葉昱冬，高飛

(浙江工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 310032)

0 前言

當(dāng)前，我國(guó)制造業(yè)正進(jìn)入一個(gè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，面臨著重大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)制造業(yè)增長(zhǎng)模式遭遇瓶頸，實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展遇到困難。目前，制造業(yè)從業(yè)人員已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到自身創(chuàng)新變革的必要性，也在積極探索適合于自身發(fā)展的改革創(chuàng)新之路。特別是在中央提出“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略之后，制造企業(yè)如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有企業(yè)的信息化升級(jí)改造、實(shí)現(xiàn)“兩化融合”，提升生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車(chē)間精益化管理等問(wèn)題是企業(yè)管理層面對(duì)的重大課題。而這其中，企業(yè)如何選擇適合自己生產(chǎn)模式的MES系統(tǒng)(Manufacturing Execution System,制造執(zhí)行系統(tǒng))是整個(gè)課題的關(guān)鍵部分之一。

制造企業(yè)行業(yè)分布廣泛，每個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，生產(chǎn)工藝也大不相同。而作為制造執(zhí)行的MES系統(tǒng)正是要管理生產(chǎn)車(chē)間的人、機(jī)、料、法、環(huán)等各個(gè)方面。這就導(dǎo)致當(dāng)MES系統(tǒng)應(yīng)用在某個(gè)特定的制造企業(yè)時(shí)，需要依據(jù)該企業(yè)的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)需求進(jìn)行大量定制化的匹配開(kāi)發(fā)。然而，軟件產(chǎn)品定制化工作量大就意味著實(shí)施周期長(zhǎng)，而且成本高。從目前的情況看，一套MES系統(tǒng)應(yīng)用在某個(gè)特定企業(yè)的時(shí)候，其定制化工作量占到整個(gè)項(xiàng)目工作量的70%～90%，同時(shí)，企業(yè)也需要為定制開(kāi)發(fā)工作支付大量預(yù)算。這樣一來(lái)，一些中小型的制造企業(yè)由于預(yù)算不足，不得不放棄對(duì)生產(chǎn)制造的信息化改造。所以，一款成本適中的通用化MES系統(tǒng)是目前制造企業(yè)所需要的。這樣一套通用MES系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是基于通用的模型搭建的，在適配制造企業(yè)的時(shí)候，應(yīng)該具備足夠的靈活性來(lái)滿(mǎn)足不同企業(yè)在人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面的差異，而將MES的定制化部分壓縮到50%以下。

要實(shí)現(xiàn)通用化MES系統(tǒng)，可以通過(guò)模型來(lái)搭建MES系統(tǒng)，即基于模型的MES系統(tǒng)?；谀Ｐ偷腗ES系統(tǒng)是MBE(基于模型的企業(yè))概念的一部分[1]。MBE(Model Based Enterprise)是由美國(guó)“下一代制造技術(shù)計(jì)劃”(The Next Generation Manufacturing Technologies Initiative，NGMTI)在2005年提出(2016年部分完成)。NGMTI提出的“MBE”是一種制造實(shí)體，它采用建模技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)、制造、產(chǎn)品支持的全部技術(shù)和業(yè)務(wù)流程進(jìn)行徹底的改造[2]。

實(shí)現(xiàn)基于模型的制造執(zhí)行系統(tǒng)，首先就要實(shí)現(xiàn)MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的模型化。只有在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型化的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)MES的整體模型化和通用化。

1 傳統(tǒng)MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀

構(gòu)建MES系統(tǒng)的時(shí)候，涉及MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的構(gòu)建。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括企業(yè)數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、工具數(shù)據(jù)、資產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)等。目前的情況是，這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)是按照制造企業(yè)的具體情況進(jìn)行固化的。

例如，對(duì)于人員數(shù)據(jù)來(lái)講，某企業(yè)的生產(chǎn)工人情況如表1所示。

表1 某企業(yè)生產(chǎn)工人情況Tab.1 Situation of production workers in a company

目前情況下，MES在實(shí)現(xiàn)該企業(yè)生產(chǎn)工人數(shù)據(jù)管理的時(shí)候，就會(huì)依據(jù)當(dāng)前情況，設(shè)計(jì)出生產(chǎn)工人的數(shù)據(jù)表格來(lái)進(jìn)行實(shí)際的匹配，并在實(shí)際的軟件開(kāi)發(fā)中將該表格固化。

