制造执行系统与CAPP接口软件的研究与实现,华立

华立自主开发制造管理信息系统

The Research & Realization of the Interface Softwarebetween MSE & CAPP◎苑娜,范玉青,梅中义/北京航空航天大学结合某数控车间的生产实际情况,分析了数控车间当前使用的制造执行系统与CAPP、CAD、CAM、MIS等单元计算机辅助技术的关系,并在此基础上介绍了一个数控车间制造执行系统与CAPP之间数据共享的软件接口。如同预言的21世纪是信息技术飞跃发展和普及的时代,从制造业近年来信息化的发展我们也已略见端倪。从上个世纪中期开始,计算机在制造业中的应用越来越普及,各种计算机辅助技术(如计算机辅助设计、工程数据库等)均让企业在不断变化、不可预测的经营环境中的快速应变能力和竞争能力有了很大的提高。企业在设计和生产过程中使用CAD、CAPP、CAM、MIS等单元计算机辅助技术已经日益成熟,但各单元自成体系彼此之间缺少有效的信息沟通与协调,随着集成制造技术以及管理信息系统研究与应用的深入,实现信息的有序管理将成为各个企业在未来竞争中保持领先地位的关键因素。车间生产多系统现状1.计算机辅助技术(CAD/CAM/ CAPP)CAD技术源于20世纪60年代,其发展迅速,出现了商品化的CAD设备、CAD软件和应用系统, CAD一般为企业提供二维绘图、三维模型与造型设计、有限元分析、三维部件组装、装配仿真等功能。本文涉及的生产车间主要用到的是设计部门用AutoCAD绘制的二维图形以及CATIA绘制的三维造型。CAM技术始于20世纪50年代,是在数控机床和NC自动编程技术的基础上发展起来的。CAM系统提供基于计算机的数控自动编程和加工仿真功能。该生产车间使用的是一套外协开发的数控程序服务器。CAPP的开发、研制是从20世纪60年代末开始的,它是运用计算机技术协助工艺设计人员进行工艺规程设计的一种技术,是以计算机技术为支撑的信息时代环境下的产物,与传统的工艺设计相比,CAPP在设计方法、设计过程、设计质量和效率等各方面都发生了质的变化。该生产车间使用的是外协开发的一套CAPP系统软件。2.制造执行系统一个企业的制造车间是物流与信息流的交汇点,企业的经济效益最终就是在这里被物化出来的。随着市场经济的完善,车间在制造企业中逐步向分厂级过渡,导致其角色也由传统的企业成本中心向利润中心转化,更强化了车间的作用。因此,位于车间起着执行功能的制造执行系统MES具有十分重要的作用。MES是位于企业上层生产计划和底层工业控制之间,面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES强调制造计划的执行,它在计划管理层和底层控制之间架起了一座桥梁,填补了两者之间的鸿沟。制造执行系统协会(Manufacturing Execution System Association,MESA)给出MES的定义:"MES能通过信息传递,对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化。当工厂里面有实时事件发生时,MES能对此及时作出反映、报告,并用当前的准确数据对他们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部没有附加值的活动,有效地指导工厂的生产运作过程,从而使其即能提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能,又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通信在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。"由此可见,MES是对整个车间制造过程的优化,而不是单一解决某个生产瓶颈;MES实时收集生产过程中的数据,并能做出相应的分析和处理;MES需要与计划层和信息层进行信息交互。虽然MES的发展历史比CAD、CAM、CAPP等计算机单元技术及MRPⅡ、PDM、ERP等其他管理信息系统都要短,但它能有效的实现"以时间为关键"的制造思想。因而在工厂生产中具有重大的意义。问题分析数控生产车间MES系统的定位及功能模块如图2所示。随着企业信息化进程的加快,企业的不同部门引进了不同的应用软件系统,甚至一个部门引进几个不同应用软件系统。PDM框架的提出,使信息集成方面的问题得到了比较好的解决。但是对于很早就已经使用单元技术指导设计生产的企业来说,重新引进一套完整的集成系统在时间和资金上都是一笔很大的开支。而且,信息化的发展进程日新月异,不可能存在一种将所有先进技术兼容并包的综合系统;另外,中国的软件研究比较分散,各软件研究机构各有所长。因此,将已使用的软件系统通过某种方式与主流信息系统实现信息的共享将是一条缩减企业实施与开发周期的捷径。以该数控车间为例,车间投入使用的系统有不同单位开发的CAPP系统、数控加工服务器,以及制造执行系统。由于制造执行系统与CAPP系统的开发方式不同,导致生产车间内制造执行系统与CAPP系统间的数据不能共享,并存在许多问题,主要表现在如下几个方面。1.软件开发平台相异目前,软件的系统平台比较多,常见的操作系统有DOS、Windows、Unix等;数据库主要有Fox Pro、Access、SQL Server、Oracle、Sysbase等;开发平台主要有Visual Basic、Visual Fox Pro、Visual C 、Power Builder、Jbuilder、Visual Studio. NET等等。不同的开发团队会根据自己团队的任务需求以及研究的专业类型选择适合自己的操作系统、数据库结构以及开发平台,因而导致了不同信息系统的风格不统一,数据结构相异。2. 商业化产品的保密需求由于计算机辅助设计和制造的单元技术软件以及信息系统软件已经开始逐步产业化,各个研究机构都在将自主开发的功能软件进行推广研究。作为一种产品,企业必须要保持其可出售性,因此其在保密封装上的研究也很深入。这就使得不同软件间的信息共享又多了一分难度。3. 接口方案的确定以该数控车间的接口方案选择为例。由于数控车间作为生产的物化单元对于设计信息并未直接接触,它是通过CAPP系统间接和车间的MES系统相联系的。而CAPP的数据直接影响着生产。所以,CAPP与MES的信息接口尤为重要。由于CAPP软件与MES系统分别使用各自的数据库,数据库结构的差异,使得拷贝数据库的操作显得复杂,因此开发一套交互软件更为便易。CAPP软件提供一个将工艺信息文件转换为文本格式的功能菜单,将文本在MES系统的工艺信息管理模块中转换到MES的数据库中,同时提供一个触发管理功能,使在CAPP系统上更改或添加文件后,MES的数据库也做到相应更新,以免数据错误或滞后。该接口的工作流程如图3所示。从生产车间多系统共存的现况中不难发现,信息共享将是多信息系统共存的车间生产提高生产率、减小重复劳动的关键。信息共享的程度将很大程度的影响到信息系统在制造活动中发挥的作用。基于上述的软件接口分析,以下将介绍一套数控车间管理信息系统软件间信息共享的功能及实现方案。1.功能模块设计系统可分为四大功能模块--软件接口实体模块、文件管理模块、用户权限管理模块和工艺信息管理模块。软件接口实体模块提供了与车间工艺CAPP系统的接口,该模块系统将CAPP系统提供的文本格式的工艺数据转换成系统可用的数据记录。文件管理模块是该软件接口的触发模块,在用户更改或添加新文件时将对应的文件记录下来,提示相关角色人员进行导入导出操作,及时更新MES系统的数据库数据。权限管理模块可创建不同的角色用户,控制各个角色用户的权限功能,如工艺员、数据管理员等。工艺信息管理模块使用户可以对转换的工艺文件进行浏览、查询等管理操作。2.方案实现本系统软件采用基于Internet/ Intranet标准协议的三层B/S模式。客户端Browser,显示人机界面和WebServer的运行结果,并具备部分简单的逻辑处理功能;中间层Web服务器,接收远程或本地的请求,对数据进行处理,并将处理结果组织成分布式超文本页面,通过超文本传输协议传送至客户端显示;后台数据库服务器DBServer,是数据库管理体系,负责挖掘和存储数据。如图4所示。系统使用了ASP(Active Server Pages)核心技术:一种用在服务器端的动态WEB技术,它同时具备网关接口的强大功能和脚本语言容易开发的两大优点,可以非常直观简易地实现复杂的Web应用。使用ASP技术,可以组合HTML页、脚本命令和ActiveX组件,创建出交互的Web页面和基于Web的功能强大的应用程序。基于客户机的B/S模式克服了传统C/S(Client/ Server,客户机/服务器)模式存在的客户端配置要求高、高代价、高维护成本、缺少中央控制等缺陷,将前台客户机的负载减到最小,交互界面完整清晰,易于维护。结论由于计算机辅助单元技术以及管理信息系统的发展并不是同步的,所以就会存在信息集成方面的问题。为了减少重复劳作,提高工作效率,除了实施新的集成系统外,最行之有效的方法便是将已有的系统通过接口的形式实现数据的共享。 本文中介绍的系统接口统软件若能在数控车间生产中得以实践应用,对车间生产所需要工艺数据的重复输入、工艺信息数据由于数量庞大而引起的查询困难甚至错误等问题,将有根本显著的改善。

