传统的车间管理系统在知足生产管理需求时，只能在电脑客户端进行生产管理，无法知足实时预警、信息推送、灵巧记录生产信息的需求，随着移动终端智能化的不断遍及，当代制造企业对生产管理的灵巧性提出了更高的哀求。
本文以某汽车零部件加工车间为背景，从车间的实际出发，建立了基于MES的离散型车间生产管理系统。不同于传统车间管理系统，本系统能够通过Android手持设备实现对全体车间生产的实时监控管理。
1 系统需求
经由对该企业车间详细调研和仔细剖析，创造目前车间生产管理方面存在的紧张问题如下：
(1)数据共享和系统集成困难：各车间的协同作业和各业务部门数据不能共享，无法确保企业内部数据同等、准确，各干系部门之间形成“信息孤岛”，且生产数据依赖人工管理，事情繁重，事情效率低下。
(2)生产数据采集不完善：生产管理职员无法对关键零部件加工过程中的设备运行状态、加工韶光、质检情形等进行实时跟踪，数据采集须要人工记录才能输入电脑，数据的完全性和可靠性得不到保障，管理效率低下。
(3)无法完成质量剖析与追溯：生产管理混乱，缺少质量追溯，不能有效供应物料实际加工的状态信息，无法追溯特定批次零件利用的毛坯批次以及每个零件详细批次的生产过程，无法跟踪生产订单的实际进度情形，导致不能供应准确的交货韶光。
(4)物料管理掉队：物料库存管理办法掉队，不能准确、及时地供应物料库存信息，造成物料积压、呆滞、短缺，不仅占用资金最大，有时还会影响正常生产。
针对该企业存在的以上问题，设计了基于MES的离散型车间生产管理系统，本系统可及时反馈订单状态、质量数据、生产过程、实时物料BOM等数据给管理职员，为决策者的决策供应干系依据。
2 系统构造
2.1 车间生产管理系统的设计
车间生产管理监控系统采取C/S+B/S体系构造，采取手持PAD、手持RF设备等进行数据的采集，利用系统做事器完本钱系统运用程序的管理、掩护和运行，从而极大增强系统的集成性和可掩护性。生产车间配备两块电子看板，分别用来显示全体车间生产操持和生产状态。系统构造如图1所示。
系统构造图
图1 系统构造图
客户端由用户管理模块，生产信息管理、作业调度管理、数据采集、统计剖析、根本数据管理组成。用户管理模块含有一个超级管理员，超级管理员可以指定登录职员的权限，从而担保系统的安全性；统计剖析模块可以对生产数据、设备数据统计剖析，形成柱状图和曲线图，使数据图形化，更有利于数据的剖析；根本数据模块包含了员工根本数据、工艺根本数据等信息，加快了车间管理效率。客户端功能构造图如图2所示。
客户端功能构造图
图2 客户端功能构造图
2.2 MES数据做事器的设计
数据做事器的功能在于将采集终端采集的干系数据存入数据库中，并且使数据库能够被远程终端访问。数据库是本系统的数据核心部分，数据库的设计直接影响到系统的事情效率和稳定性，在数据库中的表能覆盖所有须要的信息的同时，还要清楚反应表的关系。本系统采取SQL Server 2008R2作为MES做事器的数据库。
车间根据发卖操持、订单信息等制订生产操持、生产批次表和工序操持表，通过操持体例确定相应的生产职员、设备及工艺，同时确定所须要的物料信息，把生产实绩数据存入莅临盆实绩表和成品入库表，相应的物料信息存入物料出库表，根据生产工艺和生产操持、物料需求制订如图3所示的系统信息模型。
系统信息模型示意图
图3 系统信息模型示意图
3 关键模块及技能剖析
3.1 生产信息管理模块
生产信息管理模块包含生产订单管理、物料与成品管理、生产设备管理、生产质量管理。
(1)物料与成品管理。物料与成品管理紧张为物料入库管理、物料出库管理和库存查询，物料入库通过手持PAD扫描物料的二维码，得到物料干系信息，通过物料管理职员核对后存入数据库。物料出库时领料人通过生产订单操持领取物料，在所领取的物料上含有干系物料的二维码信息，便于实现物料追溯。
(2)生产质量管理。生产质量管理紧张记录、跟踪和剖析产品及过程质量数据，用以掌握产品质量，确定生产中须要把稳的问题。质量管理模块功能紧张分两部分完成，一部分是数据采集客户端，紧张进行数据的录入(考验员在检测零件时，通过手持设备上报质检结果），另一部分是通过客户端，对质量数据根本信息进行掩护，补录未能在手持设备上录入的信息，同时实现质量数据的增删、修正及查询的根本功能。
3.2 数据采集模块
基于MES时离散型车间生产管理系统采取具有高度适应性和可扩充性的数据采集办法，即生产数据自动采集和生产数据手工录入两种办法。
(1)自动采集
在零部件生产过程中，系统采取无线固定RFID设备自动采集生产加工信息。详细生产跟踪流程是：车间生产工艺科根据生产操持信息和操作职员信息下达生产指令后，在上线提高行产品初始化关联；操作职员在原材料上安装RFID标签，然后读取RFID信息，关联生产操持和产品编号；在加过程中，系统自动扫描RFID标签，记录产品编号、加工韶光以及操作员信息；在所有工序完成后，触发MES报工和天生加工过程质量档案。生产跟踪流程如图4所示。
