0 引言

　　工業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域。“十二五”時(shí)期，我國(guó)工業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級(jí)，整體思路是推進(jìn)信息化和工業(yè)化深度融合，培育壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生產(chǎn)制造行業(yè)的深入應(yīng)用和兩者深度融合，可以有效提高生產(chǎn)制造性企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)向更廣更深的領(lǐng)域延伸，實(shí)現(xiàn)“兩化融合”所產(chǎn)生“疊加效應(yīng)”。

　　隨著國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，傳統(tǒng)制造企業(yè)生存壓力巨大，迫切需要通過(guò)信息化改造升級(jí)，提高生產(chǎn)管理水平。但在具體實(shí)施過(guò)程中卻面臨諸多困難。以目前無(wú)縫針織行業(yè)為例，一方面，面臨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力，需要更快的生產(chǎn)反應(yīng)速度和高品質(zhì)管理水平；另一方面，生產(chǎn)流程工序復(fù)雜多變，產(chǎn)品多樣性導(dǎo)致品質(zhì)管理難度大等。部分企業(yè)雖然已經(jīng)采用了ERP系統(tǒng)、電子工票系統(tǒng)等諸多信息化管理系統(tǒng)，但是在織機(jī)設(shè)備管理、前道生產(chǎn)管理、后道生產(chǎn)管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理等方面，形成了多個(gè)“信息孤島”，且仍采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)登記方式進(jìn)行工序數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全流程信息互聯(lián)互通以及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)融合分析等，導(dǎo)致管理成本和人工成本高、工作效率低等問(wèn)題。特別是在無(wú)縫針織企業(yè)生產(chǎn)流程中，前道工序采用高度自動(dòng)化加工裝備（如全自動(dòng)高速無(wú)縫針織機(jī)、全自動(dòng)印染系統(tǒng)等），而其后道工序采用較傳統(tǒng)的半手工加工方式，MES需融合自動(dòng)化裝備與人工加工工序數(shù)據(jù)信息，以實(shí)現(xiàn)從原材料到成品全流程的實(shí)時(shí)跟蹤，系統(tǒng)復(fù)雜度高，開(kāi)發(fā)難度大。目前針對(duì)無(wú)縫針織行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)MES系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

　　本文根據(jù)無(wú)縫針織企業(yè)在信息化改造和轉(zhuǎn)型升級(jí)中的實(shí)際困難，采用典型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)針對(duì)性地開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，包括：利用物聯(lián)網(wǎng)的智能感知層技術(shù)解決企業(yè)工序和織機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集問(wèn)題，采用基于SOA、Web Service軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)解決企業(yè)各信息孤島的互聯(lián)互通問(wèn)題，采用MES系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和ERP對(duì)接解決企業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理問(wèn)題。通過(guò)全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流融合與企業(yè)ERP系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了一種新型的基于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)縫針織企業(yè)MES系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　通過(guò)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地考察，目前該無(wú)縫針織企業(yè)的生產(chǎn)全流程。

　　根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)全流程和企業(yè)對(duì)生產(chǎn)管理需求的分析，本文基于物聯(lián)網(wǎng)在不同層次上構(gòu)建三個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)方案，其中包括：織機(jī)集群管理系統(tǒng)、基于SOA的MES系統(tǒng)軟件和智能工序數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

　　2.1 織機(jī)集群管理系統(tǒng)

　　本文通過(guò)開(kāi)發(fā)基于傳感網(wǎng)的織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)織機(jī)工作實(shí)時(shí)信息的采集和自動(dòng)控制，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，車(chē)間管理人員能夠?qū)崟r(shí)查看每臺(tái)織機(jī)的運(yùn)行情況及全車(chē)間織機(jī)集群的產(chǎn)能效率分析，實(shí)施科學(xué)合理的生產(chǎn)調(diào)度和管理。基于企業(yè)所使用的SANTONI無(wú)縫針織機(jī)上裝有的DCNeth和MDSeth智能模塊開(kāi)發(fā)基于傳感網(wǎng)的織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。其中DCNeth模塊是一種直接安裝在針織機(jī)器上的電路板，通過(guò)和機(jī)器上的硬件連接收集機(jī)器的狀態(tài)數(shù)據(jù)；MDSeth模塊是一種通過(guò)連接到機(jī)器上的電子輸入輸出信號(hào)來(lái)收集針織機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)為每臺(tái)織機(jī)分配固定IP地址，自動(dòng)實(shí)時(shí)采集織機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)并寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)采用Browser/Server架構(gòu)開(kāi)發(fā)，服務(wù)器端采用Java語(yǔ)言環(huán)境，Web頁(yè)面使用Bootstrap框架用來(lái)提供圖形豐富的用戶界面，輔助以Ajax和JavaScript腳本實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器之間的異步交互功能。系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)收集機(jī)器生產(chǎn)的信息及發(fā)送控制指令實(shí)現(xiàn)織機(jī)遠(yuǎn)程啟停控制、款式文件及生產(chǎn)訂單上傳、車(chē)間、工作組及單機(jī)生產(chǎn)效率估算、產(chǎn)能分析、班次管理、訂單管理等功能。

