MES与MRPII信息集成方法研究与应用

范王康，苏守宝，刘 娟，郁书好,3

MES与MRPII信息集成方法研究与应用

范王康1，*苏守宝2，刘 娟1，郁书好2,3

（1.安徽星瑞齿轮传动有限公司生产管理部, 安徽，六安 237010; 2.皖西学院计算机科学与技术系, 安徽，六安 237012;3.合肥工业大学管理学院，安徽，合肥 230039）

MES (制造执行系统)就是在MRPⅡ(制造资源规划)的基础上将计划与制造过程实现统一的系统。本文根据具体的变速箱装配线MES的工作原理，分析和研究了以MRPII（ERP）为核心的管理信息系统与MES的信息集成方法，提出并实现了基于数据库外模式下的信息系统集成框架、集成方法、接口程序设计等，成功应用并解决了MF70/65汽车变速箱装配线MES与其它信息系统的集成问题，该方法对离散型制造业企业的信息系统集成有一定的指导意义。

制造执行系统;制造资源规划;信息集成

0 引言

制造执行系统（MES）是在MRPII（制造资源计划）的基础上将计划与制造过程统一起来的生产执行管控系统[1-2]。MF70/65 MES[2]是一种计算机集成控制的汽车变速箱装配线，面向生产执行过程，对装配生产过程进行管理、控制和诊断，生成和维护每个产品的制造过程数据。待装变速箱置于特制的托盘小车上，每个托盘小车带有可随机读写的电子标签卡。托盘小车根据装配指令，从装配线的线头工位开始，依次移动到线尾工位，完成一台变速箱的生产，再从线尾空车自动返回线头。产品从装配的第一工位起，RFID读写器将唯一的产品编码（产品出生证）写入位于托盘小车下部的电子标签卡中，通过托盘小车逐个装配工位的移动，后续每个装配工位的RFID读写器自动读取电子标签卡中的产品信息，将本工位装配过程中的零件信息和自动装配/测量/采集的装配数据（压力值、拧紧值、泄漏值）等与产品编码绑定，最终生成完整的产品装配档案，存于MES的数据库系统中。

MF70/65 MES自身主要包括产品基础数据管理、装配线工位设备管理、作业计划管理、人员调度与排班、配送计划管理，质量及检测数据管理，报表统计以及其他辅助功能模块组成。MES面向车间层，完成从生产命令下达到生产统计的整个生产过程的管理，在为企业其它应用系统提供生产现场实时数据的同时，也需要从其它信息系统提取相关的数据，如MRPII(ERP)等。然而多数情况下，MES和这些系统是不同服务商在不同时间实施的，所以需要研究并最终解决它们间的信息集成问题[3]。吕、苏等[4-5]研究了异构CAx的集成模式，王等[6]通过工位RFID 读写器进行现场生产数据的实时采集，提出了基于RFID的MES 与各系统的数据和业务集成方法；徐、刘等[7-8]提出了一种基于BOM异构数据源集成的总体架构，并应用于企业CAD/CAPP异构数据的实时集成。本文讨论了基于数据库外模式下的MRPII（ERP）信息集成方法，实际应用并成功解决了MF70/65汽车变速箱装配线MES与其它信息系统的集成问题。

图1 MF70/65装配线工位分布示意图

1 集成需求分析

MES主要职能是接受上层MRPII（ERP）系统的计划与调度控制信息，完成制造执行过程；在运行中及时为上层的MRPII（ERP）等信息系统提供实时的现场制造信息。在MES系统中，需交互的数据主要分为两类：

静态数据：MES运行中需要引用的数据。如组织结构、产品编码与配置、供应商等基础数据；静态数据的特点是必须通过数据定义生成且不会轻易变更。

动态数据：MRPII（ERP）中的生产计划、库存数据，MES中的如产品信息、工位物料库存、报警信息、检测信息等；动态数据反映MES的工作状态和产品制造信息。

MES为企业中其它信息系统提供的是实时的现场制造信息；主要是提供给MRPII（ERP）系统的，如有必要，PDM中的产品设计信息可以基于MES的产品产出和生产质量数据进行优化。

通过对MF70/65 MES程序逻辑、数据结构和表/字段的关系分析，MF70/65MES中生产计划既是MES系统的输入，也是MES的控制参数，MF70/65MES依据它启动和控制完成制造过程的执行。因为企业实施MES前，已经应用了MRPII和PDM[3]等信息系统，MES运行时需要引用的很多数据资源是已经存在的了，但MES生成的动态数据是其它系统没有的。

