基于MES的离散型车间生产治理系统设计
面临快速变化的市场情况,现代制造企业都在加大信息化的生长,制造业趋于智能化、网络化和集成化,企业很是关注生产数据的实时收罗,以便于提高生产排产的效率,实现制造历程的可追溯等功效。传统的车间治理系统在满足生产治理需求时,只能在电脑客户端举行生产治理,无法满足实时预警、信息推送、灵活记载生产信息的需求,随着移动终端智能化的不停普及,现代制造企业对生产治理的灵活性提出了更高的要求。 本文以某汽车零部件加工车间为配景,从车间的实际出发,建设了基于MES的离散型车间生产治理系统。
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本文摘要:面临快速变化的市场情况,现代制造企业都在加大信息化的生长,制造业趋于智能化、网络化和集成化,企业很是关注生产数据的实时收罗,以便于提高生产排产的效率,实现制造历程的可追溯等功效。传统的车间治理系统在满足生产治理需求时,只能在电脑客户端举行生产治理,无法满足实时预警、信息推送、灵活记载生产信息的需求,随着移动终端智能化的不停普及,现代制造企业对生产治理的灵活性提出了更高的要求。 本文以某汽车零部件加工车间为配景,从车间的实际出发,建设了基于MES的离散型车间生产治理系统。

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面临快速变化的市场情况,现代制造企业都在加大信息化的生长,制造业趋于智能化、网络化和集成化,企业很是关注生产数据的实时收罗,以便于提高生产排产的效率,实现制造历程的可追溯等功效。传统的车间治理系统在满足生产治理需求时,只能在电脑客户端举行生产治理,无法满足实时预警、信息推送、灵活记载生产信息的需求,随着移动终端智能化的不停普及,现代制造企业对生产治理的灵活性提出了更高的要求。

本文以某汽车零部件加工车间为配景,从车间的实际出发,建设了基于MES的离散型车间生产治理系统。差别于传统车间治理系统,本系统能够通过Android手持设备实现对整个车间生产的实时监控治理。

1 系统需求 经由对该企业车间详细调研和仔细分析,发现现在车间生产治理方面存在的主要问题如下: (1)数据共享和系统集成难题:各车间的协同作业和各业务部门数据不能共享,无法确保企业内部数据一致、准确,各相关部门之间形成“信息孤岛”,且生产数据依靠人工治理,事情繁重,事情效率低下。(2)生产数据收罗不完善:生产治理人员无法对关键零部件加工历程中的设备运行状态、加工时间、质检情况等举行实时跟踪,数据收罗需要人工记载才气输入电脑,数据的完整性和可靠性得不到保障,治理效率低下。

(3)无法完成质量分析与追溯:生产治理杂乱,缺乏质量追溯,不能有效提供物料实际加工的状态信息,无法追溯特定批次零件使用的毛坯批次以及每个零件详细批次的生产历程,无法跟踪生产订单的实际进度情况,导致不能提供准确的交货时间。(4)物料治理落伍:物料库存治理方式落伍,不能准确、实时地提供物料库存信息,造成物料积压、凝滞、短缺,不仅占用资金最大,有时还会影响正常生产。针对该企业存在的以上问题,设计了基于MES的离散型车间生产治理系统,本系统可实时反馈订单状态、质量数据、生产历程、实时物料BOM等数据给治理人员,为决议者的决议提供相关依据。

2 系统结构 2.1 车间生产治理系统的设计 车间生产治理监控系统接纳C/S+B/S体系结构,接纳手持PAD、手持RF设备等举行数据的收罗,使用系统服务器完成本系统应用法式的治理、维护和运行,从而极大增强系统的集成性和可维护性。生产车间配备两块电子看板,划分用来显示整个车间生产计划和生产状态。系统结构如图1所示。