　　2.2 基于SOA的MES系統(tǒng)

　　MES（Manufacturing Execution System）制造執(zhí)行系統(tǒng)，是由美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)（Advanced Manufacturing Research，AMR）提出，定義為“位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間的、面向車(chē)間層的管理信息系統(tǒng)”，它是為了解決上層計(jì)劃系統(tǒng)與下層控制系統(tǒng)之間的信息通信而產(chǎn)生的，是現(xiàn)代生產(chǎn)管理中最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，是企業(yè)CIMS信息集成的紐帶。生產(chǎn)車(chē)間各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析是MES中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來(lái)，企業(yè)逐漸認(rèn)識(shí)到將ERP與底層控制系統(tǒng)統(tǒng)一起來(lái)的重要性，并認(rèn)識(shí)到MES是解決這一問(wèn)題的有效途徑，即通過(guò)MES來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息的集成，形成實(shí)時(shí)化的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)在計(jì)劃管理層與底層控制之間架起了一座橋梁，填補(bǔ)了兩者之間的空隙，可為企業(yè)及時(shí)提供生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息，以優(yōu)化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化資源配置。

　　MES作為整個(gè)系統(tǒng)的控制和調(diào)度核心，它由中間件和應(yīng)用層兩部分組成。其中本文定義為一個(gè)Web Service中間件，用來(lái)把來(lái)自電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)發(fā)送到RFID中間件，然后經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的緩存、過(guò)濾后將有效的生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)流程，特別是后道流程進(jìn)行系統(tǒng)建模。系統(tǒng)通過(guò)RFID采集流程中各工序環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息。在物料流轉(zhuǎn)過(guò)程中，對(duì)每一單物料加載一個(gè)RFID物料卡，每個(gè)工序上的員工都有一張員工卡。員工在完成工序上的每單物料加工后，通過(guò)在終端上刷物料卡和員工卡，實(shí)現(xiàn)工序信息的實(shí)時(shí)采集和物料加工計(jì)件與員工數(shù)據(jù)鏈接。

　　按照功能需求分析將MES劃分為四個(gè)功能模塊，分別是基本功能模塊、功能區(qū)模塊、審核區(qū)模塊和報(bào)表區(qū)模塊。其中功能區(qū)模塊主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息的錄入，包括日產(chǎn)量信息、后道RFID產(chǎn)量、工序工價(jià)表等；對(duì)于未滿足生產(chǎn)需求的信息列表，可以進(jìn)行修改和刪除，其他客戶端實(shí)時(shí)同步，減少長(zhǎng)時(shí)間信息滯后帶來(lái)的一系列問(wèn)題。審核區(qū)模塊對(duì)功能區(qū)模塊生成的生產(chǎn)信息表單進(jìn)行審核操作，審核通過(guò)后，下達(dá)工作車(chē)間進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。報(bào)表區(qū)模塊對(duì)已經(jīng)完成的生產(chǎn)作業(yè)信息以及員工工資按一定條件查找統(tǒng)計(jì)，使得以最為直觀的數(shù)據(jù)方式顯示在操作員面前，并集成Excel報(bào)表的導(dǎo)出功能，可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)具有實(shí)際價(jià)值的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)的價(jià)值比將數(shù)據(jù)按照最為合理的方式統(tǒng)計(jì)在Excel報(bào)表中。

　　本文采用基于Web 的三層體系結(jié)構(gòu)（即表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)接口層的三層分布式結(jié)構(gòu)），由封裝在Web 服務(wù)器中的各功能組件通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口統(tǒng)一訪問(wèn)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上的相應(yīng)資源。在系統(tǒng)構(gòu)建中，作為SOA 的一種實(shí)現(xiàn)技術(shù)，采用Web Service提供的XML標(biāo)準(zhǔn)接口，具有完好的封裝性、松散的耦合性及高度的可集成性等特點(diǎn)，能夠良好地實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中間件與企業(yè)系統(tǒng)的集成，完成兩者的松耦合。在本系統(tǒng)中，采用SOA技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與客戶端之間的解耦合。

