用于太阳能电池组件生产的制造执行系统及方法与流程

1.本发明涉及数字化车间管理系统，具体涉及用于太阳能电池组件生产的制造执行系统及方法。


背景技术：

2.太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，越来越多的国家发展太阳能资源。我国已成为全球主要的太阳能电池生产国，但是在太阳能电池组件生产过程中还存在着许多需要提升解决的问题，太阳能电池组件是经过将电池片串焊、叠焊、承压、封装、测试功率等一系列工序封装而成的。而目前质量管理受到传统制造思维模式的惯性和陈旧质量理念的驱使和约束，现有的电池组件生产的质量管理手段早己无法适应当前市场对于产品质量的要求，主要体现为以下四个方面：
3.质量信息处理手段落后，企业在进行产品质量数据的采集与统计时仍采取手工记录方式，效率低下，数据一致性差，准确度低，很难确保精确及时地采集与处理质量数据。
4.质量信息流动不畅通，处理质量信息的过程相对其他过程较孤立，数据采集点的分散以及使用不同厂家提供的数据采集软件，致使数据的一致性低。不同软件之间的接口没有打通，数据流动困难。
5.可视化程度不足，由于上层生产管理系统和底层控制系统缺乏有效连接，管理层系统无法及时得到的生产实时信息，无法掌握生产过程的实时数据。
6.缺乏有效的质量控制技术，没有有效的物料追踪系统，导致排查问题时效率低下。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术中的问题，本发明提供了用于太阳能电池组件生产的制造执行系统及方法，实现了可视化、高效信息管理，可以精确标识生产状态，同时也保障了物料追踪的功能正常，解决了质量控制的短板。
8.为了实现以上目的，本发明提供了用于太阳能电池组件生产的制造执行系统，包括：
9.系统首页单元，包括登陆界面模块，登陆界面模块根据员工不同角色分类设置用户登录权限以及对应的登录后可见界面；
10.采购管理单元，包括原料采购模块、设备采购模块和采购花费模块，原料采购模块和设备采购模块用于进行订单采购并发送给付账请求，采购花费模块用于进行账单核对并付账的操作；
11.生产管理单元，包括生产计划模块、生产调度模块、物料追踪模块和数据采集模块，生产计划模块用于查看生产计划安排信息；生产调度模块用于跟踪组件生产过程中设备、原料及人员的调度信息并将数据录入；物料追踪模块用于踪每个组件的加工信息并将数据录入；数据采集模块用于通过自动化数据采集设备与生产设备进行数据交互获取设备
信息；
12.仓库管理单元，包括原料进仓模块、原料出仓模块、组件进仓模块和组件出仓模块，原料进仓模块、原料出仓模块、组件进仓模块和组件出仓模块用于分别通过自动化数据采集设备将原料或组件信息录入并自动标注处理状态；
13.市场管理单元，用于管理市场信息数据；
14.设备管理单元，包括设备维护维修管理模块和设备研发管理模块，设备维护维修管理模块用于查看和设置设备维护维修信息，并发送设备维护维修信息至对应人员；设备研发管理模块用于记录并上传设备研发数据；
15.人员管理单元，用于管理人员相关信息；
16.以及，文档管理单元，用于管理文档数据。
17.进一步地，所述系统采用rbac权限控制技术将不同的员工进行角色归类，不同的角色有不同的权限，采用数据隔离技术使每种角色对应一个数据库，在登陆系统时，系统会自动调用后台对应的数据库，将数据从后台服务器返回。
18.进一步地，所述用户登录权限包括产研权限、管理权限和财务权限，产研、管理或财务输入登录信息向服务器发出访问请求，服务器读取对应的产研数据库、管理数据库或财务数据库，并将对应的数据库数据进行回传。
19.进一步地，所述系统采用中间件集群架构进行容灾、负载均衡和无中断服务，包括服务器集群和数据库集群，当多用户访问系统时，将访问请求进行负载均衡，将访问请求均衡到不同的服务器，且当其中某个服务器崩溃时，其他服务器正常运行，在进行负载均衡时，不会将访问请求传递给崩溃的服务器节点；且服务器集群和数据库集群的中间设置一层缓存，将经常读取的数据保存在缓存中；数据库集群采用一个主数据库和多个从数据库的结构，主数据库用来写数据，从数据库用来读数据，且当主数据库服务器崩溃之后，通过哨兵模式机器投票选出另外一个主数据库，当原来的主数据库服务器恢复之后成为新主数据库的从数据库，主数据库和从数据库的数据同步采用加锁保障数据的强一致性，数据库和缓存通过延时双删保证数据的强一致性。
