鄒佳霖，范寶德，韓兆玉

(煙臺大學 計算機與控制工程學院，山東 煙臺 264005)

0 引言

作為先進車間管理技術的載體，執(zhí)行制造系統(tǒng)(Manufacture Execute System，MES)在幫助制造企業(yè)實現(xiàn)生產的自動化、智能化和無紙化等方面發(fā)揮著巨大作用。它通過精確的高級自動排產技術、全集成的協(xié)同制造、自動化的數(shù)據采集、全透明的決策支持以及簡易直觀的人性化操作界面來實現(xiàn)生產過程管控的數(shù)字化。

水產品加工是一個流水線型生產處理過程，所需采集的數(shù)據種類復雜(例如原材料批次、工人績效、設備數(shù)據等)，車間的突發(fā)狀況較多，需要管理人員進行及時處理。而目前的企業(yè)一般采用手工記錄報表，通過員工的層層上報來實現(xiàn)上下層之間的數(shù)據獲取及管理，由于人工采集數(shù)據效率低下，信息流通速度較慢，使得管理人員面對突發(fā)情況無法靈活應對，對于管理層生產計劃的制定可能產生負面影響[1]。

這種依靠人工組織與管理的方式已不適應企業(yè)發(fā)展的需要，為改變企業(yè)現(xiàn)有情況，設計了這套MES系統(tǒng)，可以為整個生產活動的優(yōu)化提供有力的支撐[2]。通過對數(shù)據進行采集、管理與統(tǒng)計分析，可為用戶提供一個快速反應、有彈性、精細化的制造業(yè)環(huán)境[3]，改變了以“紙”作為交互媒介的工作方式。

1 水產品加工關鍵工序及所需設備

1.1 關鍵工序

以常見的魚類產品為例，產品的種類雖復雜，但是生產歷經的工序以及每道工序所需的設備大致相同，其加工流程如圖1所示。

1.2 關鍵設備及功能

設備是產生以及記錄數(shù)據的重要部分，其所在的工序以及其對應的功能如表1所示。

圖1 水產品加工關鍵工序

設備名稱所在工序功能ID卡去頭、開片、挑刺、切段、烘烤存儲員工個人信息ID讀卡器去頭、開片、挑刺、切段、烘烤讀取員工ID卡信息臺式電子秤去頭、挑刺對半成品稱重紅外計數(shù)器包裝掃描產品計數(shù)條碼打印機包裝獲取產品信息生成條形碼

圖3 MES基礎功能模型

每道工序的設備之間不是獨立的個體，為了方便數(shù)據的采集，需要在設備之間進行綁定建立設備組，例如去頭作業(yè)中由于多人共用一個電子秤，需要員工刷卡記錄績效，則電子秤與讀卡器可綁定為一個設備組，當稱重完成后員工通過讀卡器刷卡，讀卡器向電子秤傳送一個觸發(fā)反應，同時向MES系統(tǒng)傳送員工的ID卡信息，電子秤接收到觸發(fā)反應后，向MES系統(tǒng)發(fā)送讀取數(shù)據請求，MES系統(tǒng)則讀取電子秤中的稱重數(shù)據，并結合員工信息保存至數(shù)據庫，這便是一個完整的數(shù)據采集過程。生產設備的整體連接結構如圖2所示。

圖2 MES設備連接結構圖

2 水產車間MES系統(tǒng)設計

2.1 MES基礎功能模型

針對水產車間的加工特點，將MES的功能分為7個模塊：系統(tǒng)設置模塊、基礎資料管理模塊、工藝管理模塊、生產訂單管理模塊、質量管理模塊、績效管理模塊和設備管理模塊?；A功能模型如圖3所示。

MES功能的設計覆蓋了整個車間生產流程，實現(xiàn)了從員工到部門、訂單到原材料到產品到質量、設備到工序等關鍵點管理，同時為確保信息的安全性，對不同的用戶進行了權限的分配，從而實現(xiàn)安全的數(shù)據共享[4]，確保了生產的每一步都能夠被系統(tǒng)所記錄及約束，盡量保證車間處于無紙化運行狀態(tài)。

2.2 MES系統(tǒng)關鍵流程分析

(1)系統(tǒng)連接現(xiàn)場看板：車間內可設置物料清單看板、訂單完成進度看板、異常工序看板等，看板連接系統(tǒng)，可實時顯示生產過程中產生的最新數(shù)據，管理者可根據看板顯示的數(shù)據及時做出決策，實現(xiàn)生產透明化。

