(tǒng)中來，為供應鏈協(xié)同的實現(xiàn)提供一種參考。

2）實現(xiàn)用戶遠程監(jiān)控和移動辦公，突破計算機終端系統(tǒng)的局限。

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圖7 系統(tǒng)運行界面

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Design and implementation of a mobile workshop management system based on MES

WANG Ru，KONG Jian?shou，CHEN Xuan，PENG Yi?yan
（School of Automation，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing210094，China）

In order to improve the management efficiency of workshop and realize mobile officing，this paper developed a mobile workshop management system using the Android technology based on the characteristics of manufacturing execution system.The system implements a rich model which integrate webkit core which owns fast rendering speed and some components which is provided by Android.And the system has order management，task assignment and other functions，which realizes the local monitoring and remote access of the MES.This measure breaks through the limitation of traditional computer terminal management system and promotes the enterprise information construction.

MES；mobility management；Android；web development

TN929.53

A

1674-6236（2017）22-0036-05

2016-10-11稿件編號：201610044

王茹（1992—），女，河北衡水人，碩士研究生。研究方向：數(shù)字化車間、制造執(zhí)行系統(tǒng)。