項目2MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理拓展案例

一、數(shù)據(jù)管理目標制造執(zhí)行數(shù)據(jù)管理是MES系統(tǒng)管理的重要內(nèi)容，通過豐富的數(shù)據(jù)采集手段，對制造執(zhí)行的全過程進行全面的數(shù)據(jù)采集，然后通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)機制對采集上來的數(shù)據(jù)進行高效的管理。通過對制造執(zhí)行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和有效處理，可以增加制造執(zhí)行過程的透明性和可控性，可以極大地提高生產(chǎn)效率。為了實現(xiàn)對采集的數(shù)據(jù)的有效存儲以及存儲數(shù)據(jù)的高效處理，制造執(zhí)行數(shù)據(jù)的管理必須滿足以下幾點要求。（1）數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)清晰。數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)清晰有利于數(shù)據(jù)的高效存儲與快速處理，并且有利于以后的數(shù)據(jù)擴展。對于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)并存的數(shù)據(jù)管理亞奧球，清晰的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)就顯得更加必要。首先，在存儲方面，清晰的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以使得采集上來的數(shù)據(jù)更快地對號入座，減少數(shù)據(jù)存儲所用的時間，提高數(shù)據(jù)采集的效率，使得數(shù)據(jù)采集的實時性、精確性更強；其次，在數(shù)據(jù)處理方面，清晰的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以使數(shù)據(jù)處理的時候能夠更快地定位到需要的數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)檢索所用的事件，提高數(shù)據(jù)處理的效率，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的快速響應(yīng)。（2）數(shù)據(jù)冗余度小。數(shù)據(jù)冗余是一個數(shù)據(jù)集合中重復的數(shù)據(jù)。冗余的數(shù)據(jù)不僅會增加系統(tǒng)存儲的負擔，而且會增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護的難度。過多的冗余數(shù)據(jù)將會使數(shù)據(jù)處理的邏輯過于復雜，增加數(shù)據(jù)處理的時間，同時也有可能造成信息處理結(jié)果的不正確。所以在數(shù)據(jù)存儲的時候，一定要堅持一個原則就是一份數(shù)據(jù)只保存在一個地方，其他地方在每次需要這個數(shù)據(jù)的時候都從這個數(shù)據(jù)源頭通過關(guān)聯(lián)關(guān)系去獲取。（3）數(shù)據(jù)處理響應(yīng)速度快。由于生產(chǎn)現(xiàn)場情況實時發(fā)生變化，MES系統(tǒng)必須具備快速的反應(yīng)能力，對生產(chǎn)現(xiàn)場的快速變化做出反應(yīng)，這其中最重要的一點要求就是系統(tǒng)具備快速的數(shù)據(jù)處理響應(yīng)速度?？焖俚臄?shù)據(jù)處理建立在清晰的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)與優(yōu)化的數(shù)據(jù)處理邏輯之上。在數(shù)據(jù)采集完成之后，通過清晰的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)快速地完成存儲；在提取數(shù)據(jù)進行處理的時候，通過優(yōu)化的數(shù)據(jù)處理邏輯結(jié)構(gòu)提高數(shù)據(jù)處理的速度。

二、數(shù)據(jù)組織建模MES作為面向車間的支撐信息化系統(tǒng)，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理模型、高效的數(shù)據(jù)存儲和處理機制實現(xiàn)對制造執(zhí)行數(shù)據(jù)的有效管理。制造執(zhí)行數(shù)據(jù)管理很重要的前提是統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的建立，通過對制造執(zhí)行業(yè)務(wù)流程的分析，對整個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元進行單元化劃分，然后按照數(shù)據(jù)單元之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系建立涵蓋所有數(shù)據(jù)單元的關(guān)聯(lián)約束模型。