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物联网在车间制造执行系统的技术实现

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资料介绍

为了解决传统的生产制造模式出现的车间控制层和计划层之间出现的信息“断层”现象,提出了MES管理信息系统与物联网技术结合的思路.针对机加工车间等典型的离散类制造车间进行分析,给出具体的MES系统设计思路与框架,并利用RFID技术和ZigBee技术具体设计出了制造车间物联网系统平台,最后利用Justep X5开发平台实现了MES系统与物联网技术的互联应用.

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物联网在车间制造执行系统的技术实现

internet of

The technicaI

implementation

things

on the executive

system workshop manufacturing

房亚东，曾少华，陈桦，毛晓博

FANG_{Ya—dong，ZENG}

，

Xiao．bo

Shao-hua，CHEN Hua。MAO

(西安工业大学机电工程学院，西安710032)

摘

要：为了解决传统的生产制造模式出现的车间控制层和计划层之间出现的信息“断层”现象，提出

了MES管理信息系统与物联网技术结合的思路。针对机加工车间等典型的离散类制造车间进

行分析，给出具体的MES系统设计思路与框架，并利用RFID技术和ZisBee技术具体设计出了

制造车间物联网系统平台，最后利用dustep X5开发平台实现了MES系统与物联网技术的互联

应用。

关键词：物联网技术；MES系统；dustep

中圈分类号：TP391

5-04

文献标识码：A

文章编号：1009-01 34(201 6)03—001

0引言

位、跟踪监控和管理的一种信息网络技术【5．61。物联网的

随着当今市场的快速变化和现代制造业的发展与

转型，制造业正逐步向多品种小批量生产、能够快速响

应市场变化及生产流程多变等方向转变。特别是经常变

更的机械加工车间等典型的离散类制造车间11’21，其工

序的生产计划编制困难，对车间制造管理的实时性要求

高，从而导致企业运行效率低下和发展速度过快之间的

矛盾日益加剧，因此市场对生产车间信息管理的效率

带来了挑战口棚。虽然新的管理模式ERP系统具备了流程

型生产和离散型生产的特点，但是ERP系统不能直接支

持车间底层的管理流程，仍然存在生产管理信息的“断

层”现象。针对这一问题，本文主要是应用制造执行系

统(MES)与物联网技术的联合不但解决了企业上下

层间“断层”问题，而且也满足了机械加工车间等典型

离散类制造车间信息化管理需求，提高车间的制造执行

效率。

关键技术包括RFID技术、ZigBee技术和无线传感网络

技术。

1．2

MES的相关概念及理论

MES是面向生产车间的管理信息系统，可以根据

实时信息数据及时判断生产过程中的变化，同时可以兼

容车间底层的各种信息管理信息系统，实现生产车问与

管理层之间的信息传递，解决整个企业运行的信息断层

问题。目前MES系统典型模型有三层模型、集成系统模

型、定位模型、功能模型以及REPAC模型等。

1．3信息管理系统理论

管理信息系统是企业的一种现代化管理工具，是企

业信息系统的核心，贯穿企业管理的整个环节，直接为

基层和各级管理部门服务。管理信息系统与MES系统有

着非常密切的联系，MES系统终端能够与企业上层决策

者所需的现场监控生产车间数据信息很好的连接，能够

使企业管理者及时获取生产车间的各种生产信息，从而

保证企业生产进度、生产质量等按照进度进行门’8l。

1物联网技术、MES系统与信息管理系统

的相关理论

1．1物联网技术

2基于生产车间物联网环境平台的搭建

物联网是指通过各种信息传感设备和系统(传感

网、红外感应器、激光扫描器、射频识别系统等)、全

球定位系统、条码与二维码，将物品与物品、物品与

人、人与人按照规定的通信协议连接起来，再通过各种

接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定

2．1物联网平台的总体框架设计

通过对物联网现有的各种体系结构进行分析对比，

再结合制造车间特点，采用实用性层次体系的物联网结

构来构建制造车间的物联网平台。底端是生产现场的数

收稿日期：2015-11-23

基金项目：陕西省特种加工重点实验室开发基金(ST-12010)

