20世纪70年代，美国首次提出制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)的概念。制造执行系统协会(Manufacturing Execution System Association，MESA)给MES做出定义：“MES能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。当工厂里面有实时事件发生时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力和改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的通信在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息”
在我国，为了适应激烈的市场竞争，企业需要从各大高校招收精通自动化和信息化的复合型人才，但国内高校欠缺实验设备，学生在校无法进行符合实际的实验，因此实验型柔性制造系统应运而生，可帮助学生掌握PLC编程、机械加工等多种知识。但由于基本使用人工操作，实验型柔性制造系统无法监视加工过程，需要制造执行系统来对其控制，使柔性制造系统功能更加齐全，更加贴近工厂生产的实际。
本文研究旨在构建与实验型柔性制造系统相配套的实验型制造执行系统MES。
1 实验型MES系统功能需求分析
1.1 实验型柔性制造系统分析
图1为某校应用的由某教学仪器企业所生产的实验型柔性制造系统，该系统是一个自动化制造系统，由供料站、加工站、装配站、物流站等基本工作单元组成，单个单元可以单机操作，也可以联机进行操作。但该系统采用人工控制，无论是单机运行还是联机运行，都需要人工参与。该系统也没有监控，无法监控自动化加工设备的加工情况，不能及时发现加工中存在的问题，在教学中使用效果受到限制。
图1 实验型柔性制造系统
对此，可以构建与之配套的制造执行系统。在计算机上远程下达生产任务，监控生产计划的执行，并且从现场的自动化设备采集反映加工情况的实时数据，以支持生产管理决策。
1.2 实验型MES系统的功能需求
开发实验型制造执行系统来管理整个实验型柔性制造系统，目的是提高实验型柔性制造系统的整体运行效率，使实验型柔性制造系统功能更完善，更加符合现代工厂自动化生产的实际。从开发的角度看，适合该实验型柔性制造系统的实验型制造执行系统应包括以下功能：
a．生产计划功能。系统下达生产计划，柔性制造系统负责执行的功能。包括下达生产计划后系统能将其自动转换成柔性制造系统可识别的机器指令进行操作。
b．设备数据自动采集功能。具有从现场设备自动采集数据的功能。系统可通过数据采集卡自动采集加工过程中产生的实时数据，用以表明加工情况。
c．过程监视功能。具有监视生产加工执行情况的功能，包括各个分站的加工情况、各个物料的加工情况、产生的废料信息、加工的进度等等。
1.3 实验型MES系统的性能需求
对实验型MES系统的性能需求不仅包括系统本应具备的性能要求，也包括一般软件系统的性能要求，具体如下：
a．实验型MES系统应能进行方便快捷的二次开发，便于提升系统的性能。
b．实验型MES系统应具有满足一般软件系统的安全和可靠性要求的性能。
c．实验型MES系统应具有开放性、可扩展和可集成性。
d．实验型MES系统应具有运行可靠性能、稳定以及操作方便等一般应用系统要求的功能。
2 实验型MES系统详细设计
2.1 系统总体设计
该系统是与实验型柔性制造系统配套的MES制造执行系统，用户可以下达生产计划，对生产计划进行简单的调度，可以监控管理生产现场自动化设备，以图形化的方式显示生产加工情况，对加工过程中产生的质量问题进行分析，同时可进行入库、出库、盘点等库存系统操作。
系统的功能模块分为7个部分，如图2所示。本文以用户管理模块和生产计划模块为例介绍其设计。
图2 实验型MES系统整体模型
2.2 用户管理模块
用户管理模块主要是对系统的用户信息进行管理，用户登录系统时系统根据用户信息，判断其权限，保证用户只访问权限范围内的内容。
a．用户管理模块数据流图如图3所示。
图3 用户管理模块数据流图
b．用户管理模块设计。
用户管理模块由4个子模块组成：用户查看、用户添加、用户修改、用户删除。
用户查看：拥有用户管理模块访问权限的用户，可以查看用户信息，包括用户的真实姓名、所在部门等等。
用户添加：添加新的用户，输入新用户的用户名、密码等基础信息，验证所输入信息的正确性，然后确定用户的访问权限。
用户修改：修改已有的用户信息，普通用户可以修改自己的用户名、密码等基础信息，系统管理员可以修改所有人员的用户信息。
用户删除：当某个用户账号不再使用的时候，可以根据需要删除不需要的用户信息。
2.3 生产计划模块
生产计划模块主要是下达具体的生产计划，包括单号、日期等基本信息。生产计划下发至各虚拟车间后，现场的自动化设备依据所下达的生产计划执行操作。
a．生产计划数据流图，如图4所示。
图4 生产计划模块数据流图
b．生产计划模块设计。
生产计划模块由2个子模块组成：下达生产任务、简单生产调度。
下达生产任务：用户首先输入单号、日期、操作员等生产任务的基本信息，再添加所需生产物料的数量，制成生产单，然后下令执行，现场的自动化设备开始执行所下达的生产任务。
简单生产调度：下达生产任务的同时，系统根据生产任务的日期，按照一定的调度原则，对所下达的多个生产任务进行调度。
3 实验型MES系统过程监视模块的实现
实验型MES系统登录实现对用户访问权限的控制。系统会自动检索用户名和密码是否存在，如户名或密码出错；如果存在，则系统登录成功，进入功能选择界面。系统登录成功后，系统主界面会检索用户的访问权限，并将相应的功能选择按钮锁定。例如某用户不具有访问设备管理模块的权限，那么此时就将锁定设备管理模块的按钮，使其无法进入此模块。系统主界面如图5所示。
图5 系统主界面
点击“主界面”中的“过程监视”，弹出过程监视界面，如图6所示。过程监视模块可完成下列4类操作：分站监视、在制品监视、质量监视和进度监视。图6为分站监视界面，“分站监视”界面以图像化的形式表示现在各个分站正在加工的物料种类和数量。图中，A色为合格的银白色物料，B色为不合格的塑料物料，C色为预留的物料，暂时未被使用，为后续扩展的可加工的物料种类预留接口。
图6 过程监视界面
运行过程监视模块时，系统从WINCC自带的SQL Server 2005数据库采集相应的实时数据，经过处理后添加到MES数据库的过程监视表中，然后对过程监视表中的数据进行处理，将处理后的结果分别发到分站监视、在制品监视、质量监视和进度监视4张表中，实时更新这4张表中的数据，然后以图像化的形式表达出来。
4 结束语
本文研究的实验型MES制造执行系统可模拟企业实际生产，能有效地管理物料、设备、人员等多种资源，对与生产相关的资源进行全面的信息集成，同时兼具下达上产计划、实时采集现场数据以及采集数据分析处理等功能，从而进行生产调度与控制，进一步提高制造系统的生产和作业效率，为保证生产全过程的高效协调运转、制造系统集成自动化提供有力的支撑。
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