集成MES对象模型构建

MES集成模型是一种三层结构, MES作用于上层信息管理系统如ERP、CRM与现场控制系统Process Control System之间, 它们相互协调和配合。集成软件MES内部结构如下图1所示, 它的组件化和模块化在于, 系统的各个业务功能通过各个单一的模块集成实现:如数据采集模块、业绩分析模块等, 它们采用相同通信协议和公用的API。集成MES对象模型是针对生产过程中的各种静态数据和业务逻辑总结出不同的就有一定特征的模型, 模型本身可作为数据存储的格式, 也可作为数据分化、处理的依据, 其在集成MES系统中的作用是承载和处理数据中心的数据, 并为各个业务模块之间通信和处理信息提供支撑。

一、集成MESS对象模型特点

在集成MES中采用对象模型的方式具备如下优势:与传统数据库不同, 对象模型处理的数据具有多样性:如视频、文本、图片、声音等;集成MES对象模型具备所有面向对象的特征如多态、动态绑定与集成, 具有高度的可扩展性;二次开发人员只需要少量的开发就可借用原有的对象模型定制出符合自己需要的对象模型。。集成MES对象模型能够与Oracle[1]等数据库相关联, 通过对象模型构建器删除、创建或修改对象模型时, 数据库表之间的逻辑关系与数据库表结构也会相应发生改变。采用面向对象[2]模型技术, 可以让二次开发人员更加专注于MES业务本身, 而不用过多的关注实现技术。

对象模型之间具备关联、继承、概括[3]等关系, , 通过人、通过总结父子对象模型间和同级对象模型间的关系, 进行构建对象模型建模, 集成MESS够实现对生产计划、现场管理等各类业务对象的业务流程数据获取与管理。

二、集成MES对象模型组成

如下图2所示, 集成MES的对象模型主要分成三种:生产资料模型主要关注生产过程中涉及的静态数据如工厂模型、设备模型等;产品模型主要关注成品本身和实现成品的物料;生产过程模型主要关注生产执行过程中涉及的动态数据和生产标工艺等。

对于不同的业务模块, 至少要调用一种或几种对象模型, 比如产品跟踪模块在生产过程中要通过物料模块和工序、工艺模型监督、指导生产进程, 而生产过程中所产生的实时数据则通过生产执行数据模型来管理, 在生产的最后环节由成品模型来统计成品信息。

(一) 生产资料对象模型

生产资料模型用于描述生产过程中关于生产环境的静态信息如企业、车间、工厂、工位、产线、仓库、设备、部门、人员等。生产资料对象模型内部组成如下图3所示, 人员与设备、车间、部门、工厂是逐层概括的关系。

工厂对象模型信息包括:工厂名称、厂址、成立时间、责任人、工厂概况、部门列表等;部门对象模型信息包括:部门名称、部门工作职责、部门领导、部门人员数量统计、车间列表等;车间对象模型信息包括:车间负责人、车间职责、车间位置、人员列表、设备列表等;人员对象模型信息包括:人员基本信息、人员当前所属产线、人员职责、考勤记录等;设备对象模型信息包括:设备型号、设备用途、设备位置、维护记录、工作记录等、责任人等。集成MES可以借助生产资料模型实现设备维修、产品跟踪、数据采集等业务。

(二) 产品对象模型

产品对象模型包括物料对象模型和成品对象模型。物料对象模型用于描述产品在生产过程中的所需要的各类物料信息。如生产某电路板需要的物料信息有330kΩ电阻、20枚10μF/50V电解电容、2000Ω滑动变阻器, 以及这些电子元件的供应商、精度等。成品对象模型用于描述完成产品生产后成品的信息, 如产品名称、产品用途、生产时间、生产车间、检验员等。

(三) 生产过程对象模型

生产过程对象模型包括工序对象模型、工艺对象模型和生产执行数据对象模型。工艺、工序对象模型是对工艺流程的定义, 包括每个产品对应的工艺规格和工艺步骤、设备职责、缺陷编码、数据采集规格、配置操作认证、返修编码等信息, 能同事满足串行与并行工序的编制。不同层级工艺、工序对象模型之间允许多重分支、多层嵌套等逻辑。生产执行数据对象模型能够管理的数据包括:生产工序中每个环节的各项生产信息, 如生产耗时、偏差值、偏差程度、缺陷信息等。

(四) 典型应用

生产过程管理是将工厂生产过程中的各个要素、各个环节以及各个方面的信息以最佳的方式结合起来, 形成联动作业和连续生产, 用最少的资源取得最大的成果和效益。为实现加工车间与装配车间在生产过程中的协调性、连续性、均衡性和并行性。生产过程管理可借助集成MES的对象模型技术实现在生产过程的管控和回溯。生产管理过程可分为以下四个部分:

1. 任务接收

计划调度人员在完成生产派工后, 将产品任务信息发送至生产部位的终端。操作人员通过终端可以查看收到的生产任务以及附加信息、工艺信息、生产准备内容等。待一切准备工作就绪后, 开始进行生产。在这一阶段中集成MES涉及到的对象模型有物料模型、工艺模型、工序模型。

2. 报工管理

生产报工是在按照生产计划要求完成每道工序加工后, 由现场工人在第一时间通过集成MES完成报工的操作, 通过数据采集等模块上报生产状况实时信息。生产管理人员用过集成MES可实时了解生产进度和产品质量信息。当未按时对需报工的作业进行上报时, 集成MES将进行报警提示。在这一阶段中集成MES涉及到的对象模型有产品模型、生产执行数据模型。

3. 作业管理

作业管理是指在生产过程中需要对产线上的制品进行各种类型的进程控制, 如批次打开、关闭、暂停、继续、拆分、数量变更、合并等多种手段, 这些功能可由车间生产负责人或计划调度员执行。在产品加工过程中, 经常会有临时调整工序、增加工序或工序参数改变导致工序加工内容或顺序发生改变的情况发生。在这一阶段中集成MES涉及到的对象模型有工艺模型、工序模型、生产资料模型。

4. 生产查询与问题处理

集成MES通过生产执行数据模型可以获得当前部门、车间、部位或生产工序对应的生产进度信息, 也可以按照各类时间、人员等复合天津查询信息汇总。生产执行数据模型也包括对生产缺陷的反馈信息, 通过对现场问题上报与反馈, 现场管理人员可及时掌握和处理生产过程中存在协同或产品质量等问题。

三、结语

本文针对通过总结组件化和模块化的集成MES和现代工业生产的特点, 提出了一种集成MES对象模型建模思路, 将集成MES对象模型分成生产资料、产品和生产过程对象模型三个部分, 为集成MES实现对计划、资源、进度、质量的监控和反馈提供了有效支撑。

摘要：制造执行系统MES (Manufacturing Execution System) 为企业资源计划系统ERP ( (Enterprise Resource Planning) 和现场实时控制系统PCS (Process Control System) 建起了一座高效的通道, 它的产生极大加速了现代工厂向信息化、实时化、智能化发展的进程。集成MES是一种组件化和模块化的制造执行系统, 其特点是具有更迅捷的可定制性、可重构性和丰富的可扩展性。本文通过分析集成MES组成结构和总结工厂生产的特点提出一种集成MES对象模型分类和建模方法, 为集成MES实现对计划、资源、进度、质量的监控和反馈提供了有效支撑。

关键词：集成MES,对象模型,模块化,服务化,信息化

参考文献

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