CN105678504A - 一种基于xml的现场层、mes、erp一体化信息集成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于XML的现场层、MES、ERP一体化信息集成方法，所属领域为制造业信息化技术领域。基于XML的现场层、MES、ERP一体化信息集成方法是在研究现场层、MES、ERP一体化信息集成框架的基础上，利用SOA架构和模块化思想，建立了MES系统与ERP系统之间的信息适配模型；基于OPC技术和RFID技术及Multi-Agent理论，建立了支持现场层多源信息数据智能提取、分析和优化的信息适配模型。本发明可以有效解决广大制造企业车间底层存在的信息孤岛和MES、ERP系统之间存在的信息异构等问题，从而消除企业的管理鸿沟，实现现场层、MES、ERP的无缝集成。

Description

一种基于XML的现场层、MES、ERP一体化信息集成方法

技术领域

本发明涉及一种基于XML的现场层、MES、ERP一体化信息集成方法。该方法是在研究现场层、MES、ERP一体化信息集成框架的基础上，利用SOA架构和模块化思想，建立了MES系统与ERP系统之间的信息适配模型；基于OPC技术和RFID技术及Multi-Agent理论，建立了支持现场层多源信息数据智能提取、分析和优化的信息适配模型。该发明属于制造业信息化技术领域。

技术背景

为把握当前新的科技革命和产业变革、信息化大背景下对制造业的新需求，坚定立足自主更新，深化科技体制改革，顺应“数字智造”新兴技术的发展形势，将先进的信息技术与制造业的发展有效融合，为使各自企业成为“数字智造”型优秀企业，很多企业引进了企业资源计划(EnterpriseResourcePlan，ERP)系统和制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem，MES)，以快速响应各种内外部因素的动态变化，使企业具备良好的敏捷性、智能性来满足激烈的市场竞争要求。但随着企业信息建设的不断深入，深刻体会到由各系统产生的财务信息、采购信息、生产信息、库存信息、销售信息、质量信息和设备信息等存在各为一体，互不相同的问题。这使企业难以对生产经营活动进行有效的监控和管理，形成制约企业快速发展的一大瓶颈，因而使企业认识到实现现场层、MES、ERP一体化信息集成的重要性，从而消除企业的“信息孤岛”和“管理鸿沟”。

企业资源计划(EnterpriseResourcePlan，ERP)系统的引进为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。通常制造企业的企业资源计划主要以公司的财务为中心结合供应链、生产物流、人力资源和资产管理为核心，构筑形成ERP的内部业务体系。管理理念上主要应用体现在计划控制、成本核算、全面预算等方面；业务层面上主要将企业的采、供、产、销、存、财务管理等业务全面覆盖。但难以对企业下层信息及时、准确的获取。对广大制造企业来说，现场层存在着大量的设备、控制器和传感器等，这些设备都来源于不同的制造商，各自都遵从不同的通信标准，只能依附于其自带的驱动程序在一定程度上组成各自的控制系统，且只能与特定的应用系统通信。生产现场同样充斥着大量的物料，物料信息的及时性和准确性在很大程度上决定了企业的生产进度。然而，企业上层决策系统与下层控制系统之间存在着严重的“信息隔阂”，导致企业上层经营管理缺乏有效的实时信息支持、下层控制环节缺乏优化的调度与协调，经营管理层与车间执行层无法进行良好的双向信息流交互，使企业对生产情况难以实时反应。先进制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem，MES)融合物联网、工业大数据和云计算等先进信息技术，支持生产计划动态排产、网络化协同生产、生产工艺优化决策、车间设备网络化运维、生产能耗智能管控、可视化驾驶舱等功能，实现企业智能化生产，提升企业生产制造能力和综合竞争能力，在一定程度上缩小了企业的“信息孤岛”和“管理鸿沟”。然而，即使是好的MES解决方案，对于制造企业来讲，也不过是提供一个相对狭窄的视角，缺乏在管理层为进行决策支持所需要的生产执行数据。因此，制造企业更加关注如何根据实时信息来辅助经营决策和订单管理，同时又能将生产目标转化为生产过程控制。这就需要将制造企业的设计、生产、管理和控制的实时信息引入到企业的生产和计划中，实现车间现场层、MES、ERP的无缝集成。

以上问题在很大程度上制约了企业信息的流通，在生产制造和计划单元要求不断细化的情况下，把企业层的(ERP)、车间生产管理层(MES)及现场层进行集成，不断淡化系统之间及系统与底层控制之间的界限，使企业达到整体优化的目的。

