分享开源生产制造执行系统qcadooMES

前言

官网：qcadoo MES - Friendly Manufacturing Execution System

制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES），已经成为生产环节智能化的主要工具，在智能制造中起着越来越重要的作用。MES制造执行系统可以帮助连接生产线上的各种设备和系统，并提供实时数据和分析，帮助生产管理人员做出更好的决策。MES（制造执行系统）旨在帮助制企业优化生产过程，提高生产效率和质量。系统可以帮助制造行企业跟踪和管理生产流程中的每一个环节，系统包括原原料采购、仓储管理、生产计划、生产调度、生产过程控制、质量控制、设备维护和人员管理等。MES系统可以提供实时的生产数据和报告，支持生产决策的快速响应和调整。本项目的主要目标是提高生产效率、降低成本、提高产品质量和增强企业竞争力。

ISA-95

ISA-95是制造执行系统与企业资源计划系统之间的接口标准，也称为“制造业企业集成应用（MESA）国际协会95标准”。该标准提供了MES与ERP系统之间的通信和数据交换的规范，包括生产计划、生产执行、质量控制、物料管理等方面的信息传递。ISA-95标准的主要目的是提高生产过程的效率和质量，减少生产成本，并提高企业的竞争力。

该标准已被广泛采用，成为MES系统集成的基本标准之一。

ISA-95标准包括五个部分：

模型和术语：定义MES系统的基本术语、概念和模型，包括生产、控制、计划、设备、物料、人员等方面的定义。

业务流程描述：描述MES系统中涉及的各个业务流程，包括生产计划、物料管理、生产执行、质量管理等。

数据定义和交换：定义MES系统中所使用的数据模型和数据交换方式，包括生产数据、设备数据、物料数据、质量数据等。

系统架构：描述MES系统的体系结构，包括MES系统与其他系统的接口、数据流和控制流。

信息安全：定义MES系统中的信息安全要求和措施，包括身份验证、访问控制、数据保护等。

ISA-95标准的优点包括：

提供了MES系统的统一术语和模型，使得不同厂家的MES系统可以进行比较和集成。

定义了MES系统的功能和架构，为MES系统的设计和实施提供了指导。

提供了MES系统中数据定义和交换的标准，使得不同系统之间可以进行数据交换。

强调了信息安全的重要性，为MES系统的安全性提供了保障。

ISA-95标准已经成为MES系统设计和实施的重要参考，许多MES系统都遵循该标准进行设计和实施。

制造业概览

制造业可划分为离散制造业和流程制造业。

离散制造业

离散制造业是指生产过程中需要将原材料或组件进行加工、装配、检测等多个离散的步骤，最终生产出产品的制造业。这些步骤通常是基于预定的工艺流程进行操作，产品的生产是离散的，而不是连续的。离散制造业的产品通常是有明确规格和特定用途的，如汽车、电子产品、机械设备等。

流程制造业

流程制造业是指通过一系列连续的工艺流程，将原材料、零部件或半成品转化为最终产品的制造业。这些工艺流程包括加工、装配、检验、包装等环节，通常需要使用一些设备、工具和技术来完成。流程制造业的产品种类非常广泛，例如家电产品、电医药、化工品、食品等。这种制造方式通常需要高度的自动化、标准化和流程化，以确保生产效率和产品质量的稳定性。

离散型制造企业的生产特征

生产过程中基本上没有发⽣物质改变，即原材料和半成品在生产过程中没有经过化学反应或物理变化，而是通过装配、加工等方式组装成成品。生产过程中的每一步都是离散的，即每个步骤都是独立的，不同的步骤之间没有直接联系。生产过程中需要进行大量的物料、工序、工具和设备的协调和调度，以保证生产进度和质量。此外，离散型制造企业通常生产的是大批量、标准化的产品，因此需要高效的生产线和自动化设备来提高生产效率。