系统结构图图1 系统结构图 客户端由用户治理模块,生产信息治理、作业调理治理、数据收罗、统计分析、基础数据治理组成。用户治理模块含有一个超级治理员,超级治理员可以指定登录人员的权限,从而保证系统的宁静性;统计分析模块可以对生产数据、设备数据统计分析,形成柱状图和曲线图,使数据图形化,更有利于数据的分析;基础数据模块包罗了员工基础数据、工艺基础数据等信息,加速了车间治理效率。

客户端功效结构图如图2所示。客户端功效结构图图2 客户端功效结构图 2.2 MES数据服务器的设计 数据服务器的功效在于将收罗终端收罗的相关数据存入数据库中,而且使数据库能够被远程终端会见。数据库是本系统的数据焦点部门,数据库的设计直接影响到系统的事情效率和稳定性,在数据库中的表能笼罩所有需要的信息的同时,还要清楚反映表的关系。

本系统接纳SQL Server 2008R2作为MES服务器的数据库。车间凭据销售计划、订单信息等制定生产计划、生产批次表和工序计划表,通过计划体例确定相应的生产人员、设备及工艺,同时确定所需要的物料信息,把生产实绩数据存入到生产实绩表和制品入库表,相应的物料信息存入物料出库表,凭据生产工艺和生产计划、物料需求制定如图3所示的系统信息模型。系统信息模型示意图图3 系统信息模型示意图3 关键模块及技术分析 3.1 生产信息治理模块 生产信息治理模块包罗生产订单治理、物料与制品治理、生产设备治理、生产质量治理。

(1)物料与制品治理。物料与制品治理主要为物料入库治理、物料出库治理和库存查询,物料入库通过手持PAD扫描物料的二维码,获得物料相关信息,通过物料治理人员核对后存入数据库。物料出库时领料人通过生产订单计划领取物料,在所领取的物料上含有相关物料的二维码信息,便于实现物料追溯。

(2)生产质量治理。生产质量治理主要记载、跟踪和分析产物及历程质量数据,用以控制产物质量,确定生产中需要注意的问题。质量治理模块功效主要分两部门完成,一部门是数据收罗客户端,主要举行数据的录入(磨练员在检测零件时,通过手持设备上报质检效果),另一部门是通过客户端,对质量数据基础信息举行维护,补录未能在手持设备上录入的信息,同时实现质量数据的增删、修改及查询的基础功效。

3.2 数据收罗模块 基于MES时离散型车间生产治理系统接纳具有高度适应性和可扩充性的数据收罗方式,即生产数据自动收罗和生产数据手工录入两种方式。(1)自动收罗 在零部件生产历程中,系统接纳无线牢固RFID设备自动收罗生产加工信息。

详细生产跟踪流程是:车间生产工艺科凭据生产计划信息和操作人员信息下达生产指令后,在上线前举行产物初始化关联;操作人员在原质料上安装RFID标签,然后读取RFID信息,关联生产计划和产物编号;在加历程中,系统自动扫描RFID标签,记载产物编号、加工时间以及操作员信息;在所有工序完成后,触发MES报工和生成加工历程质量档案。生产跟踪流程如图4所示。生产跟踪流程图图4 生产跟踪流程图 (2)手动收罗 思量到设备、现场条件和成本等因素,并不是所有产物数据和生产线运行状态数据都能做到自动收罗和实时监控,这就需要操作人员手动录入相关信息。

本系统在远程接纳基于Android的手持PAD作为录入工具,手持PAD和服务器之间基于Thrift框架通讯,可以实时录入相关的生产数据和物料数据,同时可以在PC客户端录入相关数据,实现了远程和当地的无缝毗连。3.3 作业调理治理模块 车间层的生产计划主要是参考SFC系统内下达的《月度生产计划要求》,联合SAP系统发生的《月度产物平衡生产计划》来确定车间生产的主计划,进而排挤周生产计划,最后确定生产班次、生产设备与操作人员。本系统通过数据接口模块从外部系统导入生产工单,并对外部系统的订单及撤单信息等举行同步伐整更新,以便实时调整车间实际业务、实时查询或反馈现场信息。

