基于WEB的MES中设备管理的研究与实现

    80年代中期以后，伴随着消费者对产品的需求愈加多样化，制造业的生产方式开始由大批量的刚性生产转向多品种少量的柔性生产；伴随着计算机网络和大型数据库等IT技术的发展，企业的信息系统也开始从局部的、事后处理系统方式转向全局的、实时处理系统方式。尽管企业信息化的各个领域都有了长足的发展，但是在工厂以及企业范围信息集成的实践过程中，仍然难以解决信息孤岛和信息断层所带来的各种问题。例如，在计划过程中无法准确及时地把握生产实际状况，在生产过程中得不到切实可行的作业计划，工厂管理人员和操作人员难以跟踪产品的生产过程，不能有效地控制在制品库存，用户无法了解订单的执行状况。产生这些问题的主要原因仍然在于生产管理业务系统与生产过程控制系统的相互分离，计划系统和过程控制系统之间的界限模糊，缺乏紧密的联系。针对这种状况，1990年11月，美国的调查咨询公司AMR首次提出MES的概念，为解决企业信息集成问题提供了一个被广为接受的思想。

1 制造执行系统

    1.1 MES的功能及作用
    AMR于1992年提出的3层企业集成模型。该模型揭示了过程控制与MRPⅡ/ERP系统间的明显的断层，并将各种厂家提供的位于中间执行层的系统称作制造执行系统（MES）。位于底层的控制层包括DCS（分布式控制系统）、DNC（分布式数控系统）、PLC、SCADA等系统，其作用是生产过程和设备的控制。位于顶层的计划层通常是MRPⅡ或ERP等系统，其作用是管理企业中的各种资源、管理销售和服务、制定生产计划等。位于中间层的制造执行层则是介于计划层和控制层之间，面向制造工厂管理的生产调度、设备管理、质量管理、物料跟踪等系统。MES在企业系统的3层结构中起着承上启下，填补计划层和控制层之间的空白的作用。计划层的业务系统生成的生产计划（计划要做什么）被MES传递给生产现场，来自控制层的生产实际状态（实际做了什么）通过MES报告给计划层的业务系统。MES本身也是各种生产管理的功能软件集合，MESA通过其各成员的实践归纳了十一个主要的MES功能模块，包括：工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集。

    1.2 传统的MES存在的问题
    传统的MES作为车间级的管理系统在车间资源的集成、车间计划的执行上起到了一定作用，但是也存在一些缺陷：（1）通用性差。主要是考虑特定行业、或者当前车间的状态以及单项功能的实现，而没有考虑类型相关企业、地域相近其它企业的实用性。（2）信息实时性差。表现在车间级与制造部门级、企业决策层级之间缺乏必要的实时信息交互，车间的制造资源是动态的，一个微小的生产调度或者过程变化，都会使系统无所适从，无法及时反馈到上层部门，作出相应动态的调整。（3）可拓展性差。传统的MES所在的车间基本上是相对封闭的单元，虽然它上与计划层、下与控制层有着很大联系，然后大部分还只是纵向的关联，同一工厂内车间与车间、不同工厂相似的车间之间还不能够产生密切的联系，形成资源优势互补。随着制造网络化趋势的不断扩大，车间生产环境越来越充满了不确定性，因此要求车间一方面要在内部对车间资源进行合理布置、集成，以面对任何不可预测的内部扰动；另一方面要进行网络化配宣，与外部产生互动的联系，以适应网络化制造的要求，及时地、高质量地、低成本地生产出满足客户需求的产品。

2 基于WEB的MES框架

    传统意义上对车间制造资源的理解往往局限于单一企业内的单一车间，其配置也仅局限于对企业内部资源的有限重组和调配。而今，网络技术的发展不仅为企业之间形成联盟提供了极大的便利，而且使企业内部各部门，甚至不同企业同一部门、车间之间围绕某一个或若干个企业内部各部门，甚至不同企业同一部门、车间之间围绕某一个或若干个项目简历动态的网络联盟成为可能。资源的组织和利用已经脱离了地域的限制，车间作为企业网的子节点，除了能得到上层的指令外，还能向上级层报告自己的状态，以及通过Intranet/Internet有针对性地从其它相关车间中选择最符合其需求的那部分制造资源进行合理组织以发挥该资源的最大效用，形成“网络化车间生产”。这样，网络化制造环境下的企业联盟可通过该系统来实时了解具体企业具体车间资源的和私用情况，甚至直接参与该制造过程的管理与执行，进而达到整个企业联盟范围内车间制造资源共享的目的。基于WEB的MES系统其使用的客户端通过服务器主机上的Windows ⅡS服务器与MES服务器进行交互。这是一种B/S结构，MES客户端就是客户机上的浏览器。基于WEB的MES是对车间各类制造资源进行快速集成的平台，该平台应具有开放性、分布性、兼容性、可伸缩性、可扩展性、可重构性等特点。.NET是微软公司2001年推出的基于分布式体系结构的软件平台，它是一种融合信息、终端设备、分布的应用程序以及人力资源等到Internet大环境中的技术。.NET的核心，它简化了在高度分布式Internet环境中的应用程序开发，并使得应用程序更容易与其它衣钩网络系统进行集成、部署、生成。本文将ME5理论和.NET技术相结合，建立了基于WEB的MES模型以实现分布、异购制造资源之间的有效集成，并支持信息共享、功能共享和互操作。框架分为3层，分别是用户界面层、业务逻辑层和数据访问层。

3 系统开发实例

    3.1 TGMES系统介绍及系统框架
    TGMES采用3层B/S结构，将系统进行明确的分割，使其在逻辑上各自独立，并且单独加以实现。R层分别是用户界面层、业务逻辑层和数据访问层。其中，用户界面层用来实现在客户浏览器中显示的用户界面，该层要以适当的形式显示由业务逻辑层动态传送的数据信息，并负责获得用户录入的数据，完成对录入数据的校验，将录入数据传送给业务逻辑层；业务逻辑层为用户界面层提供功能调用，又调用数据访问层所提供的功能来访问数据库，实现工程中的大部分逻辑控制功能；数据访问层主要用来实现与数据库的交互，根据业务逻辑层的要求从数据库中提取数据或者修改数据库中的数据。如图1所示，企业内部Intranet客户（企业内各部门）以及企业外部Internet客户可以通过浏览器/服务器模式，根据被分配的不同的权限，访问TGMES中不同的业务逻辑模块，来进行各自的业务处理；业务逻辑模块则通过SQL方式向数据库服务器提出数据或其它资源的请求，经过处理后，WEB服务器再将请求结果返回客户端浏览器。

图1 TGMES总体框架