日化行業(yè)MES系統(tǒng)研究與設(shè)計*

梁永宏

（廣州中浩控制技術(shù)有限公司，廣東廣州 510070）

日化行業(yè)MES系統(tǒng)研究與設(shè)計*

梁永宏

（廣州中浩控制技術(shù)有限公司，廣東廣州 510070）

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是改善車間管理的重要信息化手段，但不同行業(yè)MES系統(tǒng)存在較大差異。針對當(dāng)前日化行業(yè)生產(chǎn)管理存在的問題，提出了日化行業(yè)MES系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)，設(shè)計出一種適用日化行業(yè)的MES系統(tǒng)架構(gòu)，闡述了MES系統(tǒng)下的車間作業(yè)流程，并對軟件功能模塊進(jìn)行了總體設(shè)計。對系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，并對系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)行了展望。

制造執(zhí)行系統(tǒng)；日化行業(yè)；MES

0 前言

日化產(chǎn)品由日用化工原料組合生產(chǎn)，產(chǎn)品種類多，包括化妝品、洗滌用品、口腔用品、香味劑、除臭劑、驅(qū)蟲滅害產(chǎn)品和其他日化產(chǎn)品。日化行業(yè)屬于批次配方型生產(chǎn)模式，產(chǎn)品種類多，每個批次生產(chǎn)數(shù)量少，對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率有較高要求。在整個生產(chǎn)過程中，原材料經(jīng)過稱料、配制、包裝等多個工序最終形成成品，其中稱料和配制對產(chǎn)品質(zhì)量有決定性影響，在每個工序均需按照配方和SOP（標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序）進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

目前很多日化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)已實施了ERP系統(tǒng)，用于對計劃、庫存、采購、銷售、財務(wù)等經(jīng)營活動進(jìn)行管理。但在生產(chǎn)現(xiàn)場，由于缺乏車間層面的信息化系統(tǒng)，稱料和配制的工人仍然需要手持紙質(zhì)的配方和工藝要求單進(jìn)行生產(chǎn)，并手動填寫生產(chǎn)完成情況，生產(chǎn)的歷史數(shù)據(jù)全部由工人手動填寫在紙張記錄上。這樣在生產(chǎn)過程中，很難確保工人按SOP進(jìn)行生產(chǎn)，工人很容易出現(xiàn)操作錯誤（如稱重錯誤、投料錯誤等），當(dāng)出現(xiàn)質(zhì)量問題時，QA通過手工填寫的紙質(zhì)生產(chǎn)記錄很難準(zhǔn)確判斷造成產(chǎn)品質(zhì)量問題的根本原因。而管理人員難以了解生產(chǎn)現(xiàn)場的實際工單進(jìn)度情況，生產(chǎn)報表只能依靠專人整理匯總，生產(chǎn)數(shù)據(jù)很難跟其他相關(guān)部門共享[1]。同時在日化生產(chǎn)中，比較注重生產(chǎn)工藝的持續(xù)改進(jìn)，但由于缺乏傳統(tǒng)模式缺乏對工藝參數(shù)的連續(xù)記錄，很難對工藝的持續(xù)改進(jìn)提供依據(jù)。

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）作為連接上層ERP系統(tǒng)和底層控制系統(tǒng)的中間層[2]，非常適合解決車間層面生產(chǎn)管理問題。基于此，有必要研制一套適應(yīng)日化行業(yè)管理需要的MES系統(tǒng)。MES具有鮮明的行業(yè)特色，因此系統(tǒng)的建設(shè)必須和日化行業(yè)的生產(chǎn)組織模式及工藝相吻合。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

基于此，一個日化行業(yè)MES系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)一般應(yīng)包括：

（1）配方版本的集中控制；

（2）車間計劃的排定；

（3）加工批次實時進(jìn)度的透明化；

（4）配方稱重；

（5）配制現(xiàn)場的作業(yè)指示；

（6）投料過程的精確控制；

（7）生產(chǎn)工藝參數(shù)的實時監(jiān)測及持續(xù)優(yōu)化；

（8）加工批次實時進(jìn)度的透明化；

（9）權(quán)限控制；

（10）生產(chǎn)歷史的自動記錄及績效分析。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

基于以上系統(tǒng)目標(biāo)和作業(yè)流程，整個日化行業(yè)MES系統(tǒng)的硬件和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一般應(yīng)包含以下幾部分：

