企业电子地图设计及其在MES中的应用

（桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院，桂林 541004）

电子地图已经在导航、信息系统等领域得到了发展和广泛应用，它能够直观地为用户呈现出大量的有用信息，因此用户通过电子地图可方便地与系统进行交互[1]。随着企业生产业务、生产工艺和生产规模等变化，企业信息系统需要同步发生相应的变化。为了能够快速适应这种变化，可完全基于电子地图完成系统配置架构，实现组态配置功能。通过提供恰当的逻辑方案来建立地图空间数据库，为物流配送、产品跟踪、工位管理等业务环节中的电子地图数据的标准化采集提供信息点[2-3]。本文率先将电子地图引入到MES中，通过建立电子地图的组态结构，研究MES的功能模型和数据模型，从软件结构上增强了MES的管理和配置功能。

1 企业电子地图架构

企业电子地图可实现对整个MES系统功能的导航，用户可以更直观地对车间进行管理。利用OLE（object linking and embedding）和 ActiveX 技术生成OCX（OLE control eXtension）打包应用到MES中，从而实现软件组态功能，提供可配置基本设置。基于企业电子地图的MES架构如图1所示。将车间中的实体对象（PLC或计算机）映射到电子地图中通过OCX打包后可以被MES系统调用，实体对象经过采样点采样后形成相应的采样数据也传输到MES系统中。根据应用对象的特点，在电子地图中建立点、线、矩形、椭圆、三角等多种图形元素，借助丰富的地图符号、文本类型、线型、填充模式和颜色等增强表现[4]。

图1 基于企业电子地图的MES架构Fig.1 Architecture of MES based on enterprise electronic map

2 企业电子地图设计

2.1 关键技术

ActiveX技术允许使用者开发出更加灵活和可靠的网络应用软件。利用ActiveX开发出的电子地图软件可以脱离具体编程语言的束缚，使用多媒体的效果和交互性的对象提高电子地图软件的交互能力。

OLE采用面向对象的方式，使开发者能够开发出可以重复使用的软件组件。它定义了软件间彼此连接的机制，使得已开发出的程序可以作为另一软件的对象来“连接”，该技术可以极大地缩短开发的时间。在企业电子地图开发中采用OLE技术可以方便地将电子地图软件与已有的MES软件相连接，从而提高企业电子地图软件与MES软件之间的组态能力。

2.2 实现流程

企业电子地图用于描述企业的详细布局，因此，需要通过分析企业中相关工艺特点建立电子地图。企业电子地图中存在空间数据和对象属性数据，其中空间数据结构是电子地图数据库的核心，属性数据依附于空间数据而存在。空间数据是以记录坐标的形式，通过矢量数据模型描述空间位置；属性数据负责记录空间数据的描述性信息，与实体空间位置无关[5]。通过基本元素，建立图元，完成图层，再进行矢量化，最后生成电子地图。生成企业电子地图流程如图2所示。

图2 电子地图实现流程Fig.2 Realization flow chart of enterprise electronic map

生产车间的各种资源和状态参量具有可变性，使得车间的建模研究极其复杂，单纯依靠标准的数据结构和函数很难完成建模。电子地图建模阶段，用户不需要编码，也不需要专门进行动画设计，直接拖拉已有的图元便可完成。模型的参数包括设备、数量、位置、物流和工艺路径、运行逻辑等都可以在一个界面友好的环境中输入，且建模后修改也十分方便[6]。

2.3 数据库设计

企业电子地图数据库结构设计之间的关系如图3所示。其中Page是页面表，Primitive是图元表，Container是容器表，ShapeTypeKind是图形种类分类表，Shape是图形表，ShapeType是图形种类表，ShapeTypeProperty是图形种类属性表，Primitive-Property是图元属性表。图元（Entity）是现场实体的抽象，可以代表如服务器、主控制器、路由器等网络设备，也可以代表产品存放区、产品生产缓冲区等存储场地。图形是图元的外在表现，例如仓库可以用一个矩形表述，拖车可以用一个小汽车的图片表述。为了更加方便地对电子地图进行编辑和浏览，对图形进行了分类，建立了图形种类表。页面表和图元表的关系主要体现在所属关系上，图元可能是某个页面的图元。为了容纳图形，建立了容器表。企业电子地图的实际操作中表功能的直观体现如图4所示。

图3 电子地图数据库关系图Fig.3 Database diagram of enterprise electronic map

图4 电子地图编辑界面Fig.4 Edit interface of enterprise electronic map

2.4 电子地图的功能

企业电子地图主要实现3个方面的功能：

地图编辑建立电子地图编辑器，实现电子地图空间信息的获取、转换、存储、处理、识别、分析和图形输出。电子地图编辑负责图元的管理和地图的绘制，地图编辑界面如图4所示，由基本图元界面（左）、电子地图窗口（中）、图元属性窗口（右上）和地图导航窗口（右下）4部分组成。地图编辑方式与Microsoft Visio类似，只需拖入需要的图元到电子地图窗口绘制成所需要的电子地图即可。地图可缩放，可设置显示比例、地图大小、名称，可分级进入不同层级（页面）。双击厂房图元可以进入厂房内部页面，双击车间图元可进入车间内部页面。对于同一个层级，可分楼层显示不同页面，如车间一楼对应一个页面，二楼对应一个页面。对于分级页面，若要保持原来图元的比例，可将地图数据以矢量格式保存到数据库，并从数据库读取并显示，还可分级加载，以加快加载速度。指定地图页面可导出为常用图片格式，多人绘制不同的地图，可以合并。

