壓力變送器制造車間具有品種多、小批量生產等特點。車間排好生產計劃后，往往根據經驗制定物料需求計劃和領料單，這樣就可能導致物料不夠或浪費。在制品跟蹤過程中，采用紙質卡片形式，無法做到流程實時共享;插單現象也容易造成生產管理混亂等。傳統方法缺乏生產執行數據的廣度和深度。
制造執行系統(manufacturing execution system，MES)的突出特點是優化生產過程，協調生產任務。將MES引入企業壓力變送器的制造車間，可實現制造自動化，從而提高生產力和競爭力。
1、壓力變送器車間工藝流程
首先進行半杯體加工、零件清洗、玻璃燒結、球面磨削、再清洗、真空鍍膜、膜片處理、膜片張緊等，這些工序統稱為電容傳感組件制作;然后對膜盒進行焊接、在膜盒中心位置進行灌油;最后進行膜盒封裝，并貼上二維碼作為標志。壓力變送器生產工藝流程如圖1所示。
圖1 壓力變送器生產工藝流程圖
電路板用于三防處理和溫度測試等。在機械構件加工并且檢測合格前提下，進行整機裝配。整機根據量程范圍進行溫度補償、整機調試，在所有工序完成后包裝出廠。生產過程中，在每一道工序完成后都會進行半成品檢驗，對不合格品進行統一報廢處置。
2、MES功能模塊設計
①系統模塊架構基于壓力變送器車間生產特點設計的MES主要包括基礎信息管理、生產過程管理、生產調度管理、查詢和報表管理、可擴展接口等五部分。
基礎信息管理主要用于對登錄系統的用戶進行管理、跟蹤車間設備信息、對車間內物料移動進行計劃監視、記錄每天系統數據更新情況等。MES架構如圖2所示。
圖2 壓力變送器制造車間MES架構圖
生產過程管理中，電容膜盒是壓力變送器重要的檢測元件，相應關鍵工藝參數都要分步記錄在MES中。溫度補償是保證變送器數據準確測量的前提。為準確得到各個點的補償值，需要進行裝配、校驗、包裝、統計、質量檢測等工作，實時記錄每一批次產品的最終采集信息，嚴把產品質量關。
按照生產計劃或訂單需求，生產調度管理用于對生產運營的整個過程進行協調和管理，并對每一環節進行更優化的排產，控制生產過程中的物料流和庫存。有偏差時，系統及時響應和報警。
當壓力變送器出現返修時，系統能在盡量不影響當前生產任務的同時，在對應生產環節進行插入式排產，并對返修過程進行記錄。膜盒的制作周期較長，可以作為半成品進行出入庫管理。通過看板實時顯示車間的生產過程，從而提高加工效率。
查詢和報表管理便于管理員進行記錄追蹤和存檔工作。生產過程中的任一環節可作任意級對應的關聯查詢，并且在一些必要的環節設定報表查詢功能，以便產品跟蹤，實現半成品、成品從原材料、生產加工、裝箱全流程的質量信息管控。
②系統模塊流程
MES生產規劃運行流程如圖3所示。通過企業資源計劃(enterprise resource planning，EＲP)或管理員調度產生訂單和料號，保證訂單數據的準確性，同時防止產生重復的號碼。采用統一的流程管理，防止生產過程順序錯誤。每個制作環節都有相應的半成品系列號條碼，方便進行相關聯的數據追蹤，防止因產品不合格造成后續成本的浪費。
圖3 壓力變送器制造車間MES生產規劃運行流程圖
圖4 系統流程圖
系統流程精確到每個環節的作業過程。系統流程如圖4所示。
通過統一的生產工序管理，在數據采集端，利用無線射頻識別(radio frequency identification，RFID)和條形碼技術選擇生產任務，降低輸入錯誤率。每個產品零件上都有唯一條碼，以便系統作關聯記錄和統計。
MES能對車間在制品、庫存等全程進行動態管理和監控;能將正在加工的產品名稱、工序號、批次號、編號等信息直接顯示于工位看板。這樣大大減少了工人的工作量。工人完成自己相應工序后，相關數據隨即被輸入數據庫中并加以保存。當車間現場發生意外情況時，相關部門迅速得到信息，及時作出調整，排除事故，使后續生產順利進行。
3、MES實現方法
①整體思路
MES采用客戶機/服務器(client/server，C/S)模式。C/S模式具有界面清晰、數據實時處理能力強、傳輸速度穩定、安全性好等特點，能滿足車間各制造環節頻繁地與系統相關功能模塊通信的要求。系統分為客戶端、服務器、數據庫三層。數據庫不再與客戶端直接相連，而是通過若干業務邏輯構建共享數據庫，從而減少雙方的連接次數，提高數據庫服務器的運行效率和安全性能，也方便系統的維護。
服務器采用Servlet技術開發。數據庫管理系統采用MySQL軟件定義、存儲數據。
②客戶端
客戶端使用微軟推出的用戶界面框架(windows presentation foundation，WPF)。它以DirectX為核心繪圖函數，視覺效果更佳。其外觀使用可擴展應用程序標記語言(XAML)設計，操作行為則使用C#語言實現，界面清晰美觀。
根據系統模塊架構和車間工區劃分情況，將客戶端界面主菜單分為半杯體制作、膜盒制作、傳感頭裝配、溫度補償、總裝、質量檢測、生產調度管理、查詢和報表管理、基本信息管理。菜單需要根據工區進行權限設置，不同工區的工人只能對自己的作業頁面進行操作;管理頁面只對參與相關管理工作的人員開放權限。客戶端既支持工人掃描自身工號二維碼登錄，又支持掃描工單自動彈出相關作業。
客戶端使用HTTP協議發送Ｒequest請求給服務器，待服務器處理完成準備進行Ｒesponse響應時，會將響應封裝成Json格式回傳給客戶端。客戶端收到后對Json包進行解析，并進行相應的用戶界面處理。客戶端采用POST方法推送數據至服務器。
服務器利用StreamReader類獲取GetRespons-eStream的內容，并以StreamReader類的Read方法依次讀取每一行的內容直至行尾，實現數據格式轉換。核心代碼大致如下:
Stream respStream = response．GetＲesponseStream();