信息集成要求对信息资源用统一的标准规范和编码进行组织和管理，相关用户软件正确交互，协调有序工作。为了获得规范的信息集成环境，信息集成应满足系统之间交互数据的唯一性、准确性、完整性和一致性要求。因此MES运行中所使用的静态数据，其它系统中已经存在的应以MES直接引用为好，而不要把数据定义过程集成到MES中。

MF70/65MES引用的组织结构和员工数据源自人力资源系统，其它需要集成的数据源自MRPII（ERP）系统，主要有产品及零部件信息、供应商与供货物料、客户信息等静态数据和主计划、库存数据等动态数据；MF70/65MES的计划模块应设计成可以从MRPII（ERP）系统中导入主计划的装配部分，也能应用内置的“作业计划管理”编制装配计划或对已导入的计划进行重新修改后执行；在MRPII（ERP）中只需实现导入MES生成的最终完工成品和物料消耗信息。

2 系统的信息集成方法

MES软件是C/S架构的，MRPII等其它信息系统既有B/S，也有C/S或C/S+B/S混合架构；这种结构的信息系统所有的数据信息存放在数据库服务器中。对于企业应用来说，应用程序和数据库系统主机通常是分离的；客户端直接运行业务管理软件或通过浏览器运行服务器上支持业务应用的WEB程序。不论是C/S还是B/S体系结构，由于不同信息系统的数据库之间，通常在物理上都是分开的，在逻辑上一定是彼此独立的，因此，采用基于数据库外模式下的信息集成方法是较好的选择。

2.1 系统业务流程的无关性

信息系统算法逻辑和业务关系密切相连，没有源码很难了解透彻，直接修改是十分困难的；而数据库层面的各种对象，如表、属性、记录集等均掌握在自己手中，通过对数据表结构、数据关系、主键和数据记录集的分析归纳，就能很好地找出集成信息间的关联关系，从而使集成的实现方法与系统中的业务流程无关。

2.2 保持原系统的业务逻辑独立性

在数据库层面，通过增加中间件（接口）程序来桥接需集成的系统，因为不改变所集成系统自身的逻辑业务关系，所以不会破坏原系统的业务逻辑独立性，也不会对应用造成不良影响。

2.3 充分利用DBS的分布式访问性能

数据库外模式下可以更好利用DBS中的触发器、存储过程、分布式数据库访问等功能，实现高效的数据提取、整理、传输。MF70/65MES是实时的装配线一体化管控系统，信息集成的目的是使其能够充分引用公司MRPII（ERP）系统中已经存在的基础数据，避免重复定义，同时实现各系统间特定信息的有效共享，集成开发中考虑了下述问题：在不影响各系统独立运行的状态下，首先通过需求分析确定有限的集成目标；确定数据变更时的提取方式与调度计划；合理规划引用信息，在保证系统基础数据唯一性的前提下，实现交互的数据信息数出一处。

2.4 信息集成中的数据结构差异

在将源数据按目标的需求进行信息集成时，集成的表和字段数据结构的差异对集成接口设计有很大影响。程序逻辑需要妥善处理这些差异以避免引起的目标表的更新异常。这些差异主要体现在对应表的主键个数和关系不同，字段缺失，相同意义字段的名称、类型、长度有差异等。

表的主键字段差异可能会造成插入或更新出错，通常可以添加自动编号列并把它设为主键之一来解决。字段差异影响集成的主要是类型的转换能否实现，一般应视具体情况具体分析，找出解决办法。妥善解决集成的信息系统间集成对象的数据类型和结构差异问题，不允许变更所在系统中属性定义；合理组织系统间的集成数据信息，降低信息传递与刷新时的网络数据流量；

因为MES是实时系统，集成接口程序应通过数据预处理过程优化两个数据库的数据传输过程，尽可能减少对MES系统的时间占用。

3 集成接口框架模型与程序设计

数据集成接口程序的功能可以简述为在特定源数据发生变更（新增、修改、删除）时，按调度计划要求将变更的源数据信息以目标数据库要求的格式刷新到目标数据库中。下面以微软的SQL Server数据库系统为例阐述集成的实现方法，集成接口框架如图2所示：

在每台数据库服务器上配置链接服务器与DTC服务；在各数据库中创建一组收集变更数据的表，利用数据库触发器对象，在特定的源记录数据发生变更时，自动触发源数据的收集过程，将源数据按目标库的集成要求进行预处理后写入这组中间表。对静态基础数据通过触发器事件实时启动变更刷新；对动态数据信息，使用DTS包进行数据抽取、归集，DTS包默认为自动调度，使包的执行过程无需人工干预。

