用于在制造执行系统内创建图形用户界面的系统和方法

用于在制造执行系统内创建图形用户界面的系统和方法
【专利摘要】一种用于创建制造执行系统中的图形用户界面的方法和系统，包括：客户端应用生成器工具，使得用户通过使用图形用户界面来显示MES屏幕和定制MES和/或专有应用；MES数据库包括要被显示在MES屏幕上的所需数据；将来自由制造执行系统控制的生产过程的数据存储到MES数据库；在配置文件中确定至少一组规格数据，规格数据组具有元数据固定结构，使得产生配置界面；执行动态生成的和基于WEB技术的GUI配置工具，以创建根据规格数据的图形用户界面；以及通过使用元数据固定结构产生配置界面；根据输入到配置界面的数据，创建图形用户界面，以在图形用户界面中确定各个数据字段的外观；将来自MES数据库的数据填充到图形用户界面中的各个数据字段中，以创建MES屏幕。
【专利说明】用于在制造执行系统内创建图形用户界面的系统和方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于在制造执行系统内创建图形用户界面的系统和方法。

【背景技术】
[0002] 在现今的工业自动化领域中，为了提高竞争力，制造公司需要同时缩短上市时间、 提高过程可见性和生产灵活性、优化预测和调度以及降低废品率、库存水平和停工时间；同 时确保所有全球设施的最佳质量和生产效率。
[0003] 因此，为了满足这些高要求，制造公司需要集成的IT基础设施，其帮助它们在全 球范围内协调生产并且如果需要的话，实时地协调生产。制造执行系统（MES)通常被称为 是集成了商业系统（例如ERP(企业资源计划））和生产控制系统的IT层。
[0004] 西门子公司在其S1MAT1C? IT产品系列下提供范围广泛的MES产品。
[0005] 如制造企业解决方案协会（MESA国际）所定义的，MES系统是通过管理"从订单下 达到制造的点至产品交付到成品的点的生产操作"，以及通过"经由双向通讯跨组织和供应 链地向其他系统提供有关生产活动的任务关键信息"来"推动制造过程的有效执行的动态 信息系统"。用于开发MES系统的国际标准通常被称为ISA-95或者S95。
[0006] MES系统通常包括的功能有资源分配与状态、分派生产订单、数据收集/获取、质 量管理、维护管理、性能分析、操作/详细调度、文档控制、劳动力管理、过程管理和产品跟 足示。
[0007] 因此，由软件供应商开发的MES系统的目的在于向制造公司（客户）提供用于测 量和控制生产活动的工具，其目的是为制造工厂提高盈利能力、提高生产率、改进质量和过 程性能。
[0008] 如本文中所使用的，软件应用是由软件开发者开发以在MES系统内执行一些有用 动作（例如，监控来自工厂处理的值或控制工厂设备）的一组软件组件。
[0009] 通常，在工程设计（engineering)或配置时，系统工程师根据特定的制造工厂要 求来灵活地定制MES应用。
[0010] 而在运行时，由可能是工厂操作员或生产线负责人的终端用户来使用MES应用。
[0011] MES系统具有前端/客户端⑶I应用，其可以由终端用户使用来计划和控制制造活 动。
[0012] MES⑶I应用在将来自各种源的过程、质量和商务信息集合在一起成为工厂的生 产状况的一个统一实时视图方面起关键作用。事实上，MESGW应用向终端用户显示图形屏 幕（MES屏幕），这使得能够总观工厂活动的场景或几个参数。
[0013] 现在，主要以网页形式开发MES屏幕。