凭据企业生产计划的特点,系统通过数据库自动定时获取主生产计划,然后在系统中自动体例生产计划;也可通过Web页面手动导入Excel生产计划或凭据系统中已经维护的基础数据,人工体例生产计划。生产计划模块实现功效如下: (1)统筹生产计划,实现生产计划的统一计划、可控及可追溯; (2)实现与外部系统(SAP/SFC)生产计划同步,包罗生产计划的导入功效; (3)实现生产计划的实时查询,同时提供导出Excel功效; (4)可同步更新生产工单的调整及拆分; (5)通过与车间相关系统的集成和信息交互,可快速查询到计划调整和车间的执行情况。3.4 关键技术分析 (1)并发收罗 在生产设备治理中,由于要对多台设备举行数据收罗,这就要求整个收罗模块满足高并发的要求。

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实现高并发的传统方法是多线程技术,可是多线程意味着线程的调理时间和数据的切换时间会增加,综合思量之后,本系统接纳线程池的方法解决高并发的问题。初始时为线程池设置一个合适的线程容量,服务器法式在开始执行时就建立N个并发子线程,当毗连的设备淘汰时,系统就将已经完成任务的线程逐步销毁,直到线程数目恢复到正常水平。

同样,当毗连的设备增加时,就要相应的增加线程数目。线程池的主要优点在于,降低了操作系统的分外开销和服务器的延迟,数据收罗流程如图5所示。数据收罗流程图5 数据收罗流程 (2)Android设备和服务器的数据传输 基于JSON消息花样的Restful服务和基于SOAP消息花样的Web Service作为当前盛行的服务挪用方式,其中常用的两种数据传输方式是XML和JSON,然而XML的缺点在于相对体积太大,从而导致传输效率低,而JSON体积较小、新颖,但还不够完善。

本文接纳由Facebook开发的远程服务挪用框架Apache Thrift(架构图如图6所示),是一种接纳接口形貌语言界说并建立的服务,支持可扩展的跨语言服务开发,所包罗的代码生成引擎可以在多种语言中,如C++、Java、Python、PHP、Ruby、Perl、Haskell、C#、Cocoa和Smalltalk等,建立高效、无缝的服务,其传输数据接纳二进制花样,相对XML和JSON体积更小,对于高并发、大数据量和多语言的情况更有优势。Thrift整体架构图6 Thrift整体架构 图中Code为业务逻辑单兀,MES Service Client/MES Service Processor是凭据Thrift界说的服务接口文件生成的客户端和服务器端代码框架,MES Read()/Write()部门为凭据Thrift文件生成代码实现数据的读写操作。

其余部门是Thrift的传输框架协议以及底层的I/O通信,使用Thrift可以很利便的界说服务而且选择差别的传输协议和传输层而不用重新生成代码。(3)信息的推送 当服务器收罗到设备空余、设备故障、物料短缺等特定预警信息时,治理人员需要实时获取这些信息。

本系统基于MQTT协议,使用Message broker作为署理服务器来实现信息推送功效。由于Message broker的毗连数有上限,在到达一定数量后无法毗连,运行本系统的生产企业治理者数目较少,且服务器独立,一般不会凌驾Message broker的毗连上限,因此本方法合理实用。4 结论 本文针对某汽车零部件生产企业车间所存在的生产治理问题,使用RFID技术和Apache Thrift框架,设计了今生产车间治理系统,该系统可较好地解决传统治理信息零星、数据冗余、信息反馈速度慢、信息滞后以致信息造假的问题,与传统车间治理系统相比,本文提出的基于Android客户端的使用不仅让治理越发灵活,而且推送功效使得治理越发灵活,极大的提高了生产企业的治理效率和车间的生产效率。


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