1.面向關(guān)聯(lián)的分類數(shù)據(jù)單元模型針對制造執(zhí)行過程數(shù)據(jù)種類繁多的特點，通過對數(shù)據(jù)進行分類處理的方式可以清理數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，為建立清晰的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型打下基礎(chǔ)。分析整個制造執(zhí)行過程，可以發(fā)現(xiàn)制造執(zhí)行過程中涉及的元素都是可以劃分的一個個數(shù)據(jù)實體，不管是業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，還是業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)中輸入的資源。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，按照面向?qū)ο蟮脑韺χ圃靾?zhí)行過程中涉及的元素進行對象構(gòu)建，然后在元素對象的基礎(chǔ)上就可以很容易地對制造執(zhí)行中的數(shù)據(jù)進行單元劃分。分析制造執(zhí)行的全過程，可以將制造執(zhí)行過程涉及的元素對象包括人員、設(shè)備、訂單、工藝、物料、刀具夾具等構(gòu)成數(shù)據(jù)實體，然后再將數(shù)據(jù)實體歸類組成數(shù)據(jù)單元。詳細的數(shù)據(jù)實體與數(shù)據(jù)單元分類如表2-1所示。表2-1數(shù)據(jù)單元與其下的數(shù)據(jù)實體編號數(shù)據(jù)單元編號數(shù)據(jù)實體是否存在引用引用數(shù)據(jù)實體A1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)A1.1人員否A1.2設(shè)備否A1.3工種否A1.4班組是A1.1A1.5設(shè)備組是A1.2A2訂單A2.1訂單結(jié)構(gòu)否A2.2訂單基本數(shù)據(jù)是A2.1A2.3訂單批次是A2.2A2.4訂單調(diào)度計劃是A2.2、A1.1、A1.2、A3.1A3工藝A3.1工藝路線否A3.2工藝文件是A3.1A3.3工時是A3.1A3.4生產(chǎn)準備是A3.1、A6.1、A6.2、A6.3、A6.4A4執(zhí)行監(jiān)控A4.1執(zhí)行小批次是A2.2、A2.3A4.2訂單執(zhí)行數(shù)據(jù)是A2.2、A2.3、A2.4、A3.1、A4.1A4.3物流周轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)是A2.2、A3.1、A3.4、A4.1A4.4工票是A2.2、A3.1、A3.3A4.5隨批單是A2.2、A3.1A5質(zhì)檢A5.1質(zhì)檢批次是A2.3、A3.1A5.2自檢數(shù)據(jù)是A3.1、A3.2A5.3互檢數(shù)據(jù)是A3.1、A3.2、A5.2A5.4專檢數(shù)據(jù)是A3.1、A3.2、A5.1、A5.2、A5.3A6資源器具A6.1條碼否A6.2物料是A6.1A6.3刀具是A6.1A6.4工裝是A6.1A6.5量具是A6.1（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是生產(chǎn)開始之前就必須維護在MES中的一類數(shù)據(jù)，在制造執(zhí)行的過程中如果需要這些數(shù)據(jù)就直接從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中引用。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括人員、設(shè)備、工種、設(shè)備組、班組等數(shù)據(jù)，其中設(shè)備組是對設(shè)備的進一步分類管理，班組是對人員的進一步分類管理。（2）訂單是制造執(zhí)行的核心，訂單存在一定的組織結(jié)構(gòu)，比如“型號—批號—工號—訂單”。同時，訂單也會根據(jù)生產(chǎn)的需要進行分批處理，在訂單下生成更小單位的執(zhí)行批次。調(diào)度人員根據(jù)訂單任務(wù)信息編制訂單調(diào)度計劃，包括為訂單工序指定設(shè)備和工人并指定生產(chǎn)周期和開始時間以控制生產(chǎn)進度。（3）工藝數(shù)據(jù)單元包含了所有生產(chǎn)需要的工藝相關(guān)的信息，包括結(jié)構(gòu)化的工藝路線、詳細的工藝文件、工序工時以及訂單生產(chǎn)準備信息。結(jié)構(gòu)化的工藝路線是執(zhí)行和監(jiān)控的基礎(chǔ)，同時調(diào)度員在編制調(diào)度計劃安排的時候也是以工藝路線為依據(jù)。訂單生產(chǎn)準備信息為面向訂單工序的物料、刀具、量具、工裝等準備信息。（4）執(zhí)行監(jiān)控數(shù)據(jù)單元是與其他數(shù)據(jù)單元關(guān)聯(lián)最密切的一個單元，因為這個單元中的數(shù)據(jù)是制造執(zhí)行過程中最集中的體現(xiàn)，并且實時性最強。