20.进一步地，所述系统采用弹性计算平台实现系统的可扩展性，弹性计算平台包括计算资源集群和存储资源集群，计算资源集群通过将物理服务器上的计算资源虚拟化，然后再分配给云服务器使用，一台云服务器的计算资源只能位于一台物理服务器上，当一台物理服务器上计算资源耗尽时，将在其他物理服务器上创建云服务器；云服务器的存储资源集群采用大规模分布式文件系统，将整个集群中的存储资源虚拟化后对外提供服务，且用户数据在存储资源集群中存储三份副本，任意一份副本损坏后系统都可自动恢复到三份副本。
21.进一步地，所述系统对用户的输入进行处理，只允许输入合法的值，其它值一概过滤掉；所述系统采用降低syn timeout时间，使得主机尽快释放半连接的占用或者采用syn cookie设置，如果短时间内收到某个ip的重复syn请求，则认为受到攻击进行拦截。
22.进一步地，所述生产设备包括上料设备、切片设备、串焊设备、叠焊设备、成压设备、封装设备和测试设备，上料设备、切片设备、串焊设备、叠焊设备、成压设备、封装设备和测试设备均设置自动化数据采集设备，生产设备将生产情况的数据通过网络通信协议传递给自动化数据采集设备，自动化数据采集设备再将数据传递到数据中间件，然后系统监听
数据中间件获取消息。
23.进一步地，所述系统首页单元还包括展示模块，所述展示模块用于展示日产量趋势图、月产量趋势图和组件总销售额。
24.进一步地，所述市场信息数据包括合作伙伴、采购市场、销售市场、市场分析和政府政策；所述人员相关信息包括员工入职辞职、请假调休、升职加薪和签到打卡；所述文档数据包括研发文档、物料表、生产问题记录表和员工信息表。
25.本发明还提供了一种采用上述的用于太阳能电池组件生产的制造执行系统的方法，包括：用户在登陆界面模块以不同用户登录权限登录进入对应的登录后可见界面，通过采购管理单元进行订单采购、账单核对或付账的操作；通过生产管理单元获取并管理生产计划、生产调度、物料追踪和数据采集；通过仓库管理单元获取并管理原料或组件进出仓信息；通过市场管理单元获取并管理市场信息数据；通过设备管理单元获取并管理设备维护、维修和研发数据；通过人员管理单元获取并管理人员相关信息；通过文档管理单元获取并管理文档数据。
26.与现有技术相比，本发明针对太阳能电池组件生产过程中的信息处理方式落后、信息流通断层、可视化不足以及质量控制技术短板严重的问题，本发明系统包括系统首页单元、采购管理单元、生产管理单元、仓库管理单元、市场管理单元、设备管理单元、人员管理单元以及文档管理单元，用户在登陆界面模块以不同用户登录权限登录进入对应的登录后可见界面，通过采购管理单元进行订单采购、账单核对或付账的操作；通过生产管理单元获取并管理生产计划、生产调度、物料追踪和数据采集；通过仓库管理单元获取并管理原料或组件进出仓信息；通过市场管理单元获取并管理市场信息数据；通过设备管理单元获取并管理设备维护、维修和研发数据；通过人员管理单元获取并管理人员相关信息；通过文档管理单元获取并管理文档数据。系统以网页形式访问，设置登录和访问权限，不同的角色进入到系统内的方式和所能看到的内容是不同的，使各部门各司其职，这一项解决了可视化不足和数据安全的问题。生产管理中的数据采集使用自动化数据采集设备并将采集的数据自动录入系统，解决了传统手工记录的弊端，提升了信息处理方式的效率。质量控制主要需要控制多个工序上的生产误差，而物料追踪是质量控制的一个非常重要的手段。各个环节在一个系统上解决了信息流通断层、决策不及时的情况。本发明很好的解决了电池组件生产过程中的信息、可视化、质量控制问题，提升了产品质量和生产效率。系统基于java技术栈，可通过网页访问，实现可视化。使用自动化数据采集设备采集数据并录入系统，实现高效信息管理。使用网络通信技术和中间件技术来保证分布式采集的数据可以精确标识生产状态，同时也保障了物料追踪的功能正常，解决了质量控制的短板。
