生产过程信息管理系统

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生产过程信息管理系统(Process Information Management System,PIMS)

　　生产过程信息管理系统是一个生产过程信息集成和生产管理软件，是一个面向生产过程的信息集成和信息管理平台。PIMS主要用于企业网络环境下的生产数据采集、数据存储、数据查询、数据处理和数据管理。

　　1 基于以太网的车间局域网拓扑结构

　　由于目前使用的数控系统大多数只配有RS232串行端口，本身只能进行NC程序的传输，无法输出反映设备运行状态的数据。针对这一类数控系统，本着易于扩充和安装方便的原则，并考虑到系统需求和各工作地在生产车间的分布，选择总线型以太网作为PIMS的网络拓扑结构。为实现信息的传输和管理，各工作地均配制了一台接口计算机，负责接收网络信息和采集数控设备状态数据。将数控系统的RS232接口以及选定的采集信号输出端口先队点到点的形式与工作地的计算机相连，同时将计算机连接到网络与上级服务器相连，构成完整的系统，其局域网拓扑结构及设备连接方案如图所示。上层是基于以太网及TCP／IP的车间级信息管理系统。该层向上支持工厂管理级网络接口、数据库接口及通信驱动。下层是基于串行通信和数字通信的现场设备通信系统。其中，串行通信用于传递NC程序，数字通信用于采集数控设备的运行状态。

　　将集成环境下的车问通信网络分为两个层次，这样既增加了数控设备的独立性与灵活性，又便于数控设备与其它系统的通信、集成和统一管理。特别是鉴于工厂原有的数控设备所具有的数控装置的不同，计算机与数控系统的通讯连接亦往往不同。因此，采用接口计算机使得上层计算机不用考虑与数控装置的通信接口，只要通过局域网就可以方便地实现与接口计算机的连接与通讯，从而使得计算机与数控装置的通讯比较统一，使得不同数控系统的数控机床的集成更加容易实现。

　　在基于以太网的车间局域网中，实现数控机床和车间局域网连接的接口计算机同时具有网络接口和串行端口。它向上接人车间局域网，采用RJ-45接口形式，通信介质为非屏蔽双绞线；向下连接数控系统的RS232接口和各类信号输入／输出点。接口计算机的工作原理是把来自数控设备的所有信息透明地传输到局域网上的数据库服务器，从而实现设备状态信息的采集与存储。通过为接口计算机配置IP地址，数控设备成为局域网中的一个节点，从而拥有局域网的部分功能和优势。

　　2 系统的软件结构

　　本系统以ASP．NET为开发平台，SQL Server 2000作为后台数据库，并采用B／S模式实现了对生产过程信息的管理。整个系统的功能结构如图所示。

　　2．1 现场信息管理

　　该模块负责现场信息的管理，通过登录界面的身份验证，如果登录者是操作工人，则显示该模块的相关界面供操作。

　　(1)计划信息接收负责接收有关的任务计划信息和工具分配信息。

　　(2)现场信息采集 间隔一定时间需要采集一次当前的关于设备状态、生产进度、工具状态等现场信息到生产管理数据库，供其它系统调用。

　　本系统以XK5032C数控铣床为对象，在接口计算机的主板上插入一片PCI数据采集卡连接选定的数控铣床PMC输出端，利用C#语言和采集卡供应商提供的动态链接库编制数据采集程序。在程序的运行过程中，数据采集卡接收来自PMC输出端的信号，在知识库的支持下将各种信号进行匹配以识别所发生的事件和设备的状态。然后将采集到的这些信息存入数据库供其它系统调用，由此实现了设备信息的采集。对于难以自动采集的数据可以通过系统提供的交互界面人工输入。

　　(3)现场设备分配如果登录者同时又是班缍长，则有权进入该模块进行本班组内的设备分配。

　　2．2 车间状态查询

　　以可视化的图形界面展示车间当前的设备布局和各设备的状态，以及输入／输出缓冲区的存量，使管理者从宏观上了解当前车间的运行状态。可视化效果是本系统的特点之一，所以这部分力求以生动直观的力式展示车间的状态信息。

　　2．3 现场生产信息统计与管理

　　(1)单台设备生产信息选择车间内的某台设备，查询其生产信息，包括分配给该设备的各个任务能基本信息和生产信息，并以图形的形式显示。

　　(2)在制品管理从产品的角度出发，查询当前车间在制品的生产情况。

　　(3)车间整体情况统计该模块着眼于车间的整体情况，列出车问内所有设备的编号、名称、当前状态、当前任务、负荷、废品率以及负责人等信息，并提供访问车间状态查询模块的连接。根据车间的总体运行情况，以图形的方式显示设备利用率、设备完好率、任务完成率和废品率等信息。

　　(4)生产进度汇总统计车问内所有产品的生产进度情况，与以往所使用的生产日报类似。通常情况下按天统计，实际生产中有些时候需要统计几天的生产情况，但最长不会超过一周。为了适应统计人员的工作习惯，提供“生产日报”式的输出和Excel输出。另外，所有统计信息导入数据库，以备使用。

　　(5)班组生产统计根据实际需要，以班组为单位统计选定年份各个月份的计划任务量和已完成量。

　　(6)现场工具管理该模块负责车间现场的刀具、夹具、量具的信息管理，涉及入库、借出和归还。

　　2．4 工具状态查询

　　该模块用于查询刀具、夹具、量具等工具的状态。其中，刀具状态显示查询刀具的状态、所在设备、出库时间、经手人等信息，提供按名称、按设备和按编号三种查询方式。夹具、量具状态显示的设计过程相同。

　　3 系统的软件架构与信息集成

　　3．1 B／S架构的系统实现

　　B／S架构的软件开发模式在结构上可以分为三部分：客户端、应用服务器、数据库服务器。相应的数据库访问逻辑也分为三个层次：界面表示层、业务逻辑层和数据访问层。该结构中，数据访问层放在数据库服务器上，主要负责数据的存取、访问及优化。主要的业务处理功能即业务逻辑层则在应用服务器上实现，而提供系统与用户交互的界面表示层和简单的业务处理功能则放在客户端。B／S架构的应用模式如图所示。

　　PIMS的开发采用了基于B／S架构的软件设计模式，在Windows 2000 Server上运行，界面表示层和业务逻辑层由Visual C#．NET编写，数据访问层采用SQL Server 2000实现。其中数据库设计是系统设计的重点，选用SQL Server 2000易于非专业数据库管理人员的维护。各接口计算机上放置三层数据库应用架构中的界面表示层和简单的业务处理功能，主要的业务处理层放在应用服务器上，而数据存储层放在数据库服务器上，这样就构成了一个典型的三层数据库应用架构。该系统已经初步成型，运行稳定，取得了良好的应用效果，并即将投入使用。

　　3．2 系统的信息集成

　　本系统设计了基于Web的、以SQL Server 2000为平台的公共数据库，存放各个部门的共享数据，各部门以数据视图的形式共享信息，由此实现了系统的信息集成。公共数据库存储车间运行过程中的各种动态和静态数据，如管理层产生的设计、工艺和调度信息以及车间层的现场信息，这些信息采用统一的定义方法存放在公共数据库中。其中，自动采集的数控设备状态信息在存人数据库之前需要按照一定的规则转换成管理层所需的信息格式。这样，车间运行状态信息通过局域网络传递给其它子系统，可以供分布在网络中的所有计算机上有使用权限的操作人员调用，并使用不同的客户端工具对原始数据进行统计、分析。