图2 集成接口框架模型

通过ASP技术将后台服务器DTS包的执行和调度实现为B/S模式的用户界面，通过IIS服务，使系统管理员可以通过浏览器对后台DTS包的执行进行人工调度和维护操作。

3.1 数据库系统配置

在每台数据库服务器上，安装配置好分布式事务协调（DTC）服务，在WINDOWS系统服务中设置成自动启动。

在MRPII服务器的查询分析器中输入如下命令，并执行：

EXEC sp_addlinkedserver 'MES70',' ', 'SQLNCLI','172.17.1.1'

把MES服务器（IP为172.17.1.1）配置成MRPII系统中的一个名为“MES70”的链接服务器。

用如下命令验证配置结果：

EXEC sp_addlinkedsrvlogin 'MES70',

'false',null,'用户名','密码'

select * from MES70.dbo.表或视图名。

依据同样方法在MES服务器中把MRPII和人力资源服务器配置成MES系统的远程“链接服务器”并验证配置结果。

3.2 数据信息变更的实时收集

当需集成的源数据记录发生变更时，使用触发器对象实时启动变更数据的收集处理事务；将集成的数据信息按目标的要求结构（名称、类型、长度）写入到对应的缓存表中。下面仅以零部件物料信息为例阐述MES与MRPII系统中零部件物料信息变更的实时收集方法（假设相应的表分别为MES_id和MRPII_id）。

在MRPII和MES中分别创建满足MES要求的产品信息缓存表:tem_item_id；这个表的基础字段是MRPII_id和MES_id的一个子集，含有MES需从MRPII中获取的所有需求属性（如果MRPII_id中没有自增列，需要添加一个自增列），在tem_item_id表中还需增加如下控制字段：

T_type CHAR(1)

--触发类型：I新增,U更新,D删除

T_err CHAR(50)

--错误信息：传输失败时的交互信息

假设tem_item_id表字段为[A1,A2,A3, A4,A5,T_type,T_err,B1,B2]；MRPII_id表字段为[B1,B2, B3,B4,B5,T_type,T_err,B0]。A1、A2、B0、B1、B2为关键字，A1-A5与B1-B5是两表中的对应字段，B0是MRPII_id中的自增列。

在MRPII中创建如下一组触发器，收集MRPII_id中插入、更新、删除等记录变更信息：

CREATE TRIGGER tr_item_i ON MRPII_id

FOR insert As

BEGIN transaction

insert into tem_item_id(A1,A2,A3,A4,A5,B1, B2,T_type,T_err) select B1,B2,B3,B4,B5,B1, B2,'I','0' from inserted

if @@error<>0 BEGIN ROLLBACK RETURN END

COMMIT transaction

GO

CREATE TRIGGER tr_item_u ON MRPII_id

FOR update As

BEGIN transaction

If update(B1) or update(B2) or update(B3) or update(B4) or update(B5)

insert into tem_item_id(A1,A2,A3,A4,A5,B1, B2,T_type,T_err) Select i.B1,i.B2,i.B3, i.B4,i.B5,d.B1, d.B2,'U','0' from inserted I,deleted d where i.B0= d.B0

if @@error<>0 BEGIN ROLLBACK RETURN END

COMMIT transaction

GO

CREATE TRIGGER tr_item_d ON MRPII_id

FOR delete As

BEGIN transaction

insert into tem_item_id(A1,A2,B1,B2,T_type, T_err)select B1,B2,B1,B2,'D','0'

from deleted

if @@error<>0 BEGIN ROLLBACK RETURN END

COMMIT transaction

GO

当MRPII中零部件物料基础数据发生变更时，上述触发器自动把变更的记录归集到MRPII中的tem_item_id表。依据同样方式在各数据库系统中创建所有收集数据变更记录的缓存表与触发器对象。