附图说明
27.图1是本发明系统的原理框图；
28.图2是本发明系统中每道工序的数据采集原理图；
29.图3是本发明系统中用户权限隔离原理图；
30.图4是本发明系统中用户登录数据流通图；
31.图5是本发明系统中高可用架构的原理图；
32.图6是本发明系统中弹性计算平台的原理图。
具体实施方式
33.下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.本发明提供了用于太阳能电池组件生产的制造执行系统，参见图1，包括系统首页单元、采购管理单元、生产管理单元、仓库管理单元、市场管理单元、设备管理单元、人员管理单元以及文档管理单元八个单元。
35.系统首页单元，包括登陆界面模块，登陆界面模块根据员工不同角色分类设置用户登录权限以及对应的登录后可见界面，系统首页单元还包括展示模块，展示模块用于展示日产量趋势图、月产量趋势图和组件总销售额。系统首页主要包括登陆界面、日产量、月产量趋势图和组件的总销售额。这里的登陆界面主要是为了区分用户权限的，考虑到数据的安全问题，防止篡改核心数据而设计的。经理等管理岗点击登录可以看到产量及研发信息，而产研岗等登陆只可以看到个人信息。
36.采购管理单元，包括原料采购模块、设备采购模块和采购花费模块，原料采购模块和设备采购模块用于进行订单采购并发送给付账请求，采购花费模块用于进行账单核对并付账的操作。采购管理单元对采购岗和财务岗开放权限。采购岗点击原料采购模块和设备采购模块有下订单的权限，下了订单之后，系统会给所有财务岗发送付账请求，财务点击采购花费模块可以进行核对账单并付账的操作，这个操作对于采购岗是没有权限的。
37.生产管理单元，包括生产计划模块、生产调度模块、物料追踪模块和数据采集模块，生产计划模块用于查看生产计划安排信息；生产调度模块用于跟踪组件生产过程中设备、原料及人员的调度信息并将数据录入；物料追踪模块用于踪每个组件的加工信息并将数据录入；数据采集模块用于通过自动化数据采集设备与生产设备进行数据交互获取设备信息。
38.生产管理单元是整个系统的核心所在，生产管理主要包括生产计划、生产调度、物料追踪和数据采集。生产计划应该具体到每天，以日期的超链接来实现，点击生产计划后，点击具体日期可以查到当天的生产安排，包括生产员工、生产线、生产良品率要求、每道工序设备的状态、设备故障预案、维修人员等等。生产调度是指组件生产过程中，涉及到设备的维修、原料的搬运、论值班换岗等情况。物料追踪主要是为了实现细粒度的追踪每个组件的加工情况，并将其数据录入到制造执行系统中。这一个功能主要是为了解决排错的痛点，因为在生产过程中，每个工序都有可能加工不良的情况，但是如果不对物料进行追踪，那么这个不良情况到底由哪一道工序导致就不得而知了，需要大量的人力和时间去排查。那么物料追踪系统也是基于有一个良好的数据采集系统的前提下，而数据采集在现有的大部分工厂都是人工采集，人工采集效率低下并且容易出错。因此采用自动化数据采集设备，数据采集设备与生产设备通过通信协议来进行数据交互，采集状态图如图2所示，生产设备包括上料设备、切片设备、串焊设备、叠焊设备、成压设备、封装设备和测试设备，上料设备、切片设备、串焊设备、叠焊设备、成压设备、封装设备和测试设备均设置自动化数据采集设备，生产设备将生产情况的数据通过网络通信协议传递给数据采集设备，数据采集设备再将数据传递到消息中间件，然后制造执行系统再去监听中间件获取消息。需要注意的是这里的采
集数据是分布式采集，每个工序都有采集设备。正因为如此，每道工具的采集设备可能并不是来自于一家公司，这就需要注意生产设备和数据采集设备的通信协议的兼容性，这一项也在本系统中考虑到了。
