微締裝配制造生產(chǎn)線(xiàn)MES系統軟件

微締裝配制造生產(chǎn)線(xiàn)MES系統軟件

　　在CIMS體系的三層結構中，MES系統軟件作為聯(lián)系制造行業(yè)管理層與過(guò)程控制層之間的紐帶，在提高企業(yè)生產(chǎn)效率和管理水平、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)損耗和節能減排等方面起著(zhù)至關(guān)重要的作用。在最近十幾年，MES系統軟件在國外的大中小企業(yè)中得到了很快的推廣和應用，特別是一些大型的跨國企業(yè)，已經(jīng)有了非常成熟的產(chǎn)品和應用經(jīng)驗。國內在MES系統軟件的研究與應用方面起步較晚，但受到ERP等思想廣泛推廣的影響，很多企業(yè)已經(jīng)注意到了它對生產(chǎn)的重大影響力，所以目前在國內發(fā)展迅速，特別在流程等行業(yè)已經(jīng)有了突破性的發(fā)展。

　　MES系統軟件平臺是以裝配生產(chǎn)線(xiàn)為背景而開(kāi)發(fā)的MES系統軟件通用軟件，以現有的MES系統軟件平臺的經(jīng)驗及我們在裝配制造系統開(kāi)發(fā)方面的經(jīng)驗，實(shí)現裝配車(chē)間的數字化管理。平臺的核心是基于事件的處理機制，所有的生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)環(huán)節、操作都被描述成事件，通過(guò)對事件的處理來(lái)實(shí)現車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程的管理。目前平臺已經(jīng)基本開(kāi)發(fā)完成，但是性能尚不能滿(mǎn)足企業(yè)的實(shí)際需要，需要對平臺優(yōu)化，達到進(jìn)行實(shí)際應用的目的。因此，本文針對MES系統軟件平臺性能問(wèn)題，引入并發(fā)處理機制對平臺的核心功能進(jìn)行優(yōu)化，為MES系統軟件的實(shí)際應用打下基礎。

裝配生產(chǎn)線(xiàn)MES系統軟件

平臺架構以及關(guān)鍵服務(wù)

　　MES系統軟件平臺由基礎服務(wù)、模型創(chuàng )建、生產(chǎn)管理套件、質(zhì)量分析套件、微締分析套件、報表統計套件等模塊構成。MES系統軟件體系結構中所有的功能都是以平臺服務(wù)為基礎運行的，實(shí)現生產(chǎn)事件到客戶(hù)端的發(fā)布。平臺服務(wù)是整個(gè)平臺的核心，是平臺設計與開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程中的事件按照類(lèi)型被分成四大類(lèi)：計劃類(lèi)、生產(chǎn)類(lèi)、報警類(lèi)、廢品類(lèi)，具體包括上線(xiàn)事件、下線(xiàn)事件、缺料事件、廢料事件、廢品事件、異常事件。

　　信息網(wǎng)關(guān)服務(wù)(Gate Way)、服務(wù)事件監控服務(wù)(Event Man.ager)、數據采集服務(wù)(Data Reader)為平臺的關(guān)鍵服務(wù)，其它服務(wù)都是構建在這三個(gè)服務(wù)之上進(jìn)行擴展后得到的，這三個(gè)關(guān)鍵服務(wù)間的通信均采用消息總線(xiàn)進(jìn)行信息交換。整個(gè)服務(wù)的運行機制是以事件觸發(fā)機制為基礎的，并通過(guò)實(shí)時(shí)監測特定數據源的標簽值的變化來(lái)感知事件的發(fā)生，并利用信息網(wǎng)關(guān)服務(wù)將事件發(fā)布到事件的訂閱方。其中服務(wù)事件監控服務(wù)為事件處理的關(guān)鍵服務(wù)。事件管理服務(wù)通過(guò)事件模型的配置信息，獲得相關(guān)的事件觸發(fā)條件及事件發(fā)生時(shí)調用的業(yè)務(wù)處理過(guò)程，并通過(guò)數據讀取服務(wù)采用多線(xiàn)程技術(shù)動(dòng)態(tài)監測相關(guān)標簽的變化，當滿(mǎn)足事件觸發(fā)條件后，觸發(fā)相應的業(yè)務(wù)處理過(guò)程。業(yè)務(wù)處理過(guò)程根據生產(chǎn)的狀態(tài)及業(yè)務(wù)規則進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，同時(shí)為了通知MES系統軟件的客戶(hù)端，將信息發(fā)布到消息隊列中，然后等待其它處理過(guò)程。

