基于Intrack平台的MES系统的设计与实现

王彦桂 梁永宏

1 前言

工厂制造执行系统(MES)是处于计划层和控制层之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。MES国际联合会(MESA)对MES的定义如下[1]：MES能通过信息的传递对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂中有实时事件发生时，MES能及时对这些事件做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行约束和处理。

制造现场往往是连续作业的，系统的任何故障导致的停工、缓工都将引起企业损失。因此充当制造现场管理角色的MES系统必须非常稳定，保证企业连续生产的要求。现场作业发生的情况多种多样，现场MES系统应考虑现场管理中可能出现的情况，应能够满足现场管理的各种需要，突出系统稳定性和兼顾灵活性[2]。

实施大型MES系统需涉及大量的生产制造知识和管理知识并包含复杂的数据关系，使得选取强大稳定的MES平台软件成为实施MES系统的首选方案，Intrack就是这样一个软件平台。选取平台软件之后就可以围绕现场的生产工艺过程和设备绩效管理要求等进行MES系统的设计和实施。

2 Intrack简介

美国Wonderware公司是MESA的成员，Intrack是其 FactorySuite软件系列产品中的用于构建 MES系统的软件开发平台，实现对工厂生产过程的跟踪。Intrack主要由Intrack ModelMaker及Intrack Runtime两部分组成，它们共同形成了一个基础平台，使构建MES变得更加方便、快捷[3]。

MES系统需要针对具体的生产流程进行计划、监控、调度、追踪，在每一个工序，它需要将物料、设备、人员等生产资源进行统一管理，并根据工序路线、BOM 等进行调度和监控，同时结合生产时间进行数据记录。因此必须能够将工序路线、BOM 等重要基础参数进行配置设定。Intrack Modelmaker是一个独立的应用程序，以图形化的形式提供生产过程建模，并生成数据库结构，Intrack数据库目前支持Oracle及SQL Server数据库平台。

MES系统还必须包含大量的前台程序，以进行生产线上实时数据显示、收集和录入。这些前台程序对后台数据库进行访问，并记录各种动态数据。

ModelMaker的主要功能是进行生产过程建模，它通过创建相互联系的各种结构对象，来详细描述生产模型， 并构成整个系统的基础。Intrack能够以直观的图形化方式，通过拖动或点击进行以加工路径为核心的建模工作。

ModelMaker可创建包括工作日历对象、场所对象、物料对象、操作指令对象、设定模版对象、数据集模版对象、工序对象、加工路径对象等。

3 MES系统功能结构设计

企业生产的整个流程大致上包括了以下几大环节：供应商质量控制、原辅料检验、原辅料仓库和配送管理、车间配置生产、成品检验和成品包装管理。为了保障安全生产规范的落实，企业的管理人员都应该紧密参与到日常生产管理中，将每个产品批次的生产过程产生的数据都完整地记录下来[4]。

以一个批次生产的企业为蓝本设计的基于Intrack实施的MES系统结构如图1所示。将MES系统分为生产运作管理子系统和生产执行管控子系统，运作管理子系统完成与 ERP系统的交互，执行管控子系统完成于设备层的交互。

图1 MES系统功能结构图

4 利用扩展功能进行模型优化

在生产建模工具中，系统对常用的对象应定义了属性，虽然在大多数情况下能满足要求，但在实际应用中还可能需要扩展。例如对场所对象、要求名称、面积等属性。Intrack提供了用户自定义（UDA）这一机制来进行扩展，可以方便地向对象添加属性。

Intrack给我们提供了MES系统所需的总体数据框架，有时一些应用逻辑并不包含在该框架中，Intrack提供了用户自定义表（UDT）来定义这些数据，这些数据可以经Intrack Runtime进行数据访问。

在同一生产线，可能要同时生产满足不同客户需要的产品，这些产品在局部存在差异[5]。Intrack的客户自定义功能使我们只需要对原始模型做简单修改，就可表达出不同的用户需要。

利用Intrack可建立优化的MES详细对象模型如图2所示。

图2 MES详细对象模型

5 设备绩效指标设计

设备实时运行绩效在MES系统中至关重要，通过以下几点可以了解设备利用率与性能情况：○1了解生产瓶颈；○2进行生产损耗及事件的分析；○3了解实际进度并进行计划的对比。

设备的利用方面，Intrack能够检测和获取停机事件，查看设备事件，监控和记录设备状态，自动或手动分配原因代码，根据要求预置利用率分析。

Intrack可为设备/生产线计算 OEE(overall equipment effectives)，触发事件和显示，分析事件频率和持续时间。实时地为操作员提供关于订单进度的清晰指示，计算OEE其它关键参数的同时，能够评测预期的完成日期与时间。工厂时间分配如图3所示，利用此模型可以方便地设计工厂设备绩效指标。

图3 工厂时间分配图

设备实时运行绩效参数计算公式如下：

6 MES系统实施过程规划

为大型企业实施一个MES系统是一个复杂的系统工程，对实施过程也要进行精心设计规划，保证项目能够成功，可以用以下几个步骤来设计与实施MES系统：

（1）、系统的需求分析。进行企业生产管理体系的现状调查，包括组织机构、企业生产运作过程（包括采购供应过程、原辅料库存管理过程、生产制造过程、成品管理过程及质量管理过程等）的调查分析。

（2）、合理抽象过程。分析调研生产企业的生产管理需求并进行深入抽象分析。

（3）、确定系统结构。系统以数据访问层和数据层为基础，以包含系统控制组件和业务服务组件的服务组件层为核心，通过对平台软件组件调用及业务应用服务组件的二次开发形成系统结构。

（4）、建立系统的功能模型。利用平台参考本文涉及建立企业采购管理、库存管理、生产计划与生产指令管理、质量检验与质量保证、成品管理等生产运作管理功能。

（5）、建立系统的信息模型。根据系统的功能需求确定相应数据信息流向和描述内容，采用数据库设计工具，建立系统的信息模型。

（6）、设计本平台内部及与其他应用系统的信息接口。要求系统具有较好的开发性，接口设计规范，自身封装严密。

（7）、系统编程与调试。完成系统主要功能的开发，并进行相关功能的调试与测试。

（8）、系统实施与应用效果评估。根据实际应用情况，对应用的效果进行评估，不断完善应用系统。

7 结语

根据实际设计实施MES的情况，采用Intrack可使系统开发人员将精力集中于生产模型的抽象和建立上，明显简化数据库的设计，降低客户端开发工作量，使用本文理念为某知名制造企业设计实施的MES系统获得了客户及业界广泛好评。

[1] MESA International, “MES Explained: A High Level Vision”White Paper6 (Pittsburgh: Manufacturing Execution Systems Assoc., 1997)

[2] 饶运清.MES-面向制造车间的实时信息系统[J].信息技术,2002,02

[3] Wonderware, Intrack 7.1 Developer Guide

[4] MESA International, “MES Functionalities & MRP to MES Data Flow Possibilities,” White Paper2 (Pittsburgh:Manufacturing Execution Systems Assoc., 1997)

[5] 王俊彪等.制造企业复杂信息对象编码结构模型[J].现代制造工程,2007,07