压力变送器制造车间具有品种多、小批量生产等特点。车间排好生产计划后，往往根据经验制定物料需求计划和领料单，这样就可能导致物料不够或浪费。在制品跟踪过程中，采用纸质卡片形式，无法做到流程实时共享;插单现象也容易造成生产管理混乱等。传统方法缺乏生产执行数据的广度和深度。
制造执行系统(manufacturing execution system，MES)的突出特点是优化生产过程，协调生产任务。将MES引入企业压力变送器的制造车间，可实现制造自动化，从而提高生产力和竞争力。
1、压力变送器车间工艺流程
首先进行半杯体加工、零件清洗、玻璃烧结、球面磨削、再清洗、真空镀膜、膜片处理、膜片张紧等，这些工序统称为电容传感组件制作;然后对膜盒进行焊接、在膜盒中心位置进行灌油;最后进行膜盒封装，并贴上二维码作为标志。压力变送器生产工艺流程如图1所示。
图1 压力变送器生产工艺流程图
电路板用于三防处理和温度测试等。在机械构件加工并且检测合格前提下，进行整机装配。整机根据量程范围进行温度补偿、整机调试，在所有工序完成后包装出厂。生产过程中，在每一道工序完成后都会进行半成品检验，对不合格品进行统一报废处置。
2、MES功能模块设计
①系统模块架构基于压力变送器车间生产特点设计的MES主要包括基础信息管理、生产过程管理、生产调度管理、查询和报表管理、可扩展接口等五部分。
基础信息管理主要用于对登录系统的用户进行管理、跟踪车间设备信息、对车间内物料移动进行计划监视、记录每天系统数据更新情况等。MES架构如图2所示。
图2 压力变送器制造车间MES架构图
生产过程管理中，电容膜盒是压力变送器重要的检测元件，相应关键工艺参数都要分步记录在MES中。温度补偿是保证变送器数据准确测量的前提。为准确得到各个点的补偿值，需要进行装配、校验、包装、统计、质量检测等工作，实时记录每一批次产品的最终采集信息，严把产品质量关。
按照生产计划或订单需求，生产调度管理用于对生产运营的整个过程进行协调和管理，并对每一环节进行更优化的排产，控制生产过程中的物料流和库存。有偏差时，系统及时响应和报警。
当压力变送器出现返修时，系统能在尽量不影响当前生产任务的同时，在对应生产环节进行插入式排产，并对返修过程进行记录。膜盒的制作周期较长，可以作为半成品进行出入库管理。通过看板实时显示车间的生产过程，从而提高加工效率。
查询和报表管理便于管理员进行记录追踪和存档工作。生产过程中的任一环节可作任意级对应的关联查询，并且在一些必要的环节设定报表查询功能，以便产品跟踪，实现半成品、成品从原材料、生产加工、装箱全流程的质量信息管控。
②系统模块流程
MES生产规划运行流程如图3所示。通过企业资源计划(enterprise resource planning，EＲP)或管理员调度产生订单和料号，保证订单数据的准确性，同时防止产生重复的号码。采用统一的流程管理，防止生产过程顺序错误。每个制作环节都有相应的半成品系列号条码，方便进行相关联的数据追踪，防止因产品不合格造成后续成本的浪费。
图3 压力变送器制造车间MES生产规划运行流程图
图4 系统流程图
系统流程精确到每个环节的作业过程。系统流程如图4所示。
通过统一的生产工序管理，在数据采集端，利用无线射频识别(radio frequency identification，RFID)和条形码技术选择生产任务，降低输入错误率。每个产品零件上都有唯一条码，以便系统作关联记录和统计。
MES能对车间在制品、库存等全程进行动态管理和监控;能将正在加工的产品名称、工序号、批次号、编号等信息直接显示于工位看板。这样大大减少了工人的工作量。工人完成自己相应工序后，相关数据随即被输入数据库中并加以保存。当车间现场发生意外情况时，相关部门迅速得到信息，及时作出调整，排除事故，使后续生产顺利进行。
3、MES实现方法
①整体思路
MES采用客户机/服务器(client/server，C/S)模式。C/S模式具有界面清晰、数据实时处理能力强、传输速度稳定、安全性好等特点，能满足车间各制造环节频繁地与系统相关功能模块通信的要求。系统分为客户端、服务器、数据库三层。数据库不再与客户端直接相连，而是通过若干业务逻辑构建共享数据库，从而减少双方的连接次数，提高数据库服务器的运行效率和安全性能，也方便系统的维护。
服务器采用Servlet技术开发。数据库管理系统采用MySQL软件定义、存储数据。
②客户端
客户端使用微软推出的用户界面框架(windows presentation foundation，WPF)。它以DirectX为核心绘图函数，视觉效果更佳。其外观使用可扩展应用程序标记语言(XAML)设计，操作行为则使用C#语言实现，界面清晰美观。
根据系统模块架构和车间工区划分情况，将客户端界面主菜单分为半杯体制作、膜盒制作、传感头装配、温度补偿、总装、质量检测、生产调度管理、查询和报表管理、基本信息管理。菜单需要根据工区进行权限设置，不同工区的工人只能对自己的作业页面进行操作;管理页面只对参与相关管理工作的人员开放权限。客户端既支持工人扫描自身工号二维码登录，又支持扫描工单自动弹出相关作业。
客户端使用HTTP协议发送Ｒequest请求给服务器，待服务器处理完成准备进行Ｒesponse响应时，会将响应封装成Json格式回传给客户端。客户端收到后对Json包进行解析，并进行相应的用户界面处理。客户端采用POST方法推送数据至服务器。
服务器利用StreamReader类获取GetRespons-eStream的内容，并以StreamReader类的Read方法依次读取每一行的内容直至行尾，实现数据格式转换。核心代码大致如下:
Stream respStream = response．GetＲesponseStream();
