基于MES的可视化生产监测与控制平台设计

第３６卷第¨期　２０１３年１１月　合肥工业大学学报（自然科学版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＥＦＥＩ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＣｌＬＯＧＹ　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．１１　Ｎｏｖ．２０１３　基于ＭＥＳ的可视化生产监测与控制平台设计　王　琳，　梁　平，　刘明周，　葛茂根，　章淑媛　（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥２３０００９）　摘要：文章在ＭＥＳ环境下构建了基于ＯＩ￣（ＯＬＥ　ｆｏｒ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏ１）和ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）　技术的生产过程数据实时采集模块，并以ＧＤＩ＋（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ＋）图形可视化技术开发了以工作站为　生产监控单元的可动态配置的可视化生产过程监控模块。该平台具有多种数据存储方式，并集成了与其他系统　交互的接口模块，实现了异构系统之间的数据共享。最后在某车桥总装厂验证了该系统的可行性与有效性。　关键词：ＲＦＩＤ技术；ＯＰＣ技术；生产监控单元；可视化；数据共享　中图分类号：ＴＰ３１５　文献标志码：Ａ　文章编号：１００３—５０６０（２０１３）１１—１３０４—０５　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｖｉｓ￣ｌｉｚｅｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ　ＭＥＳ　ＷＡＮＧ　Ｌｉｎ，　Ｌ１ＡＮＧ　Ｐｉｎｇ，　ＬＩＵ　Ｍｉｎｇ－ｚｈｏｕ，　ＧＥ　Ｍａｏ－ｇｅｎ，　ＺＨＡＮＧ　Ｓｈｕ－ｙｕａｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ　２３０００９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＯＬＥ　ｆｏｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ（ＯＰＣ）ａｎｄ　ｒａｄｉｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｄｅｎｔｉｉｃａｔｉｆｏｎ（ＲＦＩＤ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｂｕｉｌｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＭＥＳ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｍｏｄｕｌｅ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｆｏｒｍｅｄ　ｂｙ　ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｅｄ　ｉｓ　ｄｅ—　ｖｅｌｏｐｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｒａｐｈｉｃｓ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ＋（ＧＤＩ＋）ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｈａｓ　ａ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔｙｐｅｓ，ａｎｄ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｗｉｔｈ　ｏｔｈｅｒ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｔｈｕｓ　ｒｅ—　ａｌｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｓｈａｒｉｎｇ　ａｍｏｎｇ　ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｉｎ　ａ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ａｘｌｅ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｐｌａｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒａｄｉｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＲＦＩＤ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ＯＬＥ　ｆｏｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ（ＯＰＣ）；ｐｒｏｄｕｃ—　ｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｕｎｉｔ；ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ；ｄａｔａ　ｓｈａｒｉｎｇ　现代生产制造环境下，ＭＥＳ系统作为底层自　动化控制设备和上层企业资源计划ＥＩ　（Ｅｎｔｅｒ＿　ｐｒｉｓｅ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ，简称ＥＩ　）的中间层，要　能够提供生产中使用的零部件号、批次号、加工质　（２）生产加工、装配设备的自动化水平很高，　由ＰＬＣ控制的自动化设备可以提供各种数据，但　是设备接口形式多种多样、传输的数据协议不一　致，工业生产环境恶劣，数据实时采集困难。　量参数、产品上线时间等各种数据，掌握这些数据　可以提高企业的生产管理水平，降低企业生产成　本，并可以为企业生产谱系追溯提供基础数据支　（３）一般信息系统对生产数据纯粹只是记　录，没有提供图形可视化的生产监控功能。　针对以上问题，本文设计了可视化监控ＭＥＳ　撑。目前离散制造业信息化主要存在以下问题。　