//響應信息為Stream
StreamReaderrespStreamReader = new StreamReader(respStream，Encoding．UTF8);
//UTF8解析
byteRead=respStreamReader．Read(cbuffer，0，256);
//解析放入byteRead
respStream．Close();
客戶端會事先和服務器定義每組Json包的數據類型和結構形式，然后通過JsonConvert．DeserializeObject＜jsondata＞(strBuff)反序列化，將收到的Json包進行數據解析。解析后的相應字段可顯示在客戶端。
③服務器
服務器主要用于處理客戶端請求。Servlet工作原理如圖5所示。當服務器響應后，把請求轉交給Servlet引擎進行處理。如果Servlet中含有訪問數據庫的操作，則還要通過Java數據庫連接(Javadatabaseconnectivity，JDBC)驅動對數據庫進行操作訪問，最后Servlet將動態生成的信息發送至客戶端。
在一個Servlet周期，要調用init()方法和destroy()方法。init()方法在javax．Servlet接口中定義，完成初始化工作。初始化后Servlet接受客戶端請求。當處理請求完成時，destroy()方法被調用，釋放init()方法中申請的資源。而Servlet處理請求的流程大致為:Servlet根據請求創建對象HttpServletＲequest和HttpServletResponse，然后調用doPost()方法響應客戶端請求。
HttpServletＲequest接口主要包含getCookie()方法和getSession()方法，分別用于存放客戶端的Cookie數組和獲取當前HTTP會話對象。HttpServletＲesponse接口是對客戶端的HTTP響應，其中包含的addCookie()方法和setStatus()方法，分別用于向響應結果中加入Cookie和將響應狀態碼設定為指定值。此外，Servlet分配1個Session用于存放客戶端的狀態信息，getId()作為Cookie保存在客戶端中，用于讓Servlet讀取并找到相應的狀態信息。invalidate()可以定期釋放Session占用的資源;setAttribute(name，value)和getAttribute(name)用于讀/寫Session中的屬性值;isNew()用來判斷Session是否為新創建。
服務器根據客戶端的請求類型，對系統中的應用邏輯進行判斷和處理，并將處理結果返回給客戶端。
④數據庫
MySQL數據庫可以運行在不同的操作系統，實現多用戶、多線程、多語言的程序接口。根據壓力變送器的工藝流程，數據庫主要表單名稱及內容如表1所示。
表1 數據庫主要表單名稱及內容
序號 表單名 表單內容
1 半杯體制作 過程工藝參數
2 膜盒制作 過程工藝參數
3 傳感頭裝配 過程工藝參數
4 溫度補償過程 工藝參數
5 總裝過程 工藝參數
6 質量檢測 每個工區的質量檢測結果
7 調度 合同數據記錄表
8 賬號管理 系統賬號、密碼、權限等
表1中:質量檢測關聯了五大工藝中所有的檢測數據;賬號管理則覆蓋了整個MES系統。
五大工藝流程中，各環節的批號和編號具有相關性。膜盒制作由兩個批次相同的半杯體組成;變送器在完成膜盒、電路板等元件組裝后，會根據出廠編號進行溫度補償和總裝。
MySQL提供了一套JDBC。它由一些類和接口組成，用于實現通信，并訪問、操作數據庫，使得開發和操作數據庫可以直接調用，無需考慮資源內部的問題。操作數據庫的步驟大致如下：
a、加載MySQL的驅動
Stringdriver="com．mysql．jdbc．Driver";
b、定義要連接數據庫的url地址
Stringurl="jdbc:mysql://localhost:3306/mes_db";
c、加載數據庫驅動
Class．forName(driver);
d、調用DriverManager的getConnection()方法，獲得對象
conn=(Connection)DriverManager．getConnection(url，用戶名，密碼);
e、連接完成后，針對數據庫操作中不帶參數的SQL語句，使用Connection接口的createStatement()方法傳遞。
Statementstmt=conn．createStatement();
而對數據庫中的表進行插入、更新、查詢、刪除等帶有參數的操作，使用Connection接口的prepareStatement()方法傳遞。
PreparedStatementpstmt=(PreparedStatement)conn．
prepareStatement(“insert、update、select、delete的SQL語句”);
pstmt．setString(1，user．getName());//對數據庫進行操作
inti=pstmt．executeUpdate();
//執行insert/update/delete等語句時使用
inti=pstmt．executeQuery();
//執行select/update等語句時使用
f、操作完成后關閉JDBC對象，釋放所有資源。
MES實現了壓力變送器制造車間的信息共享，將制造計劃與實際生產相結合，提高了生產設備的利用率和企業的管理效率，實現了車間管理流程的信息化。系統既具有簡單實用、可配置性強、界面簡潔等特點，還具有一定的擴展性。MES系統為企業實現信息化制造、信息化管理和提高自身競爭力提供了一定的參考。
作者：上海自動化儀表有限公司 崔晨