//响应信息为Stream
StreamReaderrespStreamReader = new StreamReader(respStream，Encoding．UTF8);
//UTF8解析
byteRead=respStreamReader．Read(cbuffer，0，256);
//解析放入byteRead
respStream．Close();
客户端会事先和服务器定义每组Json包的数据类型和结构形式，然后通过JsonConvert．DeserializeObject＜jsondata＞(strBuff)反序列化，将收到的Json包进行数据解析。解析后的相应字段可显示在客户端。
③服务器
服务器主要用于处理客户端请求。Servlet工作原理如图5所示。当服务器响应后，把请求转交给Servlet引擎进行处理。如果Servlet中含有访问数据库的操作，则还要通过Java数据库连接(Javadatabaseconnectivity，JDBC)驱动对数据库进行操作访问，最后Servlet将动态生成的信息发送至客户端。
在一个Servlet周期，要调用init()方法和destroy()方法。init()方法在javax．Servlet接口中定义，完成初始化工作。初始化后Servlet接受客户端请求。当处理请求完成时，destroy()方法被调用，释放init()方法中申请的资源。而Servlet处理请求的流程大致为:Servlet根据请求创建对象HttpServletＲequest和HttpServletResponse，然后调用doPost()方法响应客户端请求。
HttpServletＲequest接口主要包含getCookie()方法和getSession()方法，分别用于存放客户端的Cookie数组和获取当前HTTP会话对象。HttpServletＲesponse接口是对客户端的HTTP响应，其中包含的addCookie()方法和setStatus()方法，分别用于向响应结果中加入Cookie和将响应状态码设定为指定值。此外，Servlet分配1个Session用于存放客户端的状态信息，getId()作为Cookie保存在客户端中，用于让Servlet读取并找到相应的状态信息。invalidate()可以定期释放Session占用的资源;setAttribute(name，value)和getAttribute(name)用于读/写Session中的属性值;isNew()用来判断Session是否为新创建。
服务器根据客户端的请求类型，对系统中的应用逻辑进行判断和处理，并将处理结果返回给客户端。
④数据库
MySQL数据库可以运行在不同的操作系统，实现多用户、多线程、多语言的程序接口。根据压力变送器的工艺流程，数据库主要表单名称及内容如表1所示。
表1 数据库主要表单名称及内容
序号 表单名 表单内容
1 半杯体制作 过程工艺参数
2 膜盒制作 过程工艺参数
3 传感头装配 过程工艺参数
4 温度补偿过程 工艺参数
5 总装过程 工艺参数
6 质量检测 每个工区的质量检测结果
7 调度 合同数据记录表
8 账号管理 系统账号、密码、权限等
表1中:质量检测关联了五大工艺中所有的检测数据;账号管理则覆盖了整个MES系统。
五大工艺流程中，各环节的批号和编号具有相关性。膜盒制作由两个批次相同的半杯体组成;变送器在完成膜盒、电路板等元件组装后，会根据出厂编号进行温度补偿和总装。
MySQL提供了一套JDBC。它由一些类和接口组成，用于实现通信，并访问、操作数据库，使得开发和操作数据库可以直接调用，无需考虑资源内部的问题。操作数据库的步骤大致如下：
a、加载MySQL的驱动
Stringdriver="com．mysql．jdbc．Driver";
b、定义要连接数据库的url地址
Stringurl="jdbc:mysql://localhost:3306/mes_db";
c、加载数据库驱动
Class．forName(driver);
d、调用DriverManager的getConnection()方法，获得对象
conn=(Connection)DriverManager．getConnection(url，用户名，密码);
e、连接完成后，针对数据库操作中不带参数的SQL语句，使用Connection接口的createStatement()方法传递。
Statementstmt=conn．createStatement();
而对数据库中的表进行插入、更新、查询、删除等带有参数的操作，使用Connection接口的prepareStatement()方法传递。
PreparedStatementpstmt=(PreparedStatement)conn．
prepareStatement(“insert、update、select、delete的SQL语句”);
pstmt．setString(1，user．getName());//对数据库进行操作
inti=pstmt．executeUpdate();
//执行insert/update/delete等语句时使用
inti=pstmt．executeQuery();
//执行select/update等语句时使用
f、操作完成后关闭JDBC对象，释放所有资源。
MES实现了压力变送器制造车间的信息共享，将制造计划与实际生产相结合，提高了生产设备的利用率和企业的管理效率，实现了车间管理流程的信息化。系统既具有简单实用、可配置性强、界面简洁等特点，还具有一定的扩展性。MES系统为企业实现信息化制造、信息化管理和提高自身竞争力提供了一定的参考。
作者：上海自动化仪表有限公司 崔晨