（１）企业信息系统多种多样，异构系统［１　使　用各自独立的数据库，系统之间缺乏或者没有交　互，产生了信息孤岛现象。　系统，该系统通过软件接口模块实现与ＥＲＰ、产　品数据管理ＰＤＭ（Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｄａｔａ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，简　称ＰＤＭ）等异构系统的交互，共享ＰＤＭ里产品　ＢＯＭ、工艺路线等信息；从ＥＲＰ里下载生产计　收稿日期：２０１３—０１—３０；修回丑期：２０１３－０３—２４　基金项目：合肥工业大学产学研校企合作资助项目（１１—０１４）　作者简介：王琳（１９８６－－），男，安徽毫州人，合肥工业大学硕士生；　刘明周（１９６８－－），男，安徽六安人，博士，合肥工业大学教授，博士生导师．　第ｌ１期　王琳，等：基于ＭＥＳ的可视化生产监测与控制平台设计　１３０５　划，并对生产计划进行优化、分解、跟踪。ＭＥＳ系　统使用ＲＦＩＤ技术对物料进行定位＿２］，记录物料　流转和加工、装配信息，并且通过ＯＰＣ服务器与　现场设备交互，实时采集产品加工、装配质量等数　据。最后使用ＧＤＩ＋技术开发了可动态配置图形　１整体方案架构　１．１监控体系硬件架构　考虑到多生产线、多节点的情况，本文采用了　混合网络拓扑结构嘲设计了ＭＥＳ系统的网络架　可视化模块对生产数据进行可视化监控。　构，如图１所示。　Ｉ一一一一一一一一一一一一一一一一一一一二　＝－Ｉ　图１　ＭＥＳ系统硬件架构图　系统硬件架构可以分为３层。底层是数据采　系统＿４Ｊ。　集层，主要由ＰＬＣ、ＲＦＩＤ、串口服务器等设备通过　１．２数据存储及异构系统的集成方案　多站点的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线采集现场生产加工数据。　ＭＥＳ系统采用．ＮＥＴ平台，用ＡＤ０．ＮＥＴ　中间是数据存储层，系统使用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　技术访问数据库，数据库分为过程表和档案表，过　ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ２００５数据库对采集的数据进行存储。　程表存储产品加工的实时数据，供上层软件模块　上层数据监测控制层通过ＭＥＳ的各个功能模块　实时监控；档案表存储的是历史数据，是给产品数　对生产过程数据进行分析、监测并根据现场反馈　据追溯提供基础数据支撑。ＭＥＳ系统内部数据　信息重新下达生产指令，形成生产监控闭环控制　库如图２所示。　过程数据　档案数据　档案不合格　过程零部件批次表　过程ＰＬＣ数据表　过程人员产品　档案产品信息　档案产品力１：１２１２　产品信息　零部件条码　零部件编号　工作站Ｉ工序【Ｉ）Ｄ　　信息表　产品出生证　产品ＩＤ　时间表　产品ＩＩ）　产品出生证　工作站Ｉ；　Ｄ　数据值　产品ＩＤ　产品出生证　产品编号　是否合格　工作站ＩＩ）　产品出生证　设备编号　工作站Ｉ工序【【）　【）　上线时间　人员编号　开始加工时间　设备　过程产品供应　加工日期　设备编号　质量规范．００１　结束加工时间　；　人员编号　是否返修　商信息　过程嚣　旺　ｉ　档案信息　档案产品供应　：口ＨＴｎ　商信息　档　品　．第ｌ１期　王琳，等：基于ＭＥＳ的可视化生产监测与控制平台设计　行监控。　１３０７　器；ＯＰＣ客户端模块由于要同时监控多个控制　点，且在对ＯＰＣ服务器进行请求后需进行其他动　作，所以采用自定义接口、异步读写方式。　射频识别技术（ＲＦＩＤ）是一种利用电磁感应　原理在标签和读写器之间传递信号的非接触式的　自动识别技术，具有数据存储量大、可读写识别速　度快等很多优良特点＿７　］。在ＭＥＳ环境下，ＲＦＩＤ　读写具有多线程并发，在对ＲＦＩＤ读写器进行读　写时要对线程加锁，防止将数据错误地绑定。另　外可编程网关可以完成ＲＦＩＤ读写器数据上传的　使用ＲＦＩＤ对产品信息进行校验，产品下线　后先校验过程数据，然后再将过程数据导入档案　表里。　产品数据校验分为２步：　（１）校验Ｔａｇ里存储的产品出生证和产品的　明码是否一致，如果一致，则校验加工质量数据；　如果不一致，则以产品明码为准；　（２）校验质量数据，如果Ｔａｇ里存储的和过　程数据库里的数据一致，则直接把数据导人档案　数据库；否则，则以时间最新的为准。这样产品加　工实时数据和档案数据分开，并且可以保证档案　表里存放的数据是正确的。　Ｔａｇ数据校验流程如图５所示。　格式转换工作，它可以极大地减小ＲＦＩＤ模块的　数据处理压力。基于此，ＭＥＳ系统在每一条环线　都部署一台计算机（Ｌｉｎｅ—Ｓｅｒｖｅｒ）和一台可编程网　关，对环线的所有ＲＦＩＤ读写器和自动化设备进　一．　　ｌ蠹　要ｌ为主　Ｉ　磊ｌ　１　．　直线、箭头、圆、矩形、多边形等各种常见基本图　形，还可以导入已存于电脑中图片文件；②图形　１　　ｌＩ山兰　ｌ　图５　Ｔａｇ数据校验流程图　２．３　ＧＤＩ＋的图形可视化组件开发技术　生产数据实时可视化的显示，带来的不仅仅　是管理效率的提升、错误的减少，还使得企业管理　人员能够实现对群控加工［９］环境下的设备生产状　态进行可视化的监控。　ＧＤＩ＋是Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰ中的一个子系统，它　编辑，允许用户对图元进行移动、删除、复制，以及　重新定义图形参数；③绘图辅助功能，包括自定　义背景颜色、线条颜色、字体、字体大小等；④数　据库支持，图形文件信息存储在数据库中，使监控　界面可以调用已完成配置的生产线的工作站图形　信息。　（２）实时监控。以工作站为监控基础单元，　主要负责在显示屏幕和打印设备输出有关信　息［１　。通过对各种图元进行分析，可以发现各种　图元具有一些相同的属性和相同的时间，如颜色、　线型、线宽、属性，鼠标按下事件等操作。这些图　元中共有的属性和操作分别放在２个类中，具体　的图元类由这２个类派生，可以定义２个如下的　图元基类ＴｏｏｌＯｂｊｅｃｔ和ＤｒａｗＯｂｊｅｃｔ。其他如直　利用ＭＥＳ系统可视化监控模块提供的基础图元　绘制工具绘制生产现场监控单元，并将监控单元　串联或并联起来组成现场生产线布置图。监控单　元图形信息存储在数据库中，在系统启动时从数　据库读取监控单元图形信息，并将相关图形加载　在监控界面上，载入图形后即开始实时监控，点击　图形即可动态地显示监控数据。　线图元类（包括属性部分和操作部分）、矩形图元　类（包括属性部分和操作部分）都由这２个类由基　类派生，它们继承基类中通用的方法和数据，同时　根据各自的需要添加新的成员。可视化组件的主　要功ＩＩＩＩ下。　３实例验证　在本文描述的ＲＦＩＤ、ＯＰＣ等底层数据采集　（１）图形操作内容包括：①绘制图元，包括