執(zhí)行監(jiān)控單元中包括訂單執(zhí)行進度數(shù)據(jù)、物流周轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)、工票數(shù)據(jù)、隨批單數(shù)據(jù)以及執(zhí)行小批次數(shù)據(jù)。訂單執(zhí)行進行數(shù)據(jù)與物流周轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)時刻反映著車間生產(chǎn)現(xiàn)場的情況，是車間計劃人員了解制造執(zhí)行情況的重要依據(jù)。工票與隨批單是制造執(zhí)行過程中產(chǎn)生的重要表單，這些表單數(shù)據(jù)隨著制造執(zhí)行過程的不斷流轉(zhuǎn)并不斷更新。執(zhí)行小批次是訂單及其執(zhí)行批次下面向制造執(zhí)行過程的任務(wù)單元，記錄著制造執(zhí)行的詳細過程，執(zhí)行小批次是為了解決流程和離散混合生產(chǎn)模式下的物料周轉(zhuǎn)控制問題。（5）質(zhì)檢數(shù)據(jù)單元包括了所有的與質(zhì)量檢驗相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括質(zhì)量檢驗中可能會涉及的自檢、護肩、專檢流程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及專檢過程中產(chǎn)生的質(zhì)檢小批次數(shù)據(jù)。質(zhì)檢下批次與執(zhí)行小批次一樣是過程數(shù)據(jù)，記錄著質(zhì)量檢驗的詳細過程。（6）資源器具數(shù)據(jù)單元包括了車間生產(chǎn)中除去設(shè)備之外的制造資源，這些制造資源的管理可以根據(jù)車間具體的管理精細化程度進行控制。如果車間需要對制造資源和制造執(zhí)行過程進行精細化的管理就可以通過完善資源器具數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)實現(xiàn)，如果車間不需要精細化的控制，這部分數(shù)據(jù)的確實也不會影響到其他的數(shù)據(jù)單元。2.復雜制造執(zhí)行過程的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)約束模型制造執(zhí)行數(shù)據(jù)不僅種類繁多，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系也錯綜復雜。通過對制造執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)實體的分析建立了分類數(shù)據(jù)單元，數(shù)據(jù)單元之間由于復雜的引用關(guān)系形成一個完整的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)數(shù)據(jù)單元模型及其引用關(guān)系得出的完整制造執(zhí)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)約束模型，如圖2-1所示。分析制造執(zhí)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)約束模型，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)單元與單元之間存在關(guān)聯(lián)約束，同時數(shù)據(jù)單元內(nèi)部的數(shù)據(jù)實體之間也存在約束關(guān)系。所有的數(shù)據(jù)單元組合在一起構(gòu)成了完整的制造執(zhí)行數(shù)據(jù)集，在數(shù)據(jù)集內(nèi)部存在約束控制。同時從制造執(zhí)行過程全局控制的角度，MES為了更方便地對制造執(zhí)行過程變量進行控制，通過全局配置的方式向數(shù)據(jù)集輸入配置變量，以達到全局控制的目的。具體的約束分類如下。圖2-1制造執(zhí)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)約束模型（1）全局數(shù)據(jù)約束。全局數(shù)據(jù)約束是MES為了更方便地控制制造執(zhí)行的過程，通過系統(tǒng)配置的方式，向制造執(zhí)行數(shù)據(jù)輸入變量控制，以達到從全局的角度控制制造執(zhí)行過程的目的。這些系統(tǒng)配置包括制造執(zhí)行業(yè)務(wù)流程環(huán)節(jié)的配置、人員角色權(quán)限的配置等。通過全局系統(tǒng)配置，可以使得MES系統(tǒng)在不需要重新開發(fā)的情況下適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的變化，實現(xiàn)快速響應(yīng)。全局約束是一種單向約束，約束只能從系統(tǒng)向數(shù)據(jù)集發(fā)出，而數(shù)據(jù)集反過來不會對系統(tǒng)配置造成影響。（2）縱向數(shù)據(jù)約束?？v向數(shù)據(jù)約束是數(shù)據(jù)單元與數(shù)據(jù)單元之間由于數(shù)據(jù)引用關(guān)聯(lián)而產(chǎn)生的約束關(guān)系。