1 概述
當(dāng)前閥門工廠的運營模式是按訂單訂制生產(chǎn)，外購原輔料、零部件、成品等都體現(xiàn)出離散型制造業(yè)多品種、小批量的特點，這對生產(chǎn)過程中的庫存管理、排產(chǎn)、人員以及質(zhì)量管理的實時性提出了較高的要求。目前大部分中小型工廠的管理工作都依賴于人工，這不僅制約了工作效率，也無法實現(xiàn)生產(chǎn)管理流程的數(shù)據(jù)化和透明化，急需建立基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能工廠管理模式。制造執(zhí)行系統(tǒng)(以下簡稱：MES)是將現(xiàn)代信息化技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)車間制造過程管理的一種解決方案，可以有效連接上層生產(chǎn)管理系統(tǒng)(比如ERP系統(tǒng))與車間的現(xiàn)場控制。
本文以閥門工廠為研究對象，首先對工廠業(yè)務(wù)的流程和管理需求進行梳理，理清內(nèi)部邏輯關(guān)系，然后在微服務(wù)架構(gòu)下開發(fā)各功能模塊和軟件系統(tǒng)。在工廠上線后，運行結(jié)果表明，該MES軟件系統(tǒng)的庫存、排程、看板、人員、設(shè)備和工具、質(zhì)量分析等功能模塊符合生產(chǎn)過程管理的需求，實時性強，人機交互良好，操作簡便，為實現(xiàn)智能工廠奠定了良好的信息化基礎(chǔ)。
2 MES軟件架構(gòu)
MES作為連接工廠計劃層和車間層執(zhí)行系統(tǒng)的中間層，不同的企業(yè)對MES的功能要求是不同的，具有訂制性的特點。為了讓系統(tǒng)能提供快速模塊化選配能力，本文采用層次化、模塊化、可插拔的體系架構(gòu)，通過現(xiàn)有模塊的選配、替換和擴展，可以提供快速滿足用戶訂制需求的能力，同時如果客戶需求調(diào)整，軟件功能也可相應(yīng)靈活調(diào)整。本文的軟件基礎(chǔ)平臺提供了非常好的復(fù)用性，并為功能擴展提供插槽，可以非常低的價格獲得升級帶來的好處。基于以上提供的個性化定制層，通過基于平臺之上可復(fù)用資源庫的組件選配、系統(tǒng)建模、二次開發(fā)擴展，提供滿足個性需求的能力。基于微服務(wù)架構(gòu)，將應(yīng)用程序的不同功能單元(本文稱之為微服務(wù))通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來，使模塊保持良好的內(nèi)聚性，模塊間松散相關(guān)，使得系統(tǒng)具有良好的復(fù)用性、集成性、可移植性。本文MES的架構(gòu)如圖1所示。集群基于通用Linux 操作系統(tǒng)，通過容器化實現(xiàn)了服務(wù)的解耦，工藝文件等公司資料存放在分布式文件系統(tǒng)glusterfs中，投屏基于websoket進行數(shù)據(jù)的更新，由tomcat對外提供web的服務(wù)。
3 MES功能模塊開發(fā)
根據(jù)對閥門工廠的業(yè)務(wù)流程分析，結(jié)合該工廠的特殊需求，比如考勤、工時統(tǒng)計、工具管理等，本文確定MES軟件的功能點主要包括：用戶管理模塊、考勤模塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊、設(shè)備管理模塊、生產(chǎn)管理模塊、工具管理模塊、投屏模塊等。細節(jié)要求如圖2所示。
3.1 用戶模塊
用戶模塊主要分為用戶管理和角色管理，如圖3所示。用戶管理用于維護員工的個人信息，角色管理每個員工的權(quán)限，不同角色可以根據(jù)權(quán)限來訪問MES的不同功能模塊并進行相應(yīng)的操作。
圖3
3.2 考勤模塊
應(yīng)用人臉識別技術(shù)，在MES中設(shè)置考勤功能。根據(jù)廠家的特別需求，配置相應(yīng)字段信息，每小時考勤一次，記錄考勤結(jié)果，并在大屏上進行展示。對規(guī)定時間內(nèi)未完成人臉識別考勤認(rèn)證的員工，做考勤異常報警提示。通過服務(wù)器串口外接一個短信貓池設(shè)備，給管理員或者設(shè)定的用戶發(fā)送考勤異常報警短信。
工人從“入口考勤機”考勤進行入車間登記，從“出口考勤機”進行出車間登記。中途整點考勤可以在任一整點考勤機上進行考勤，信息在系統(tǒng)內(nèi)共享。整點考勤人員范圍包括，在系統(tǒng)配置的時間段內(nèi)，在入考勤機上考勤過的但沒有在出考勤機上考勤過的人員。整點考勤的時間范圍包括，系統(tǒng)配置的時間段內(nèi)的整點時間。對在考勤時間范圍內(nèi)，對需要考勤的人員進行整點考勤，對缺勤人員進行告警處理。對于考勤機中的無效的離職人員，應(yīng)及時進行數(shù)據(jù)的刪除和維護。