　　客戶端首先發(fā)出HTTP請(qǐng)求，通過(guò)SOA接口配置文件進(jìn)入SOA處理端；然后根據(jù)請(qǐng)求指令集映射文件找到相應(yīng)的SOA代理對(duì)象；最后HTTP請(qǐng)求被轉(zhuǎn)發(fā)到實(shí)際處理端進(jìn)行操作，并給予客戶端響應(yīng)。

　　2.3 智能工序數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)

　　本文根據(jù)企業(yè)應(yīng)用環(huán)境及實(shí)際需求設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)了一種完整的工序信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)由智能數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集終端、數(shù)據(jù)基站和服務(wù)器三部分組成。數(shù)據(jù)采集終端負(fù)責(zé)讀取員工卡和物料卡中的生產(chǎn)信息（如員工編號(hào)、工位編號(hào)、生產(chǎn)貨號(hào)等），將員工信息與其加工過(guò)的物料信息進(jìn)行綁定，加蓋時(shí)間戳后發(fā)送至數(shù)據(jù)基站。數(shù)據(jù)基站通過(guò)無(wú)線模塊接收采集終端發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，按照一定規(guī)則過(guò)濾生產(chǎn)數(shù)據(jù)，篩除冗余生產(chǎn)數(shù)據(jù)后，將真正有效的生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部局域網(wǎng)傳送至服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)采集終端硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，整體結(jié)構(gòu)由MCU主控模塊、RFID數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊、無(wú)線通信模塊、RS232模塊、液晶顯示模塊、JTAG系統(tǒng)調(diào)試模塊、電源/復(fù)位模塊等構(gòu)成。

　　MCU主控模塊采用基于Cortex-M3內(nèi)核的嵌入式處理器STM32F103VET6，負(fù)責(zé)處理RFID射頻模塊采集到的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)。RFID數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊采用非接觸式讀寫(xiě)卡芯片MFRC522，讀取數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，并通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)基站。數(shù)據(jù)基站采用的主控芯片為STM32F107，采用獨(dú)立于介質(zhì)的接口RMII方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線通信采用基于Silicon Labs公司Si4432芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的具有高集成度、低功耗的擴(kuò)頻無(wú)線收發(fā)模塊，傳輸距離可達(dá)2000m，工作頻率為433MHz。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

　　本系統(tǒng)主體部分已在浙江芬雪琳針織服飾有限公司部署安裝，經(jīng)調(diào)試后上線運(yùn)行。

　　為方便各級(jí)別員工實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)活動(dòng)狀況及進(jìn)度，本系統(tǒng)提供基于安卓系統(tǒng)的手機(jī)APP軟件，

　　本文開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)在該企業(yè)上線運(yùn)行以來(lái)，應(yīng)用效果明顯。在前道工序方面，通過(guò)在線監(jiān)控織機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示織機(jī)生產(chǎn)信息，如開(kāi)機(jī)時(shí)間、生產(chǎn)訂單號(hào)、已完成件數(shù)以及待加工件數(shù)等，統(tǒng)計(jì)每一個(gè)織機(jī)工作組的工作效率和時(shí)間效率，并以此作為依據(jù)推斷前道車(chē)間總生產(chǎn)效率。在后道工序方面，實(shí)時(shí)采集每道工序每個(gè)員工的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。通過(guò)與ERP系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)全流程的數(shù)字化監(jiān)控，優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度，有效提高了生產(chǎn)線工作效率和成品率。根據(jù)多個(gè)生產(chǎn)周期的連續(xù)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，前道織機(jī)空載運(yùn)行時(shí)間明顯減少，單位產(chǎn)量織機(jī)電能消耗及前后道生產(chǎn)原料消耗也下降明顯，企業(yè)月生產(chǎn)效率提升10%以上；而得益于生產(chǎn)效率的提升，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也在不斷增長(zhǎng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)典型架構(gòu)，利用RFID、傳感網(wǎng)、433MHz無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)和Web Service等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)織機(jī)集群管理系統(tǒng)、基于SOA的MES系統(tǒng)和智能工序數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，在無(wú)縫針織企業(yè)實(shí)現(xiàn)了一種基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的MES系統(tǒng)，并在實(shí)際企業(yè)部署實(shí)施。企業(yè)實(shí)際應(yīng)用情況表明，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)于提升傳統(tǒng)制造型企業(yè)的生產(chǎn)效率，優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)資源配置，提高企業(yè)管理水平都具有明顯的促進(jìn)作用。

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本文標(biāo)題：一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無(wú)縫針織企業(yè)MES/ERP系統(tǒng)

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