橡胶轮胎行业MES系统应用及数据集成

本文格式为WORD，能编辑和复制，感谢您的阅读。橡胶轮胎行业MES系统应用及数据集成针对系统数据集成和应用效果不佳问题，结合橡胶轮胎行业MES系统，实现橡胶轮胎企业数据集成应用，阐述了MES系统数据交换设计原理，并提出系统之间接口业务设计方法和运行过程中的数据维护策略。1引言橡胶轮胎行业随着工业自动化的提高，从炼胶到轮胎部件，再到轮胎成型和硫化，整个生产过程逐渐实现了流水自动化的生产，关键工艺加工和控制过程基本由成熟的过程控制系统PCS(ProcessControlSystem)所代替。因此，为橡胶轮胎行业制造执行系统的应用创造了必要的条件。目前，大部分轮胎制造企业在现场控制层面都拥有比较完善的过程控制系统，使得现场数据反馈，生产过程优化成为可能：另一方面，具有规模的轮胎企业基本都实施了ERP系统或者其它第三方应用系统，企业在资源计划方面得到了控制和优化，从而达到了的业务流、信息流、资金流、物流合一的效果，给企业带来巨大效益。然而，在ERP与PCS之间存在的数字鸿沟，影响了管理同生产的紧密结合，使得ERP与PCS的应用效果达不到预期的目标，主要问题在于单纯依靠ERP并不能帮助和指导工厂分析其生产的瓶颈，改进和控制产品的质量，并对具体的产品生产进行计划、管理和跟踪，因此MES(ManufacturingExecutionSystem)与ERP的有效集成成为应用的关键。轮胎企业MES产品以大型关系数据库、实时数据库为基础，集成B/S、C/S、智能客户端为一体的体系架构，采用面向对象技术。在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。该系统结合国际ISA-95标准和多年的项目开发实施经验，采用先进的自动控制技术、条形码技术、RFID设备技术和先进的车间生产管理理念，覆盖了轮胎企业生产的全工序，实现了轮胎生产制造全周期的信息化管理。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的ERP/MES/PCS信息体系，填补PCS与ERP之间的数字鸿沟。橡胶轮胎行业MES系统体系结构如图l所示。图1橡胶轮胎行业MES体系结构轮胎行业MES产品围绕车间现场生产过程中的作业计划、设备状态、原料产品、生产工艺四个重要因素设计全面完善的功能结构。工厂模型为企业用户制造资源建模，用于描述复杂企业组织结构、多工厂、多场地、工厂资源、工作中心等相关信息。工艺管理提供产品配方和BOM(BillofMaterials)谱系关系、制造工序工步控制条件、标准操作指导定义，可对重要的温度、压力等重要数据实时采集，并以曲线图形式提供直观显示和远程监控。物料管理实现工厂内物流跟踪和优化，监控中间库存状态，实现实时WlP(WorkInProcess)库存管理和预警。设备管理记录和监控设备运行状态参数，包括设备停机记录，停机检修报告，生产设备执行效率分析，以及在线故障诊断。产品跟踪根据轮胎胎号追溯生产过程信息及原料供应商、操作机台、操作人员、生产时间和关键工艺等参数，对工艺、质量的改进和用户理赔具有重要参考价值。质量管理提供质量标准、检验科目制定，以及在线判定和质量数据现场实时发布，执行SPC(StatisticalProcessContr01)分析，把握每道工序质量状况，为生产和工艺改进提供数据。人员管理详细的记录操作人员、时间、生产内容等信息，评估人员操作技能、考勤等员工信息，核算人员绩效。成本管理执行生产物耗能耗分析，半成品、成品合格率分析，投入产出分析，降低生产成本。轮胎MES系统通过MES-DI数据交换系统，能够良好的实现企业ERP系统及其它第三方系统集成，获得产品数据和计划数据，经由MES系统转化为生产作业计划，下达控制层执行生产，生产实绩通过MES-DI上传到企业上层进行分析决策。橡胶轮胎企业生产流程复杂，数据来源广，数据采集存储方式多样，且底层各控制系统彼此独立，所采用的网络、系统、数据库也存在很大的差异：另外，橡胶轮胎企业其它管理应用系统往往采用不同的技术标准、不同软硬件平台、并由不同软件提供商开发，交互方式也存在多样性，如何实现异构网络、异构系统和异构数据库的数据综合集成是MES数据集成中最大的难点。