[0014] 例如，通过MES应用套件的SIMATIC IT系列，提供客户端应用生成器（CAB)，CAB由 一组允许用户构建定制⑶I屏幕页面的模块组成。SIMATIC? IT的CAB是基于.Net 技术的开发平台。对于项目的开发，必须使用Microsoft Visual Studio.Net。CAB已经提 供了一些预定义的库和工具用于与所有SIMATIC IT组件进行通信。CAB提供MES图形用 户界面。因此，其参与生产调度的执行中的每个动作。CAB由一组模块组成，该组模块允许 用户在Web应用中构建⑶I (完全与SIMATIC IT产品套件集成）以及在Web浏览器中显示 Web页面的。其收集来自不同种类源的数据，在可视化之前操作和汇总这些数据。SIMATIC IT的数据本身是集成的，而标准环境使得与几乎每个源集成称为可能。CAB提供如图形控 件的完全的零管理成本（ZAC)能力，并且/或者由Internet Explorer自动下载并安装其它 文件，因此内联网上装有Internet Explorer的每台PC均可以是SIMATIC IT CAB客户端。 在这种情况下，CAB环境（CAB服务器、CAB网络服务器）被置于特定CAB机器上。通过调用 0S机器的Internet Explorer,会存在到CAB机器的连接，以启动0S环境内的网络项目。
[0015] 通常，软件供应商开发MES软件产品作为通用解决方案以满足几个且不同客户的 要求。其结果是，还将与MES产品一起提供的MES屏幕的集合设计为通用目的，以在各种不 同的情况下使用。
[0016] 然而，因为客户要求MES产品是针对适合其特定需要的特定项目而定制的，所以 也需要定制MES屏幕的GUI，以满足特定项目的客户要求。客户这一需求是基本的需求，因 为在客户现场的终端用户主要通过MES屏幕的CTI与MES产品进行交互。
[0017] 因此，在特定的单个项目上必须实现MES客户的一些增强的需求，从而提高MES解 决方案的效率和可用性。
[0018] MES客户的第一增强需求涉及数据输入的方式。
[0019] 例如，一些MES客户更喜欢通过简单的文本框输入特定数据，另一些客户更喜欢 通过已经预填充一组值的组合框输入相同数据。或者在另一简化示例中，一些客户希望通 过星号被通知输入字段中的数据是错误的，其他客户希望通过输入字段的背景颜色的改变 而被通知错误。在更高级的场景中，MES终端用户要求输入数据的集合通过外部源完成，这 需要定制界面，例如定制浏览器或图表。
[0020] MES客户的第二增强需求涉及主-详细视图的定制。事实上，MES屏幕经常被设计 成具有主-详细视图：即表格或树表示屏幕页面的主要实体，以及通过特定项的选择，示出 了其详细息。
[0021] 遗憾的是，每个客户想要看到的详细信息经常是不同的，并且针对特定工厂的要 求详细信息是特定的。这些详细信息通常涉及页面中的"主"实体。通常，通过面板控件可 以看到详细信息，或者作为替选地，通过不同选项卡面板中的选项卡控件可以逻辑上对详 细信息进行分类。
[0022] 在设计具有主/详细视图的MES屏幕中需要满足三个典型技术要求。
[0023] i)第一典型技术要求是隐藏在MES产品的通用屏幕中定义的一些详细信息。
[0024] ii)第二技术要求是添加该产品的通用屏幕中没有定义的一些附加详细信息。
[0025] iii)第三技术要求是将所增加的详细信息情境化，以使其知道原始页面并且相应 地运行。
[0026] 最后，在不知道原始控件的情况下，添加的控件不能正确工作。因此，可以看到，由 于不同的MES客户具有不同的要求，所以需要不同类型的定制。
[0027] 在本领域中，已经用两种方式解决了 MES屏幕的定制问题。
[0028] 根据第一种方式，将屏幕的源代码交付给系统工程师或系统集成商，使得系统工 程师或系统集成商根据所需的定制来修改屏幕的源代码。该动作在要求的时间和精力方面 具有相关成本影响。此外，另一缺点是专有源代码被暴露给通常不是软件开发公司的员工 的第三方，这有明显的知识产权问题。
[0029] 根据第二种方式，由软件开发者从头开发屏幕以满足客户的需求。创建包含所需 定制的全新网页来代替原始网页。遗憾的是，该第二种方式的缺点是其不能够开发通用屏 幕而只能开发用于特定项目的屏幕。定制是专用于客户的：创建新修改版本的页面。该行 为具有非常大的精力：用于分析原始页面的时间精力（定制屏幕的人员通常不是创建屏幕 的人）；修改页面的时间精力；测试页面的时间精力（还需要一些可靠的回归测试）；针对 不同客户保持相同页面的不同版本的精力。