39.仓库管理单元，包括原料进仓模块、原料出仓模块、组件进仓模块和组件出仓模块，原料进仓模块、原料出仓模块、组件进仓模块和组件出仓模块用于分别通过自动化数据采集设备将原料或组件信息录入并自动标注处理状态。原料进仓主要通过仓库的数据采集设备按订单批次进行数据录入，主要是将原料的型号和单号写入数据库，系统自动标注处理状态。原料出仓主要是对进行生产出仓的原料进行标注，标注过程主要是对数据库中进仓的原料进行状态标注，表示该原料已进入生产。组件进仓和出仓同理，也是通过仓库的数据采集设备进行采集并录入到制造执行系统进行状态标注，实现可视化。
40.市场管理单元，用于管理市场信息数据，市场管理主要包括合作伙伴、采购市场、销售市场、市场分析和政府政策。对于决策者来说，要实现持续发展能找到源源不断的合作伙伴是非常重要的，可以将所有合作过的企业或者机构记录到系统上，建立一个合作圈，还可以实现其他方面的共赢。组件某些原料的市场价非常的不稳定，甚至会出现断供的情况，所以需要关注采购市场，记录下更多的供应商，这样在多重权衡后采购也可以节省成本。同理，也需要找到稳定的组件需求方来保障组件出售稳定。在企业努力经营的同时也需要注意政府的政策走向，因为风口有时候来自于政策，政府的政策在某些方面支持的话，企业还可以赶上一波红利。
41.设备管理单元，包括设备维护维修管理模块和设备研发管理模块，设备维护维修管理模块用于查看和设置设备维护维修信息，并发送设备维护维修信息至对应人员；设备研发管理模块用于记录并上传设备研发数据。设备管理主要包括设备维护、设备维修、维护/维修/研发人员、设备研发。对一个有生命力的企业来说，要做的不只是生产，还包括一些自研的设备，比如串焊设备等。设备管理这一项对所有员工开放权限，产研点击设备维护，弹出日历组件，点击某一个日期，会出现该天设备的维护人员、出现问题、维护方法等信息，如果点击当天以后的日期可以进行设置该天维护人员和注意问题，这样系统给该员工发维护通知。设备研发菜单主要是研发人员对该设备研发数据的记录，通过文档形式上传到该系统。
42.人员管理单元，用于管理人员相关信息；人员管理主要包括员工入职辞职、请假调休、升职加薪、签到打卡等。这里的员工主要是负责生产的员工。因为研发组和生产组他们的签到地点有时也不一样。
43.文档管理单元，用于管理文档数据，文档管理主要包括研发文档、物料表、生产问题记录表、员工信息表。尤其是研发文档，研发的设备需要一直更新，那么对于设备的版本需要通过版本文档来进行严格的控制，每个版本的文档将当前版本的研发参数记录详细。这样架构师和工程师在交流时可以言简意赅的表示按哪个版本生产，因为参数特别多容易执行错误。
44.本发明系统在具体实现上主要考虑到4个问题：用户权限、高可用性、可扩展性和网络安全。
45.用户权限主要是为了保障生产数据安全，不同的角色登录只能看到自己权限范围内的内容，防止了恶意的数据篡改和其它一些不良影响。参见图3，用户权限主要通过rbac
(role-based access control)权限控制技术和数据隔离技术来实现。rbac权限控制技术主要是将不同的员工进行角色归类，不同的角色有不同的权限，每种角色包含一个或者多个员工。数据隔离以安全性为主，每种角色对应一个数据库(db)，他们在登陆系统时，系统会自动调用他们后台对应的数据库，将数据从后台服务器返回，从而实现不同角色看到页面的内容是不一样的。调用过程如图4所示，用户登录权限包括产研权限、管理权限和财务权限，产研、管理或财务点击登录，输入登录信息向服务器发出访问请求，服务器读取对应的产研db、管理db或财务db，并将对应的数据库数据进行回传。
46.高可用性一般来描述一个系统经过专门的设计，从而减少停工的时间，而保持其服务的高可用性。很明显，对于制造企业来说高可用性不可或缺，制造执行系统为了保障实时采集生产数据不可停工。参见图5，高可用实现主要采用中间件集群架构，实现容灾、负载均衡和无中断服务。这里主要设计了多个服务器构成的服务器集群和数据库集群，当很多用户去访问系统时，这时需要将巨大访问请求进行一个负载均衡，将请求均衡到不同的服务器，降低了服务器的压力。而当其中某个服务器崩溃时，系统仍可正常运行，因为其他服务器仍可正常运行，在进行负载均衡时，不会将访问请求传递给崩溃的服务器节点。