但問(wèn)題在于，企業(yè)對(duì)工人情況的管理可能會(huì)隨時(shí)間的變化而變化。比如，企業(yè)認(rèn)為工人的“工種級(jí)別”屬性也需要管理，那為了滿(mǎn)足企業(yè)要求，就需要更新原先的表格設(shè)計(jì)。另外，這樣的設(shè)計(jì)只能滿(mǎn)足該企業(yè)對(duì)人員管理的需求，但對(duì)其他企業(yè)來(lái)講，復(fù)用性不大，可能還需重新定制化開(kāi)發(fā)。

再例如，對(duì)于制造企業(yè)生產(chǎn)工藝的管理，每個(gè)企業(yè)都不同，尤其是行業(yè)與行業(yè)之間差異更大。

MES在實(shí)現(xiàn)該工藝流程時(shí)，當(dāng)前的做法是將該流程通過(guò)代碼的方式將工步與工步之間的邏輯關(guān)系固定來(lái)滿(mǎn)足企業(yè)的需求。如果工藝改進(jìn)了，MES軟件系統(tǒng)需要進(jìn)一步的定制化升級(jí)。而且，采用定制化的方式實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)的工藝邏輯也需要很大的成本，這些都給企業(yè)帶來(lái)了困難。

綜上所述，依據(jù)企業(yè)具體的需求進(jìn)行MES軟件定制化開(kāi)發(fā)的方式有許多問(wèn)題，也很難滿(mǎn)足目前企業(yè)不斷變革中所出現(xiàn)的問(wèn)題。歸納起來(lái)主要在于：(1)軟件邏輯依據(jù)企業(yè)當(dāng)前需求定制化，缺少對(duì)企業(yè)發(fā)展及未來(lái)需求的考慮；(2)定制化開(kāi)發(fā)周期比較長(zhǎng)，而且需要在完全了解客戶(hù)現(xiàn)狀的情況下進(jìn)行定制化；(3)定制化開(kāi)發(fā)的成本高，導(dǎo)致一些預(yù)算有限的企業(yè)無(wú)法承擔(dān)；(4)MES系統(tǒng)推廣難度大。

2 基于模型的MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基于模型的MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)別于傳統(tǒng)MES的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)架構(gòu)，它是在分析不同企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，將這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納和概括，并抽象出來(lái)形成模型。這種模型適合于不同的企業(yè)，而且在某個(gè)企業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)架構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，也不需要對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行代碼級(jí)別的更新。這樣一來(lái)，可以節(jié)省企業(yè)的管理時(shí)間和管理成本。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理包括企業(yè)架構(gòu)數(shù)據(jù)管理、人員數(shù)據(jù)管理、設(shè)備數(shù)據(jù)管理、物料數(shù)據(jù)管理、工具數(shù)據(jù)管理、資產(chǎn)數(shù)據(jù)管理、工藝數(shù)據(jù)管理管理、檔案數(shù)據(jù)管理等。

2.1 企業(yè)架構(gòu)數(shù)據(jù)

企業(yè)數(shù)據(jù)管理基于ISA95 設(shè)備層級(jí)模型進(jìn)行定義[3-5]，將企業(yè)定義為企業(yè)層(Enterprise)、工廠層(Site)、車(chē)間層(Area)、產(chǎn)線層(Cell)以及工位層(Unit),如圖1所示。

圖1 企業(yè)架構(gòu)實(shí)例[4-5] Fig.1 Enterprise architecture example[4-5]

系統(tǒng)中企業(yè)模型定義遵循ISA95規(guī)范中設(shè)備層級(jí)架構(gòu)模型，一個(gè)企業(yè)集團(tuán)對(duì)應(yīng)多個(gè)工廠，某個(gè)工廠對(duì)應(yīng)多個(gè)車(chē)間，某個(gè)車(chē)間對(duì)應(yīng)多條產(chǎn)線，某條產(chǎn)線對(duì)應(yīng)多個(gè)工位，通過(guò)工位結(jié)合不同的設(shè)備，如圖2所示。