发明内容

本发明涉及一种基于XML的现场层、MES、ERP一体化信息集成方法。该方法通过XML为信息传递中介来实现不同层次之间的信息流通，当上层ERP系统中的数据随着市场和订单变化而发生变化时，MES中的数据也会随着更新数据并下达到现场层；同样，当现场层的数据有所变动，MES就会感知到信息的改变，从而做出相应的调整，并上传到ERP系统中。车间现场层、MES、ERP的无缝集成，加快了企业的信息流通，有利于决策层更好的掌握企业实时信息和市场动态，从而做出符合企业实际的战略决策，也有利于现场层更加明了上层决策，从而指导生产顺利进行。

本发明的技术方案如下：一种基于XML的现场层、MES、ERP一体化信息集成方法，其特点在于该方法包括现场层、MES、ERP一体化信息集成框架、基于SOA架构实现MES与ERP的良好集成和基于OPC技术和RFID技术及Multi-Agent理论实现现场层和MES系统的信息动态交互。

所述的现场层、MES、ERP一体化信息集成框架概括了各层次之间信息流通的类型、方式并研究了新环境下MES具备的新型功能。集成框架以MES为桥梁，向上连接ERP系统，向下连接车间现场层，数据均已统一的XML格式进行传递。研究的新型MES具备生产计划动态排产、网络化协同生产、生产质量的实时监控、生产工艺优化决策、车间设备网络化运维、生产物料精益管理、生产鞥能耗智能管控、可视化驾驶舱和制造知识一体化管理等功能模块。新型MES的功能顺应了信息技术的发展以及企业对系统的需求，在很大程度上有利于企业实现企业现场层、MES、ERP一体化信息集成。

所述的基于SOA架构实现MES与ERP的集成是利用SOA的粗粒度、松耦合等特性，使MES与ERP可以以一种统一和通用的方式进行交互。两者之间的集成需要对原有系统里的信息进行封装，并将封装的信息注册利发布在UDDI服务器上，最后由各个系统通过调用实现信息集成。信息封装可以采用基于WebService将各应用系统信息进行封装，并部署在各自的服务器上，然后将封装的WebService信息注册并发布在UDDI服务器上，并按一定的规则生成适合系统调用的目录，最后通过企业局域网实现系统之间信息的调用，其中信息均已XML形式进行流通。

所述的基于OPC技术和RFID技术及Multi-Agent理论实现现场层和MES系统的信息动态交互是以OPC技术和RFID技术为基础，运用Multi-Agent实现MES对现场层设备和物料信息的管控。OPC技术可以很好实现控制单元与异构制造单元通信，并使用通用的数据接口，有效解决了制造系统之间由于软件异构、接口异构、网络协议差别等引起的系统集成困难问题。利用基于Multi-Agent具备的自主性、简单性、协调性、快速性、知识性、独立性等特点，通过Agent之间相互协同与服务，彼此之间的目标与行为矛盾和冲突通过协商或协作等手段协同解决，使MES与现场层之间的信息互动更加流畅利智能。

附图说明

图1是现场层、MES、ERP一体化信息集成框架图

图2是基于SOA架构的MES与ERP信息交换流程图

图3是基于SOA架构的MES与ERP信息适配模型图

图4是基于OPC技术和RFID技术及Multi-Agent理论的现场层与MES信息适配模型图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是本发明的信息集成框架图。现场层、MES、ERP一体化信息集成框架是以MES为桥梁，由ERP向MES传递企业决策层的生产计划、质量计划和成本计划等(由MES向ERP传递生产进度、质量情况、物料能源消耗、生产能力、设备人员配置和生产成本等信息)，由MES进行细分，向现场层下达车间生产计划、生产优化运行参数、生产指令、零什清单、物料短缺信息和生产分析报告等(现场层向MES传递工序进展信息、质检信息、物料使用信息、设备运行参数和车间异常信息等)，实现信息的双向传递。作为中间层，MES还可以与外协加工和供应链管理系统进行集成，具体包括：物质供应管理系统、外协加工管理系统和配送管理系统等。

图2是本发明基于SOA架构的MES与ERP信息交换流程图。其具体实现步骤如下：

步骤1)由MES向UDDI中心提出数据需求，并由UDDI中心向ERP提出数据更新需求；

步骤2)当ERP系统接收到UDDI中心的数据更新请求后，将所请求的数据利用XML生成器写成XML文件，并封装；

步骤3)UDDI中心接收到ERP的XML文件后，利用XML解析器对文件进行解析，并根据ERP到UDDI中心的输入数据模式将解析的信息写入UDDI中心，并进行发布；

