一、項目背景與挑戰(zhàn)

作為一名制造業(yè)信息化領(lǐng)域的獨立開發(fā)者，我決定開發(fā)一套定制化的MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))系統(tǒng)，源于傳統(tǒng)制造業(yè)面臨的幾個核心痛點：

1. 生產(chǎn)數(shù)據(jù)黑箱：車間生產(chǎn)進度依賴人工匯報，管理層無法實時掌握

2. 質(zhì)量追溯困難：產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題后，難以快速定位問題批次和原因

3. 設(shè)備利用率低：設(shè)備停機時間不透明，無法科學安排維護計劃

4. 人工報工誤差：計件工資計算經(jīng)常出現(xiàn)爭議，影響員工積極性

5. 物料追溯斷層：無法精確追蹤原材料到成品的完整流轉(zhuǎn)過程

經(jīng)過6個月的深入調(diào)研和3年的開發(fā)實施，最終完成了一套覆蓋生產(chǎn)全流程的MES系統(tǒng)。以下是開發(fā)過程中的關(guān)鍵節(jié)點和經(jīng)驗分享。

二、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

1. 分層架構(gòu)設(shè)計

采用五層架構(gòu)模式，確保系統(tǒng)靈活性和擴展性：

? 設(shè)備接入層：負責與PLC、CNC、傳感器等工業(yè)設(shè)備通信，支持OPC UA、Modbus等協(xié)議

? 數(shù)據(jù)采集層：實時采集設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)、生產(chǎn)計數(shù)等數(shù)據(jù)

? 業(yè)務(wù)邏輯層：實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、人員績效等核心業(yè)務(wù)

? 數(shù)據(jù)服務(wù)層：提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口，支持時序數(shù)據(jù)庫和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫混合存儲

? 應(yīng)用表現(xiàn)層：Web端+移動端+大屏看板多終端展示

2. 微服務(wù)架構(gòu)實踐

基于Spring Cloud Alibaba構(gòu)建微服務(wù)體系：

? 生產(chǎn)執(zhí)行服務(wù)：處理工單下發(fā)、報工、暫停、終止等核心流程

? 質(zhì)量檢驗服務(wù)：實現(xiàn)首檢、巡檢、末檢全流程管理

? 設(shè)備監(jiān)控服務(wù)：實時采集設(shè)備OEE數(shù)據(jù)，預測性維護

? 物料追溯服務(wù)：構(gòu)建從原材料到成品的完整追溯鏈

? 報表分析服務(wù)：生成各類生產(chǎn)績效報表

三、關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

1. 工業(yè)設(shè)備接入方案

面對車間設(shè)備品牌雜、協(xié)議多的挑戰(zhàn)，開發(fā)了通用設(shè)備接入框架：

// 設(shè)備通信抽象接口

public interface DeviceConnector {

    void connect(DeviceConfig config);

    Object read(String address);

    void write(String address, Object value);

    void disconnect();

}

// ModbusTCP實現(xiàn)

public class ModbusTcpConnector implements DeviceConnector {

    // 具體實現(xiàn)...

}

// OPC UA實現(xiàn)

public class OpcUaConnector implements DeviceConnector {

    // 具體實現(xiàn)...

}

通過配置化方式實現(xiàn)不同設(shè)備的快速接入，新設(shè)備平均接入時間縮短到2小時。

2. 實時數(shù)據(jù)采集優(yōu)化

針對高頻數(shù)據(jù)采集場景(如溫度曲線)，采用特殊優(yōu)化方案：

1. 邊緣計算節(jié)點進行數(shù)據(jù)預處理

2. 采用時序數(shù)據(jù)庫(InfluxDB)存儲高頻數(shù)據(jù)

3. 對常規(guī)數(shù)據(jù)采用MySQL分表存儲

4. 建立數(shù)據(jù)分級機制，關(guān)鍵數(shù)據(jù)實時同步，次要數(shù)據(jù)批量同步

3. 生產(chǎn)追溯體系設(shè)計

實現(xiàn)完整的正向追溯和反向追溯功能：

原材料批次 → 生產(chǎn)工單 → 工序記錄 → 質(zhì)量檢驗 → 成品批次

采用組合追溯碼方案：

? 原材料：供應(yīng)商代碼+到貨日期+批次號

? 半成品：工單號+工序號+生產(chǎn)日期

? 成品：產(chǎn)品型號+生產(chǎn)批次+序列號

四、前端開發(fā)實踐

1. 車間終端適配

針對車間環(huán)境特點做了特殊設(shè)計：

? 高對比度界面：適應(yīng)強光/弱光環(huán)境

? 大按鈕設(shè)計：方便戴手套操作

? 離線模式：網(wǎng)絡(luò)中斷時本地緩存數(shù)據(jù)

? 語音提示：關(guān)鍵操作語音反饋

2. 可視化看板

基于ECharts實現(xiàn)多維數(shù)據(jù)展示：

? 實時設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控(運行、停機、故障)

? OEE(設(shè)備綜合效率)趨勢分析

? 生產(chǎn)進度甘特圖

? 質(zhì)量缺陷柏拉圖

五、實施過程中的"翻車"現(xiàn)場

1. 設(shè)備通信災難

   ? 場景：某CNC機床通信協(xié)議文檔與實際不符

   ? 后果：連續(xù)3天無法讀取加工參數(shù)

   ? 解決：通過抓包分析逆向工程協(xié)議，最終實現(xiàn)穩(wěn)定通信

2. 并發(fā)性能瓶頸

   ? 場景：200臺設(shè)備同時上報數(shù)據(jù)時系統(tǒng)卡死

   ? 排查：發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接池配置不足

   ? 優(yōu)化：調(diào)整連接池參數(shù)+引入消息隊列緩沖

3. 數(shù)據(jù)精度問題

   ? 場景：溫度傳感器數(shù)據(jù)單位不一致(℃ vs ℉)

   ? 后果：導致某批次產(chǎn)品熱處理不合格

   ? 改進：建立設(shè)備元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，統(tǒng)一維護單位、精度等屬性

六、經(jīng)驗與感悟

1. 車間需求比辦公室需求更重要：最初設(shè)計的華麗報表無人問津，而工人提出的簡單報工界面卻成為核心功能

2. 可靠性優(yōu)于先進性：在車間環(huán)境中，系統(tǒng)穩(wěn)定運行比使用最新技術(shù)更重要

3. 漸進式實施是關(guān)鍵：從最痛點的工序開始試點，逐步擴展，比一次性全面上線成功率高

4. 現(xiàn)場支持不可或缺：在車間駐場調(diào)試的1個月，解決的問題比之前3個月都多

給后來者的建議

1. 從一個小工序開始，哪怕只是實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集+電子看板

2. 重視車間人員的反饋，他們最清楚問題所在

3. 建立數(shù)據(jù)字典，統(tǒng)一編碼規(guī)則，這是追溯體系的基礎(chǔ)

4. 預留足夠的擴展接口，未來會有無數(shù)系統(tǒng)想與MES集成

MES系統(tǒng)的價值不在于技術(shù)有多先進，而在于能否真正解決生產(chǎn)現(xiàn)場的問題。一個好的MES系統(tǒng)，是在不斷解決實際問題中迭代出來的。