流程制造企业的生产特征

通过⼀系列的加⼯装置使原材料进⾏规定的化学反应或物理变化，最终得到满意的产品。生产过程中的连续性、规模化和标准化。其生产流程是由一系列相互衔接的工序组成的，每个工序都是按照特定的流程和标准操作的。在这种生产模式下，企业需要具备高效的生产管理能力，以确保每个工序的顺利进行和产品的质量稳定性。此外，流程制造企业通常具有较大的规模，能够实现大规模的生产，以满足市场需求。同时，企业也需要保证产品的标准化，以确保产品的质量和性能的稳定性。

离散制造业和流程制造业中的MES

流程行业和离散行业由于生产形态差异比较大，在工艺流程、生产方式、数字化管理方面有着各自的特点。因此，MES在功能模型、信息模型、数据模型及相关技术应用上有不小的差异。

项目/流程制造/离散制造

行业差异

通过对原材料进行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法，使原材料增值的。

要是通过改变原材料物理状态，对其进行加工、组装，使其成为产品，来使其增值的。

产品结构

“树”型的产品结构，最终产品由固定个数的零件或部件组成，且这些部件之间的关系非常明确和固定，最终产品固定单一。

不是很固定─上级物料和下级物料之间的数量关系，可能因温度、压力、湿度、季节、人员技术水平、设备参数、工艺条件不同而不同。通常用配方描述产品结构。

工序流程

流程行业的特点是品种相对固定，批量大，生产设备投资高，而且按照产品进行布置。生产设备按照产品进行布置。

离散行业的特点是多品种和小批量生产。因每一个产品的工艺不同，生产过程中要对所加工的物料进行调度，中间品需进行搬运。因此，其生产设备的布置不是按产品，而是按照工艺进行布置的。

自动化水平

大多采用大规模生产方式，生产工艺技术成熟，广泛采用过程控制系统，控制生产工艺条件的自动化设备比较成熟，自动化水平较高。

由于是离散加工，产品的质量和生产率很大程度上依赖于设备、工人的技术水平。离散制造行业自动化主要在单元级展开。离散行业的企业一般是人员密集型企业，自动化水平相对较低。

设备管理

流程行业的产品比较固定，一旦生产就有可能很长时间不变；电子产品、机械制等行业的产品，产品生命周期较短。体现在设备上，流程行业的设备是一条固定的生产线，设备投资比较大，工艺流程固定。在流程行业的流水线生产中，每台设备都是关键设备，不能发生故障，一台设备的故障会导致整个工艺流程的终止。

离散行业可以停下单台设备以进行检修，并不会影响整个生产系统的运行。离散行业的生产设备的布置，不是按产品，而是按照工艺进行配置，可以进行同一种加工工艺操作的机床一般有多台，单台设备的故障不会对产品的整个工艺过程产生严重的影响，一般需要重点管理关键、工艺有瓶颈的设备。

生产计划管理

主要是大批量生产。只有满负荷生产，企业才能将成本降下来，在市场上具有竞争力。因此，在生产计划中，年度计划更重要，它决定了企业的物料需求。

主要从事单件、小批量生产。由于产品的工艺过程经常变更，因此采购和生产车间需要很好的生产计划系统，特别需要计算机参与计划系统的工作。

批号管理和追溯

生产工艺过程中，会产生各种产品、副产品、废品、回流物等，对物资的管理需要有严格的批号。

现在很多离散制造企业也在逐渐完善批号跟踪管理，但离散制造业一般对这种要求并不十分强调。

作业计划调度

只存在连续的工艺流程，在作业计划调度方面，不需要也无法精确到工序级别，而是以整个流水生产线为单元进行调度。

生产作业计划调度需根据优先级、工作中心能力、设备能力、均衡生产等方面对工序级、设备级的作业计划进行调度。这种调度基于有限能力的调度并通过考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确地计算工序的开工时间、完工时间、准备时间、排队时间以及移动时间。通过良好的作业顺序，可以明显地提高生产效率。

作业指令下达

不仅要下达作业指令以及PDI(Panel Data Interface,面板数据接口)数据,而且要将作业指令转化为各个机组及设备的操作指令和各种基础自动化设备的控制参数(例如 PID 控制参数——Proportional Integral Derivative,比例积分微分控制),并下达给相应的 PCS 系统(Production Control System,生产控制系统)。