由于一個數(shù)據(jù)單元可以引用多個數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)，所有縱向約束在約束范圍上存在一個一對多的關(guān)系，既可一個下游數(shù)據(jù)單元與多個上游數(shù)據(jù)單元之間存在約束；同時多個數(shù)據(jù)單元也可以引用一個數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)，所有縱向約束在約束范圍上也存在多對一的關(guān)系，即多個下游數(shù)據(jù)單元與一個上游數(shù)據(jù)單元之間存在約束。縱向約束是一種雙向約束，只要下游數(shù)據(jù)單元與上游數(shù)據(jù)單元之間存在約束關(guān)系，下游數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)變化會引起上游數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)變化，同時上游數(shù)據(jù)單元的變化也會引起下游數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)變化。（3）橫向數(shù)據(jù)約束。橫向數(shù)據(jù)約束是同一個數(shù)據(jù)單元中的數(shù)據(jù)實體與數(shù)據(jù)實體之間由于數(shù)據(jù)引用關(guān)聯(lián)而產(chǎn)生的約束關(guān)系。由于一個數(shù)據(jù)實體可以引用多個數(shù)據(jù)實體的數(shù)據(jù)，所有橫向約束在約束范圍上存在一個一對多的關(guān)系，即一個下游的數(shù)據(jù)實體與多個上游的數(shù)據(jù)實體之間存在約束；同時多個數(shù)據(jù)實體也可以引用一個數(shù)據(jù)實體的數(shù)據(jù)，所有橫向約束在約束方位上也存在多對一的關(guān)系，即多個下游數(shù)據(jù)實體與一個上游數(shù)據(jù)實體之間存在約束。橫向約束是一種雙向約束，只要下游數(shù)據(jù)實體與上游數(shù)據(jù)實體之間存在約束關(guān)系，下游數(shù)據(jù)實體的數(shù)據(jù)變化會引起上游數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)變化，同時上游數(shù)據(jù)實體的變化也會引起下游數(shù)據(jù)實體的數(shù)據(jù)變化。

三、數(shù)據(jù)處理機制隨著制造執(zhí)行過程的不斷展開，制造執(zhí)行數(shù)據(jù)在不斷地發(fā)生變化，這些變化通過數(shù)據(jù)之間的約束關(guān)系將會引起其他關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的變化。同時由于制造執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)關(guān)系并不是簡單的線性約束關(guān)系，而是通過各種各樣的相互引用形成的復雜約束網(wǎng)絡(luò)。這時候，一個數(shù)據(jù)的變化將會通過約束網(wǎng)絡(luò)引起巨大的連鎖反應(yīng)，如果不能很好地處理這種數(shù)據(jù)變化將可能導致對MES運行的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重的影響。所以分析制造執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)處理機制，對MES的穩(wěn)定運行具有重要的意義。1.過程驅(qū)動的數(shù)據(jù)響應(yīng)處理原則制造執(zhí)行數(shù)據(jù)集是一個整體，是制造執(zhí)行全過程的數(shù)據(jù)組織和再現(xiàn)。按照制造執(zhí)行的業(yè)務(wù)流程，制造執(zhí)行一步步展開，同時制造執(zhí)行數(shù)據(jù)也逐漸豐富。由于制造執(zhí)行過程數(shù)據(jù)具有復雜關(guān)聯(lián)約束關(guān)系的特點，在處理數(shù)據(jù)驅(qū)動源引起的數(shù)據(jù)變化時，如果簡單地按照數(shù)據(jù)約束關(guān)系進行數(shù)據(jù)響應(yīng)，將可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)處理困難或者數(shù)據(jù)無法處理的問題，比如由于約束范圍過大導致數(shù)據(jù)變化的影響范圍太大。針對數(shù)據(jù)響應(yīng)處理的時候可能會遇到的問題，必須確立以下數(shù)據(jù)響應(yīng)處理的原則。（1）提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。制造執(zhí)行數(shù)據(jù)之間具有復雜的呈網(wǎng)絡(luò)狀的約束關(guān)系，數(shù)據(jù)的約束有可能通過約束網(wǎng)絡(luò)傳導并返回自身形成循環(huán)約束，即一個數(shù)據(jù)的變化可能會引起自身進一步的變化并循環(huán)往復，進而影響整個MES系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。