制造執(zhí)行系統(tǒng)在煙草企業(yè)中的應(yīng)用

錢杰，徐進(jìn)，季琦，黃衛(wèi)忠

(浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310024)

制造執(zhí)行系統(tǒng)在煙草企業(yè)中的應(yīng)用

錢杰，徐進(jìn)，季琦，黃衛(wèi)忠

(浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310024)

隨著社會信息化的快速變革，煙草行業(yè)的信息化建設(shè)也在不斷深入和發(fā)展，“以信息化促進(jìn)工業(yè)化”成為煙草工業(yè)企業(yè)提高生產(chǎn)能力，更大滿足市場需求的必要手段。結(jié)合杭州卷煙廠MES項(xiàng)目，分析了生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)在煙草工業(yè)企業(yè)中的設(shè)計模型，設(shè)計原則，功能模塊以及平臺技術(shù)，呈現(xiàn)了生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)在杭州卷煙廠生產(chǎn)過程中的串聯(lián)和紐帶功能。

煙草工業(yè)；杭州卷煙廠；制造執(zhí)行系統(tǒng)

0 引言

制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system，MES)是美國AMR公司在20世紀(jì)90年代初提出的，意在加強(qiáng)計劃的執(zhí)行能力，把車間作業(yè)的控制系統(tǒng)，通過MES聯(lián)系起來。AMR將其定義為：“位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間的管理信息系統(tǒng)”[1]，MES為操作人員、管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤及所有資源(人、設(shè)備、物料、客戶需求等)的當(dāng)前狀態(tài)信息[2]。由此可知，MES系統(tǒng)旨在加強(qiáng)生產(chǎn)計劃的執(zhí)行能力，是生產(chǎn)計劃和車間作業(yè)控制的紐帶和橋梁，填補(bǔ)上層通信和底層控制的信息斷層。

雖然杭州卷煙廠經(jīng)過多年的內(nèi)部信息化建設(shè)建立了以ERP為中心的信息化管理系統(tǒng)，但是各部門之間的系統(tǒng)都是獨(dú)立的，這就造成了信息的封閉，而且數(shù)據(jù)缺乏準(zhǔn)確性和實(shí)時性。因此杭州卷煙廠迫切需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，資源整合以及信息共享，建立從物料管理，生產(chǎn)監(jiān)控，質(zhì)量管理到出貨管理的通暢的信息流，實(shí)現(xiàn)卷煙生產(chǎn)過程的全過程監(jiān)控與追溯。在這個形勢下，杭州卷煙廠于2008年啟動MES(manufacturing execution system)，預(yù)計2012年進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收。將結(jié)合杭州卷煙廠MES項(xiàng)目，從設(shè)計模型，設(shè)計原則，功能模塊以及平臺技術(shù)等角度來分析此項(xiàng)目和系統(tǒng)功能。

1 MES的功能模塊

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

MES系統(tǒng)處于上層的ERP系統(tǒng)和下層的自動化管控系統(tǒng)之間，因此，MES能夠獲取包括制絲管控系統(tǒng)、卷包數(shù)字化管理系統(tǒng)、物流管控系統(tǒng)、質(zhì)量檢測設(shè)備和動力能源系統(tǒng)等在內(nèi)的自動化管控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并能對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、管理和分析，實(shí)時、準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集并實(shí)現(xiàn)集成應(yīng)用是MES得以成功的重要基礎(chǔ)[3,4]。通過對數(shù)據(jù)集的分析，能夠指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)備的各種操作，同時可以把分析結(jié)果傳遞給信息管理層，MES在煙草行業(yè)中的應(yīng)用已越來越多[5,6]。通過對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)與工藝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的比對分析，可以產(chǎn)生出包括生產(chǎn)、設(shè)備、績效、質(zhì)量、消耗等在內(nèi)的相關(guān)報表，通過統(tǒng)計分析，達(dá)到改進(jìn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)化生產(chǎn)組織，降低生產(chǎn)原輔料消耗，降低過程中的半成品庫存，以及提高設(shè)備備件利用率的各種目標(biāo)。系統(tǒng)層級圖如圖1所示，MES接收ERP計劃產(chǎn)量，PDM的工藝標(biāo)準(zhǔn)，來指導(dǎo)卷煙廠生產(chǎn)執(zhí)行操作，然后將執(zhí)行結(jié)果反饋給ERP和PDM，形成整個生產(chǎn)的閉環(huán)。

圖1 系統(tǒng)層級圖

杭州卷煙廠卷煙的工藝流程大體上分為制絲和卷包兩個流程，制絲過程包括切片，切絲，混絲三大過程，卷包過程包括卷接和包裝兩個主要程序，制絲過程為流水作業(yè)過程，卷包過程屬于離散型作業(yè)，各機(jī)組都有獨(dú)立的卷接和包裝設(shè)備。制絲和卷包有各自的集中控制系統(tǒng)，分別為制絲集控和卷包數(shù)采。系統(tǒng)間詳細(xì)流程圖如圖2所示，MES從企業(yè)資源計劃系統(tǒng)ERP(enterprise resource planning)接收杭州卷煙廠卷煙生產(chǎn)訂單生成作業(yè)計劃，同時接收產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM(product data management)的工藝標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，物料主數(shù)據(jù)和BOM,生成作業(yè)執(zhí)行計劃，指導(dǎo)杭州卷煙廠制絲集控，卷包數(shù)采，動力能源和物流系統(tǒng)的執(zhí)行，根據(jù)采集的過程數(shù)據(jù)反饋，將計劃執(zhí)行結(jié)果等數(shù)據(jù)反饋給ERP，關(guān)閉生產(chǎn)訂單。

