生產過程信息管理系統

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生產過程信息管理系統(Process Information Management System,PIMS)

　　生產過程信息管理系統是一個生產過程信息集成和生產管理軟體，是一個面向生產過程的信息集成和信息管理平臺。PIMS主要用於企業網路環境下的生產數據採集、數據存儲、數據查詢、數據處理和數據管理。

　　1 基於乙太網的車間區域網拓撲結構

　　由於目前使用的數控系統大多數只配有RS232串列埠，本身只能進行NC程式的傳輸，無法輸出反映設備運行狀態的數據。針對這一類數控系統，本著易於擴充和安裝方便的原則，並考慮到系統需求和各工作地在生產車間的分佈，選擇匯流排型乙太網作為PIMS的網路拓撲結構。為實現信息的傳輸和管理，各工作地均配製了一臺介面電腦，負責接收網路信息和採集數控設備狀態數據。將數控系統的RS232介面以及選定的採集信號輸出埠先隊點到點的形式與工作地的電腦相連，同時將電腦連接到網路與上級伺服器相連，構成完整的系統，其區域網拓撲結構及設備連接方案如圖所示。上層是基於乙太網及TCP／IP的車間級信息管理系統。該層向上支持工廠管理級網路介面、資料庫介面及通信驅動。下層是基於串列通信和數字通信的現場設備通信系統。其中，串列通信用於傳遞NC程式，數字通信用於採集數控設備的運行狀態。

　　將集成環境下的車問通信網路分為兩個層次，這樣既增加了數控設備的獨立性與靈活性，又便於數控設備與其它系統的通信、集成和統一管理。特別是鑒於工廠原有的數控設備所具有的數控裝置的不同，電腦與數控系統的通訊連接亦往往不同。因此，採用介面電腦使得上層電腦不用考慮與數控裝置的通信介面，只要通過區域網就可以方便地實現與介面電腦的連接與通訊，從而使得電腦與數控裝置的通訊比較統一，使得不同數控系統的數控機床的集成更加容易實現。

　　在基於乙太網的車間區域網中，實現數控機床和車間區域網連接的介面電腦同時具有網路介面和串列埠。它向上接人車間區域網，採用RJ-45介面形式，通信介質為非屏蔽雙絞線；向下連接數控系統的RS232介面和各類信號輸入／輸出點。介面電腦的工作原理是把來自數控設備的所有信息透明地傳輸到區域網上的資料庫伺服器，從而實現設備狀態信息的採集與存儲。通過為介面電腦配置IP地址，數控設備成為區域網中的一個節點，從而擁有區域網的部分功能和優勢。

　　2 系統的軟體結構

　　本系統以ASP．NET為開發平臺，SQL Server 2000作為後臺資料庫，並採用B／S模式實現了對生產過程信息的管理。整個系統的功能結構如圖所示。

　　2．1 現場信息管理

　　該模塊負責現場信息的管理，通過登錄界面的身份驗證，如果登錄者是操作工人，則顯示該模塊的相關界面供操作。

　　(1)計劃信息接收負責接收有關的任務計劃信息和工具分配信息。

　　(2)現場信息採集 間隔一定時間需要採集一次當前的關於設備狀態、生產進度、工具狀態等現場信息到生產管理資料庫，供其它系統調用。

　　本系統以XK5032C數控銑床為對象，在介面電腦的主板上插入一片PCI數據採集卡連接選定的數控銑床PMC輸出端，利用C#語言和採集卡供應商提供的動態鏈接庫編製數據採集程式。在程式的運行過程中，數據採集卡接收來自PMC輸出端的信號，在知識庫的支持下將各種信號進行匹配以識別所發生的事件和設備的狀態。然後將採集到的這些信息存入資料庫供其它系統調用，由此實現了設備信息的採集。對於難以自動採集的數據可以通過系統提供的交互界面人工輸入。