3.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊是定義不同型號的產(chǎn)品BOM表及內(nèi)部零部件的裝配關(guān)系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先對產(chǎn)品的型號相關(guān)數(shù)據(jù)進行錄入，成品可配置多個子零件的半成品，半成品配置多個毛坯或者原材料。對產(chǎn)品型號進行生產(chǎn)工序配置，將工藝文件綁定在產(chǎn)品的具體工序上，并在每道工序上關(guān)聯(lián)車間屬性、設(shè)備、人員、工時等基本信息。此外，此模塊中還包括了物料庫存管理功能，可以實時反映物料流水情況。
3.4 設(shè)備管理模塊
該模塊功能主要包括：機臺設(shè)備添加，機臺設(shè)備可生產(chǎn)產(chǎn)品工序配置，機臺設(shè)備可操作員工配置以及機臺設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)工時維護。設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)工時維護是按每生產(chǎn)一件產(chǎn)品多少小時來統(tǒng)計的。
3.5 生產(chǎn)管理模塊
生產(chǎn)管理第一步是生產(chǎn)訂單的管理，主要通過手動的方式錄入生產(chǎn)訂單，其中包括生產(chǎn)車間、產(chǎn)品型號、產(chǎn)品特殊性說明等。也可以通過中間表的方式，從ERP系統(tǒng)中自動對接。第二步是訂單結(jié)果確認(rèn)，主要通過掃碼方式對訂單結(jié)果確認(rèn)，在條件允許的情況下對不合格訂單信息進行錄入，并對訂單生產(chǎn)進行跟蹤，結(jié)果顯示在大屏上。界面如圖7所示。
生產(chǎn)訂單到工單的拆分是系統(tǒng)自動完成的，操作人員只需要在對應(yīng)的生產(chǎn)計劃條目上點擊拆工單，即可自動生成該計劃的工單。主要過程為，取得生產(chǎn)計劃中產(chǎn)品信息，包括產(chǎn)品編碼、產(chǎn)品代號、計劃數(shù)量，根據(jù)產(chǎn)品編碼與工序管理中的產(chǎn)品編碼關(guān)聯(lián)，生成工單信息。整理成代碼邏輯如下：
for each product in productplan
for each product in procedure
{
if(product.valid==ture)
generate worksheet;
}
for each end
for each end;
工單拆分之后，就可以根據(jù)需要進行派工，其過程為：取得工單中產(chǎn)品信息、計劃數(shù)量、已生成數(shù)量，根據(jù)產(chǎn)品編碼與機臺設(shè)備工時管理中的工時定額和操作工信息，生成派工單信息。其中零件的派工數(shù)量以當(dāng)前機臺的工時定額，以及前一道工序的已完成數(shù)量和當(dāng)前的派工數(shù)量之和作為參考進行派工。對于產(chǎn)品的工單，完成后，需要扣除拆工單中對應(yīng)零件的已使用數(shù)量。另外根據(jù)機臺工時配置和完成數(shù)據(jù)，生成員工工時數(shù)據(jù)。
3.6 工具管理模塊
工具管理包括勞動工具和工裝夾具的出借和回收流程，通過對工具進行賦碼，在使用過程中讀碼對工具進行實時管理，管理人員可以在系統(tǒng)中實時查詢工具使用情況。利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊中的工時工具管理菜單定義工序中的各種工具。
3.7 智能投屏模塊
車間管理員投屏與機臺進行綁定，對產(chǎn)線的實際排產(chǎn)信息和機臺完成量進行顯示，同時展示產(chǎn)品的工序和工藝文件。
通過查看當(dāng)前時間段的派工單，找到對應(yīng)機臺信息，顯示到對應(yīng)的投屏，存在多個機臺顯示在一個投屏的情況，此時通過遙控器左右鍵切換到不同機臺。
4 結(jié)束語
十九大報告100項任務(wù)中指出：推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略。MES作為生產(chǎn)管控類的工業(yè)軟件，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺重要的組成部分。滿足離散型制造業(yè)用戶大規(guī)模個性化定制和柔性生產(chǎn)的要求，是MES的發(fā)展趨勢。本文針對閥門工廠的實際業(yè)務(wù)需求和流程，基于微服務(wù)架構(gòu)，針對性的開發(fā)出庫存管理、生產(chǎn)排程、電子看板、人力資源管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理等功能模塊。系統(tǒng)運行狀態(tài)表明，該系統(tǒng)很好地滿足了生產(chǎn)過程所涉及的業(yè)務(wù)功能的管控需求，特別是排產(chǎn)、工時統(tǒng)計、工具管理、考勤等，提升了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程管理的透明化和精益化，為建成數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能。
