一、項目背景與挑戰

作為一名制造業信息化領域的獨立開發者，我決定開發一套定制化的MES(制造執行系統)系統，源于傳統制造業面臨的幾個核心痛點：

1. 生產數據黑箱：車間生產進度依賴人工匯報，管理層無法實時掌握

2. 質量追溯困難：產品出現質量問題后，難以快速定位問題批次和原因

3. 設備利用率低：設備停機時間不透明，無法科學安排維護計劃

4. 人工報工誤差：計件工資計算經常出現爭議，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過程

經過6個月的深入調研和3年的開發實施，最終完成了一套覆蓋生產全流程的MES系統。以下是開發過程中的關鍵節點和經驗分享。

二、系統架構設計

1. 分層架構設計

采用五層架構模式，確保系統靈活性和擴展性：

? 設備接入層：負責與PLC、CNC、傳感器等工業設備通信，支持OPC UA、Modbus等協議

? 數據采集層：實時采集設備狀態、工藝參數、生產計數等數據

? 業務邏輯層：實現生產調度、質量管理、設備管理、人員績效等核心業務

? 數據服務層：提供統一的數據訪問接口，支持時序數據庫和關系型數據庫混合存儲

? 應用表現層：Web端+移動端+大屏看板多終端展示

2. 微服務架構實踐

基于Spring Cloud Alibaba構建微服務體系：

? 生產執行服務：處理工單下發、報工、暫停、終止等核心流程

? 質量檢驗服務：實現首檢、巡檢、末檢全流程管理

? 設備監控服務：實時采集設備OEE數據，預測性維護

? 物料追溯服務：構建從原材料到成品的完整追溯鏈

? 報表分析服務：生成各類生產績效報表

三、關鍵技術實現

1. 工業設備接入方案

面對車間設備品牌雜、協議多的挑戰，開發了通用設備接入框架：

// 設備通信抽象接口

public interface DeviceConnector {

    void connect(DeviceConfig config);

    Object read(String address);

    void write(String address, Object value);

    void disconnect();

}

// ModbusTCP實現

public class ModbusTcpConnector implements DeviceConnector {

    // 具體實現...

}

// OPC UA實現

public class OpcUaConnector implements DeviceConnector {

    // 具體實現...

}

通過配置化方式實現不同設備的快速接入，新設備平均接入時間縮短到2小時。

2. 實時數據采集優化

針對高頻數據采集場景(如溫度曲線)，采用特殊優化方案：

1. 邊緣計算節點進行數據預處理

2. 采用時序數據庫(InfluxDB)存儲高頻數據

3. 對常規數據采用MySQL分表存儲

4. 建立數據分級機制，關鍵數據實時同步，次要數據批量同步

3. 生產追溯體系設計

實現完整的正向追溯和反向追溯功能：

原材料批次 → 生產工單 → 工序記錄 → 質量檢驗 → 成品批次

采用組合追溯碼方案：

? 原材料：供應商代碼+到貨日期+批次號

? 半成品：工單號+工序號+生產日期

? 成品：產品型號+生產批次+序列號

四、前端開發實踐

1. 車間終端適配

針對車間環境特點做了特殊設計：

? 高對比度界面：適應強光/弱光環境

? 大按鈕設計：方便戴手套操作

? 離線模式：網絡中斷時本地緩存數據

? 語音提示：關鍵操作語音反饋

2. 可視化看板

基于ECharts實現多維數據展示：

? 實時設備狀態監控(運行、停機、故障)

? OEE(設備綜合效率)趨勢分析

? 生產進度甘特圖

? 質量缺陷柏拉圖

五、實施過程中的"翻車"現場

1. 設備通信災難

   ? 場景：某CNC機床通信協議文檔與實際不符

   ? 后果：連續3天無法讀取加工參數

   ? 解決：通過抓包分析逆向工程協議，最終實現穩定通信

2. 并發性能瓶頸

   ? 場景：200臺設備同時上報數據時系統卡死

   ? 排查：發現數據庫連接池配置不足

   ? 優化：調整連接池參數+引入消息隊列緩沖

3. 數據精度問題

   ? 場景：溫度傳感器數據單位不一致(℃ vs ℉)

   ? 后果：導致某批次產品熱處理不合格

   ? 改進：建立設備元數據管理系統，統一維護單位、精度等屬性

六、經驗與感悟

1. 車間需求比辦公室需求更重要：最初設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. 可靠性優于先進性：在車間環境中，系統穩定運行比使用最新技術更重要

3. 漸進式實施是關鍵：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. 現場支持不可或缺：在車間駐場調試的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，哪怕只是實現設備數據采集+電子看板

2. 重視車間人員的反饋，他們最清楚問題所在

3. 建立數據字典，統一編碼規則，這是追溯體系的基礎

4. 預留足夠的擴展接口，未來會有無數系統想與MES集成

MES系統的價值不在于技術有多先進，而在于能否真正解決生產現場的問題。一個好的MES系統，是在不斷解決實際問題中迭代出來的。