标签: 设计开发

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。

上海奥世信息科技有限公司（简称“奥世科技“）总部位于上海，成立于2013年，由一支从事本行业10多年的核心研发团队带领，致力于给客户最专业的行业解决方案，并提供FPGA逻辑设计开发、FPGA相关电路设计开发、嵌入式系统设计开发、高频/高速板卡、PCB设计和开发、样机或样板以及小批量（5K以下）委托生产等一条龙服务。 公司一贯秉承勇于创新、卓于技术、精于质量、诚于服务的企业宗旨，努力拼搏，不断奋进，以专长、专业、专注服务于我们的客户，耕耘与我们的行业。 联系人：翟先生 固定电话：021-20958219 QQ：1545807176 E-mail： 1124957560@qq.com 、 zrj@aoshi-tech.cn 手机：18930349997 公司网址：www.aoshi-tech.cn 公司地址：上海市闵行区申北路8号（春申文化创意园） 我们提供完善的FPGA设计开发、嵌入式系统、板卡设计开发等相关解决方案，更多更详尽的信息请登录www.aoshi-tech.cn 查看，期待与您合作。  

这段时间一直在将国内的设计与国外的设计做对比，一直在与以前主管国内设计的工程师了解现实的困境与约束，我大概整理了大概能列出的所有的现实的约束。 做项目时间太紧：时间点都是客户与项目经理定的，工程师并没有决定权，因此为了时间点与进度不得不去赶时间。 做分析需要人员与成本：熟练运用并理解最坏分析分析方法，通过极端值甚至概率方法分析的需要大量的时间与人员，采用软件需要购买数据库和软件费用。包括那些与质量相关的东西，可靠性预测缺乏软件和人员。做热分析也是同样的，甚至包括故障树与故障模式分析，一句话一个项目没那么多人。 做实验缺乏时间与经费：实验缺乏指导，只能根据项目工程师有限的经验去评估最可能发生错误的情况，不可能做run to fail和失效率最高的问题电路。实验意味着大量的测试设备与金钱投入，比如与EMC相关的实验和与寿命有关的实验。 缺乏可靠的数据：国内的芯片支持与国外的芯片支持力度完全不同，无法得到有效的芯片数据，无法避免芯片可能的潜在问题。 没有系统的失误积累系统：没有时间与人力将实验验证结果整理，为下一次设计作出有益的结论，也没有人整合已有的设计经验作出系统级的分析。 老大们无法接受工程师的反馈意见：某些暂时降低项目工作效率，提高部门工作效率的措施反馈没有得到支持，某些质量考虑因素以成本原因被回避，等等数次沟通无果使得向上反馈的渠道堵死。 开会REVIEW无效果：大部分工程师太忙，没时间或者不认真对待他人的设计，开会和研讨走形式，没有实质性的结果。 与平行部门工程师沟通不善：平行部门的工程师只考虑自己的工作量，并不考虑系统策略以及涉及的相关问题。 成本：成本只能向下不能向上，初期往往为了价格策略将起点定太低，后期根本无法满足不断的设计变更。 以上是我大概总结的现实性的问题，不断加入中。 怎么说了，个人无力对抗这些问题，但是只能在纸面上去追求理想的方法吧。 补充，岩兄的个人观点： 1、项目的沟通和协调：主要由销售和项目经理与客户谈判，潜在的问题是销售大部分不懂技术方面潜在的问题，项目经理的背景往往是软件工程师或者硬件工程师较为优秀者，没有系统方面的经验，缺乏项目整体把握的能力，定价（往往是低价策略，方案上需要极度压缩成本）和时间节点制定的不合理，需求上倾听客户不足，项目开头和客户联络的很好，但是中期后期又不与客户沟通； 2、客户提不出需求与详细的工程规范，由于没有项目积累只能推测客户的需求； 3、方案设计上也没有积累，没有系统工程师，只能靠单个的硬件工程师和软件工程师设计方案，系统方案只是非常简单的把硬件方案和软件方案拷贝到一起； 4、模块的测试问题：由于定价和时间节点的问题，加上国内的优势是响应迅速和服务，为了体现快速服务，往往测试不足或者没条件测试（很多时候连真实的负载样件都不舍得买，比如做某个控制模块，项目测试过程中没有实际负载【机械结构和电机】，即将使用模拟负载调试的模块作为样品交给客户调试）； 5、团队建设：个人理解可靠性等设计是需要数据和失败教训积累的，但是公司有大大小的项目，每个人的设计数据都在自己的电脑里，工程师之间不交换数据、不共享、只交换结论。造成很多情况下，知道结论但是不知道过程中很多东西，很多设计都犯错误，不错值得庆幸的是经过很多次教训后有改进，但是只限于我们再也不犯同样的错误了，以前总犯同样的错误； 6、部门接口：基本上这个还属于团队的问题，很多时候觉得公司的管理是个大问题，管理十几个人还可以，但是人多了就乱套了，往往机械的不理解电气的，电气中软件不理解硬件，硬件不理解软件，更重要的是质量不理解设计，生产工艺也理解设计，设计如果不够强势和自信（因为总隐约觉得设计不如老外）为了质量生产工艺往往更改的是设计； 7、售后问题：控制器交付客户，往往设计就结项了，因为对于设计员来说，下一个任务又来了。往往控制器量产后团队已经解散大半了，剩下一小部分跟踪生产，这个时候往往不愿意对设计的硬件和软件做大的变动，修修补补，时间长了，品牌口碑就在客户变差，质量不好等缺点就暴漏出来，个人觉得产品量产的几年内是比较危险的时期。 8、无序的开发过程： 原理样机-统计成本-冻结初期硬件版本和软件版本-硬件测试和软件测试-电性能、环境试验、EMC 试验-升级冻结中期硬件和软件-生产、工艺-升级冻结后期硬件和软件-定价-销售到主机厂。