圖2 集團(tuán)架構(gòu)示例

例如，某個(gè)大型重工企業(yè)架構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表 2 設(shè)備層級(jí)模型示例(集團(tuán))Tab.2 Sample device hierarchy model (group)

再如，某個(gè)中型企業(yè)，沒(méi)有集團(tuán)層級(jí)，從工廠層級(jí)開(kāi)始，其對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 設(shè)備層級(jí)模型示例(中型企業(yè))

所以，針對(duì)不同企業(yè)架構(gòu)形態(tài)，可以通過(guò)5層模型進(jìn)行匹配。

2.2 人員數(shù)據(jù)

人員數(shù)據(jù)管理通過(guò)人員模型對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。如圖3所示，人員模型包括人員類(lèi)別、人員類(lèi)別屬性、人員實(shí)例、人員實(shí)例屬性、人員資質(zhì)考核以及人員資質(zhì)考核結(jié)果。

圖3 人員模型Fig.3 Model of people

每個(gè)人員都可動(dòng)態(tài)配置其必須的資質(zhì)考核以及資質(zhì)考核結(jié)果，通過(guò)資質(zhì)考核的人員才能具備上崗資格，系統(tǒng)才會(huì)在派工時(shí)使用該人員資源。

人員數(shù)據(jù)可以通過(guò)文件批量導(dǎo)入、系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理頁(yè)面、對(duì)接人力資源管理系統(tǒng)等方式錄入，可以通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理頁(yè)面進(jìn)行修改/刪除操作。

圖4中，“機(jī)修組類(lèi)”即是其中定義的一個(gè)人員類(lèi)型，“張三”就是對(duì)應(yīng)于“機(jī)修組類(lèi)”實(shí)例化的一個(gè)具體個(gè)人。“機(jī)修組類(lèi)”有它的人員類(lèi)型屬性“機(jī)械操作等級(jí)”，該屬性綁定一個(gè)人員資質(zhì)測(cè)試“機(jī)械操作測(cè)試”；對(duì)應(yīng)地，“張三”也有一個(gè)人員屬性“機(jī)械操作等級(jí)”，其值為“1”，而其對(duì)應(yīng)的“機(jī)械操作測(cè)試結(jié)果”為“PASS”。

圖4 人員模型示例Fig.4 People model example

當(dāng)然，“張三”這個(gè)具體的人還有其他人員屬性。其他的人員屬性也可以無(wú)需匹配人員類(lèi)型屬性，作為具體的人員屬性存在，例如“張三”這個(gè)人的性別、身高等屬性。

這樣一來(lái)，實(shí)施具體項(xiàng)目的時(shí)候，可以按照不同類(lèi)別對(duì)人員進(jìn)行組織和管理。人員的類(lèi)型以及人員類(lèi)型屬性根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置和管理，每一種類(lèi)別對(duì)應(yīng)多個(gè)人員，并具有相應(yīng)的人員屬性。

為了便于理解，將模型中涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)框架羅列如下(其他模型數(shù)據(jù)表格可以按同樣的思想推理，不再贅述)。

人員類(lèi)型見(jiàn)表4。

表4 人員類(lèi)型Tab.4 Type of personnel

人員類(lèi)型屬性見(jiàn)表5。

表5 人員類(lèi)型屬性Tab.5 Person type attribute

人員見(jiàn)表6。

表6 人員Tab.6 Person

人員屬性見(jiàn)表7。

表7 人員屬性Tab.7 Attribute of person

資格測(cè)試定義見(jiàn)表8,資格測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表9。

表8 資格測(cè)試定義Tab.8 Qualification test definition

表9 資格測(cè)試結(jié)果Tab.9 Qualification test results

如果使用XML文件來(lái)表示人員類(lèi)型、人員，這個(gè)例子可以如表 10 中的人員模型數(shù)據(jù)[5]所示。

表10 XML表示的人員模型數(shù)據(jù)Tab.10 XML represented staff model data

注意，人員類(lèi)型和人員可以進(jìn)行對(duì)照，人員類(lèi)型屬性和人員屬性可以進(jìn)行對(duì)照，資質(zhì)認(rèn)證測(cè)試和資質(zhì)認(rèn)證測(cè)試結(jié)果可以進(jìn)行對(duì)照。人員屬性中的性別、身高是人員的特有屬性，在人員類(lèi)型屬性中沒(méi)有映射。