平臺優(yōu)化的實(shí)現

　　目前MES系統軟件平臺的處理機制在MES系統軟件平臺的關(guān)鍵服務(wù)中，事件的處理機制為順序處理，所有事件排隊，遵循FIFO原則。在平臺建立企業(yè)的產(chǎn)品模型、工廠(chǎng)模型及生產(chǎn)事件模型后，進(jìn)行生產(chǎn)計劃接收、生產(chǎn)指令下達，這個(gè)過(guò)程的完成觸發(fā)了相應的生產(chǎn)事件，接下來(lái)就由服務(wù)事件監控服務(wù)進(jìn)行處理。如果一個(gè)生產(chǎn)事件被觸發(fā)，服務(wù)事件監控服務(wù)將會(huì )通過(guò)數據采集服務(wù)獲得這一事件。經(jīng)過(guò)判斷，如果滿(mǎn)足某些事件觸發(fā)條件，則進(jìn)入事件處理流程。

　　在事件處理流程中，事件相關(guān)數據首先將進(jìn)入一個(gè)列表中，和其它事件一起按順序被取出，事件的排列順序完全遵守平臺的配置順序。在接下來(lái)的處理過(guò)程中，這些事件被逐一取出，按照不同的事件類(lèi)型分類(lèi)，進(jìn)行不同的處理，而所有的處理過(guò)程全部由主線(xiàn)程來(lái)完成，處理完成后，平臺繼續監測生產(chǎn)事件的發(fā)生，重復整個(gè)處理過(guò)程。因為只有一個(gè)線(xiàn)程在處理數據，所以數據等待的時(shí)間很長(cháng)，這就是影響平臺性能的主要問(wèn)題。如果引入多線(xiàn)程并發(fā)處理機制，一定能夠大幅度提高平臺性能。

性能優(yōu)化方案

　　并發(fā)的概念很早就已經(jīng)出現(尤其是多任務(wù)操作系統的出現)，并發(fā)在提高系統資源的有效利用率和改進(jìn)軟件的性能方面具有較大的優(yōu)勢。相對于順序結構，并發(fā)結構可以同時(shí)進(jìn)行多項工作，加快處理速度，在更短的時(shí)間內或在相同的時(shí)間內解決更多的問(wèn)題。而且并發(fā)結構節省投入，可以以較低的投入完成順序計算的任務(wù)。在某些情況下，也只有采用并發(fā)結構才能達到目標要求。但是并發(fā)結構的執行必須要考慮同步、沖突等問(wèn)題，因此，如何實(shí)現進(jìn)程間相互作用控制，例如對共享資源存取的同步控制及通訊控制便成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

　　目前并發(fā)處理系統的構架主要采用基于線(xiàn)程的并發(fā)控制技術(shù)，其中包括同步多線(xiàn)程技術(shù)和異步多線(xiàn)程技術(shù)?；谕蕉嗑€(xiàn)程的并發(fā)結構主要有主/從(Boss/WoOer)、對等(Peer)和流水線(xiàn)(Pipene)三種。多線(xiàn)程也帶來(lái)了線(xiàn)程同步、上下文切換等開(kāi)銷(xiāo)，基于事件的并發(fā)控制，即異步多線(xiàn)程技術(shù)，可以省去這些開(kāi)銷(xiāo)，它利用操作的異步執行來(lái)提高系統并發(fā)性。然而，大多數操作系統都沒(méi)有很好的異步L/0支持，而且異步操作會(huì )使得程序難于編寫(xiě)和維護。

　　對于MES系統軟件平臺的事件處理，因為處理時(shí)采用相同的方法，所以比較適合采用對等結構的并發(fā)處理方法，同時(shí)根據平臺的實(shí)際處理情況加入一定的規則。例如，對現在的平臺可以根據事件的類(lèi)型分別建立對應的線(xiàn)程：計劃事件、生產(chǎn)事件、廢品事件、報警事件。各類(lèi)事件可以定義優(yōu)先級來(lái)避免沖突，如報警事件應該最先處理，所以定義為最高優(yōu)先級，生產(chǎn)事件數量最大，可以定義為一般優(yōu)先級，等等。在生產(chǎn)的過(guò)程中也有一些生產(chǎn)規則需要遵守，例如，車(chē)間實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，首先要建立生產(chǎn)計劃，然后才能進(jìn)行生產(chǎn)操作。所以，首先出發(fā)的應該是計劃事件，計劃事件進(jìn)程應該擁有最高的優(yōu)先級。在生產(chǎn)過(guò)程中，出現廢品和報警事件時(shí)需要及時(shí)處理，降低對生產(chǎn)的影響。所以，廢品和報警事件的線(xiàn)程優(yōu)先級要高于生產(chǎn)事件的線(xiàn)程。