（1）歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：由于日化MES需要存儲連續(xù)的工藝、設(shè)備參數(shù)和加工歷史，需要設(shè)置專門的歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并采用專業(yè)的工業(yè)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的存儲；

（2）MES應(yīng)用服務(wù)器：主要用于運行后臺處理程序，管理遠(yuǎn)程客戶端鏈接，實現(xiàn)MES核心應(yīng)用邏輯；

（3）Web服務(wù)器：遠(yuǎn)程辦公電腦經(jīng)防火墻訪問Web服務(wù)器，查詢報表及統(tǒng)計數(shù)據(jù)；

（4）監(jiān)控終端：用于集中監(jiān)視各現(xiàn)場終端的任務(wù)完成情況、實際參數(shù)、報警情況等；

（5）工程師站：用于系統(tǒng)的整體維護、權(quán)限修改等；

（6）LED看板：用于顯示匯總生產(chǎn)信息；

（7）稱料站：在稱料區(qū)域，設(shè)置多個稱料站點。稱料站點可配置有電腦、電子稱、條碼打印機、條碼掃描槍等設(shè)備；

（8）現(xiàn)場操作站：在配制區(qū)每個反應(yīng)釜旁，設(shè)置相應(yīng)的現(xiàn)場操作站點?，F(xiàn)場操作站應(yīng)配置工業(yè)觸摸屏電腦、條碼掃描槍，并與現(xiàn)場的控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

整個系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)為骨干網(wǎng)絡(luò)，以保證數(shù)據(jù)通訊的穩(wěn)定可靠。同時與ERP系統(tǒng)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互[3]。

整個系統(tǒng)的架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

3 作業(yè)流程設(shè)計

MES系統(tǒng)作為管理信息系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)計、運行和現(xiàn)場的作業(yè)流程密切相關(guān)。在日化行業(yè)，操作人員既需要手工添加粉料和助劑等小料，有時也需要通過管道添加大劑量的水和液體料等大料。

整個MES系統(tǒng)的作業(yè)流程設(shè)計將以配方電子化、物料條碼化、操作規(guī)范化和記錄精準(zhǔn)化為核心指導(dǎo)思想，實施MES后的整體作業(yè)流程說明如下：

（1）ERP系統(tǒng)將工單和配方數(shù)據(jù)自動下載配方管理系統(tǒng)；

（2）在稱料區(qū)域，工人按照工單和配方進(jìn)行稱料作業(yè)，并對物料粘貼條碼；

（3）在現(xiàn)場觸摸屏電腦上，操作員選擇工單及對應(yīng)的生產(chǎn)配方開始生產(chǎn)；

（4）對于大料，系統(tǒng)通過與底層PLC聯(lián)動，系統(tǒng)自動加料，當(dāng)加料重量符合配方要求時，系統(tǒng)自動停止加料；

（5）對于小料，在觸摸屏上選擇快速投料，進(jìn)行手動加料，利用掃描物料條碼進(jìn)行記錄；

（6）根據(jù)工藝要求，可以記錄攪拌速度、時間等，并進(jìn)行報警提示；

（7）系統(tǒng)對操作人員工作內(nèi)容提示功能；

（8）系統(tǒng)進(jìn)行配方跟蹤，產(chǎn)生各種生產(chǎn)報表。

4 軟件功能實現(xiàn)

基于以上的生產(chǎn)管理流程，整個系統(tǒng)的軟件包含以下一些功能模塊。

（1）配方管理

工廠可選擇從ERP、EXCEL文件或獨立的配方系統(tǒng)導(dǎo)入已有的產(chǎn)品配方，也可在系統(tǒng)中創(chuàng)建新的配方，并形成配方的不同版本，配方相關(guān)數(shù)據(jù)將統(tǒng)一存儲在MES數(shù)據(jù)庫中，在審核后可直接用于生產(chǎn)。