2.3 設(shè)備數(shù)據(jù)

設(shè)備數(shù)據(jù)管理通過(guò)設(shè)備模型對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。如圖5所示，設(shè)備模型包括了設(shè)備類(lèi)別、設(shè)備類(lèi)別屬性、設(shè)備實(shí)例、設(shè)備實(shí)例屬性等。

圖5 設(shè)備模型Fig.5 Device model

設(shè)備數(shù)據(jù)可以通過(guò)文件批量導(dǎo)入、系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理頁(yè)面等方式錄入，可以通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理頁(yè)面進(jìn)行修改/刪除操作。

設(shè)備模型示例如圖6所示:“加工A類(lèi)”即是其中定義的一個(gè)設(shè)備類(lèi)型;“加工347號(hào)”就是對(duì)應(yīng)于“加工A類(lèi)”實(shí)例化的一個(gè)具體設(shè)備?！凹庸類(lèi)”有它的設(shè)備類(lèi)型屬性“誤差范圍”，該屬性綁定一個(gè)設(shè)備資質(zhì)測(cè)試“誤差測(cè)試”；對(duì)應(yīng)地，“加工347號(hào)”也有一個(gè)設(shè)備屬性“誤差”，其值為“0.40 mm”，而其對(duì)應(yīng)的資質(zhì)測(cè)試“誤差測(cè)試”為“0.41 mm”。

圖6 設(shè)備模型示例Fig.6 Device model and examples

當(dāng)然，“加工347號(hào)”這個(gè)具體的設(shè)備還有其他設(shè)備屬性。其他的設(shè)備屬性可以無(wú)需匹配設(shè)備類(lèi)型屬性，作為具體的設(shè)備屬性存在，例如“加工347號(hào)”這個(gè)設(shè)備的尺寸、進(jìn)給速度等。

注意，設(shè)備屬性包括了設(shè)備的靜態(tài)屬性，例如“尺寸”，也包括了設(shè)備在運(yùn)行期間的動(dòng)態(tài)屬性，例如“進(jìn)給速度”。靜態(tài)屬性是該設(shè)備固有的屬性，而動(dòng)態(tài)屬性的值是通過(guò)實(shí)時(shí)設(shè)備數(shù)據(jù)采集得到的，它是一個(gè)隨時(shí)間變化而變化的值。

在實(shí)施具體項(xiàng)目時(shí)，可以按照不同類(lèi)別對(duì)設(shè)備進(jìn)行組織和管理。設(shè)備的類(lèi)型以及設(shè)備類(lèi)型屬性根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置和管理，每一種類(lèi)別對(duì)應(yīng)多個(gè)設(shè)備，并具有其相應(yīng)的設(shè)備屬性。

2.4 資產(chǎn)數(shù)據(jù)

資產(chǎn)數(shù)據(jù)管理通過(guò)資產(chǎn)模型對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。如圖7所示，資產(chǎn)模型包括資產(chǎn)類(lèi)別、資產(chǎn)類(lèi)別屬性、資產(chǎn)實(shí)例、資產(chǎn)實(shí)例屬性等。資產(chǎn)模型示例如圖8所示。

圖7 資產(chǎn)模型Fig.7 The asset model

圖8 資產(chǎn)模型示例Fig.8 Example asset model

資產(chǎn)數(shù)據(jù)管理模型與設(shè)備數(shù)據(jù)管理模型類(lèi)似，但兩者從不同的角度對(duì)物理設(shè)備實(shí)體進(jìn)行描述。設(shè)備數(shù)據(jù)管理模型是從設(shè)備角色的角度來(lái)描述物理設(shè)備，而資產(chǎn)數(shù)據(jù)模型是從物理資產(chǎn)的角度來(lái)進(jìn)行描述。

當(dāng)某條產(chǎn)線的設(shè)備損壞需要進(jìn)行更換時(shí)，此時(shí)從設(shè)備角色來(lái)講，是沒(méi)有發(fā)生變化，更換后的設(shè)備還承擔(dān)更換前設(shè)備同樣的角色，但從資產(chǎn)管理角度來(lái)講，就發(fā)生了變化，新設(shè)備與更換前的舊設(shè)備是不同資產(chǎn)，資產(chǎn)編號(hào)也當(dāng)然不相同。

