JAVA技术在MES系统中的应用

刘 超

（中国特种设备检测研究院，北京 朝阳 100029）

随着我国社会的发展和科技的不断进步，我国的制造型企业越来越多，企业的规模也越来越大，企业已经开始系统信息化建设，企业的管理人员可以借助系统信息化建设来对管理层进行决策。在这些大型制造型企业中，大多数企业在进行生产管理和生产过程当中一般都采用了MES 以及ERP 系统，为企业处理数据带来了方便，但是在制造型企业当中，通常生产条件充满复杂性，生产过程也是千变万化，尤其是在一些比较关键的环节瓶颈工序生产计划不确定，导致整个生产系统效率低下，而即便通过改进生产的效率也很难提升[1]。倘若在MES 系统中将JAVA 技术运用得当，就可以在一定程度上解决企业在制造生产过程当中产生的工序瓶颈问题，同时也能为其提供靠谱的解决的问题的思路和方法。

一、现状分析

在MES系统的应用现状上，发达国家以及欧洲的起步要早于亚洲国家，目前来说，我国的企业在MES的应用上由于起步晚，因此也比较落后。我国的很多企业在生产过程中都还在依靠人力，致使一些信息收集的不够完整。究其原因就是企业的生产管理系统都是由若干个小的子系统组成，因此集成的难度也是相当高，而MES作为管理和控制制造生产过程的系统，也是充满了复杂性，众所周知，尤其是在应用MES系统之后，我们发现MES系统的存在能给企业带来一定的经济效益，但是我国MES系统发展并不完善，如果将JAVA 技术在MES 系统中进行合理的运用和操控，将是一个伟大的科技创举[2]。

二、企业生产现状

本文主要研究分析的是制造企业的相关产品和具体的生产方式，现就把企业生产过程当中的小型零件生产线作为具体研究对象，品种多、生产批量小是小型零件生产模式，具体展开来说有以下几个特点。

（一）小型零件加工

制造企业的生产对象一般都是小型零件，所采用的加工模式也是以小型零件加工模式为主，加工制造的设备是普通机床，小型零件的生产基本都是在机床上共线生产，生产前需要花大量时间做准备，在生产过程中生产的效率也较低。

（二）订单规模不同

通常制造企业在接单方面，具有比较大的优势，可以从不同渠道获得订单，订单的来源也不同，因此，订单的规模通常变化都比较大，有的订单需求量大，每月生产数量可达几十万，有的订单需求量则比较小，每年的生产数量不过几千个。

（三）加工零件的要求不同

在企业接单过程中，通常不会考虑零件的加工细节，因此，不同订单对零件的加工精度都不尽相同，尤其是一些精度要求高的零件，需要在生产过程中将零件加工导入特殊工序进行生产，但是对于大部分零件来说，它的生产只需要在普通的工序生产即可。

面对企业的这些生产现状，可以看出该厂是属于小批量型生产企业，再生产产品的过程当中，具有相同的产品结构以及相似的工艺技术，因而在生产时，可以在同一个生产线上对零件进行加工生产，而且大部分产品都可以通过同样种类的关键工序进行生产，具有实施成组技术的先天条件和优势。因而在企业生产过程中，企业可以采用成组技术对所有加工零件中要用到的生产工序进行优化和技术改革，从而提高企业的生产效率。

三、技术和背景

（一）MES的概念

MES系统来自于20世纪90年代初美国制造业的MES制造执行系统的相关介绍，其最突出的功能是优化企业的制造过程，它的合理应用能够使得企业的上层生产计划与下层生产过程之间配合得当，解决他们之间存在难以协调的矛盾和问题[3]。MES系统具有各种生产过程相关控制管理的功能模块，可以作为现代化的计算机辅助生产管理系统[4]。

（二）JAVA技术

JAVA 作为一种简单的多线动态语言，具有分布式、中立的、结构的、多平台、面向对象以及安全的特性。JAVA是一门面向对象编程语言，JAVA编程语言的技术风格很像C、C++语言，而且吸收了C++语言的各种优点，继承了C++语言面向对象技术，摒弃了那些复杂多变难以琢磨透的多继承、指南针等C++概念，而且增加了垃圾回收器，以便清理回收舍弃了的对象所占的系统内存，极大的释放了系统空间，解放路内存，在以后的开发中工作人员不用再担心开发过程中内存不足的问题[5]。JAVA语言将相关源代码编译成二进制字节码，再通过不同平台上的相关虚拟机来解释执行，这是与一般的编译执行语言和解释执行语言的最大不同，因此JAVA 语言具有功能强大和简单易用的两个特征。它完美地实现了面向对象理论，使得程序员用简单的思维方式也可以进行难度大且复杂的编程，进而实现“一次编译、多处执行”的跨平台操作。