[0030] 遗憾的是，在定制MES的网络屏幕的两种已知方式中，都必须修改网页的源代码。 该事实意味着需要再次完整地测试所交付产品的屏幕的源代码，这在时间和精力方面具有 相关成本的影响，并且还要考虑有关代码维护和升级的要求。
[0031] 此外，使用定制MES的网络屏幕的已知方法，不仅增加了开发和定制精力，还降低 了交付的网络屏幕的可重用性。
[0032] 例如，在定制网络屏幕的已知方法中，为了获得上述两种增强中的一种，即输入数 据方式的定制或主-详细视图的定制，使用寄宿在网页上的的ASP. NET控件（用户或客 户）。然而遗憾的是，该定制是通过访问页面的源代码而在页面内通过添加和编码ASP. NET 控件来完成的，因此具有上述缺点。


【发明内容】

[0033] 因此，本发明的目的是尤其通过提供一种在不修改网络屏幕的源代码的情况下定 制MES屏幕的⑶I的方法和系统来克服上述缺点。当前，Simatic IT配置工具通常不基于 网络技术，这使得当前的开发相当复杂。此外，当其中存储配置数据的数据库结构变化时， 更新网页项目的代码所需的时间损失是不能忽略的。经常在项目中，如果项目进度可以允 许的话，在数据库开发之后的某一时间开始⑶I开发，从而十分精心制作数据库，使⑶I适 应任何数据库变化所需的重复次数减少。然而，甚至在随后的状态下的数据库的每次变化 可能需要大量的适应，使得可能有浪费时间的高风险。
[0034] 因此，本发明的目的是提供一种具有MES CAB中的机制的系统和方法，以给网络项 目提供配置工具，该配置工具不要求访问其中针对网络项目存储有配置数据的相关数据库 和以及与该相关数据库一致。
[0035] 根据本发明的一种用于在制造执行系统（MES)中创建图形用户界面的方法，参照 该方法来实现这些目的，所述方法包括步骤：
[0036] a)提供客户端应用生成器工具，所述客户端应用生成器工具使得用户通过使用图 形用户界面来显示MES屏幕并且定制MES应用和/或专有应用；
[0037] b)提供MES数据库，所述MES数据库包括要被显示在所述MES屏幕上的所需数据；
[0038] c)将来自由所述制造执行系统控制的生产过程的数据存储到所述MES数据库；
[0039] d)在配置文件中确定至少一个规格数据组，所述规格数据组具有使得产生配置界 面的元数据固定结构；
[0040] e)执行动态生成和基于WEB技术的⑶I配置工具，其中，所述⑶I配置工具调用所 述配置文件中的规格数据，并且向用户提供所述GUI配置工具内的配置界面，以根据所述 规格数据创建所述图形用户界面；以及
[0041] f)通过使用所述元数据固定结构产生所述配置界面；
[0042] g)根据对于配置界面进行的数据输入，创建所述图形用户界面，从而确定所述图 形用户界面中各个数据字段的外观；以及
[0043] h)将来自MES数据库的数据填充到所述图形用户界面中的各个数据字段中，从而 创建MES屏幕。
[0044] 相对于所述方法，根据本发明的一种用于创建制造执行系统（MES)中的图形用户 界面的系统来实现上述目的，所述系统包括：
[0045] a)客户端应用生成器工具，用于使得用户通过使用图形用户界面来显示MES屏幕 并且定制MES应用和/或专有应用；
[0046] b)MES数据库，其包括要被显示在所述MES屏幕上的所需数据，其中，来自由所述 制造执行系统控制的生产过程的数据被存储在所述MES数据库上；
[0047] c)配置文件中的至少一个规格数据组，所述规格数据组具有使得产生配置界面的 元数据固定结构；
[0048] e)动态生成和基于WEB技术的⑶I配置工具，所述⑶I配置工具是可执行的，其 中，所述配置工具调用所述配置文件中的规格数据，并且向用户提供所述CTI配置工具 内的配置界面，以根据所述规格数据创建图形用户界面；
[0049] f)用于通过使用所述元数据固定结构产生所述配置界面的装置；
[0050] g)根据对于配置界面进行的数据输入，创建所述图形用户界面，从而确定所述图 形用户界面中各个数据字段的外观；以及