實(shí)物資產(chǎn)信息與設(shè)備信息之間的關(guān)系如圖9所示。在角色設(shè)備和實(shí)物資產(chǎn)之間存在時(shí)間關(guān)系，在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，某個(gè)物理資產(chǎn)承擔(dān)了某條產(chǎn)線的設(shè)備角色，但在另外一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，該角色可能由其他物理資產(chǎn)所承擔(dān)。執(zhí)行此角色的物理資產(chǎn)可能會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化，而設(shè)備資產(chǎn)映射表將維護(hù)設(shè)備與資產(chǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖9 設(shè)備資產(chǎn)映射Fig.9 Device asset mapping

2.5 物料數(shù)據(jù)

物料數(shù)據(jù)管理通過(guò)物料模型對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。物料模型包括物料類(lèi)別、物料類(lèi)別屬性、物料定義、物料定義屬性、物料批次、物料批次屬性等。

物料數(shù)據(jù)可以通過(guò)文件批量導(dǎo)入、系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理頁(yè)面等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，可以通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理頁(yè)面進(jìn)行修改/刪除操作。

注意，物料數(shù)據(jù)分為物料類(lèi)型、物料定義、物料3個(gè)層次。這是因?yàn)閺纳a(chǎn)角度來(lái)看，物料的類(lèi)型及品種是最繁多的，通過(guò)這樣的數(shù)據(jù)層次劃分可以更好地管理生產(chǎn)過(guò)程中所涉及的所有物料。

在圖10所示的例子中，物料類(lèi)型為“鋁材類(lèi)”，該物料類(lèi)型有一個(gè)屬性“鋁絲直徑”；對(duì)應(yīng)于該物料類(lèi)型的物料定義為“B級(jí)鋁材”，該物料定義有多個(gè)屬性，包括：“鋁絲直徑”(該屬性對(duì)應(yīng)于物料類(lèi)型的屬性)、“合金成分”(該屬性綁定合金成分檢測(cè)測(cè)試)、“抗拉性”；對(duì)應(yīng)地，物料名稱(chēng)為“20200101批次”，也分別對(duì)應(yīng)3個(gè)屬性，分別是：“鋁絲直徑”、“合金成分”、“抗拉性”。其中，“合金成分”屬性綁定合金成分檢測(cè)測(cè)試結(jié)果。

圖10 物料模型(a)及示例(b)Fig.10 Model of material (a)and example (b)

需要注意的是，并非每個(gè)屬性都要綁定資質(zhì)的檢測(cè)測(cè)試，這要依據(jù)具體工廠的實(shí)際情況來(lái)判斷，例如有些屬性不需要進(jìn)行測(cè)試，而有些屬性在工廠內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)的條件等。

物料類(lèi)型、物料定義以及物料實(shí)例均可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行配置：物料類(lèi)型定義了不同種類(lèi)的物料，而物料定義屬于某一個(gè)物料類(lèi)型。物料定義在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)排程時(shí)均要用到。物料實(shí)例是某個(gè)物料定義的實(shí)例，在具體生產(chǎn)中使用。

2.6 工具/容器/軟件等數(shù)據(jù)

工具/容器/軟件數(shù)據(jù)管理通過(guò)工具/容器/軟件模型對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。工具/容器/軟件模型包括了工具/容器/軟件類(lèi)別、工具/容器/軟件類(lèi)別屬性、工具/容器/軟件實(shí)例、工具/容器/軟件實(shí)例屬性等。下面以工具為例進(jìn)行說(shuō)明，其模型如圖11所示。

圖11 工具模型Fig.11 Tool model

工具數(shù)據(jù)可以通過(guò)文件批量導(dǎo)入、系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理頁(yè)面兩種方式錄入，可以通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理頁(yè)面進(jìn)行修改/刪除操作。

在工具模型示例(圖12)中，“工段一扳手類(lèi)”就是工具類(lèi)型，該類(lèi)型工具具備一個(gè)屬性“尺寸”，“扳手_01”這個(gè)工具就是屬于該類(lèi)型的一個(gè)工具，該工具為“尺寸 19活動(dòng)扳手”，并且該工具還有其自身特有的屬性“規(guī)格”，其值為“M12”。