根据制造执行系统定义和MES数据流模型，在制定计划时，ERP使用天、周、月和年的时标（时间系数为100X），MES使用为天、班、小时分钟或秒的时标（时间系数为10X），PCS一般使用秒或者小于1秒的时标（时标系数为IX）。MES的数据流模型如图2所示。图2MES数据流模型根据上述MES数据流模型，结合橡胶轮胎行业特点以及信息化系统之间集成和数据交换存在的问题，橡胶轮胎行业MES需要一个数据集成和交换的系统，能够使用统一的方式，实现各系统之间不同结构和格式的数据交换。XML（ExtensibleMarkupLanguage）具有跨平台、直接动态支持Web操作、在数据描述方面灵活、可扩展、自描述的优点，同样XML在支持异构数据库系统方面有很多自身的优点：①XML结构性强、语义性强，既能与关系数据库(RDB)进行转换，也能与对象数据库(ODB)以及多媒体数据库(MDB)进行转换：②XML的交互性好、易于处理，能方便地控制和表示各种数据；③XML与平台无关，能在各种平台上进行处理、能用各种编程语言进行处理。XML除了描述特定文档类的XML应用之外，还有几种可以在任意一种XML文档类型中使用的已定义的XML应用。它们使得创建文档更容易，并且允许为文档添加增强的功能：可扩展样式表语言XSL、XMLSchema、XLink、XPath等。正是XML具有这些优势，从而成为事实上的应用集成标准和不同应用之间的数据交互格式。但是XML也存在自身的缺点：①搜索效率高，但数据插入和修改比较困难；②XML的文本表现手法、标记的符号化会导致XML数据比二进制表现数据量增加，尤其当数据量很大的时候，效率就成为很大的问题；③XML文档作为数据提供者使用，没有数据库系统那样完善的管理功能。针对系统数据集成和应用效果不佳问题，结合橡胶轮胎行业MES系统，实现橡胶轮胎企业数据集成应用，阐述了MES系统数据交换设计原理，并提出系统之间接口业务设计方法和运行过程中的数据维护策略。橡胶轮胎行业MES系统在整个企业信息化所担任的角色和要求，以及考虑到MES系统在实际应用中的作用和效果，以及现有数据交换的主流技术，扬长避短，整个数据交换系统利用各自的优点来进行设计。针对时标要求比较宽松和数据的实时性不强的应用管理系统，这类系统相对系统性能压力相对较小，采用XML数据交换方式，主要通过映射引擎，将MES的业务数据映射为XML数据文件，与其它应用管理系统进行数据交换；对于时标要求比较严格、苛刻，而且要求数据通信性能和压力较高的控制执行系统。则采用高性能的统一的网络通信数据交换机制来满足系统的数据交换，MES系统将通过端对端的方式，和其它执行系统使用效率较高的消息数据达到交互的目的，保证数据的实时性。橡胶轮胎行业MES系统数据交换系统MES-DI整体架构模型如图3所示。图3MES-DI图3MES-DI数据交换架构Jwppir®Engine、编辑器(MappingEditer)编辑器提供各种数据格式之间的映射编辑工具，通过可视化的方式，在源数据和目标数据之间进行映射，在基本映射数据的基础上,可以对交换数据进一步的处理，得到目标数据。映射引擎(MappingEngine)映射引擎基于领先的XML技术与工具，允许将XML文件、数据库、平面文件之间的映射关系进行定义和驱动转换，支持XML到数据库，平面文件，以及数据库到XML、平面文件、数据库，或者平面文件到XML、数据库之间的数据交换。映射不仅支持一对一数据交换，同样也支持多对多的数据交换。网络通信（ICE）网络通信引擎支持分布式应用开发，提供在网络带宽、内存使用和CPU开销方面高效应用通信。4橡胶轮胎行业MES系统数据集成应用4.1MES-DI系统集成应用青岛赛轮在实施ERP信息化系统时，在方案设计时就从生产相关的业务流程进行梳理和优化，通过流程把ERP与MES数据整合到一起，基于两者之间的流程来设计系统间的接口业务，从而实现ERP与MES一起构成完整的闭环系统，使生产制造真正的实现集成化、可视化。