(2)生產進度實時追蹤：可根據系統(tǒng)內建立的報表查看當前訂單完成進度、工人工作效率、設備利用情況等，可及時發(fā)現(xiàn)執(zhí)行中產生的問題并進行處理。

(3)自動化數(shù)據采集：通過ID讀卡器、紅外對射計數(shù)器等設備對數(shù)據進行自動化采集，改變了以往人工手工記錄的落后情況，能夠準確、快速地實現(xiàn)數(shù)據反饋，避免人為記錄差錯，使工人將更多的精力集中在現(xiàn)場操作上，提高生產效率。

(4)產品質量實時追蹤：通過條碼技術跟蹤產品從物料投產到成品出庫的整個生產流程，實時采集生產過程中產生的所有數(shù)據，產品售后出現(xiàn)的一切問題都可以通過掃描包裝條形碼來進行追溯，提供了強有力的售后保障服務。

2.3 MES系統(tǒng)框架設計

水產車間MES系統(tǒng)框架采用MVC多層架構的設計模式，分為展現(xiàn)層、控制層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據訪問層、數(shù)據存儲層。在框架的各個層次封裝了高度可復用的功能與方法，并提供了一個穩(wěn)定的基礎架構，解決了各種技術難題。同時系統(tǒng)架構必須要求性能卓越、穩(wěn)定，并在各個層次中采用了緩存技術，作為系統(tǒng)框架的一部分。其技術框架設計如圖4所示。

圖4 MES技術框架

(1)展現(xiàn)層：展現(xiàn)層用于與用戶的交互，與控制層之間保持一對一的關系，提供給控制層處理顯示的操作，主要用JSP、JS、HTML等技術實現(xiàn)；此外在展現(xiàn)層中可以充分利用SiteMesh、BootStrap、JQuery、JQuery-zTree、TreeTable、Jericho Tab等開源技術。

(2)控制層：分派用戶的請求并選擇恰當?shù)囊晥D用于顯示，同時它可以解釋用戶的請求并將它們映射成可執(zhí)行的操作。在控制層主要采用了Spring MVC、Servlet、Filter等多種技術。

(3)業(yè)務邏輯層：業(yè)務邏輯層用來根據具體的需求來進行業(yè)務邏輯處理，提供了問題處理的操作過程。在業(yè)務邏輯層可以使用Spring、JavaBean等技術。

(4)數(shù)據訪問層：數(shù)據訪問層用來對數(shù)據存儲層的數(shù)據進行直接的增、刪、改、查等操作。在數(shù)據訪問層主要采用了MyBatis技術來實現(xiàn)對數(shù)據庫的讀寫封裝。

(5)數(shù)據存儲層：數(shù)據存儲層包含了應用問題的所有核心數(shù)據，它可以是各種數(shù)據庫(Oracle、MS SQL Server、MySQL、DB2、Derby等)以及各種數(shù)據文件。

2.4 MES系統(tǒng)實現(xiàn)

本文設計的水產MES系統(tǒng)是一個基于B/S模式的Web應用系統(tǒng)，在B/S模式下管理人員可以通過瀏覽器對系統(tǒng)進行遠程操控，不但維護和升級方式簡單，還可以降低成本和選擇不同的操作系統(tǒng)來運行服務端[5]。以Web Service為接口可以實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的集成，保證了各個系統(tǒng)的獨立性；以Java為編程語言，可實現(xiàn)跨平臺性，便于在各個服務器部署；為了使其具有可復用性，使得開發(fā)人員不再需要對同一基礎功能進行重復實現(xiàn)，對一些常用的JS進行了封裝，包括TreeTable樹形列表、zTree樹形控件、JQuery函數(shù)封裝、信息提示Jbox封裝、樹形選擇控件封裝等，同時封裝了Java基礎通用類庫，提升了系統(tǒng)的可復用層次。

水產MES系統(tǒng)以SSM作為基礎框架，數(shù)據庫設計采用了MySQL數(shù)據庫管理系統(tǒng)，并使用Navicat為MySQL提供可視化的用戶界面。運行環(huán)境為Windows + MyEclipse+JDK1.8 + Tomcat7 + MySQL + Navicat。

3 結論

本文所設計的水產MES系統(tǒng)借鑒了當前主流MES系統(tǒng)的模塊設計，以SSM為框架，將整個系統(tǒng)劃分為5層，并已得到初步實現(xiàn)。由于該系統(tǒng)重點在于MES系統(tǒng)的基礎功能，對于某些高級自動化功能并沒有涉及，模塊設計有待補充，后期還可引入安卓PAD等移動端操作設備，實現(xiàn)系統(tǒng)的移動操作。