優(yōu)化方案應用

　　根據以上制訂的優(yōu)化策略，將原來(lái)平臺的事件處理主線(xiàn)程分為幾個(gè)線(xiàn)程，分別處理不同工位產(chǎn)生的事件。事件隸屬的工位可以在事件初始化時(shí)獲得。實(shí)際上相當于首先獲取工位數，以結構為驅動(dòng)，中心詞的作用不太明顯。然后進(jìn)行分組。有需要處理的數據時(shí)，根據產(chǎn)生數據的工位確定調用哪一個(gè)線(xiàn)程進(jìn)行處理。同時(shí)建立一個(gè)線(xiàn)程池，保證只有一個(gè)線(xiàn)程讀寫(xiě)數據庫核心數據，防止產(chǎn)生沖突和錯誤。在平臺優(yōu)化的過(guò)程中，只有事件處理的部分進(jìn)行了修改，保證了平臺其他部分的穩定性，在系統調試的過(guò)程中減少了很大的工作量，也防止出現修改錯誤，提高了工作效率。

　　盡管采用線(xiàn)程池并增加線(xiàn)程的個(gè)數可以提高系統的性能。但是線(xiàn)程的數量并不是說(shuō)越多越好，因為如果線(xiàn)程數量過(guò)多，會(huì )造成CPU不停地中斷，反而影響速度。已有研究給出了并發(fā)用戶(hù)數為N時(shí)，線(xiàn)程池性能達到最大值時(shí)的線(xiàn)程數n滿(mǎn)足下列公式：

　　其中，設定每一個(gè)用戶(hù)具有同等的概率去發(fā)送同樣多的請求數，C1為創(chuàng )建一個(gè)線(xiàn)程的開(kāi)銷(xiāo)，C：為單個(gè)線(xiàn)程的管理開(kāi)銷(xiāo)?？紤]到一個(gè)線(xiàn)程能夠使用的最大虛擬內存空間以及線(xiàn)程占用的?？臻g大小和其他資源，很多時(shí)候是不會(huì )使線(xiàn)程數達到最大線(xiàn)程數n，而且系統支持的線(xiàn)程數是有限的。

　　通過(guò)上面的公式，考慮到平臺性能測試的數據，以及實(shí)施的環(huán)境，得出線(xiàn)程數不需要超過(guò)10個(gè)。因為平臺首先要保證運行穩定，性能只要能夠達到用戶(hù)實(shí)際生產(chǎn)要求就可以，所以選擇線(xiàn)程數為5。這時(shí)平臺的性能既有很大的提高，同時(shí)也能穩定運行。

平臺應用

　　MES系統軟件平臺是以裝配生產(chǎn)線(xiàn)為背景而開(kāi)發(fā)的MES系統軟件通用軟件，按照裝配線(xiàn)的生產(chǎn)節拍為3分鐘，150個(gè)工位，每個(gè)工位同時(shí)產(chǎn)生lO個(gè)生產(chǎn)事件計算，優(yōu)化前平臺勉強能夠滿(mǎn)足企業(yè)的生產(chǎn)需要，但是在實(shí)際的生產(chǎn)中，這樣的性能是無(wú)法滿(mǎn)足企業(yè)要求的?，F在將事件處理機制改為多線(xiàn)程并發(fā)處理機制后，性能有了明顯提高。在相同的測試環(huán)境下，平臺的響應時(shí)間有了明顯的縮短，能夠達到實(shí)際生產(chǎn)的需要。

　　VideasoftMES解決方案覆蓋了全面的企業(yè)生產(chǎn)、管理與決策信息，涵蓋內容豐富，其中生產(chǎn)制造執行系統(videasoft MES)，倉庫管理系統(videasoft WMS)，SMT防錯料系統（MES-E）與SMT智能首件檢測儀是信息核心軟硬件產(chǎn)品。除此之外，還為客戶(hù)提供電子工票管理系統、電子標簽揀貨系統等各項服務(wù)。公司以中小型制造企業(yè)作為主要服務(wù)對象，業(yè)務(wù)涉及汽車(chē)整車(chē)行業(yè)，汽車(chē)零配件行業(yè)、IT產(chǎn)品、家電裝配、電子產(chǎn)品、裝備制造等眾多行業(yè)。

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