将作业计划调度结果下达给操作人员的方式一般采用派工单、施工单等书面方式，或采用电子看板让操作人员及时掌握相关工序的生产任务。

库房物料管理

由于是连续生产方式，配方原来的库位一般设置在工序旁边。配方领料根据生产计划一次领料放在工序库位中。

一般对半成品库设有相应的库房，各工序根据生产作业计划以及配套清单分别进行领料，存储地点多为室内或室外露天仓库。

质量管理

一般采用对生产批号产品进行各工序上的抽样检验。

对单件小批生产,一般需要检验每个零件,每道工序的加工质量;对批量生产,一般采用首检,抽检,SPC分析相结合。

数据采集

流程行业的自动化程度较高，设备控制级大量采用DCS、PLC控制系统。在检测方面，各种智能仪表、数字传感器已普遍得到应用；信息化技术的应用已深入各个领域。这些自动化设备能自动准确记录各种生产现场信息。

离散行业的数据采集，过去以手工记录并上报为主，目前则是通过车间IoT技术、设备联网技术等，结合条形码采集等半自动、自动信息采集技术，进行工时、设备、物料、质量等信息的采集的。手工统计这种数据采集方式，两次采集的时间间隔较大，容易受到人为因素的影响，很难保障数据的准确性。

BOM

BOM，即Bill of Materials。BOM就是产品结构的信息表，反映产品结构中组件与子件的信息及与组件、子件相关的其他信息。BOM是信息的载体，不仅反映了信息的组成，而且还包含着信息的表现形式。

在MES系统中，BOM是指产品的物料清单，包括产品的组成结构、物料数量、物料规格、物料工艺等信息，是生产制造过程中最基础的管理工具之一。

在MES中，BOM可以细分到工序，通过工序BOM来控制物料是否正确，起到制程控制的作用，同时，工序BOM还可以根据工序的过站信息，获取物料在工序的消耗情况。BOM可以帮助企业实现物料的精准管理、生产计划的准确制定、生产成本的控制、产品质量的提升等目标。同时，BOM还可以与ERP系统、PLM系统等其他系统进行集成，实现企业内部的信息互通和协同。

生产管理

生产计划

生产计划是指根据生产订单、生产计划和生产需求等信息，制定出一份详细的生产计划，包括生产时间、生产数量、生产工序、生产设备、人员等资源的分配，以及生产过程中的质量控制、物料采购、库存管理等方面的安排。

MES系统中的生产计划可以帮助企业实现生产过程的自动化、信息化和数字化，提高生产效率和产品质量，降低生产成本和库存压力，提高企业的竞争力和市场占有率。

同时，生产计划还可以通过数据分析和预测，帮助企业优化生产流程、提高生产效益，实现智能化生产管理，为企业的可持续发展提供有力支持。

生产工单

生产工单是指在生产过程中创建的针对特定产品的生产计划和指令。生产工单包含了产品的详细信息、生产工艺、生产数量、工时、设备、人员等方面的信息，是生产过程中的核心控制文档。

生产工单在MES系统中的作用很大，主要有以下几个方面：

生产计划的制定：生产工单是根据销售订单、库存需求等信息制定的，它确定了产品的生产数量、时间、生产工艺、设备、人员等方面的信息，为生产过程提供了明确的计划。
生产过程的控制：生产工单中包含了生产过程中的各种指令和要求，如生产工艺、工序、工时、质量要求等，生产人员可以根据工单的要求进行生产，从而确保生产过程的规范化和标准化。
生产数据的记录：MES系统可以根据生产工单中的信息记录生产过程中的各种数据，如生产数量、工时、设备利用率、质量数据等，这些数据可以用于生产过程的监控和分析，从而不断优化生产过程。
生产效率的提升：通过MES系统对生产工单的管理，可以实现生产过程的自动化和智能化，提高生产效率和产品质量，降低生产成本，从而提升企业的竞争力。