　　(3)現場設備分配如果登錄者同時又是班綞長，則有權進入該模塊進行本班組內的設備分配。

　　2．2 車間狀態查詢

　　以可視化的圖形界面展示車間當前的設備佈局和各設備的狀態，以及輸入／輸出緩衝區的存量，使管理者從巨集觀上瞭解當前車間的運行狀態。可視化效果是本系統的特點之一，所以這部分力求以生動直觀的力式展示車間的狀態信息。

　　2．3 現場生產信息統計與管理

　　(1)單台設備生產信息選擇車間內的某台設備，查詢其生產信息，包括分配給該設備的各個任務能基本信息和生產信息，並以圖形的形式顯示。

　　(2)在製品管理從產品的角度出發，查詢當前車間在製品的生產情況。

　　(3)車間整體情況統計該模塊著眼於車間的整體情況，列出車問內所有設備的編號、名稱、當前狀態、當前任務、負荷、廢品率以及負責人等信息，並提供訪問車間狀態查詢模塊的連接。根據車間的總體運行情況，以圖形的方式顯示設備利用率、設備完好率、任務完成率和廢品率等信息。

　　(4)生產進度彙總統計車問內所有產品的生產進度情況，與以往所使用的生產日報類似。通常情況下按天統計，實際生產中有些時候需要統計幾天的生產情況，但最長不會超過一周。為了適應統計人員的工作習慣，提供“生產日報”式的輸出和Excel輸出。另外，所有統計信息導入資料庫，以備使用。

　　(5)班組生產統計根據實際需要，以班組為單位統計選定年份各個月份的計劃任務量和已完成量。

　　(6)現場工具管理該模塊負責車間現場的刀具、夾具、量具的信息管理，涉及入庫、借出和歸還。

　　2．4 工具狀態查詢

　　該模塊用於查詢刀具、夾具、量具等工具的狀態。其中，刀具狀態顯示查詢刀具的狀態、所在設備、出庫時間、經手人等信息，提供按名稱、按設備和按編號三種查詢方式。夾具、量具狀態顯示的設計過程相同。

　　3 系統的軟體架構與信息集成

　　3．1 B／S架構的系統實現

　　B／S架構的軟體開發模式在結構上可以分為三部分：客戶端、應用伺服器、資料庫伺服器。相應的資料庫訪問邏輯也分為三個層次：界面表示層、業務邏輯層和數據訪問層。該結構中，數據訪問層放在資料庫伺服器上，主要負責數據的存取、訪問及優化。主要的業務處理功能即業務邏輯層則在應用伺服器上實現，而提供系統與用戶交互的界面表示層和簡單的業務處理功能則放在客戶端。B／S架構的應用模式如圖所示。

　　PIMS的開發採用了基於B／S架構的軟體設計模式，在Windows 2000 Server上運行，界面表示層和業務邏輯層由Visual C#．NET編寫，數據訪問層採用SQL Server 2000實現。其中資料庫設計是系統設計的重點，選用SQL Server 2000易於非專業資料庫管理人員的維護。各介面電腦上放置三層資料庫應用架構中的界面表示層和簡單的業務處理功能，主要的業務處理層放在應用伺服器上，而數據存儲層放在資料庫伺服器上，這樣就構成了一個典型的三層資料庫應用架構。該系統已經初步成型，運行穩定，取得了良好的應用效果，並即將投入使用。

　　3．2 系統的信息集成

　　本系統設計了基於Web的、以SQL Server 2000為平臺的公共資料庫，存放各個部門的共用數據，各部門以數據視圖的形式共用信息，由此實現了系統的信息集成。公共資料庫存儲車間運行過程中的各種動態和靜態數據，如管理層產生的設計、工藝和調度信息以及車間層的現場信息，這些信息採用統一的定義方法存放在公共資料庫中。其中，自動採集的數控設備狀態信息在存人資料庫之前需要按照一定的規則轉換成管理層所需的信息格式。這樣，車間運行狀態信息通過區域網絡傳遞給其它子系統，可以供分佈在網路中的所有電腦上有使用許可權的操作人員調用，並使用不同的客戶端工具對原始數據進行統計、分析。