（2）生產(chǎn)計劃管理

系統(tǒng)可從ERP或EXCEL文件導(dǎo)入主生產(chǎn)計劃，或在系統(tǒng)中直接添加新的生產(chǎn)計劃。車間計劃員可以進(jìn)一步對計劃進(jìn)行分解，并在系統(tǒng)中進(jìn)行車間層面的詳細(xì)排產(chǎn)，排定好的作業(yè)工單直接下達(dá)到稱重及配制現(xiàn)場的電腦終端。

（3）稱料管理

稱料管理系統(tǒng)支持移動稱料和固定站點稱料兩種不同的作業(yè)模式，可以與移動稱料小車集成。主要包含以下功能：

原材料條碼打印：對于倉庫接收的原材料，可按照統(tǒng)一的格式打印條碼標(biāo)簽進(jìn)行物料標(biāo)識。

稱料計劃管理：按照生產(chǎn)計劃和配方，系統(tǒng)可以產(chǎn)生相應(yīng)的稱料任務(wù)，主管可以將稱料任務(wù)分配給不同的稱料人員，并查詢相應(yīng)的稱料進(jìn)度。

稱料作業(yè)：按照稱料任務(wù)要求，系統(tǒng)指導(dǎo)工人進(jìn)行物料稱重，打印出小包裝物料條碼，系統(tǒng)詳細(xì)記錄稱料作業(yè)情況。

稱料防錯：在系統(tǒng)可利用條碼掃描，對物料種類進(jìn)行核對防錯，并通過與電子稱的接口，嚴(yán)格控制稱重偏差。

條碼管理：系統(tǒng)可以對污損的條碼進(jìn)行補打或重打，系統(tǒng)自動記錄補打過程。

（4）配制監(jiān)控系統(tǒng)

在主生產(chǎn)設(shè)備旁配制監(jiān)控系統(tǒng)，通過可視化界面指揮操作工人進(jìn)行生產(chǎn)，并實時的記錄整個生產(chǎn)過程中的各參數(shù)變化、各項動作的具體操作時間等信息。主要包含以下功能：

1）生產(chǎn)任務(wù)指示：工人在生產(chǎn)現(xiàn)場的配制監(jiān)控工作站，按照系統(tǒng)提示的生產(chǎn)計劃進(jìn)行加工生產(chǎn)；

2）投料控制：系統(tǒng)依據(jù)配方要求指導(dǎo)工人進(jìn)行投料，對物料使用錯誤進(jìn)行報警，詳細(xì)記錄投料過程；

3）工藝參數(shù)控制：對一些重要的過程參數(shù)如溫度、壓力、攪拌速度等進(jìn)行監(jiān)測，并提供超限預(yù)警功能；

4）電子作業(yè)指導(dǎo)書：系統(tǒng)可以將SOP電子化，并在現(xiàn)場終端直接顯示相應(yīng)的操作；

5）質(zhì)檢結(jié)果：由于日化行業(yè)往往采用按批生產(chǎn)的模式，而每一批次均需在加工后進(jìn)行檢驗，因此系統(tǒng)需要能訪問質(zhì)檢的記錄結(jié)果，在質(zhì)檢通過后，結(jié)束工單；

6）清洗記錄：用于管理反應(yīng)釜的狀態(tài)及清洗記錄。

（5）集中監(jiān)視系統(tǒng)

集中監(jiān)視系統(tǒng)用于集中顯示所有現(xiàn)場站點的工藝參數(shù)變化情況、操作步驟等。

（6）LED看板

生產(chǎn)主管部門可以通過LED看板實時監(jiān)控各個工作站的生產(chǎn)計劃完成情況以及告警信息。

（7）工藝參數(shù)管理

日化行業(yè)由于產(chǎn)品種類多，整個生產(chǎn)過程中人工干預(yù)多，很難做到完全自動化生產(chǎn)，而實驗室預(yù)選給出的產(chǎn)品工藝參數(shù)往往不是最優(yōu)參數(shù)，因此存在工藝參數(shù)持續(xù)優(yōu)化的問題。

