分享一个人开发一套MES系统的历程——智能制造实践者

一、项目背景与挑战

作为一名制造业信息化领域的独立开发者，我决定开发一套定制化的MES(制造执行系统)系统，源于传统制造业面临的几个核心痛点：

​​生产数据黑箱​​：车间生产进度依赖人工汇报，管理层无法实时掌握

​​质量追溯困难​​：产品出现质量问题后，难以快速定位问题批次和原因

​​设备利用率低​​：设备停机时间不透明，无法科学安排维护计划

​​人工报工误差​​：计件工资计算经常出现争议，影响员工积极性

​​物料追溯断层​​：无法精确追踪原材料到成品的完整流转过程

经过6个月的深入调研和3年的开发实施，最终完成了一套覆盖生产全流程的MES系统。以下是开发过程中的关键节点和经验分享。

二、系统架构设计

1. 分层架构设计

采用五层架构模式，确保系统灵活性和扩展性：

​​设备接入层​​：负责与PLC、CNC、传感器等工业设备通信，支持OPC UA、Modbus等协议

​​数据采集层​​：实时采集设备状态、工艺参数、生产计数等数据

​​业务逻辑层​​：实现生产调度、质量管理、设备管理、人员绩效等核心业务

​​数据服务层​​：提供统一的数据访问接口，支持时序数据库和关系型数据库混合存储

​​应用表现层​​：Web端+移动端+大屏看板多终端展示

2. 微服务架构实践

基于Spring Cloud Alibaba构建微服务体系：

​​生产执行服务​​：处理工单下发、报工、暂停、终止等核心流程

​​质量检验服务​​：实现首检、巡检、末检全流程管理

​​设备监控服务​​：实时采集设备OEE数据，预测性维护

​​物料追溯服务​​：构建从原材料到成品的完整追溯链

​​报表分析服务​​：生成各类生产绩效报表

三、关键技术实现

1. 工业设备接入方案

面对车间设备品牌杂、协议多的挑战，开发了通用设备接入框架：

 

// 设备通信抽象接口
public interface DeviceConnector {
    void connect(DeviceConfig config);
    Object read(String address);
    void write(String address, Object value);
    void disconnect();
}

// ModbusTCP实现
public class ModbusTcpConnector implements DeviceConnector {
    // 具体实现...
}

// OPC UA实现
public class OpcUaConnector implements DeviceConnector {
    // 具体实现...
}

 

通过配置化方式实现不同设备的快速接入，新设备平均接入时间缩短到2小时。

2. 实时数据采集优化

针对高频数据采集场景(如温度曲线)，采用特殊优化方案：

边缘计算节点进行数据预处理

采用时序数据库(InfluxDB)存储高频数据

对常规数据采用MySQL分表存储

建立数据分级机制，关键数据实时同步，次要数据批量同步

3. 生产追溯体系设计

实现完整的正向追溯和反向追溯功能：

 

原材料批次 → 生产工单 → 工序记录 → 质量检验 → 成品批次

 

采用组合追溯码方案：

原材料：供应商代码+到货日期+批次号

半成品：工单号+工序号+生产日期

成品：产品型号+生产批次+序列号

四、前端开发实践

1. 车间终端适配

针对车间环境特点做了特殊设计：

高对比度界面：适应强光/弱光环境

大按钮设计：方便戴手套操作

离线模式：网络中断时本地缓存数据

语音提示：关键操作语音反馈

2. 可视化看板

基于ECharts实现多维数据展示：

实时设备状态监控(运行、停机、故障)

OEE(设备综合效率)趋势分析

生产进度甘特图

质量缺陷柏拉图

五、实施过程中的"翻车"现场

​​设备通信灾难​​

场景：某CNC机床通信协议文档与实际不符

后果：连续3天无法读取加工参数

解决：通过抓包分析逆向工程协议，最终实现稳定通信

​​并发性能瓶颈​​

场景：200台设备同时上报数据时系统卡死

排查：发现数据库连接池配置不足

优化：调整连接池参数+引入消息队列缓冲

​​数据精度问题​​

场景：温度传感器数据单位不一致(℃ vs ℉)

后果：导致某批次产品热处理不合格

改进：建立设备元数据管理系统，统一维护单位、精度等属性

六、经验与感悟

​​车间需求比办公室需求更重要​​：最初设计的华丽报表无人问津，而工人提出的简单报工界面却成为核心功能

​​可靠性优于先进性​​：在车间环境中，系统稳定运行比使用最新技术更重要

​​渐进式实施是关键​​：从最痛点的工序开始试点，逐步扩展，比一次性全面上线成功率高

​​现场支持不可或缺​​：在车间驻场调试的1个月，解决的问题比之前3个月都多

给后来者的建议

从一个小工序开始，哪怕只是实现设备数据采集+电子看板

重视车间人员的反馈，他们最清楚问题所在

建立数据字典，统一编码规则，这是追溯体系的基础

预留足够的扩展接口，未来会有无数系统想与MES集成

MES系统的价值不在于技术有多先进，而在于能否真正解决生产现场的问题。一个好的MES系统，是在不断解决实际问题中迭代出来的。

审核编辑 黄宇