基于B_S架构的浆纱MES系统开发与应用.pdf

第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology基于 B/S架构的浆纱 MES系统开发与应用庄永航 向军 潘如如（江南大学，江苏无锡，214122）摘要：针对浆纱企业在生产过程中车间与管理部门间存在信息滞后、生产效率降低的问题，设计了基于B/S 架构的浆纱 MES 系统。该系统采用 Java 进行编译，用户界面可完全通过浏览器实现，浏览器通过 Web Server同数据库进行数据交互，从而实现对浆纱生产过程实时监控与管理。应用结果表明，该系统使企业生产效率得到较明显的提高，人工录入信息时间减少了 20%30%；在质量管理上，浆纱百根万米断头率在原有基础上下降了 40%50%。认为：该系统提高了生产质量与效率，降低了企业实际生产成本。关键词：MES开发；B/S架构；浆纱工艺；智能报表；生产效率中图分类号：TS105 文献标志码：B 文章编号：1000-7415（2023）08-0011-04Development and application of sizing MES system based on B/S architectureZHUANG Yonghang XIANG Jun PAN Ruru（Jiangnan University，Wuxi，214122，China）Abstract Aimed at the problems of information lag between workshop and management department，lower production efficiency during production in sizing enterprises，a sizing MES system based on B/S architecture was designed.Java was used in the system for intercompilation.The user interface could be realized by the browser.Through Web Server，the browser interacted with the database.Thus，the real-time monitoring and management of the sizing process were realized.The application results showed that the system could obviously improve the production efficiency of the enterprise，the time for manual inputting information was reduced by 20%30%.For quality management，the breaking rate of 100 sized yarns in 10 000 meters was decreased by 40%50%.It is considered that production quality and efficiency are improved by the system.Practical production cost of enterprises are decreased.Key Words MES development，B/S architecture，sizing process，intelligent report，production efficiency浆纱是织造生产流程中的一道重要工序，是保证织造过程顺利进行的基础，决定了后续生产及织物质量。然而大多传统纺织企业的车间工作依赖纸质办公，信息化程度不高，使得企业不能实时监控和统计车间数据，从而导致在实际生产过程中，管理者无法对一线的生产情况、设备、人员和品种进行实时掌控及管理。随着工业 4.0 时代的到来，数字化、网络化、智能化成为企业发展的方向。刘燕等1针对针织生产过程中存在的问题，设计了针织 MES 系统，搭建起数据、通信和控制之间的桥梁，提高了企业的生产管理效率；葛陈鹏等2结合自主研发的纺纱企业制造执行系统在多家纺纱企业长期系统化应用的实践，阐述了该系统的基本模型架构、工作流程、功能模块、技术特点，表明了 MES系统在效率、质量监管等方面的优越性；张慧霞等3通过织机在线联网采集系统在设备管理中的运用，使各项工作高效、有序进行，可提高设备管理效率、织机效率以及产品质量，经济效益明显；唐麒麟等4将计算机技术、网络通信技术、数据库技术与纺织生产工艺相结合，设计并搭建了面向纺织企业的数据采集分析系统，有效提高了企业的生产效率；郑健5介绍了当前常用的棉纺织设备数据采集方式，分析了棉纺织企业数据采集的需求，提出了棉纺织设备数据采集与管理分布式逻辑结构模型，OSID码基金项目：国家自然科学基金项目（61976105）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（JUSRP123001）作者简介：庄永航（1997），男，在读硕士研究生；潘如如，通信作者，教授，收稿日期：2023-03-12】【11第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology实现了对生产数据的处理与分析，为企业管理和领导决策提供了支持；江豪等6针对帘子布直捻车间生产线信息化程度较低问题，开发出帘子布直捻车间 