3.3 集成接口程序包设计

基于DTS组件，设计了4个DTS程序包，将静态数据与动态数据分别打包传输：

basePackage：MES从MRPII集成零部件物料、物料库房、供应商等静态基础数据。

infoPackage: MES从MRPII集成物料库存、生产计划、物料配送等动态数据信息。

HRBasePackage：MES从人力资源系统集成组织结构与员工基础数据；

MESPackage：MRPII从MES系统集成计划、产品、物料配送需求等动态数据信息。

图3 DTS包的可视化设计

将包的一次执行设计为四个存储过程和2次传输。按调度时序排列分别为源数据检验，目标接收准备，源-目标数据传输，目标数据检查和更新，出错信息报告。其它DTS包及关联的存储过程的设计和ASP执行调度DTS包用户程序的设计,以basePackage为例加说明。打开DTS包开发工具 SQL Server Business Intelligence Development Studio，新建名为MRP_MES_DTS的Integration Services项目。在设计窗口的连接管理器中添加MRPII和MES 服务器的OLE DB连接；在控制流中添加4个“SQL任务”，填入每个任务对应的存储过程；再添加2个“数据流任务”，在数据流面板中，添加“OLE DB源”和“OLE DB目标”控件，编辑好源目标表名和路径。最后得到如图3所示的可视化结果。

4 结论

MES最突出的特色是对底层设备控制的支持，以及丰富的产品制造过程信息。本文以MF70/65汽车变速箱装配线MES与MRPII信息集成项目为背景，从数据库外模式入手，通过链接数据库管理、DTC组件和ASP技术等，在不改变原信息系统自身应用逻辑的情况下，提出并实现了信息系统的集成框架、集成方法、接口程序设计等，成功应用并解决了MF70/65汽车变速箱装配线MES与其它信息系统的集成问题，简单、易行、低成本。离散型制造企业多以运行MRPII（ERP）为核心的管理信息系统为主，因此本文研究并实现的信息集成方法对其它制造业企业的信息系统集成有一定的指导意义。

[1] 童亮,鄢萍,刘飞,等.面向服务的车间制造过程信息集成运行系统[J]. 计算机集成制造系统, 2010,16(2): 340-348.

[2] 高振清,周本华.数控车间DNC与MES集成技术研究与系统开发[J].组合机床与自动化加工技术, 2011(8): 105-107.

[3] 吕志军,杨建国,张军军.基于PDM的企业信息集成技术的研究与应用[J].机械设计与制造,2010(5):252- 255.

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[6] 王浩远,梁昌勇,俞家文,等. 基于RFID技术的汽车总装MES系统研究[J].计算机技术与发展,2010,20(9): 222-226.

[7] 徐伟,姜丽红,蔡鸿明.基于BOM的企业异构信息系统集成[J].东华大学学报:自然科学版,2012,38(5):498- 504.

[8] 刘新凌.PDM/CAPP/ERP系统产品数据集成方案及应用研究[J].北京联合大学学报:自然科学版,2012, 26(3): 56-62.

RESEARCH AND APPLICATIONS OF INFORMATION INTEGRATION METHOD OF MES AND MRPII

FAN Wang-kang1,*SU Shou-bao2, LIU Juan1, YU Shu-hao2,3

(1．Producing Management Dept, Anhui XINRUI Gear Drive CO.,LTD, Lu’an, Anhu 237010, China;2．Department of Computer Science & Technology, West Anhui University, Lu’an, Anhu 237012, China;3. School of Management, Hefei University of Technology, Hefei, Anhu 230039, China)

MES (Manufacturing Execution System) is the system that unifies planning and manufacturing process based on MRP (Manufacturing Resource Planning) Ⅱ. On basis of the principle of the specific MES for the gearbox assembly line, we investigate an integration method based on outside-pattern of database that integrates MES and the management information system which core is MRP II (ERP). The design and implementation of integration framework, integrating techniques and interface programming methods have been applied successfully to integrate MF70/65 MES for gearbox assembly line and other information systems. Finally, it has some guiding significance for information system integration of discrete manufacturing enterprise.

manufacturing execution system; manufacturing resource planning; information integration

F404.4

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2013.03.011

1674-8085(2013)03-0045-05

2012-11-09；

2013-03-26

安徽高校省级自然科学研究重点项目(KJ2007A087,KJ2011A268),六安市委托产学研重点项目(2012LWB010,2012LWA018)

范王康(1956-)，男，浙江台州人，工程师，主要从事企业信息化与企业应用集成(EAI)等研究(E-mail:fwkfwk@163.com);

*苏守宝(1965-)，男，安徽六安人，教授，博士，硕士生导师，主要从事群智能计算与嵌入式控制优化、企业应用集成与软件工程、约束工程设计等研究(E-mail:cstry@wxc.edu.cn);

刘 娟(1979-)，女，陕西渭南人，工程师，主要从事PDM/CA系统信息集成等研究(E-mail:liujuan06@126.com);

郁书好(1976-)，男，安徽六安人，副教授，博士生，主要从事企业信息化与应用集成(EAI)等研究(E-mail:yush@wxc.edu.cn).