步骤4)UDDI中心再根据UDDI中心到MES的输出数据模式，利用XML文件生成器将信息写成XML文件发送给MES系统，已完成MES对ERP的数据请求；

步骤5)当ERP对MES提出数据请求时，步骤同上。

图3是本发明基于SOA架构的MES与ERP信息适配模型图。

对象管理主要是对已对象化的对象属性及对象属性的数据类型进行增、删、改、查等操作；

信息管理主要是对中心的信息类和信息类对象进行增、删、改、查等操作；

输入数据模式管理主要是根据系统到中心的数据输入模式进行管理，包括：输入数据的定义、修改、删除等；

输出数据模式管理主要是根据中心到系统的数据输出模式进行管理，包括：输出数据的定义、修改、删除等；

模型匹配主要是根据定义的数据模式对系统的数据模型和中心的数据模型进行匹配操作；

XML文件生成器主要是根据模型匹配定义的数据模式，将系统所需的数据信息写成符合系统数据模型的XML文件；

XML文件解析器主要是根据模型匹配定义的数据模式，讲系统传递来的XML文件解析成符合中心数据模型的形式；

UDDI中心数据更新主要是利用解析的XML文件结果更新中心的数据，满足系统提出的数据更新请求。

图4是本发明基于OPC技术和RFID技术及Multi-Agent理论的现场层与MES信息适配模型图。现场层与MES信息交换主要分为物料信息流和设备信息流，具体技术如下：

物料信息流。当中间层MES系统需要现场层的物料数据时，通过智能交互终端向通信Agent发送需求信息，由通信Agent与数据处理Agent进行交互和协作。数据处理Agent根据数据需求信息，将传递来的XML信息进行解析，然后将解析结果以指令形式发送给RFID识读器Agent。最后，由RFID识读器Agent和RFID标签Agent进行信息交互。RFID识读器Agent将RFID标签Agent携带的物料信息反馈给数据处理Agent，并将查询结果打包成XML文件，由通信Agent上传到智能交互终端。其中，数据定义模块主要负责信息流的种类、类型等的定义。

设备信息流。设备信息流概括了MES与现场层的设备交互的过程，当中间层MES系统需要现场层的设备数据(包括生产进度信息、车间质量信息、设备状态信息等)时，通过智能交互终端向OPCAgent的通信器发送需求信息，经数据处理模块将信息进行处理后转换成OPC规范，传递到OPC客户端Agent，OPC客户端Agent获取数据后由OPC服务器将数据下达到OPC服务器Agent，再由OPC服务器Agent进行数据的XML转化，最后由OPC客户端与现场OPC服务器进行信息交互，实现对现场设备信息的获取。其中OPC服务Agent部分提供SOAP消息格式的数据交换服务，按照OPC数据访问用户接口标准、XML规范、SOAP协议等，使底层设备的异构信息得以屏蔽，实现数据以统一的XML标准进行传递。

Claims (3)

1.一种基于XML的现场层、MES、ERP一体化信息集成方法，其特点在于该方法包括现场层、MES、ERP一体化信息集成框架、基于SOA架构的MES与ERP的信息适配模型和基于OPC技术和RFID技术及Multi-Agent理论的现场层和MES系统的信息适配模型。

2.根据权利要求1所述的基于XML的现场层、MES、ERP一体化信息集成方法，其特征在于：所述现场层、MES、ERP一体化信息集成框架以MES为桥梁，向上连接ERP系统，向下连接车间现场层，数据均已统一的XML格式进行传递。其中研究的新型MES的功能模块为企业的集成化运行和网络化协同加工提供了支撑，其功能模块包括：生产计划动态排产、网络化协同生产、生产质量的实时监控、生产工艺优化决策、车间设备网络化运维、生产物料精益管理、生产鞥能耗智能管控、可视化驾驶舱和制造知识一体化管理等。

3.根据权利要求1所述的基于XML的现场层、MES、ERP一体化信息集成方法，其特征在于：所述基于OPC技术和RFID技术及Multi-Agent理论的现场层和MES系统的信息适配模型，具体内容包括：基于RFID技术，利用Multi-Agent理论(包括：通信Agent、数据处理Agent、RFID识读器Agent和RFID标签Agent等)实现硬件设施与软件系统的映射，由智能Agent协同完成对物料信息的实时采集与管控；基于OPC技术，利用Multi-Agent理论(包括：OPCAgent、OPC客户Agent和OPC服务Agent等)实现硬件设施与软件系统的映射，通过智能Agent协同完成与智能终端的通信，系统与设备之间数据的智能转换，实现制造系统层与管理层关联，内网与外网均可以通过局域网或互联网访问到底层数据。