基于工作流的MES混线生产过程管理研究

lihuolin958

　　1 引言
　　军工企业的生产车间大多具有混线生产的特点，即产品种类多样，而每种产品的产量又较少。企业的业务流程因产品不同而不同，产品的多样性导致多种不同的业务流程。计划、生产设备、人员等经常要根据生产不同的产品进行重新安排。这种生产方式要求MES能够适应经常性的业务流程变化，进行动态调度。敏捷制造强调动态灵活地生产组织模式，它可通过企业重组。建立以军工企业为龙头的生产联盟，通过生产过程重构，建立以项目为牵引的群组协同工作的生产方式，而支持企业重组和生产过程重构的核心技术是工作流管理技术。工作流技术是生产过程柔性化和信息集成的使能工具，是通过将工作活动分解为定义准确的任务、角色、规则和过程来实现对活动的执行和监控。车间生产是完成产品制造过程的关键环节。直接关系到企业的生产效率和执行能力。将工作流技术应用于MES中。对提高生产组织水平，实现车间生产信息化有重大的理论意义和实用价值。
　　本文以航天集团某企业的项目为背景，应用工作流技术支持车间混线生产的过程管理，在此基础上设计了系统的功能模块和体系结构，开发了基于工作流技术的车间生产过程管理系统，加强了车间的生产信息处理能力，实现了车间生产过程的自动化。
　　2 基于工作流的MES过程管理
　　如图1所示，面向MES的工作流管理平台有四大功能组件，即工作流建模工具、工作流执行服务、管理监控工具和客户端。
　　工作流建模工具：通过该组件可以建立一个特定的车间生产流程描述(模板)，模板中完整地定义车间业务的过程和一些相关信息。
　　工作流执行服务：工作流管理平台的核心，是车间业务过程的任务调度器，并且在某种程度上也是制造资源分配器。车间的生产过程在它的管理、监控和调度下运行。工作流执行服务按照工作流建模工具提供的模板，自动或者半自动的执行，无需用户再开发软件。
　　管理监控工具：负责工作流运行过程中各种控制、监督和管理。面向MES的管理监控工具，主要包括用户管理、统计分析、进度监控和数据库管理几方面的功能。
　　客户端：工作流管理平台中与最终用户交互的组件称为客户端。它负责每个用户任务项列表的生成和管理，负责每个任务项被查看、选择、转让和执行。工作流管理平台为MEs系统中的各个车间生产角色提供一个友好和使用方便的用户界面。、
　　

　　图1 基于工作流的混线生产过程管理体系结构

　　四个功能组件主要在两个阶段提供以下三种功能：
　　(1)模板建立阶段功能：主要负责工作流过程和相关活动的定义和建模功能，对应组件为工作流建模工具。
　　(2)实例运行阶段的控制功能：在一定的环境下，执行工作流过程，并完成每个过程中活动的排序和调度功能，对应组件为工作流执行服务、监控与管理工具。
　　(3)实例运行阶段的人机交互功能：实现各种活动执行过程中用户与IT应用工具之间的交互。对应组件为监控与管理工具与客户端。
　　另外，从过程管理的角度分析，在工作流建模到实例化再到执行任务的整个周期中，涉及了以下三个角色：过程工程师、系统管理员、一般用户，见图2。面向车间生产的工作流管理平台中，过程工程师、系统管理员主要由计划调度员担任，一般用户包括的角色较广。如工人、工艺员、质检员、工具室、设备组、劳资组、库房等均根据不同的业务需求拥有不同功能的客户端。
　　3 混线生产过程管理典型场景分析
　　生产过程管理的主要内容包括各工序的流向控制、工序的状态转换控制、任务动态分配和数据流向的自动控制等。图3是过程执行及监控的流程图。在图中，利用前面的生产过程模型建模工具，生成该产品的生产过程模型，然后根据客户订单，实例化过程定义，按生产过程模型执行生产。在过程执行过程中，利用工作流引擎的支撑，解释制造过程的过程模型，根据生产作业计划，获取制造过程执行需要的初始条件和执行参数生成各个批次的制造流程。在制造过程中，根据过程模型、组织模型、相关数据和资源模型为生产过程进行导航，并给工人提供需要操作的生产任务项信息。
　　车间生产中，利用工作流技术，使得各生产任务环节之间可以共享信息、协同工作，但这并不能保证前续任务的信息能够快速传递给后继任务，偶然的人为因素都有可能造成生产信息的传递缓慢甚至丢失，因此，造成了车间生产过程中生产信息流的不通畅。生产过程的人为拖沓。针对此，有必要研究各生产任务之间的信息传递技术，加快生产信息的有效传递，提高车间生产的敏捷性。本文采用Agent通信机制，通过工人的反馈信息，实现新的任务项到工作流任务表的加入、已经完成执行的任务项的删除等操作。
　　

　　图2 基于工作流的MES开发与实施方法

　　

　　图3 生产过程管理典型场景

　　4 系统实现
　　本系统在某企业混线生产车间得到了应用。如图4所示为生产过程执行的界面，它反映了正在运行的过程的实例，位于车间上层的管理人员可以清楚地看到车间加工的执行情况。在工作流技术和制造执行系统的支持下，该车间的生产过程流转时间缩短了约30%。
　　

　　图4 车间某零部件加工流程

　　5 结束语
　　本文结合某企业的项目需求而开展研究开发工作，建立了生产车间过程管理的总体模型，并利用图形化的界面表达过程建模和生产执行过程。以车间生产过程工作流为基础，将资源、人员角色、执行数据和任务管理结合在一起，建立了基于状态转换的工作流过程模型的运行控制机制，实现了过程执行的自动化。


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