0 引言
进入21世纪以来，信息技术的飞速发展，促使经济全球一体化和全球信息化互动发展，使企业的竞争环境、发展模式及运行效率与活动空间都发生了全面而深刻的变化，工业化时期形成的管理模式、管理手段、管理方法遇到了前所未有的挑战。随着企业信息化应用水平的不断提高，企业逐渐认识到将计划与制造过程统一起来的制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)是解决这一问题的有效途径。通过MES来实现企业信息的集成，形成实时的ERP，MES，SFC车间层控制(shop Floor Control，SFC)是提高企业整体管理水平的关键。
机务段作为铁路组织运输生产活动的基础，是机车正常运行的有力保障，担当着为铁路运输提供牵引动力的重任，而机车检修质量的高低直接影响着机务运用的效率和安全。机务段生产管理信息系统应用繁杂，其特点是信息量大、种类繁多，信息来源渠道广泛，业务信息横向、纵向交互量大，需要通过整体信息化建设予以整合、规范。根据MES在企业信息化中的定位和功能，系统设计应注重业务流程集成为主，总体规划，分步实施，方案设计应在生产计划调度、设备管理、质量管理、基础数据和文档管理、车间管理、数据采集、统计分析、物料跟踪和车间考核功能等方面展开。
1 MES模型研究
1.1 MES的三层企业集成模型
AMR提出了企业集成模型，将企业分为3个层次。企业集成模型如图1所示。
计划层强调企业的计划，它以客户定单和市场需求为计划源，充分利用企业内部的各种资源，降低库存，提高企业效益，主要应用系统是ERP、CRM、MPRII等。控制层强调设备的控制，如PLC、数据采集器、条形码、各种计量及检测仪器、机械手等的控制。而执行层起到了信息集线器(Information Hub)的作用，它相当于一个通信工具，为其他应用系统提供生产现场的实时数据。
图1 MES的三层企业集成模型
1.2 生产制造执行系统的功能及结构
美国调查咨询公司(AMR)提出MES的集成系统模型，如图2所示，它由围绕关系数据库和实时数据库的4组功能构成。
图2 MES功能结构图
整个系统向上与公司级的管理系统(ERP)相连，向下与过程控制层的系统相连。模型中的各个功能组通过位于模型核心位置的关系数据库共享生产数据，并通过实时数据库确保与过程控制系统的同步。
可集成的MES通过将面向对象技术、消息机制和组件技术应用到系统开发中，充分结合两类T-MES的优点而发展起来的。通过采用高效的基础框架既大大增强了系统的集成性和适应性，又能满足关键事物的处理。NIIIP/SMART协会为整个MES应用领域提出的一个分布式对象和信息交换模型，图3代表了发展中MES的技术模型。
图3 MES技术模型
2 机务段信息化系统的设计实现
2.1 机务段生产管理信息系统建设目标
1)建立完善机务段基础作业数据自动化采集平台；
2)建成企业内部统一的应用集成平台，使得机务段员工通过统一的门户按权限使用这些应用系统，将机务段生产管理信息系统功能模型划分为11个子系统；
3)实现机车运用检修和日常管理信息化，建立机务段综合考核系统，切实落实逐级负责制和人员考核管理制度，实现管理程序标准化，管理过程监控化，管理数据完整化，管理信息分层系统化，管理方法科学化，管理手段先进化，管理效果最优化，实现机务管理的人机联控的网络信息管理；
4)综合利用各种现代通信技术和手段，形成一个立体的、全天候的、完全满足机务段各种业务需要的信息化基础平台。
2.2 网络拓扑结构
将机务段各个车间或部门通过光缆和千兆光收发器与中心机房相连，将网络划分为不同的网段，每个车间或部门为同一个网段，网段间需要通信的在核心交换机上设置路由器。网络的拓扑结构为标准的星形以太网结构，服务器通过双1000M网卡与核心交换机相连，将服务器组划分为同一个网段，加之机务段在地理上的分布特点，为使计算机网络硬件构成方案可以更好的与之相适应，设计了系统网络布线与配置示意图，如图4所示。
图4 系统网络布线与配置示意图
2.3 网络安全设计
1)防火墙系统
系统应利用防火墙在Internet和Intranet之间构筑一道屏障，防止非法用户远程访问接入，从根本上保证只有企业的合法授权用户才能通过远程访问服务进入企业的内部网络。
2)病毒防护
采取分层的防病毒体系，在病毒控制上分别针对网络和主机，分别采取基于网络层和基于主机噪面）层的防病毒策略，从病毒的各个传播途径实时监视和清除可能出现的病毒。
3)网络管理
机务段网络系统应采用统一管理，通过安装网络管理软件来帮助网络管理员更有效地管理网络，降低网络管理员的工作复杂度，提高管理效率。
4)双机热备
数据服务器在整个机务段生产管理信息系统中处于核心地位，是机务段信息化建设的关键，为此系统采用双机热备服务器系统来保障数据安全。在考虑双机热备时需要注意，一般意义上的双机热备都会有一个切换过程，这个切换过程可能是2min左右。