[0051] h)将来自MES数据库的数据填充到所述图形用户界面中的各个数据字段中，从而 创建所述MES屏幕。
[0052] 因此，本发明允许用完全与MES数据库结构分开的网络技术来创建动态生成GUI 配置工具。由于在元数据固定结构上动态生成⑶I配置工具，所以MES数据库上的任何变化 不影响⑶I的完整性，因此避免了任何进一步的人工干预，以使现有的⑶I匹配修改的MES 数据库。
[0053] 在本发明的优选实施方式中，图形用户界面中的数据字段可以包括来自有助于生 产过程的资源的有效数据值和/或图，如KPI数据，和/或下拉列表和/或用户所需的数据 输入。通常，制造执行系统基于S-95标准。
[0054] 本发明的另一优选实施方式可以提供基于元数据固定结构的图形用户界面的结 构，从而使得在MES屏幕上显示用于检索MES数据库中的数据的虚拟数据链路。每当MES 数据库的结构被修改时，上述特征有效地将GW配置工具与修改由此产生的CTI的需要分 开。
[0055] 本发明的实施方式有利地能够通过动态生成的配置工具改变页面配置来实现定 制，从而不修改源代码。
[0056] 本发明的实施方式方便地降低了成本，原因如下：
[0057] -用于定制MES网络屏幕所需的精力减少；
[0058] -软件产品所需的维护减少；
[0059] -方法不易出错；
[0060] -不需要详尽分析和对原始面页设计的了解；
[0061] -网页不需要回归测试。
[0062] 因此，根据元数据固定结构来实现动态生成配置工具，用于在配置工具的用户界 面中输入输入数据，以允许通过一些预定义的编辑器进行切换，而无需编写单行代码。预定 义编辑器的例子可以包括具有自定义验证的文本框、具有动态定义项的组合框、日期选取 器等。因此，配置工具还提供：
[0063] a)通过配置工具，例如容易配置选项卡控件的哪个选项卡面板需要显示在⑶I 中；
[0064] b)通过配置工具，例如能够将新的选项卡面板添加到选项卡控件。此外，如果需要 的话，能够配置添加的选项卡面板的内容。该内容由可以包含任何图形元素的自定义控件 形成。因此，在需要时可以方便地添加页面开发者最初没考虑到的信息。此外，在多个页面 中这些控件可以被重复使用，节省了开发的时间和精力；
[0065] c)最后，在不知道原始页面的情况下，添加的控件不能正确工作。出于这个原因， 在网页中创建了包含针对网页的所有控件的上下文信息的库。每个控件给出有关其状态的 信息：例如表格给出有关选择记录的信息，过滤器控件给出了有关应用的过滤的信息，工具 栏给出了有关被点击的按钮的信息等。使用该信息，添加的控件知道页面的状态，从而可以 采取行动：例如可以显示与表格的选择记录一并考虑的信息。

【专利附图】

【附图说明】
[0066] 现在将参照附图以优选但非唯一的实施方式的方式来描述本发明，其中：
[0067] 图1是根据本发明的第一示例实施方式的、GW配置工具的⑶I配置编辑器的快 照示例；
[0068] 图2是根据本发明的第二示例实施方式的、以通用目的MES软件产品交付的、从具 有页面屏幕GUI中的一组MES实体的主表格得到的快照示例；
[0069] 图3是根据本发明的第二实施方式的、包含具有记录形式的一些细节信息的称为 "休息细节"的选项卡面板的选项卡控件的快照示例；
[0070] 图4是根据本发明的第二示例实施方式的、GW配置工具的⑶I配置编辑器的快 照示例。

【具体实施方式】
[0071] 通过动态生成配置工具来创建考虑一些特定的客户要求的MES屏幕的⑶I。MES屏 幕包括至少一个可配置图形控件，该可配置图形控件包含至少一个可以被定制的区域，在 此称为自定义区域。GUI配置工具使得在至少一个自定义区域中配置可配置图形控件GUI。
