伍超鵬

廣西田園生化股份有限公司 廣西南寧 530007

1 中小企業(yè)的特點(diǎn)與MES 系統(tǒng)概況

1.1 中小企業(yè)的特點(diǎn)

中小企業(yè)的特點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：一是在中小企業(yè)中，成品倉庫周轉(zhuǎn)率相對低，致使成品富余掩蓋了大部分生產(chǎn)問題。所以中小企業(yè)的MES 應(yīng)當(dāng)解決成品倉管理問題。二是MES 應(yīng)用于成品倉后，暴露出成品倉周轉(zhuǎn)率低的問題，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)產(chǎn)能結(jié)構(gòu)優(yōu)化，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能優(yōu)化，應(yīng)依賴MES 對生產(chǎn)工藝、設(shè)備、人員、原料進(jìn)行管理。三是中小企業(yè)生產(chǎn)對工藝、原料的管理核心是生產(chǎn)批號(hào)管理，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)全流程追朔。這一要求驅(qū)動(dòng)了MES 在原料倉的應(yīng)用.

1.2 MES 系統(tǒng)

MES 是制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)的簡稱，可將之視作為一個(gè)協(xié)同管理平臺(tái)，該系統(tǒng)由若干個(gè)管理模塊組合而成，其最為突出的特點(diǎn)是能夠?qū)ιa(chǎn)制造過程進(jìn)行優(yōu)化，可以對生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集，并作出分析與處理[1]。

2 中小企業(yè)信息化項(xiàng)目開發(fā)中MES 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1 基于MES 的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

基于MES 的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)由以下幾個(gè)層次構(gòu)成：采集層、存儲(chǔ)層、分析層以及應(yīng)用層。其中采集層主要負(fù)責(zé)對生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳給存儲(chǔ)層進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)，并由分析層對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最終得到結(jié)果會(huì)直接發(fā)送到應(yīng)用層當(dāng)中，經(jīng)以太網(wǎng)將這部分信息直接作用于生產(chǎn)現(xiàn)場的相應(yīng)設(shè)備上，由此便可形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的閉環(huán)控制，從而使整個(gè)生產(chǎn)過程變得更加高效、可控。

2.2 相關(guān)參數(shù)

與生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備密切相關(guān)的數(shù)據(jù)有運(yùn)行參數(shù)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)采集參數(shù)、報(bào)警信息等等，可以結(jié)合具體的生產(chǎn)工藝對數(shù)據(jù)的采集范圍與精度進(jìn)行確定，各種參數(shù)可以通過相應(yīng)的傳感器進(jìn)行檢測。人員數(shù)據(jù)歸屬于靜態(tài)數(shù)據(jù)的范疇，主要包括姓名、工號(hào)、工種等，可將這部分?jǐn)?shù)據(jù)一次性輸入到系統(tǒng)當(dāng)中；環(huán)境數(shù)據(jù)具有動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，如生產(chǎn)現(xiàn)場的溫濕度等，這些數(shù)據(jù)并非一成不變，所以需要對這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；質(zhì)量數(shù)據(jù)主要是質(zhì)檢數(shù)據(jù)，如材料、產(chǎn)品的質(zhì)量檢測結(jié)果等，此類數(shù)據(jù)基本上不會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，根據(jù)實(shí)測結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確錄入即可；能耗數(shù)據(jù)是所有與水、電等能源消耗有關(guān)的數(shù)據(jù)，如電能使用、水消耗量等等；物料數(shù)據(jù)是一類比較特殊的數(shù)據(jù)，具有離散性的特點(diǎn)，如各種物料的入庫與出庫數(shù)據(jù)、原材料的消耗數(shù)據(jù)等等，該數(shù)據(jù)可經(jīng)由MES 系統(tǒng)直接下發(fā)給現(xiàn)場的HMI（人機(jī)界面）設(shè)備。

2.3 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)