整体接口业务主要包括以下四个模块：PP（生产计划和控制）模块，包括生产订单下传、生产订单变更、生产订单确认、生产订单关闭等接口；MM（物料管理）模块，包括通用移动类型记账上传、转储订单下传、转储单收货及发货确认上传、物料凭证取消上传、采购订单下传、转储单发货信息下传；SD（销售和分销）模块，包括交货单的下传、交货单状态和交货明细的上传、交货过账状态的下传：QM（质量管理）模块，包括目录代码下传、检验计划下传、检验结果上传、检验批下传、检验判定的上传等接口。整个集成业务结构如图4所示。

SAP MES~物料主ft据一*主数据J—SAP MES~物料主ft据一*主数据J—供应尚主数据一主数携?——客户主教一"日■物料悻证反徐公司倒制料再找会司内物料转罹闻本中心或建料内部订单收找上物料管岸管理 检骑特性 ► 桂监计志——► 目录任W > 检裁抵 ►—批次待饮俏 *——醐始 14 判定薜 七性臆点株志渥瑜认一投检特性一"一I—创震生产订一"*一生产iT单R乩状离f—挥产倡息上~—生产订单嘛认一一取消订璋端队 t产订单找 一生产订单收曲一—生产订单美一"- 交货 g空货单执行状一K_兖58单明细一一-图4SAP与/MES业务接口根据业务需求和架构分离原则，MES与ERP之间的数据交换采用如图5的架构模式。ERP系统业务数据经由SAP-XI转化为XML中间数据文件.再由MES-DI将XML中间数据文件抓取转换为MES业务数据，送入MES系统中进行处理；反过来，MES业务数据上传到ERP系统数据，同样遵循这个数据交换方式。针对系统数据集成和应用效果不佳问题，结合橡胶轮胎行业MES系统，实现橡胶轮胎企业数据集成应用，阐述了MES系统数据交换设计原理，并提出系统之间接口业务设计方法和运行过程中的数据维护策略。根据业务要求，首先定义各个业务接口所需要XMLSchema文件结构，这是ERP和MES需要进行数据交换的数据内容、类型、规则定义。示例如下：我博enctxitng=,,UTF-81?><X3tSchemixmln5：xs=irhttp://w\vw.w3Airg/200IZXMLSchemap日amtintF。eiDefault'qualified"attrtbuteFomiDefault=^unqualified><xs:elementnanie=,l[nf_Mat&rjalUpMajnrt><xs:annotetion><xs:documeniatioa>[NULLJ亡偈:documentation><xs:annatalEOn><xs:compkxType><xs:sequence>图5数据交换架构<xs:ele;nentname-,lLOGJD"><x$:simpIeType>vksrestriction栅即"xsdoiigf <xs：TninInclusivevalue=°-2147483648'V><xsimaxlnclu^iveval如二"2147483647ri></xs:restrictiort><x5：siTnpkTypO</x5；efemcnP^<x5：elementname=llFiagIFni|Ub]e=,ltmepm]nOccurs="0"><xs：simpleType><txs:resTrictiofibase-"x5：string">理*,*<xs:maxLengthvaW="iV></xs:res!rictiojl></xstsimpl^Typc></xs:』七tneg<xs:sequence</xs:coinplexType><xsx]emenc>Txs.sch顷£~^2Ls依据已经定义完整的XMLSchema文件结构，MES.DI通过映射编辑器将MES业务数据（数据存放在MES系统数据库中）直接映射到xMLSchema文件结构，如图6所示，根据业务接口规则定义，进行配置和条件设置，MES-DI就会将所需要的数据筛选并转换为XML数据文件。口'teKIs_Ba*1.2*EnL.—[J t>liQ3L*ck_n»匚Stack.-wcicbll_.MilBlockEst■土如.一也皿『曲展士口'teKIs_Ba*1.2*EnL.—[J t>liQ3L*ck_n»匚Stack.-wcicbll_.MilBlockEst■土如.一也皿『曲展士rfluILILstodc^d^ttL^h.iEth4*■41m，・llc点JiI■nfr ■土E»ial--{JlflCTP一《心_CflU—OmurBE