生产跟踪流程图
图4 生产跟踪流程图
(2)手动采集
考虑到设备、现场条件和本钱等成分，并不是所有产品数据和生产线运行状态数据都能做到自动采集和实时监控，这就须要操作职员手动录入干系信息。本系统在远程采取基于Android的手持PAD作为录入工具，手持PAD和做事器之间基于Thrift框架通讯，可以实时录入干系的生产数据和物料数据，同时可以在PC客户端录入干系数据，实现了远程和本地的无缝连接。
3.3 作业调度管理模块
车间层的生产操持紧张是参考SFC系统内下达的《月度生产操持哀求》，结合SAP系统产生的《月度产品均衡生产操持》来确定车间生产的主操持，进而排出周生产操持，末了确定生产班次、生产设备与操作职员。本系统通过数据接口模块从外部系统导入生产工单，并对外部系统的订单及撤单信息等进行同步调整更新，以便及时调度车间实际业务、实时查询或反馈现场信息。
根据企业生产操持的特点，系统通过数据库自动定时获取主生产操持，然后在系统中自动体例生产操持；也可通过Web页面手动导入Excel生产操持或根据系统中已经掩护的根本数据，人工体例生产操持。生产操持模块实现功能如下：
(1)统筹生产操持，实现生产操持的统一方案、可控及可追溯；
(2)实现与外部系统(SAP/SFC)生产操持同步，包含生产操持的导入功能；
(3)实现生产操持的实时查询，同时供应导出Excel功能；
(4)可同步更新生产工单的调度及拆分；
(5)通过与车间干系系统的集成和信息交互，可快速查询到操持调度和车间的实行情形。
3.4 关键技能剖析
(1)并发采集
在生产设备管理中，由于要对多台设备进行数据采集，这就哀求全体采集模块知足高并发的哀求。实现高并发的传统方法是多线程技能，但是多线程意味着线程的调度韶光和数据的切换韶光会增加，综合考虑之后，本系统采取线程池的方法办理高并发的问题。
初始时为线程池配置一个得当的线程容量，做事器程序在开始实行时就创建N个并发子线程，当连接的设备减少时，系统就将已经完成任务的线程逐步销毁，直到线程数目规复到正常水平。同样，当连接的设备增加时，就要相应的增加线程数目。线程池的紧张优点在于，降落了操作系统的额外开销和做事器的延迟，数据采集流程如图5所示。
数据采集流程
图5 数据采集流程
(2)Android设备和做事器的数据传输
基于JSON格式的Restful做事和基于SOAP格式的Web Service作为当前盛行的做事调用办法，个中常用的两种数据传输办法是XML和JSON，然而XML的缺陷在于相对体积太大，从而导致传输效率低，而JSON体积较小、新颖，但还不足完善。本文采取由Facebook开拓的远程做事调用框架Apache Thrift（架构图如图6所示），是一种采取接口描述措辞定义并创建的做事，支持可扩展的跨措辞做事开拓，所包含的代码天生引擎可以在多种措辞中，如C++、Java、Python、PHP、Ruby、Perl、Haskell、C#、Cocoa和Smalltalk等，创建高效、无缝的做事，其传输数据采取二进制格式，相对XML和JSON体积更小，对付高并发、大数据量和多措辞的环境更有上风。
Thrift整体架构
图6 Thrift整体架构
图中Code为业务逻辑单兀，MES Service Client/MES Service Processor是根据Thrift定义的做事接口文件天生的客户端和做事器端代码框架，MES Read()/Write()部分为根据Thrift文件天生代码实现数据的读写操作。别的部分是Thrift的传输框架协议以及底层的I/O通信，利用Thrift可以很方便的定义做事并且选择不同的传输协议和传输层而不用重新天生代码。
(3)信息的推送
当做事器采集到设备空余、设备故障、物料短缺等特定预警信息时，管理职员须要及时获取这些信息。本系统基于MQTT协议，利用Message broker作为代理做事器来实现信息推送功能。由于Message broker的连接数有上限，在达到一定数量后无法连接，运行本系统的生产企业管理者数目较少，且做事器独立，一样平常不会超过Message broker的连接上限，因此本方法合理实用。
4 结论
本文针对某汽车零部件生产企业车间所存在的生产管理问题，利用RFID技能和Apache Thrift框架，设计了此生产车间管理系统，该系统可较好地办理传统管理信息零散、数据冗余、信息反馈速率慢、信息滞后乃至信息造假的问题，与传统车间管理系统比较，本文提出的基于Android客户真个利用不仅让管理更加灵巧，而且推送功能使得管理更加灵巧，极大的提高了生产企业的管理效率和车间的生产效率。