當(dāng)質(zhì)檢部門發(fā)現(xiàn)某批次的產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)時，工藝部門可以調(diào)取該批次的實際工藝參數(shù)變化曲線，并與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)曲線比對。審核通過后，可以直接設(shè)定該批次的工藝參數(shù)變化曲線設(shè)置為新的標(biāo)準(zhǔn)工藝曲線，指導(dǎo)工人按新的參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，從而實現(xiàn)工藝參數(shù)的持續(xù)優(yōu)化。

工藝參數(shù)的采集，在技術(shù)上采用OPC工業(yè)協(xié)議，與底層的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行交互[4]。

（8）權(quán)限控制

系統(tǒng)的所有操作都需要授權(quán)并被詳細(xì)記錄，權(quán)限根據(jù)需要可以分為多個級別。

（9）報表統(tǒng)計

系統(tǒng)提供多種生產(chǎn)報表，包括稱料報表、批次生產(chǎn)記錄、日生產(chǎn)記錄、月統(tǒng)計記錄、班組生產(chǎn)記錄、報警記錄等。

5 結(jié)束語

本文介紹的日化行業(yè)MES系統(tǒng)，已在企業(yè)成功試用，系統(tǒng)基本達(dá)到了設(shè)計要求。由于針對日化企業(yè)的業(yè)務(wù)特點進(jìn)行了專門設(shè)計，系統(tǒng)可以在根本上規(guī)范工人的現(xiàn)場操作，降低現(xiàn)場差錯率，實現(xiàn)物料的精準(zhǔn)消耗，提升產(chǎn)品質(zhì)量和作業(yè)效率。同時現(xiàn)場生產(chǎn)情況和報警的實時反饋，可以幫助管理人員及時對生產(chǎn)異常進(jìn)行處理，生產(chǎn)調(diào)度更為順暢。而自動的生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄和分析，也大大節(jié)省了統(tǒng)計員的工作量。

事實上，依據(jù)配方進(jìn)行加工的行業(yè)還有很多，但日化行業(yè)的加工工序相對較少，一般在單個操作單元內(nèi)進(jìn)行配制生產(chǎn)，因此本系統(tǒng)未過多涉及多工序間的協(xié)作和半成品控制，將來如果對這一部分功能加強，整個架構(gòu)可進(jìn)一步擴展到更多其他行業(yè)。

［1］沈怡.淺談MES系統(tǒng)在統(tǒng)計工作中的應(yīng)用與不足［J］.中國西部科技，2011（04）：27-28.

［2］王新亭，張懷京.企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的構(gòu)建與實施［J］.軟件導(dǎo)刊，2012（01）：112-113.

［3］阮學(xué)斌.生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用［J］.江南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010（10）：542-543

［4］王雪寒，輦玉玉，姚翠紅，等.實時數(shù)據(jù)采集技術(shù)在生產(chǎn)制造執(zhí)行中的應(yīng)用［J］.工業(yè)控制計算機，2013（02）：18-19.

Research and Design of MES for Daily Chemical Industry

LIANG Yong-hong
（Guangzhou CH Control Technology Co.，Ltd，Guangzhou510070，China）

Manufacturing Execution System(MES)is an important method to improve management in workshop.But for MES,there is a big difference between different industries.Aimed to the management problems in workshop,It puts forward the main goal of building MES for Daily Chemical Industry,designs an architecture for MES,introduces the main workflow and the software functions.It also mentions the actual applications and future development.

manufacturing execution system；daily chemical industry；MES

TH166

：A

：1009－9492(2014)11－0059－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.11.016

梁永宏，男，1971年生，湖北襄陽人，碩士，系統(tǒng)分析師。研究領(lǐng)域：軟件工程，制造執(zhí)行系統(tǒng)，能源管理系統(tǒng)。已發(fā)表論文6篇。

(編輯：向 飛)

*廣東省現(xiàn)代信息服務(wù)業(yè)發(fā)展專項資金項目（編號：GDEID2011IS014）

2014－05－20