数据采集

数据采集是MES运行的基础，MES需要实时的现场数据来进行运行。随着制造企业自动化程度的提高，生产线变得越来越复杂，因此稳定的、高可用的MES和现场设备的接口非常重要。MES不仅需要利用现场各种设备采集数据，还需要对数据进行校验和归类，确保数据的完整性和合法性。当数据出现问题时，MES应该有重新传递机制，以保证接口运行稳定。

数据采集设备

随着工业化技术的进步，可以MES数据采集的终端设备有很多，包括传感器、现场总线、脉冲信号计数、工业PLC、条码打印设备和扫描设备等。同时可能还有其他人机交互设备，例如工业现场用的触摸屏、手持移动终端、手持RFID读写器等。

1、基于触屏操作的PC终端

基于触屏操作的PC终端，是一种高效、便捷的录入信息。它通过触摸屏幕，实现操作员对MES系统的数据采集和管理，大大提高了生产线的生产效率和产品质量。

触屏PC终端的优点包括：

便捷操作：操作员只需用手指触摸屏幕，就可以完成数据采集和管理，无需使用鼠标和键盘，操作更加简便。

多点触控：采用多点触控技术，可以实现多个操作员同时对同一设备进行操作，提高了生产效率。

高效数据采集：采用数据采集软件，可以实现对生产线上的各种数据进行实时采集和管理，包括生产计划、产品质量、设备状态等。

2、手持终端

手持终端一般连接无线网络，具有灵活移动、使用方便、即时录入等特点。大部分手持终端都带有扫描枪和屏幕，可以很好地集成PC终端和扫描设备。工人可以随时随地进行信息采集任务，只需戴上专用卡扣。相较于PC终端，手持终端成本高、屏幕小、手动输入难等，因此难以普及，只在对移动性有高要求的区域使用。随着移动手机的发展，手机可以替代手持终端的功能。

3、RFID读写器

RFID读写器。RFID技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无须在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

RFID读写器具包括快速扫描、体积小、形状多样、耐久性高、可重复使用、穿透性强、可无屏障阅读、数据存储容量大、安全性高等特点。它的远距离读取和高存储量等特性备受关注。使用RFID读写器可以大幅提高MES的效率，同时提高物流效率和信息透明度。

4、自动化设备。MES可与自动化设备进行交互，通常有两种交互方式：一种是通过PLC采集设备数据并传输给MES；另一种是MES直接和设备交互采集数据。PLC方式由于比较普遍，具有接口标准、易于实施等特点，被广泛使用。

质量管理

MES系统中的质量管理涉及到生产过程的各个环节，包括原材料采购、生产工艺、产品检验和质量控制等。具体包括以下方面：

产品质量控制：可以对生产过程中的各个环节进行实时监控和控制，确保产品的质量符合标准要求。在生产过程中，MES系统可以对生产数据进行实时采集和分析，及时发现并解决生产中的问题，确保生产过程的稳定性和一致性。
原材料质量管理：可以对原材料的采购、入库、出库和使用进行跟踪和管理，确保原材料的质量符合标准要求。MES系统可以记录原材料的批次信息、检验报告、生产日期等关键信息，以便追溯和管理。
生产工艺管理：可以对生产工艺进行管理和优化，确保生产过程的可控性和稳定性。MES系统可以根据生产数据和质量数据进行分析和优化，提高生产效率和产品质量。
检验管理：可以对产品进行全面的检验和测试，确保产品的质量符合标准要求。MES系统可以记录检验数据、检验报告、质量问题等信息，以便追溯和管理。
质量控制：可以对生产过程中的各个环节进行质量控制，包括工艺参数控制、设备状态监控、异常报警等。MES系统可以及时发现并解决生产中的质量问题，确保生产过程的稳定性和一致性。

综上所述，MES系统中的质量管理是整个生产过程中非常重要的一个环节。通过MES系统的质量管理，可以提高产品的质量和生产效率，降低质量问题和成本，提高企业的竞争力和市场占有率。