MES系统，实现了从投料到产出整个生产过程的数据采集和上层应用，有效地解决了车间生产和管理等方面的问题；崔士涛7介绍了棉纺企业利用现代在线信息系统的方式，通过使用MES在线监控系统，实现了纺织行业物联网的应用，结合质量管控系统，实现了在线质量监控、在线质量记录及快速整改，最终有效提升了纱线质量的稳定性和纱线使用效果。从上述文献来看，目前纺织企业在 MES系统上的利用主要集中在生产管理和数据统计，对车间采集的报表数据分析还不够深入。为此本研究开发了针对浆纱生产的 MES系统，通过实时采集车间生产数据实现车间与管理者之间在生产情况上的及时沟通，并进一步对采集到的数据进行分析，为企业的工艺调整和质量管理提供指导，进而提高浆纱产品质量。1 数据采集由于纺织企业设备多，采集的数据量大，仅通过人工采集，容易出现疏漏，因此本系统通过PLC 自动采集数据，结合人工采集的方式，从而确保企业采集到的数据准确有效。1.1品种产量数据采集当员工根据企业下发的生产计划进行浆纱的生产工作时，MES 系统通过对 ERP 数据库进行数据查询，获取到品种的订单编号、规格等信息，核实无误后，挡车工对品种订单进行人工录入，品种订单完成录入后，PLC 采集器会定时对品种生产时的车速进行采集，MES系统则记录每个品种的上轴时间与落轴时间，从而实现对品种产量的计算与管理。1.2疵点数据采集疵点主要采集内容为浆纱的断头率，此外还包括浆纱生产过程出现的其他常见疵点，如浆油、浆斑、并纱、绞头、浆槽开刀、经轴开刀、坏边、车头撞筘等 10 种疵点类型。断头采集的信息包括断头数、品种生产长度、织轴总经根数。其中断头数与生产长度通过 PLC 采集而来，织轴的总经根数为人工录入。其他疵点信息采集均通过疵点录入界面进行操作，挡车工需要对人员、机器编号、品种订单以及疵点类型、数量等信息进行录入。人员、品种订单和机器编号信息，系统自动提供给操作人员，员工只需要对疵点种类按钮进行点击选择，即可将此次的疵点数据绑定到对应的品种生产上，方便对品种质量的管理。1.3生产状态数据采集品种订单完成录入后，PLC 采集器会定时获取该品种的生产工艺参数，如压力、浆槽温度、伸长率、张力等关键信息，并将数据存储在数据库中，系统会将采集的数据形成可视化大屏展示。2 系统框架设计本系统主要分为数据采集系统以及 MES 软件系统。数据采集系统，通过让传感器与 PLC 相连，传感器将设备的运行参数，如温度、车速、位置信号与耗能等转换为电信号输出并传给 PLC 采集器，最后将数据上传至 SQL Server 等数据库。前 端 设 计 采 用 Vueelementui 技 术，后 端 采 用Springboot 框架。系统设计基于 B/S 结构，浏览器通过 Web Server同数据库进行数据交互，用户通过浏览器即可实时获取车间生产数据，进行车间管理工作。3 系统功能设计根据企业需求，该 MES软件系统在功能开发上主要分为浆纱管理、报表系统、疵点管理三大模块，通过三大模块实现企业在生产流程中对品种、人员、产品质量的科学管理。3.1品种产量管理企业管理者通过 MES 系统对品种的车速与生产时长等信息的采集与处理，实现对品种产量管理。当天品种的生产完成后，系统会自动计算出当天的总产量，如式（1）所示。管理者可根据每日品种产量数据，及时查看品种订单的生产进度。Foutput=i=1n(Vi Ti)(1)式中：Foutput为某品种一天内的总产量；Vi为该品种的某次生产的车速；Ti为品种生产的时长；n为该品种的单日上轴次数。3.2疵点管理本系统在进行疵点录入时，需要存储的信息包括疵点种类、疵点数量，疵点位置、机器信息】【12第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology等。统计录入的疵点类型主要包括断头、浆油、浆斑、并纱、绞头、浆槽开刀、经轴开刀、坏边、车头撞筘等。疵点的管理主要是以百根万米断头率（以下简称断头率）为重要监测指标。通过系统计算出断头率进而对产品质量作监控管理。断头率的计算如式（2）所示。BW=BnC Sn 1 000 000 (2)式中：BW为品种生产时的断头率；Bn为品种生产时采集的断头数；C为品种生产长度；Sn为浆轴的织轴总经根数。此外根据企业需求，系统会对不同种类的疵点数量进行加权求和，从而获得每个品种生产的疵点总数，如式（3）所示。企业管理者只需要通过疵点报表查看到采集录入的疵点信息，即可查询到每个品种订单的总疵点数。根据品种的总疵点数，可了解到每个品种的质量。Q=i=1n(Wi Xi)(3)式中：Q是该浆轴生产的浆纱品种的总疵点数；Wi是企业设定的不同种类疵点的权重；Xi为不同种类疵点的数量。