（1）數(shù)據(jù)采集

對于中小企業(yè)而言，信息化的實(shí)現(xiàn)離不開數(shù)據(jù)的支撐，由此使得數(shù)據(jù)采集成為信息化的關(guān)鍵部分。在MES 系統(tǒng)當(dāng)中，為使數(shù)據(jù)采集能夠順利進(jìn)行，需要與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行有效地?cái)?shù)據(jù)對接。選取以下兩種數(shù)據(jù)采集方式，即RFID（射頻識(shí)別）和PLC（可編程邏輯控制器）自動(dòng)采集，其中前者能夠?qū)θ缦聰?shù)據(jù)進(jìn)行采集：生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)的人員、產(chǎn)品流通以及庫存等；后者則可對現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、耗能情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。同時(shí)，經(jīng)由以太網(wǎng)可將采集到的數(shù)據(jù)傳給控制室。①RFID 采集。在智能化生產(chǎn)車間的構(gòu)建中，RFID 是不可或缺的技術(shù)之一。常規(guī)的RFID 由以下幾個(gè)部分組成：讀寫器、中間件、電子標(biāo)簽以及軟件程序等等。在上述組成部分當(dāng)中，讀寫器的主要作用是對電子標(biāo)簽進(jìn)行讀或?qū)?，該裝置的功率可以通過外接電線的方式進(jìn)行增強(qiáng)，經(jīng)無線射頻，將能量發(fā)送給電子標(biāo)簽；中間件能夠?qū)ο嚓P(guān)的信息進(jìn)行高效處理；電子標(biāo)簽一般都是在粘貼在物體表面，借助其內(nèi)部的電子芯片，完成與讀寫器之間的數(shù)據(jù)交互。在本次設(shè)計(jì)開發(fā)的MES 系統(tǒng)中，RFID 負(fù)責(zé)對以下數(shù)據(jù)進(jìn)行采集：人員、物料、生產(chǎn)等。在生產(chǎn)過程中，可以通過讀寫器對原材料上的電子標(biāo)簽進(jìn)行掃描，以此來完成材料原產(chǎn)地、質(zhì)地等信息的采集，并將這些信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給MES 系統(tǒng)，為后續(xù)的質(zhì)量分析提供依據(jù)[2]。②PLC 采集。對于自動(dòng)生產(chǎn)領(lǐng)域而言，PLC 是最為常用的一種數(shù)據(jù)采集方式，通信標(biāo)準(zhǔn)可以采用OPC-UA，該標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用可使設(shè)備之間、系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換得以順利實(shí)現(xiàn)。PLC 選用的是西門子公司S7 系列產(chǎn)品，依托OPC-UA 架構(gòu)，可使兩臺(tái)PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，不需要服務(wù)器傳遞信息。通過對PLC 功能的配置，使MES 嵌入到OPC-UA 中，由于數(shù)據(jù)格式并未發(fā)生變化，所以不會(huì)出現(xiàn)延遲問題。PLC 能夠?qū)θ缦聰?shù)據(jù)進(jìn)行采集：設(shè)備、能耗、物料、環(huán)境以及質(zhì)量統(tǒng)計(jì)等。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需要通過數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過比選之后，最終決定采用SQL Server 數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫具有較高的性能，可存放多種類型的數(shù)據(jù)，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、關(guān)系型數(shù)據(jù)等等，能夠滿足MES 系統(tǒng)的運(yùn)行需要。

2.4 MES 系統(tǒng)用例圖

對于MES 系統(tǒng)而言，用例圖具有藍(lán)圖的作用，通過對用例圖的設(shè)計(jì)，能夠使系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊的構(gòu)建過程變得更加簡單。

（1）生產(chǎn)計(jì)劃管理用例。生產(chǎn)計(jì)劃管理是MES 系統(tǒng)中較為重要的功能模塊之一，通過對該模塊的用例圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)生產(chǎn)計(jì)劃的管理人員可對生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行下達(dá)與調(diào)度，并對生產(chǎn)工單進(jìn)行制定與調(diào)整，跟蹤生產(chǎn)任務(wù)的完成情況[3]。

（2）設(shè)備管理模塊用例。該功能模塊的用例相對較多，如設(shè)備列表、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、維修管理、保養(yǎng)計(jì)劃、停機(jī)記錄、功效分析、參數(shù)管理等。

3 結(jié)語

綜上所述，中小企業(yè)在進(jìn)行信息化項(xiàng)目開發(fā)的過程中，可以對MES 系統(tǒng)進(jìn)行合理應(yīng)用，借助該系統(tǒng)除了能夠?qū)ιa(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化之外，還能提高生產(chǎn)現(xiàn)場的管理效率，有助于促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提升。