[0072] 根据本发明的配置工具是动态生成的。通过使用配置工具，可以示范性地指定用 于将其链接到可配置图形控件的自定义区域的、开发的附加 ASP. net控件的信息。这样信 息的示例可以是用于自定义控件的全限定名（fully qualified name)或用于用户控件的站 点相对路径。有利地，在工程时，一经请求，即可以配置参数，以在运行时将其发送到附加 ASP. net控件。通过配置工具，能够针对⑶I的表格的每个字段定义必须存在的和/或特定 用户想看到显示的那些图形元素/数据字段。
[0073] 来自配置工具的图1中所示的示例示出了能够选择特定的可配置操作输入表格， 例如"Cab可配置细节"31，并且指定了针对"度量单位"字段，希望使用由系统工程师开发的 特定ASP. net控件（在这种情况下是自定义控件）作为输入编辑器。用自定义编辑器30， 为新开发的ASP. net自定义控件"NewUoMID"赋予程序集名称myEditor.dll。在元数据固 定结构中指定配置工具的该特定屏幕的产生，该元数据固定结构在调用时开发配置工具的 特定页面。
[0074] 根据本发明的第二实施方式，通过可配置图形控件可以有利地指定用于将细节信 息添加到MES屏幕的GUI中的主/详细视图的自定义程序。例如，可配置图形控件的类型 可以是选项卡类型或面板类型。
[0075] 在该实施方式中，优选地提供置于MES屏幕中的通信机制，以允许在运行时在已 经存在于MES屏幕中的可配置图形控件和开发的ASP. net控件之间交换信息。
[0076] 图2是以通用MES软件产品交付的、从具有⑶I中的一组MES实体的主表格得到 的快照示例。假设客户希望通过在自定义区域中将扩展原始页面的一个或更多个控件添加 到预定义的MES屏幕来提高该预定义的MES屏幕的可用性，所述控件包含例如有关主表格 上选择的条目的一些细节。
[0077] 如图2的主表格的快照所示，对于实体"下午时间"20,可以预见，在选择时被称为 "工作时间细节"21的详细设计的选项卡面板。假设系统工程师希望改进GUI，他可以在自 定义区域中添加包含例如有关主表格上选择条目的一些细节的自定义控件。例如，在该特 定示例中，系统工程师希望添加新的详细设计的选项卡面板，其提供有关主表格上选择的 条目的其他细节信息，例如通过添加称为"休息" 30的选项卡面板，其包含主表格的相同选 择条目"下午时间"20上的休息细节。
[0078] 图3示出了包含具有记录形式的一些休息细节信息的、被称为"休息"的选项卡面 板的选项卡控件的快照示例。根据本发明，通过动态生成配置工具，实施图3中所示的 定制。图4示出了根据本发明的第二示例实施方式的、GW配置工具的第二CTI配置编辑 器的快照示例。
[0079] 对于该特定示例，如图4所示，根据⑶I配置工具，能够将称为"休息" 30的选项 卡面板添加到可配置图形选项卡控件，并且能够指定以加载由系统工程师开发的特定ASP. net控件，在这种情况下，加载被称为"休息控件"40的用户控件。通过图4中所示的自定 义编辑器，将ASP. net用户控件40赋予用户友好名称和控件ID "休息"。
[0080] 在本发明的上下文中，对于MES用户而言必要的是，其能够使用动态生成的配置 工具。为了生成配置工具，在"后台"以工程级采取相同的动作。在配置文件中确定至少一 组规格数据是使得配置工具找到生成基础的先决条件。所述规格数据组具有元数据固定结 构，其能够使得根据预定义结构产生如图1和图4所示的配置界面。所述规格数据例如确 定可以选择哪个控件，可以显示哪个数据图等。现在，通过执行基于动态生成和WEB技术的 ⑶I配置工具，其中，⑶I配置工具调用配置文件中的规格数据，并且给用户提供所述⑶I配 置工具中的配置界面，以根据规格数据创建图形用户界面。因此，规格数据及其预定义的元 数据固定结构已经确定配置界面的外观。通过使用元数据固定结构产生配置界面是确定的 元数据固定结构的概念的逻辑结果。MES用户随后通过其在图形配置界面中输入的选择来 创建GUI，从而确定图形用户界面中各个数据字段的外观。在运行时，用来自生产过程的各 个数据填充GUI中的数据字段。因此，元数据固定结构表示GUI中的数据字段和MES数据 库中的该数据的有效存储位置的链接。现在无论何时MES数据库的结构改变，这些改变只 反映在元数据固定结构中。不需要人工干预以使GUI中的数据字段与MES数据库中的各个 数据对齐，从而形成超过现有技术条件的显著优点。