圖12 工具模型示例Fig.12 Example tool model

在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)，可以按照不同類(lèi)別對(duì)工具進(jìn)行組織和管理。工具的類(lèi)型以及工具類(lèi)型屬性根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置和管理，每一種類(lèi)別對(duì)應(yīng)多個(gè)工具，并具有其相應(yīng)的工具屬性。

以上所描述的企業(yè)、人員、設(shè)備、資產(chǎn)、物料、工具/容器/軟件等都是企業(yè)生產(chǎn)中所要使用的資源，如果將這些生產(chǎn)資源整合起來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，就必須對(duì)工藝數(shù)據(jù)模型化。下面就工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行說(shuō)明。

2.7 工藝數(shù)據(jù)

工藝數(shù)據(jù)按照工藝模型進(jìn)行組織和管理。工藝數(shù)據(jù)中包括了生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)、維護(hù)工藝數(shù)據(jù)(維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)操作流程)等。

工藝的每一個(gè)工步對(duì)應(yīng)位置(來(lái)自于企業(yè)架構(gòu)數(shù)據(jù))、人員(來(lái)自于人員數(shù)據(jù))、設(shè)備(來(lái)自于設(shè)備數(shù)據(jù))、物料(來(lái)自于物料數(shù)據(jù))、工具(來(lái)自于工具數(shù)據(jù))、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)(來(lái)自于文件數(shù)據(jù))、NC程序(來(lái)自于程序數(shù)據(jù))等相關(guān)內(nèi)容。

工藝流程由若干工步組成，每個(gè)工步的執(zhí)行都需要一定的資源，圖13—圖14中，工步X1對(duì)應(yīng)的資源為Rx1，其他工步以此類(lèi)推。工步是可以靈活增加、刪除和修改的，而并非用軟件代碼固化整個(gè)工藝流程。這樣一種靈活的工藝設(shè)計(jì)方式給企業(yè)帶來(lái)了好處，在進(jìn)行工藝優(yōu)化的時(shí)候，只需要進(jìn)行軟件層面的配置就可以滿(mǎn)足新的需求，而不需要進(jìn)行代碼級(jí)別的更新。

圖13 資源示例Fig.13 Resource examples

圖14 工藝模型流程示例Fig.14 Process model process example

系統(tǒng)需要通過(guò)該模型管理所有的工藝流程數(shù)據(jù)，并管理每道工藝所需要的資源信息，為生產(chǎn)、維護(hù)管理建立基礎(chǔ)。

結(jié)合了資源的工藝流程，是一個(gè)可以執(zhí)行的工藝流程。為什么這樣說(shuō)呢？每一個(gè)工步都要回答下面幾個(gè)問(wèn)題[6-8]：

(1)在哪里執(zhí)行這個(gè)工步？該工步綁定的企業(yè)架構(gòu)信息，具體的產(chǎn)線、工位；

(2)誰(shuí)來(lái)執(zhí)行這個(gè)工步？該工步綁定的人員數(shù)據(jù)；

(3)用什么來(lái)執(zhí)行這個(gè)工步？該工步綁定的設(shè)備、工具、輔助工具數(shù)據(jù)；

(4)執(zhí)行這個(gè)工步所需要的材料是什么？該工步綁定的物料數(shù)據(jù)；

(5)怎么執(zhí)行這個(gè)工步？該工步綁定的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)文件數(shù)據(jù)；

(6)其他輔助的條件是什么？該工步綁定的軟件數(shù)據(jù)。

這樣一來(lái)，一套工藝流程就可以分解為由一系列可執(zhí)行工步組成的生產(chǎn)流程，進(jìn)而可以在生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行生產(chǎn)操作。

產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)來(lái)源于PLM系統(tǒng)，通過(guò)與PLM系統(tǒng)的集成，MES系統(tǒng)可以獲得相關(guān)產(chǎn)品的工藝，以及執(zhí)行工藝所需要的資源信息。系統(tǒng)支持通過(guò)頁(yè)面的方式增加生產(chǎn)工藝/工步。