2005年6月28日

由华立仪表信息工程研究所自主开发的制造管理信息系统在余杭工厂八厂厂区闪亮登场。日前,经过项目组在工厂现场两个多月的日夜加班加点的实施与完善,该系统已进入试运行阶段,预计7月底系统所有的模块将切换到正式运行。随后将逐步向华立仪表集团的其他工厂进行推广。这是华立仪表集团信息工程研究所第一个按照企业资源计划(ERP/MRPII)原理、完全自主开发的、规模较大的管理信息系统。据了解,华立仪表副总裁彭建华为该项目组组长,项目的主要开发由袁焱章、丰晓惠和费伟强三人完成。据该项目负责人袁焱章介绍,HLMMS系统主要包括系统管理、生产计划管理、车间作业管理、车间库存管理、工艺技术管理、人事劳资管理等模块。主要功能是实现华立集团生产制造流程的信息化管理,加强工厂内部及工厂与集团其他部门之间的信息共享和信息交流,实现信息资源的快速获取、各类数据的统计分析和辅助决策支持。通过这套系统,优化生产制造的业务流程,缩短销单周期,降低在制品库存资金的占用,促进提高产品质量,提供决策支持最有效的数据,以适应更加激烈的市场竞争。此外,该系统还将与华立仪表使用中的电子商务系统完成集成和整合,并做好与相应的财务软件、经销存软件等其它应用软件的接口,使之能够适应集团各企业和供应商的需求,成为具有通用性和市场竞争力的产品。 摘自《华立报》

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