【权利要求】
1. 一种用于在制造执行系统（MES)内创建图形用户界面的方法，包括步骤： a) 提供客户端应用生成器工具（CAB)，所述客户端应用生成器工具使得用户通过使用 图形用户界面来显示MES屏幕并且定制MES应用和/或专有应用； b) 提供MES数据库，所述MES数据库包括要被显示在所述MES屏幕上的所需数据； c) 将来自由所述制造执行系统控制的生产过程的数据存储到所述MES数据库； d) 在配置文件中确定至少一个规格数据组，所述规格数据组具有使得产生配置界面的 元数据固定结构； e) 执行动态生成和基于WEB技术的⑶I配置工具，其中，所述⑶I配置工具调用所述配 置文件中的规格数据，并且向用户提供所述配置工具内的配置界面，以根据所述规格 数据创建所述图形用户界面；以及 f) 通过使用所述元数据固定结构产生所述配置界面； g) 根据对于配置界面进行的数据输入，创建所述图形用户界面，从而确定所述图形用 户界面中各个数据字段的外观；以及 h) 将来自MES数据库的数据填充到所述图形用户界面中的各个数据字段中，从而创建 MES屏幕。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述图形用户界面中的数据字段包括来自有助于 生产过程的资源的有效数据值和/或图，例如KPI数据，和/或下拉列表和/或用户所需的 数据输入。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中，所述制造执行系统基于S-95标准。
4. 如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述图形用户界面的结构基于所述元 数据固定结构，从而使得用于检索所述MES数据库中的数据的虚拟数据链路显示在所述 MES屏幕上。
5. -种用于在制造执行系统（MES)内创建图形用户界面的系统，包括： a) 客户端应用生成器工具（CAB)，用于使得用户通过使用图形用户界面来显示MES屏 幕并且定制MES应用和/或专有应用； b) MES数据库，其包括要被显示在所述MES屏幕上的所需数据，其中，来自由所述制造 执行系统控制的生产过程的数据被存储在所述MES数据库上； c) 配置文件中的至少一个规格数据组，所述规格数据组具有使得产生配置界面的元数 据固定结构； e) 动态生成和基于WEB技术的⑶I配置工具，所述⑶I配置工具是可执行的，其中，所 述GUI配置工具调用所述配置文件中的规格数据，并且向用户提供所述GUI配置工具内的 配置界面，以根据所述规格数据创建图形用户界面； f) 用于通过使用所述元数据固定结构产生所述配置界面的装置； g) 根据对于配置界面进行的数据输入，创建所述图形用户界面，从而确定所述图形用 户界面中各个数据字段的外观；以及 h) 将来自MES数据库的数据填充到所述图形用户界面中的各个数据字段中，从而创建 所述MES屏幕。
6. 如权利要求5所述的系统，其中，所述图形用户界面中的数据字段包括来自有助于 生产过程的资源的有效数据值和/或图，例如KPI数据，和/或下拉列表和/或用户所需的 数据输入。
7. 如权利要求5或6所述的系统，其中，所述制造执行系统基于S-95标准。
8. 如上述权利要求5至7中任一项所述的系统，其中，所述图形用户界面的结构基于所 述元数据固定结构，从而使得用于检索所述MES数据库中的数据的虚拟数据链路显示在所 述MES屏幕上。
【文档编号】G06F9/44GK104216701SQ201410239156
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2013年5月30日
【发明者】卢卡·博尔托洛索, 斯特凡尼亚·卢卡 申请人:西门子公司