MES系统中的质量检验分为：来料检验、过程检验、出货检验

他们分别在制造过程中对原材料、半成品和成品进行检验，以确保产品质量符合规定标准的一系列检验过程。

来料检验是指对原材料进行检验，以确保其符合产品制造的要求。来料检验包括外观检验、物理性能检验、化学成分检验等。

过程检验是指在制造过程中对半成品进行检验，以发现制造过程中的问题，及时进行调整和纠正，确保产品质量符合要求。过程检验包括尺寸检验、外观检验、功能检验等。

出货检验是指对成品进行检验，以确保产品符合规定标准，符合客户要求。出货检验包括外观检验、功能检验、安全性能检验等。

通过MES系统的来料检验、过程检验、出货检验，可以实现对产品质量的全面控制和管理，提高产品质量和生产效率，保证客户满意度。

仓储管理

MES系统中仓储管理是指通过MES系统对仓库的物料、库存、入库、出库等方面进行管理和监控。主要包括以下内容：

物料管理：对仓库内物料的种类、规格、数量等信息进行管理，确保物料、产品、半成品等准确性和完整性。
库存管理：对仓库内物料、产品、半成品的库存情况进行实时监控，及时掌握库存量、库存状态等信息，确保库存的充足性和及时性。
入库管理：对物料、产品的入库流程进行管理，包括物料的验收、入库单据的生成、库存的更新等操作，确保物料、产品的准确入库。
出库管理：对物料、成品、半成品的出库流程进行管理，包括出库单据的生成、库存的更新、领料、产品发货等操作，确保准确出库。

工厂维护

工厂维护集成了设备管理、故障维修、保养计划、预防性维护、备件管理等功能。其主要目的是提高设备的可靠性、运行效率和生产效益，减少设备故障和停机时间，降低维护成本和生产成本。

主要功能包括：

设备管理：对工厂设备进行管理，包括设备档案、设备维修记录、设备保养计划等。
故障维修：对设备故障进行记录、分析、排除和跟踪，以保证设备的可靠性和稳定性。
保养计划：根据设备的使用情况和维修需求，制定合理的保养计划，定期对设备进行保养维护，延长设备寿命。
预防性维护：通过对设备的检查和分析，提前发现并排除可能导致故障的问题，避免设备故障和停机。
备件管理：对备件进行管理，包括备件采购、库存管理、备件使用记录等，以保证备件的及时供应和使用。
工具管理：对生产所用的磨具，工装夹具等进行管理，包括保养计划、维修、更新、采购等，以确保生产线的连续性和稳定性。

主要作用：

提高设备、工具的可靠性和运行效率，减少故障和停机时间，提高生产效率和生产成本效益。
降低维护成本和生产成本，避免因设备、工具故障而导致的生产损失和维修费用。
提高工作效率，减少人工管理的工作量和时间，提高管理精度和效率。
增强设备、工具管理的科学性和系统性，提高工厂的管理水平和竞争力。

数据看板

MES系统中的数据看板是一种可视化数据展示工具，用于展示MES系统中的关键数据和指标。数据看板可以帮助企业管理人员快速了解生产过程中的实时情况和趋势，以便及时做出决策和调整。数据看板通常包括以下内容：

生产计划和进度：展示生产计划和实际生产进度的比较，以帮助管理人员了解生产进展情况。
质量控制：展示产品质量的关键指标，如不良品率、首检合格率等，以帮助管理人员了解产品质量状况。
设备运行状态：展示设备的运行状态和效率，以帮助管理人员了解设备的使用情况和维护需求。
物料管理：展示物料的库存情况和使用情况，以帮助管理人员了解物料的使用情况和库存状况。
人员管理：展示人员的生产效率和出勤状况，以帮助管理人员了解员工的工作情况。

数据看板通过可视化的方式呈现数据，使数据更易于理解和分析，从而帮助企业管理人员更好地了解生产过程和做出决策。

qcadooMES概览

源代码：https://github.com/qcadoo/mes

部署之后的登录界面

登录之后的看板

系统功能菜单

公司架构

产线日历

人员管理

基础信息

产品信息

工艺管理

仓库管理

供应管理

生产计划

销售管理

生产跟踪

成本计算

谱系跟踪

维护管理

生产分析

参数管理

系统管理

代码编译简易说明

1、安装postgresql 12.2及以上的版本
执行以下脚本导入db-init.sql "C:\Program Files\PostgreSQL\12\bin\psql.exe" -U 数据库用户名 -d 数据库名称