作者苒介：房亚东(1976一)，男，江苏东海人，副教授，博士，研究方向为智能制造服务、跨界资源整合和激光

再制造。

[151

第38卷第3期2016—03

万方数据

取，然后通过参数计量信息的收集、整理及分析，可以

对车间生产过程所涉及的生产单元、仓库仪表数据采集

和录入以及设备使用情况等各种信息进行补充完善。从

而能够为各种生产的运行提供物料移动、加工、库存和

据采集层，通过多个RFID读写器组成的网络实施采集

当前生产情况：中间层是zigBee网络组建与传输模块，

该层主要负责数据的长传；顶端是企业的管理模块，该层

主要是车间管理人员查看当前生产状况以及员工通过智能

客户端查看任务等。物联网在生产车间平台总体框架如图

l所示。针对此平台的搭建主要突破两方面难题即I蹬D的

读写网格设计和Z畦田∞的数据传输模块设计旷111。

21。本

设备、管理层辅助决策和车间成本核算可靠保障H

文以矮泵的生产装配为例。基于物联的矮泵生产流程如

图2所示以及RFID标签信息说明如表1所示。

图1生产车间物联网平台总体框架图

2．2基于物联网在装配车间的实例分析

基于物联网的装配车间主要是在装配车间内部署大

量RFID阅读器、RFID标签，并建立物料跟踪的ZigBee

节点网络。对这些生产对象节点的工艺参数进行定义并

按批次、模块对参数进行采集，分析工艺参数的相关

性，全车间的物料跟踪流程都由此来支撑。在该装配车

间，生产车间的生产数据、库存信息、质检数据以及

零件移动情况等都可以由网络节点处的RFID读写器获

图2基于物联的矮泵生产流程图

由制造技术与物联网技术、现代管理技术三者相结

合，全面分析了MES系统与RFID技术在离散型装配制

造业中的应用。又结合在企业中的应用实践表明：系统

可以实现生产过程控制智能化、制造装备数字化以及物

裹1

RFID标签信息说明

标签

标签初始化

工序

功能作用说明

提示工序上投入的零件名称nl、112 n3，零件数量

ml、m2、、、m3：

计划员派单信息，包括工序

作业顺序及每道工序计划领

料种类、数量等信息

1,2，3，4，5，6，7，8

零件标签

采集每道工序加工出来的半成品及其名称N1、N2 N3等；

装配完成后，记录成品重量等

电子标签

l，2，3

零件1，2，3的基本信息

记录零件1，2，3的名称、编号、重量以及所在车间仓库等

记录零件30的名称、编号、重量以及所在车问仓库等

电子标签

零件30的基本信息

【16l

第38卷第3期2016-03

万方数据

流进出可追溯化。

3．2

MES系统的实现

依据上述分析，IVIES系统开发包括两大部分，包括

MES系统的分析与实现

硬件环境搭配与软件环境开发。本文软件的开发工具终

端的管理系统是利用X5开发设计的，它为开发人员提

供了完全可视化、组件化的开发环境。此外，它还具备

超强的工作流、组织权限、组织机构、丰富的业务规则

定制能力、复杂报表和图表，并且能够将各种复杂业务

在任何浏览器终端进行展现和交互。

3．1制造车间MES系统分析

本系统设计为系统管理员、车间员工、班组长、车

间主任等均可以各自不同的身份登录该系统，按照各自

不同的权限查对车间的年度生产计划、月生产计划、当

前生产进度、员工状态、设备状态等数据进行查看、分

析以及处理。进而实现对生产车间信息的实时跟踪、监

控以及信息的搜集共享等。该制造车间MES系统的结构

框架如图3所示。

X5开发平

通过一系列的建模后，利用Justep

台【12’1 31，设计开发了一个简单的制造车间MES系统，该

系统的功能主要有五大模块包括生产任务管理、工艺信

息管理、产品与组织管理、公告栏管理及系统管理。

该系统的结构功能图如图4所示，系统登陆页面如图5

所示。

厂■：=i八

竺芏竺竺

_＼

+一

ERP等

订单管理

@面磊砂矽^+一

的数据库管理1

一

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MRP／MRPII

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用户名

system

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图5 IVIES系统登录界面

图3

IVIES系统结构框架图

图4 IVIES系统结构功能图

【下转第32页】

117]

第38卷第3期2016-03

万方数据

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