ODOCTZA1—《》m图6数据库映射XML示意图针对系统数据集成和应用效果不佳问题，结合橡胶轮胎行业MES系统，实现橡胶轮胎企业数据集成应用，阐述了MES系统数据交换设计原理，并提出系统之间接口业务设计方法和运行过程中的数据维护策略。wcrsion="JJF即<1nl^MaierialLpNIainx5i：ncNaTne5p^E$cjv?miLoc^tinnfcTJ^njfJ4MriatUpMaini^sijRxmlns:x^"ftttp^/www.witjrg/2Q01/XMLSchema^xm^ns:X5l-"hltpJ/www./200L/XMLSchema-instance*1^<LOClD>«LOGtD><GM_CODE>03</GM-CODE><PSTNG_DATE>20(»-04-19<PSTNG_DATE><HfiADER_TX1>早<^HEAB6R_TX7><DOC_YEAR>20O9</IK)C_YEAR><NUM>5.BJ<NUM><LOC1D>22<LOGID>OM^CODEXB</GM_CODE>MRSMG_DATE>2(W9^41判PSTNG_DATE><HEADER_TX1>^<HEADER_TXT><DOCj_YEAR>2D09<DOC_YEAR><^NUM>453.5t6<NUM>Hfor■4lcit_MaK加UpMai"4.2系统集成应用数据管理在实施系统数据集成的过程中，由于不同系统提供的数据可能来自不同的途径，其数据内容、数据格式和数据质量千差万别，有时甚至会遇到数据格式不能转换或数据转换格式后丢失信息等棘手问题，将会严重阻碍数据在各应用系统中的流通，进而影响业务无法流转的问题，在严重的情况下，直接给企业带来经济损失。在系统集成过程中可以从以下几个方面来规范数据，避免脏数据的产生。4.2.1接口业务流程和职责在系统集成过程中。保证系统业务逻辑清楚，尽量减少数据的传输量，避免一个业务数据逻辑在ERP和MES系统之间多次来回传输，尽量减少用接口系统来处理大量的复杂运算：为保证业务和流程顺畅，企业部门和岗位在系统应用中必须职责清晰，弄清各自系统所处理的业务逻辑。4.2.2主数据的管理主数据是指在整个企业范围内各个系统间要共享的数据，比如，客户数据、供应商数据、物料数据、企业组织结构数据等相关的数据。通常，主数据需要在整个企业范围内保持一致性、完整性和可控性。但是各个应用系统在不同时期或者数据组织结构差异较大时，无法满足用统一的企业编码时，系统之间经常会采用映射的方式来满足系统的基础数据交换。在这种情况下，主数据的管理显得尤为重要，需要各个系统间共享的主数据进行采集和发布。企业根据自身的情况，设计企业主数据管理规定和措施，推出适合自己主数据管理解决方案。防止在系统运行过程中，由于企业组织结构、产品、物料等变化而相应引起各个业务系统主数据变化不一致的问题。4.2.3动态数据的维护系统在运行过程中将会产生大量的新数据，而且这些数据需要在各个业务系统中不断的交换，如果不对这些数据进行处理，将会产生大量垃圾数据，严重影响业务系统的使用。例如数据重复，A系统将一个数据重复性的进入到B系统，那么有时会导致致命性的错误，假设是一个销售订单，那么后果不堪设想。因此在数据整合过程中必须要进行一系列的数据清洗过程，这是一个复杂过程，通过检测和清除掉垃圾数据（包括不正确、过时、冗余以及不完整的数据），以保证数据的正确性、可靠性、完整性和一致性。对数据交换过程做好监控，记录异常的数据，以方便检查和排除错误。如图7所示。BICZLKSU^Jca心nhIRXI