2、解压tomcat-9.0.20.zip
解压到一个文件夹，配置文件在mesconf文件夹里面，修改db.properties中的数据库配置

3、编译源码
1）导入maven project,调整JDK、tomcat安装文件夹
2) 将lib文件夹里面的内容复制到maven repository文件夹里面，比如/users/aa/.m2/repository
3）maven install顺序：
qcadoo-super-pom-open
qcadoo-maven-plugin
qcadoo
mes

打包后的war包在mes/mes-application/target/，可以直接copy war包到tomcat/webapps下面

部署问题1：

在resources 中配置 aop.xml 文件，放置在 META-INF 目录中（ resource/META-INF/aop.xml），需要配置 Aspects 和需要被织入的类，
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<aspectj>
<weaver options="-Xset:weaveJavaxPackages=true -Xlint:ignore -verbose">
</weaver>
</aspectj>
部署问题2：

修改mes-application\qcadoo\db.properties的单机 PostgreSQL 连接串dbJdbcUrl为：
dbJdbcUrl=jdbc:postgresql://ip:5432/postgres?binaryTransfer=false&forceBinary=false&reWriteBatchedInserts=true

binaryTransfer=false：控制是否使用二进制协议传输数据，false 表示不适用，默认为 true

forceBinary=false：控制是否将非 ASCII 字符串强制转换为二进制格式，false 表示不强制转换，默认为 true

reWriteBatchedInserts=true：控制是否将批量插入语句转换成更高效的形式，true 表示转换，默认为 false

部署问题3：

tomcat启动失败

首先需要确认java环境是否配置正确，win+R打开cmd，输入java 或者 javac确认是否有java的返回信息。

2.确认Tomcat的环境变量配置

JAVA_HOME、TOMCAT_HOME。

3.前面确认环境变量配置没有问题，tomcat仍旧无法启动，可能是端口被占用。

对于Windows系统，win+R打开cmd，在命令行中输入

netstat -ano | findstr 8080

来查看当前是否有进程占用了端口，可以看到端口被占用，则可以根据PID(进程Id号)来查看占用端口的是哪个程序，在命令行中输入

tasklist | findstr PID

注意：PID是最后一列的数，输入命令时不要忘了空格。

找到占用端口的进程之后，在命令行中输入。

taskkill /f /t /im 进程名

注意：斜杠之前的空格，进程名就是刚刚查到的进程名称。

至此，再清空 tomcat/logs 目录下面的文件，然后重新运行一次. 再打开 tomcat/logs 下面的 catalina.*.log 里面有详细的报错说明.，启动报错问题解决了就可以正常启动tomcat容器。

启动api服务jar包

@echo off
%1 mshta vbscript:CreateObject("WScript.Shell").Run("%~s0 ::",0,FALSE)(window.close)&&exit
java -jar system-start-3.6.1.jar >StartupLog.log 2>&1 &
exit

重启api服务jar包

@echo off
%1 mshta vbscript:CreateObject("WScript.Shell").Run("%~s0 ::",0,FALSE)(window.close)&&exit
set port=8080
for /f "tokens=1-5" %%i in ('netstat -ano^|findstr ":%port%"') do taskkill /f /pid %%m &
java -jar system-start-3.6.1.jar >StartupLog.log 2>&1 &
exit
停止api服务jar包
@echo off
set port=8080
for /f "tokens=1-5" %%i in ('netstat -ano^|findstr ":%port%"') do taskkill /f /pid %%m

启动qcadooMES项目

Windows系统 E:\webappQcadoo\bin\startup.bat 或 Linux系统 .\startup.sh

关闭qcadooMES项目

Windows系统 E:\webappQcadoo\bin\shutdown.bat 或 Linux系统 .\shutdown.sh