那么请求到了服务器之后，服务器需要从数据库取数据，但这里考虑到了磁盘i/o的效率，所以在服务器和database(db)中间加了一层缓存，旨在将经常读取的数据保存在缓存中，这样下次读取数据就可以直接在缓存中读取，加快系统响应速度。数据库集群采用的是一主数据库和多个从数据库的设计，主数据库用来写数据，从数据库用来读数据，读写分离降低数据库访问压力。当主数据库服务器崩溃之后，通过哨兵模式机器投票选出另外一个主数据库，当原来的主数据库服务器恢复之后成为新主数据库的从数据库。这里主从数据库的数据同步采用加锁来保障数据的强一致性，保障系统中所记录的数据都是最新的。而数据库和缓存的强一致性通过延时双删来保证。
47.高可扩展表示可通过加机器线性提高系统处理能力，承担更高流量和并发。由于峰值的流量不可控，不可能在系统架构设计初期就考虑好机器数量以支持并发，因此本系统通过弹性计算来实现系统的可扩展性。参见图6，弹性计算平台(elastic-compute service)包含两个重要模块：计算资源集群模块和存储资源集群模块，即计算网络和存储网络。ecs的计算资源指cpu、内存、带宽等资源，主要通过将物理服务器(即宿主机)上的计算资源虚拟化，然后再分配给云服务器使用。一台云服务器的计算资源只能位于一台物理服务器上，当一台物理服务器上计算资源耗尽时，系统将在其他物理服务器上创建云服务器。云服务器的存储资源采用了大规模分布式文件系统(盘古)，将整个集群中的存储资源虚拟化后对外提供服务。用户数据在盘古集群中存储三份副本，任意一份副本损坏后系统都可以自动恢复到三份副本。在大规模集群中，小概率的硬件故障将成为必然事件。当宿主物理机发生故障时，ecs能够自动迁移云服务器，并且将其数据恢复到最后一刻的状态，既为用户屏蔽了硬件故障，又能保障用户业务的连续性。
48.网络安全问题也是一个系统所面临的一个重大问题，像脚本跨站攻击xss(cross-site scripting)和syn洪泛攻击是常见的网络攻击，当系统遭受网络攻击也会导致系统崩溃。解决xss攻击主要是为系统建立一个完整的过滤体系，那就是永远不相信用户的输入。需要对用户的输入进行处理，只允许输入合法的值，其它值一概过滤掉。解决syn洪泛攻击最常用的一个手段就是优化主机系统设置。比如降低syn timeout时间，使得主机尽快释放
半连接的占用或者采用syn cookie设置，如果短时间内收到了某个ip的重复syn请求，则认为受到了攻击，合理的采用防火墙设置等外部网络也可以进行拦截。可以通过网关对一部分请求进行过滤，而过滤的准则可以根据具体时间和业务来定。
49.本发明还提供了采用上述制造执行系统的方法，包括：用户在登陆界面模块以不同用户登录权限登录进入对应的登录后可见界面，采购和财务通过采购管理单元进行订单采购、账单核对或付账的操作；管理或产研通过生产管理单元获取并管理生产计划、生产调度、物料追踪和数据采集；通过仓库管理单元获取并管理原料或组件进出仓信息；通过市场管理单元获取并管理市场信息数据；通过设备管理单元获取并管理设备维护、维修和研发数据；通过人员管理单元获取并管理人员相关信息；通过文档管理单元获取并管理文档数据。
50.本发明设置登录和访问权限，不同的角色进入到系统内的方式和所能看到的内容是不同的，使各部门各司其职，这一项解决了可视化不足和数据安全的问题。生产管理中的数据采集使用自动化采集设备并将采集的数据自动录入系统，解决了传统手工记录的弊端，提升了信息处理方式的效率。质量控制主要需要控制多个工序上的生产误差，而物料追踪是质量控制的一个非常重要的手段。各个环节在一个系统上解决了信息流通断层、决策不及时的情况。本发明很好的解决了电池组件生产过程中的信息、可视化、质量控制问题，提升了产品质量和生产效率。本发明以java技术栈为主，页面技术使用前端技术vue，综合考虑了数据安全、功能、性能等的问题，解决了现有的制造执行系统的一些痛点，使电池组件生产更加高效。
51.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。