四、成组技术的基本原理

成组技术的核心是成组工艺，成组工艺的概念是把在结构上大致相同的零件组成一个相同的零件组，然后在生产过程当中，按照零件组的程序进行零件加工制造[6]。要想运用成组技术，零件的加工条件必须具有相似性，这些零件的相似性表现在几何形状的精度相似，零件的大小尺寸相当以及具有相同的制造工艺，例如在安装固定零件时使用同类型的夹具、测量零件大小时运用相似的测量工具以及在制造方法上采用大致相同的制造方式。这样之后，可以大幅度提高企业的生产效率，从而扩大企业生产批量。

五、模块功能介绍

（一）数据收集模块

数据采集模块有两个功能和作用，第一个是对自动数据采集和输入进行控制，采用具有数据缓存和安全隔离的网络接口机与个系统相连接，目的就是保证每个控制系统能够独立、安全的运行，保证数据入库；第二个功能和作用是进行人工监视和录入，也就是在生产过程中没有办法自动采集数据时，则可以通过录入界面在键盘上进行人工录入。在这个模式的实现过程中，对数据进行采集，而JAVA 技术则可以及时完成无客户端的浏览器读取，保证操作的时效性[7]。

（二）生产调度模块

生产调度模块的一个作用就是在设备和装置出现运行异常的情况下，操作人员通过调度管理系统发布调度指令，以便及时有效地解决在生产过程中存在的各种问题。生产调度模块的另一个作用就是调度管理文本的传送和文档的类型，同时它还可以调度中央控制室的全局系统。它为调度管理以及操作人员提供了一个相互交流的平台，这其中主要就是利用JAVA技术平台对数据库进行操作和处理，远程操作人员就可以通过直接登录来上传录入数据。

（三）生产计划模块

生产计划模块可以对生产结果和过程的数据进行时效性的统计，在此基础上编制出生产报告和统计表，方便企业在对相关数据进行查询和核实，为企业管理带来了很大的便利，在实现这个模块的时候，企业领导还可以对产品信息甚至产量进行调节。

（四）生产管控应用模块

这个模块主要涉及两方面内容，一个是生产技术管理，一个是数据分析。前者主要是管理企业生产的技术规程和技术指标，从而达到技术管理的目的；后者是通过对系统所采集的历史数据、统计数据以及报警数据进行分析，以此来提高生产信息的利用率，优化生产，提高产品质量和产量，维护设备的安全运行。

六、关键程序

将JAVA 程序嵌套入MES 系统中，它的优势就是对成组零件进行优化排序和调度，从而提高生产线的工作效率，扩大生产产量，提高企业的经济效益，这就是利用JAVA 程序开发一套程序的目的和意义所在。在现在MES系统框架下，模型算法库中主要存放JAVA 开发的算法，当系统需要对关键工序的成组零件进行排序和调度时，立刻从算法库中调用该算法进行运算，完成系统中的相关排序和调度。

这种关键程序在计算相关成组零件分类概率参数时使用遗传算法中的经典算法来进行迭代运算，然后通过这种参数迭代的方式算出当前所需要的最优化最适宜的方案。在完成最优方案的迭代之后，继续对分组已经完成的订单采用其他算法进行最优化排序运算，目的就是让关键工序的生产量最大，这样不仅使设备的利用率大幅得到提高，而且也使企业的生产成本降低，经济效益大大提高。

七、结论

通过实际应用，足以说明这种程序能够适用于企业的生产，能够通过算法运算出符合高生产效率和符合生产现场情况的产线调度计划，同样这种程序也规范了下料生产管理，降低了生产成本，提高了生产效率。将JAVA技术嵌入在MES系统中能够更高效、准确及时地收集零件在加工生产过程中的信息，准确地向工作人员传递生产的各种信息，以便于更好的操作生产，实现企业在生产时能够实时监控和管理生产过程的各种状态。