3 软件开发方法及平台环境
3.1 软件开发方法
软件开发方法（又称软件生存周期模型）是指软件项目开发和维护的总体过程思路的框架，它为软件开发过程提供原则和方法。
1)快速原型法的选择
人们对自己的工作和计算机在企业中的应用都有一个认识的过程，要想实现一个系统明确的描述是比较困难的。而且，随着系统开发的不断深入，用户也会不断的提出要求。为此，人们提出了从基础需求入手，快速地构筑系统原型，通过原型确认需求并对原型进行改进，最终达到建立系统的目的。
2)采用快速原型法的具体步骤
(1)需求采集。系统在需求采集阶段完成的工作是了解检修中心故障管理和安全质量管理的作业流程，收集相关的数据和报表资料。
(2)生成原型。系统在该阶段完成的工作是以图形化并配以适当的文字说明来描述系统的实现功能。
(3)运行、评价原型。系统在本阶段完成的工作是通过用户对原型的评价来读系统进行分析、总结。
(4)修改原型。在这个阶段完成的工作是对系统运行效果和功能进行逐步完善。
(5)交付用户运行使用。
3.2 软件环境平台
1)服务器端
管理系统的服务器部分选用Windows2000 Advance Server系统。采用Oracle 9i数据库管理系统，Oracle能在所有主流平台上运行(包括Windows2000)，完全支持所有的工业标准，采用完全开放策略，可以使客户选择最适合的解决方案。
2)客户端
Delphi的编译器最著名的优点就是速度快，这样可以提高运行效率，节约运行时间。Delphi编译器的执行效率也很高，这个优势在程序代码复杂性高的情况下表现尤为明显。由于各个车间部门子系统需要和硬件设备进行通信，对执行效率要求比较高，所以选用Delphi7作为开发环境。
4 系统体系结构
4.1 三层体系结构的产生
传统的管理信息系统中，一般采用两层C/S(Client/Server，客户端/服务器)结构，即应用层客户层）和数据服务层。在这种结构中，客户端上运行了大部分计算任务，如数据访问规则、业务规则、合法性校验等等，并且每个客户端都要与数据库服务器建立独立的数据库连接，但两层客户机/服务器结构的灵活性和可维护性并不理想，从而产生了三层体系结构。
4.2 三层体系结构的层次和优点
三层体系结构应用系统由以下几部分组成：
1)客户层
客户端程序一般使用图形用户接口GUI），这样便于用户能直观地进行操作，易学易用。在变更用户接口时，只需改写显示控制和数据检查程序，而不影响其他两层。检查的内容也只限于数据的形式和值的范围，不包括有关业务本身的处理逻辑。
2)应用服务层
应用服务层又称中间层，处理所需的数据则要从客户层或数据服务层取得。同时，在这一层中，还能够实现分布式管理、负载均衡、Fail/Recover、安全隔离等功能。
3)数据服务层
数据服务层就是数据库管理系统DBMS），一般从应用服务层传送到数据服务层的要求大都使用SQL语言。
三层客户/服务器系统是由两层客户/服务器系统发展而来的，它是将客户端的数据处理功能、应用子系统与数据库服务器的数据服务接口等功能从两层结构的客户端分离出来，使客户端只保留最简单的输入输出功能，这样既保留了传统客户/服务器系统的优点，又避免了它的缺陷。
4.3 利用Delphi构建三层分布式系统
客户端程序在第一次执行时，连接组件首先会注册MIDAS.DLL，然后通过COM从MIDAS.DLL取得应用程序服务器中远程数据模块输出的IAppServer接口，根据此接口建立一个DUAL接口，最后使用DCOM/Socket连接到远程的应用程序服务器。在这个结构中应用程序服务器事实上是一个OLEAutomation服务器，它通过BDE/IDAPI和SQL Links从数据库中取得数据，把数据压缩成数据封包(Datapacket)的形式并通过提供IAppServer接口的服务让客户端程序存取。工作过程可用图5来说明。
图5 多层分布式应用系统的工作流程
5 结语
MES为实现敏捷生产制造提供了先进的信息处理平台，是实现车间生产敏捷化的基本技术手段。该文通过对机务段生产现场的详细需求分析，提出了机务段生产管理信息系统的建设思路和设计原则。根据MES功能模型，设计了该系统的结构，并将系统划分为生产过程控制子系统、生产调度管理子系统等11个子系统，对系统的数据流、共享数据平台和数据接口进行了分析设计。以某机务段企业信息化建设为例，设计了机务段生产管理信息系统。针对系统建设目标，设计了系统的网络环境和硬件结构。系统采用C/S三层体系结构，客户端使用Delphi开发工具，Oracle 9i作为后台数据库，混合使用B/S、C/S两种结构，将能构建一个功能强大并且完善的现代化机务综合管理信息系统。