3.3生产状态管理浆纱实时监控的内容主要包括浆纱断头疵点、烘筒温度、机器生产车速、浆纱产量等生产数据。浆纱断头统计主要以断头率为质量指标。此外系统还会对品种生产时的机器停开机状况与工艺参数进行实时监控，工艺参数包括烘房温度、浆槽温度、张力、托纱辊压力，浆槽压力等详细信息。由 PLC 采集的工艺、产量等实时数据将以动态变化的形式在数据大屏上展示。企业管理者可以通过查看数据大屏及时对生产进行监控。3.4班次管理针对企业在生产过程中的班次安排需求，本系统将班次分为白班与夜班。在不同员工负责生产时，根据其工作时间自动将挡车工划分到相应班次中并进行记录。企业管理者可通过班次报表查看该月员工所负责班次的考勤状况以及产量。根据不同员工考勤以及班次产量可以对员工该月的绩效进行考核。同时对比班次之间产量浮动可以指导管理者了解设备或人员操作可能存在的问题，加强企业的质量管理。4 应用示例4.1品种-疵点报表品种报表囊括了该品种的订单编号、机器编号、品种编号、产量、机器车速以及断头率、断头数等关键信息，如图 1所示。每个品种生产完成后，企业可通过查看报表数据，查询每个品种订单的生产进度以及断头疵点情况。当该品种实际产量低于目标产量或疵点断头过高时，管理者可对相应品种的生产情况作进一步检查，对可能出现的因机器或人员操作问题而导致的产量过低或断头率过高的情况进行核实，企业还可以根据此报表对员工的绩效进行考核。4.2大屏展示大屏展示主要反应了该品种生产的详细产量与工艺参数。工艺参数包括烘房温度、浆槽温度、张力、压力等信息，如图 2所示。大屏中主要显示监控 4 部分内容：机器实时运行状态、浆纱运行情况、产量数据以及浆纱工艺实时状态。管理者通过机器实时运行状态模块可以查看到设备运行状况；浆纱运行情况模块主要包括机器的车速以及该品种的断头率情况；浆纱工艺参数实时状态部分主要对品种生产时的工艺参数进行实时监控，如温度、张力等实时参数的变图 1品种-疵点信息统计报表图 2实时大屏】【13第 51 卷 第 8 期2023 年 8 月Cotton Textile Technology化；产量数据部分展示近一周内的产量数据并形成图表，管理者可通过图表对比查看一周内产量的变化情况以及当天的产量数据。管理者可通过数据大屏直观、及时地对浆纱生产的全过程进行实时监控。4.3班次报表班次报表记录了员工的班次信息，以及该班次的产量和工作时间等信息，如图 3 所示。通过该报表可以做到对班次数据的实时监控和分析，管理者通过查找有关班次的生产和经营情况，对报表中不同班次的实际产量进行对比，对于生产中存在低产量的设备或班组，系统报表会将该班次的产量数据标红，提醒管理者及时跟进设备或人员操作可能存在的问题，从而实现对班次人员绩效的管理。5 应用效果浆纱 MES系统在江苏无锡某企业应用后，实现了从生产到人员的全方位监管，提高了企业的生产效率，降低了人员和设备的管理成本，效果较为明显，主要表现在以下 3个方面。（1）生产效率得到较为明显的提高。企业通过 MES系统实现了对生产和人员的全方位监管，保证了生产信息的时效性流通，有效减少了员工的生产操作时间，比原来所需的人工录入信息时间减少了 20%30%。（2）生产质量得到有效提高。企业通过 MES系统实现对浆纱疵点实时的监控，进而可根据报表记录的疵点信息对疵点数据以及上机工艺参数之间的关联进行分析挖掘，从而优化生产工艺过程，浆 纱 断 头 率 在 原 有 基 础 上 下 降 了 40%50%，产品质量得到提升。（3）人员与设备的管理得到提升。MES系统在帮助企业生产管理的同时，也加强了对人员的管理，通过班次管理，明确每位员工产量，同时对比班次之间产量浮动可以指导管理者了解设备运行情况或人员操作可能存在的问题。6 结束语由于浆纱企业在生产过程中车间与管理部门间存在信息滞后、生产效率降低的问题，阻碍了浆纱 企 业 管 理 能 力 的 提 升。本 研 究 设 计 的 浆 纱MES 系统，采用主流的 Java 进行编译，用户界面可完全通过浏览器实现，浏览器通过 Web Server同数据库进行数据交互，从而实现对浆纱生产过程实时监控与管理，有效提升了浆纱企业的生产管理效率。参考文献：1刘燕，邓维爱，曾晓君，等.基于物联网的针织 MES实时生产数据采集器的设计与实现 J.现代纺织技术，2017，25（5）：71-75.2葛陈鹏，季承，糜娜，等.基于制造执行系统的纺纱企 业 智 能 化 转 型 探 讨J.棉 纺 织 技 术，2021，49（10）：42-46.3张慧霞，马长青，代爱明，等.织机在线联网采集系统在设备管理中的应用 J.棉纺织技术，2018，46（10）：32-35.4唐麒麟，彭来湖，戴宁，等.面向纺织企业的数据采集分析系统设计与实现 J.软件工程，2022，25（8）：43-47.5郑健.棉纺织设备数据采集系统开发研究 J.信息系统工程，2015（1）：46-47，35.6江豪，段琼海，王永华，等.帘子布直捻车间 MES 系统的设计与实现J.棉纺织技术，2022，50（10）：49-53.7崔士涛.利用生产在线信息系统提升纱线质量的实践 J.棉纺织技术，2019，47（6）：67-72.图 3班次信息统计报表】【14