針對這種情況，需要建立一種循環(huán)約束判斷機制，如果數(shù)據(jù)處理出現(xiàn)了循環(huán)響應(yīng)，就設(shè)置循環(huán)響應(yīng)的終止條件，并根據(jù)終止條件適時退出循環(huán)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）保證數(shù)據(jù)狀態(tài)的統(tǒng)一性。數(shù)據(jù)驅(qū)動引起的數(shù)據(jù)變化通過約束網(wǎng)絡(luò)將會引起多個數(shù)據(jù)的響應(yīng)，并且由于數(shù)據(jù)之間約束的存在，MES系統(tǒng)總是只能一個一個地完成數(shù)據(jù)處理進而完成整個數(shù)據(jù)驅(qū)動的響應(yīng)處理。但是如果其中某一項數(shù)據(jù)的處理失敗，將會打斷整個數(shù)據(jù)處理過程并破壞數(shù)據(jù)之間的約束關(guān)系。針對這種情況，需要將整個數(shù)據(jù)驅(qū)動的響應(yīng)過程放置到一個事務(wù)中進行處理，如果事務(wù)中的一項數(shù)據(jù)操作失敗就對已完成的數(shù)據(jù)操作進行回滾，使所有數(shù)據(jù)恢復到處理之前的狀態(tài)，保證數(shù)據(jù)狀態(tài)的統(tǒng)一。（3）保證數(shù)據(jù)記錄的完整性。對于存在復雜關(guān)聯(lián)的大數(shù)據(jù)及，刪除數(shù)據(jù)的過程往往涉及多個數(shù)據(jù)的刪除操作。在進行數(shù)據(jù)刪除的時候也必須應(yīng)用上面提到的事務(wù)處理機制，同時不能通過物理刪除的方式將數(shù)據(jù)記錄刪除，而必須采用邏輯刪除的方式。由于復雜約束的存在，刪除數(shù)據(jù)的過程具有嚴格的順序要求，如果約束處理方式不當或者數(shù)據(jù)刪除處理不完全將會破壞整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性。采用邏輯刪除的方式，可以通過標示數(shù)據(jù)的狀態(tài)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的邏輯刪除，這樣不會由于約束處理不當而導致數(shù)據(jù)沖突和數(shù)據(jù)缺失。2.分類模塊化數(shù)據(jù)響應(yīng)處理技術(shù)通過對制造執(zhí)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)約束模型的構(gòu)建以及數(shù)據(jù)驅(qū)動源的分析，建立數(shù)據(jù)驅(qū)動源對數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)約束模型的驅(qū)動關(guān)系，然后按照約束模型以分類模塊化的數(shù)據(jù)單元為單位完成對數(shù)據(jù)驅(qū)動的層層響應(yīng)處理，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)的驅(qū)動響應(yīng)處理。數(shù)據(jù)驅(qū)動源與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)約束模型的數(shù)據(jù)驅(qū)動關(guān)系如圖2-2所示。圖2-2數(shù)據(jù)驅(qū)動源與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)約束模型的驅(qū)動關(guān)系在訂單計劃層的數(shù)據(jù)驅(qū)動源頭包括訂單的創(chuàng)建、訂單的更新、訂單的撤銷、訂單的任務(wù)分配、訂單分批、訂單洗發(fā)。訂單創(chuàng)建、訂單更新、訂單任務(wù)分配、訂單分批、訂單下發(fā)將會引起訂單數(shù)據(jù)對的變化，訂單的撤銷將會引起訂單數(shù)據(jù)單元、工藝數(shù)據(jù)單元、執(zhí)行監(jiān)控數(shù)據(jù)單元、質(zhì)檢數(shù)據(jù)單元、資源器具數(shù)據(jù)單元的變化。然后通過數(shù)據(jù)單元之間的引用關(guān)系進一步確定其他數(shù)據(jù)單元的變化。在工藝技術(shù)準備層的數(shù)據(jù)驅(qū)動源頭包括工藝任務(wù)分配、工藝路線創(chuàng)建、工藝路線更改、工時更改、生產(chǎn)準備。工藝任務(wù)分配、工藝路線創(chuàng)建將會引起工藝數(shù)據(jù)單元的變化，工藝路線更改將會引起工藝數(shù)據(jù)單元、執(zhí)行監(jiān)控數(shù)據(jù)單元、質(zhì)檢數(shù)據(jù)單元、資源器具數(shù)據(jù)單元的變化，工時更改將會引起工藝數(shù)據(jù)單元、訂單數(shù)據(jù)單元、執(zhí)行監(jiān)控數(shù)據(jù)單元、質(zhì)檢數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)變化，生產(chǎn)準備將會引起工藝數(shù)據(jù)單元、執(zhí)行監(jiān)控數(shù)據(jù)單元、資源器具數(shù)據(jù)單元的變化。然后銅鼓數(shù)據(jù)單元之間的引用關(guān)系進一步確定其他數(shù)據(jù)單元的變化。在生產(chǎn)計