基于Intrack平台的MES系统的设计与实现

王彦桂梁永宏万方数据

工厂制造执行系统(MES)是处于计划层和控制层之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。MES国际联合会(MESA)对MES 的定义如下：MES 能通过信息的传递对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂中有实时事件发生时，MES 能及时对这些事件做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行约束和处理。

制造现场往往是连续作业的，系统的任何故障导致的停工、缓工都将引起企业损失。因此充当制造现场管理角色的MES 系统必须非常稳定，保证企业连续生产的要求。现场作业发生的情况多种多样，现场MES 系统应考虑现场管理中可能出现的情况，应能够满足现场管理的各种需要，突出系统稳定性和兼顾灵活性。

实施大型MES 系统需涉及大量的生产制造知识和管理知识并包含复杂的数据关系，使得选取强大稳定的MES 平台软件成为实施MES 系统的首选方案，Intrack 就是这样一个软件平台。选取平台软件之后就可以围绕现场的生产工艺过程和设备绩效管理要求等进行MES 系统的设计和实施。

2 Intrack 简介

美国Wonderware 公司是MESA 的成员，Intrack是其 FactorySuite 软件系列产品中的用于构建MES系统的软件开发平台，实现对工厂生产过程的跟踪。Intrack 主要由Intrack ModelMaker 及Intrack Runtime两部分组成，它们共同形成了一个基础平台，使构建MES 变得更加方便、快捷。

MES 系统需要针对具体的生产流程进行计划、监控、调度、追踪，在每一个工序，它需要将物料、设备、人员等生产资源进行统一管理，并根据工序路线、BOM 等进行调度和监控，同时结合生产时间进行数据记录。因此必须能够将工序路线、BOM 等重要基础参数进行配置设定。Intrack Modelmaker 是一个独立的应用程序，以图形化的形式提供生产过程建模，并生成数据库结构，Intrack 数据库目前支持Oracle及SQL Server 数据库平台。

MES 系统还必须包含大量的前台程序，以进行生产线上实时数据显示、收集和录入。这些前台程序对后台数据库进行访问，并记录各种动态数据。ModelMaker 的主要功能是进行生产过程建模，它通过创建相互联系的各种结构对象，来详细描述生产模型，并构成整个系统的基础。Intrack 能够以直观的图形化方式，通过拖动或点击进行以加工路径为核心的建模工作。

ModelMaker 可创建包括工作日历对象、场所对象、物料对象、操作指令对象、设定模版对象、数据集模版对象、工序对象、加工路径对象等。

3 MES 系统功能结构设计

企业生产的整个流程大致上包括了以下几大环节：供应商质量控制、原辅料检验、原辅料仓库和配送管理、车间配置生产、成品检验和成品包装管理。为了保障安全生产规范的落实，企业的管理人员都应该紧密参与到日常生产管理中，将每个产品批次的生产过程产生的数据都完整地记录下来。

以一个批次生产的企业为蓝本设计的基于Intrack 实施的MES 系统结构如图1 所示。将MES系统分为生产运作管理子系统和生产执行管控子系统，运作管理子系统完成与ERP 系统的交互，执行管控子系统完成于设备层的交互。

图1 MES 系统功能结构图

4 利用扩展功能进行模型优化

在生产建模工具中，系统对常用的对象应定义了属性，虽然在大多数情况下能满足要求，但在实际应用中还可能需要扩展。例如对场所对象、要求名称、面积等属性。Intrack 提供了用户自定义（UDA）这一机制来进行扩展，可以方便地向对象添加属性。

Intrack 给我们提供了MES 系统所需的总体数据框架，有时一些应用逻辑并不包含在该框架中，Intrack提供了用户自定义表（UDT）来定义这些数据，这些数据可以经Intrack Runtime 进行数据访问。

在同一生产线，可能要同时生产满足不同客户需要的产品，这些产品在局部存在差异。Intrack 的客户自定义功能使我们只需要对原始模型做简单修改，就可表达出不同的用户需要。

利用 Intrack 可建立优化的MES 详细对象模型如图2 所示。

5 设备绩效指标设计

设备实时运行绩效在MES 系统中至关重要，通过以下几点可以了解设备利用率与性能情况：1）了解生产瓶颈；2）进行生产损耗及事件的分析；3）了解实际进度并进行计划的对比。

设备的利用方面，Intrack 能够检测和获取停机事件，查看设备事件，监控和记录设备状态，自动或手动分配原因代码，根据要求预置利用率分析。

Intrack 可为设备/ 生产线计算OEE(overallequipment effectives)，触发事件和显示，分析事件频率和持续时间。实时地为操作员提供关于订单进度的清晰指示，计算OEE 其它关键参数的同时，能够评测预期的完成日期与时间。工厂时间分配如图3 所示，利用此模型可以方便地设计工厂设备绩效指标。