3 模型化MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的應(yīng)用

建立了模型化的MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，那么MES系統(tǒng)就可以在這個(gè)基礎(chǔ)上使用這些數(shù)據(jù)，并進(jìn)而搭建通用的MES模塊(或者說(shuō)基于模型的MES)。下面針對(duì)圖15，通過(guò)MES運(yùn)行機(jī)制來(lái)說(shuō)明模型化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的應(yīng)用[9-10]。

圖15 生產(chǎn)流程概述Fig.15 Production process overview

(1)系統(tǒng)收到由ERP生成的生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)計(jì)劃信息包含產(chǎn)品信息、數(shù)量信息、生產(chǎn)完成時(shí)間信息等；生產(chǎn)計(jì)劃信息可以通過(guò)Excel表手工導(dǎo)入系統(tǒng)，或者與外部系統(tǒng)集成，以及系統(tǒng)頁(yè)面錄入等方式獲得；

(2)詳細(xì)生產(chǎn)排程模塊從資源管理模塊中獲取目前生產(chǎn)資源，包括人員資源、設(shè)備資源、物料資源、工具資源等；

(3)同時(shí)，依據(jù)計(jì)劃信息中的產(chǎn)品信息，從產(chǎn)品定義模塊中獲取該產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝信息；并結(jié)合目前的資源情況進(jìn)行生產(chǎn)排程，自動(dòng)制定生產(chǎn)排程計(jì)劃，生產(chǎn)排程計(jì)劃包括了生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃。生產(chǎn)排程計(jì)劃發(fā)送給計(jì)劃員進(jìn)行確認(rèn)，系統(tǒng)允許計(jì)劃員對(duì)已經(jīng)生成的計(jì)劃進(jìn)行手工修改；

(4)系統(tǒng)將預(yù)排結(jié)果反饋給ERP 系統(tǒng)，在還未進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，可以依據(jù)預(yù)排結(jié)果推斷產(chǎn)品的最終交期；

(5)作業(yè)派發(fā)模塊得到生產(chǎn)排程計(jì)劃，形成工單，將工單派發(fā)給控制網(wǎng)，進(jìn)而控制不同的生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)；

(6)生產(chǎn)步驟嚴(yán)格按照排程計(jì)劃執(zhí)行，系統(tǒng)按照工藝順序依次將工單派發(fā)給不同的班組/設(shè)備。作業(yè)班組和相關(guān)設(shè)備依據(jù)指令執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)；

(7)作業(yè)執(zhí)行結(jié)束，系統(tǒng)自動(dòng)采集作業(yè)的實(shí)做數(shù)據(jù)，并將實(shí)做數(shù)據(jù)反饋給系統(tǒng)，進(jìn)行進(jìn)一步分析。實(shí)做數(shù)據(jù)包括開(kāi)始工作時(shí)間、結(jié)束工作時(shí)間、物料損耗、能耗、現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)等；

(8)依據(jù)實(shí)做數(shù)據(jù)，看板模塊為作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)看板提供數(shù)據(jù)，如圖16所示；

(9)通過(guò)歷史數(shù)據(jù)為企業(yè)駕駛艙大屏提供數(shù)據(jù)分析支撐。

圖16 車(chē)間生產(chǎn)看板示例Fig.16 The workshop produces Kanban samples

以上只是簡(jiǎn)單說(shuō)明了基于模型的MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的應(yīng)用，實(shí)際的基于模型的MES需要考慮到更多的問(wèn)題，包括生產(chǎn)能力模型、生產(chǎn)執(zhí)行的模型、報(bào)工模型等，超出文中范圍，不再詳述。

4 小結(jié)

本文作者主要介紹了基于模型的MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括企業(yè)架構(gòu)數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、工具/容器/軟件數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)等，并簡(jiǎn)單引申了在此基礎(chǔ)上MES可以搭建的相關(guān)應(yīng)用。企業(yè)模型化，從目前看來(lái)是未來(lái)智能制造企業(yè)的方向，一個(gè)企業(yè)的模型化，需要從點(diǎn)點(diǎn)滴滴做起，文中的MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型就是從基礎(chǔ)的MES數(shù)據(jù)入手，來(lái)分析如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行模型化設(shè)計(jì)。