地图浏览建立电子地图浏览器，实现图元属性设置，提供物理信息逻辑采样点，实现跟物理配置相一致的地图逻辑设置。电子地图编辑阶段完成后，可通过系统提供的地图浏览模块查看编辑好的地图。通过电子地图浏览，用户可对代表实体的图元进行属性设置，使之与实体的特性相对应，如工位编号、工位名称、工位所属生产线、是否排序工位等。

图元配置建立好的电子地图能够实现图元操作功能，可以直接放置已有图元，也可编辑图元和设置图元属性，画连接线，通过箭头走向表示产品工艺流程，还可在地图上用带箭头连线，描述业务流程图和生产流程图。

3 企业电子地图在MES中的应用

3.1 MES功能简介

图5 MES核心功能Fig.5 Core function of MES

MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理[7]。其核心功能如图5所示。生产线根据作业计划指导相应的生产作业流程。产品登录完成产品的登陆点监测。在产品的加工过程中，物料索取为各个工位提供相应加工物料，暗灯系统负责生产线暗灯管理，工位管理系统对各个工位工作状态进行监控。生产加工完成后，经过产品下线采样点后进行质量的检验确认，确认合格的产品进行产品入库操作[8]。

3.2 电子地图在MES中的应用

电子地图在暗灯系统、产品跟踪、质量确认和作业计划管理等MES模块中都有着及其广泛的应用。只要将实体对象中抽象出的属性配置在地图对应图元中即可实现对实体对象的信息查看和管理。在工业暗灯系统中，暗灯服务器包含了空间位置、IP地址、名称、所属生产线等属性。用户可根据实际需求对电子地图中的暗灯服务器图元进行上述属性设置。设置完成后，暗灯服务器便可与对应生产线建立绑定关系进行暗灯管理功能。产品跟踪能够对产品加工的过程进行实时的跟踪，电子地图的直观表现方式方便了跟踪的过程。进行产品跟踪时，需先按照需求对地图上各个跟踪点进行属性设置，如可以扫描的条形码、生产班次、名称等。待全部跟踪点设置完成后，即在电子地图中对选定工件的生产过程进行实时的跟踪查看，相比以往的文字查看方式更加直观和易于理解。

此外，电子地图也可方便地与MES中的各个信息模块相对接，简化了对应信息系统的管理过程。以MES的存储管理系统为例，存储管理系统中的缓冲区属性包括存储区面积、存储容量、存放周期等。在电子地图中绘制缓冲区，并为其定义相应的属性信息后，即可在存储管理系统中自动生成相应的缓冲区数据，省去了在电子地图中绘制缓冲区后需再次在存储管理系统中添加缓冲区的过程。

图6为某工厂车间的缓冲区与存储管理系统的关联图。图中电子地图界面中的 1、2、3、4四个“×”型区域为绘制的四个存储缓冲区，分别与存储管理系统中的涂装下线缓冲区、焊装上线缓冲区、储运部商品车库和总装下线缓冲区模块相对应。从图中可以看出，缓冲区的面积及位置等具体信息在电子地图上得到了直观地显示，方便了缓冲区的管理。在总装下线缓冲区上点击右键即可查看和配置该缓冲区的属性，如图7所示。

图6 存储管理系统与电子地图关联Fig.6 Relationship between electronic map and storage management system

图7 缓冲区属性设置Fig.7 Settings of buffer property

4 结语

本文设计的电子地图软件界面友好、操作简单、易于维护，对整个MES具备良好的导航和管理功能，能够满足企业敏捷制造的需求。在桂林燕京漓泉、英格索兰和重庆东风小康等企业MES实施过程中均取得了较好的效果，获得用户的好评。

但是，目前该软件依然存在着运行速率慢的缺点，因而提高软件的运行效率将是下一阶段研究工作的重点。

[1]徐晓华.基于Silverlight的电子地图的研究与设计[D].杭州：浙江工业大学，2009.

[2]张昌林.零售商品配送系统中电子地图的实现[C]∥广西计算机学会2013年学术年会，2013.

[3]王变利，袁占良，郭敏.GIS在物流配送系统中的应用[J].地理空间信息，2010，8（1）：102-104.

[4]曾峰.基于GIS的三维数字校园系统设计研究[D].大连：大连海事大学，2013.

[5]陈能坦.浅谈网络电子地图的发展前景[J].测绘标准化，2009，25（2）：26-28.

[6]余丽华，周华.Silverlight技术在防汛指挥综合信息平台中的应用[J].中国防汛抗旱，2013，23（6）：53-55.

[7]黄学文.制造执行系统（MES）的研究与应用[D].大连：大连理工大学，2003.

[8]Djamila O，Sanja P.A survey of dynamic scheduling in manufacturing systems[J].Intelligent Systems Design and Applications，2009，12（8）：417-431.