圖2 系統(tǒng)間詳細(xì)流程圖

1.2 功能模塊

MES主要由主數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)管理、工藝質(zhì)量管理、設(shè)備管理、車間管理、實(shí)時監(jiān)控、批次管理、動力能源以及用戶管理等九大功能模塊組成，以生產(chǎn)執(zhí)行、工藝質(zhì)量管理和設(shè)備管理三大模塊為主，主數(shù)據(jù)管理、車間管理、實(shí)時監(jiān)控、批次管理、動力能源以及用戶管理等六個模塊為輔，實(shí)現(xiàn)了將上層的計劃及時準(zhǔn)確的傳達(dá)給車間生產(chǎn)控制現(xiàn)場，并把車間生產(chǎn)控制現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)及情況實(shí)時的反饋給計劃層，從而實(shí)現(xiàn)對整個生產(chǎn)過的統(tǒng)一指揮與調(diào)度。下面著重介紹生產(chǎn)管理，工藝質(zhì)量管理，設(shè)備管理和主數(shù)據(jù)管理等與生產(chǎn)密切相關(guān)的四個模塊。

1) 生產(chǎn)管理

生產(chǎn)管理的主要功能是生產(chǎn)計劃的調(diào)度，它是ERP生產(chǎn)計劃的延伸和發(fā)展，它能對制絲計劃進(jìn)行自動的分解生產(chǎn)工單，通過人工調(diào)整和下發(fā)，使生產(chǎn)現(xiàn)場能及時準(zhǔn)確地進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，系統(tǒng)需要保證卷煙成品的供應(yīng)，滿足市場供貨的需求。MES中生產(chǎn)計劃調(diào)度的詳細(xì)流程圖如圖3所示，結(jié)合杭州卷煙廠的實(shí)際設(shè)備情況，本模塊主要分了制絲生產(chǎn)調(diào)度、制絲生產(chǎn)執(zhí)行、卷包生產(chǎn)調(diào)度和卷包生產(chǎn)執(zhí)行四個功能點(diǎn)。

圖3 MES中生產(chǎn)計劃調(diào)度的詳細(xì)流程圖

a) 制絲調(diào)度

制絲調(diào)度主要是根據(jù)成品煙絲需求以及高架庫和遠(yuǎn)程庫的庫存情況，在用戶選擇預(yù)約物料時自動推算出所需物料的數(shù)量，并能在預(yù)約物料不夠的情況下給出替代方案，為了增加靈活性，還可以通過手動編輯來修改替代方案。根據(jù)各產(chǎn)線的產(chǎn)能設(shè)計和工藝邏輯，根據(jù)生產(chǎn)計劃生成詳細(xì)的作業(yè)工單。

b) 制絲執(zhí)行

制絲執(zhí)行是將作業(yè)工單發(fā)送給制絲集控系統(tǒng)，以及高架庫系統(tǒng)、糖香料廚房系統(tǒng)等配套系統(tǒng)，使系統(tǒng)按作業(yè)工單進(jìn)行作業(yè)，生產(chǎn)結(jié)束后，對制絲集控系統(tǒng)、高架庫系統(tǒng)和糖香料廚房系統(tǒng)的生產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，以報表的形式展示給終端用戶。在作業(yè)過程中，可根據(jù)實(shí)時監(jiān)控情況對生產(chǎn)工單進(jìn)行暫停、繼續(xù)運(yùn)行以及中止等操作，操作人員對未下發(fā)生產(chǎn)的作業(yè)工單可以進(jìn)行修改。

c) 卷包調(diào)度

卷包調(diào)用主要根據(jù)從ERP計劃生成喂絲機(jī)工單和卷包機(jī)生產(chǎn)工單。

d) 卷包執(zhí)行

與制絲執(zhí)行類似，卷包執(zhí)行也是將作業(yè)工單下發(fā)給高架庫系統(tǒng)和卷包數(shù)采系統(tǒng)，高架庫系統(tǒng)根據(jù)喂絲機(jī)工單將相應(yīng)的成品煙絲量發(fā)送至對應(yīng)的喂絲機(jī)臺，喂絲機(jī)將煙絲輸送至相應(yīng)的卷接包機(jī)組。

通過MES的生產(chǎn)管理功能保證了批次任務(wù)之間的相互銜接和上下游工序的執(zhí)行，并且能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)計劃層與生產(chǎn)車間控制現(xiàn)場的及時溝通。

2) 工藝質(zhì)量管理

質(zhì)量管理主要是根據(jù)ISO9000質(zhì)量管理體系的要求，建立快速、高效、全過程的質(zhì)量反饋、質(zhì)量處理和質(zhì)量跟蹤機(jī)制。

本模塊根據(jù)主數(shù)據(jù)管理模塊的工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)分析，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。通過檢驗(yàn)批次的建立能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的追蹤和管理，并能把生產(chǎn)過程中的異常數(shù)據(jù)反饋到生產(chǎn)現(xiàn)場，從而能夠?qū)ιa(chǎn)進(jìn)行及時的調(diào)整與改進(jìn)。并能對某些數(shù)據(jù)進(jìn)行報警提示，使得用戶可以更快的發(fā)現(xiàn)問題，制定解決措施，進(jìn)一步保證產(chǎn)品質(zhì)量。

本模塊的另一個重要功能是過程質(zhì)量評測，過程質(zhì)量評測是對某個周期內(nèi)生產(chǎn)的牌號根據(jù)《浙江中煙生產(chǎn)過程質(zhì)量測評方案》的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評測，如工段、工序段以及工序的NY值和δ值以及工藝質(zhì)量參數(shù)的DPMO值、Q值、均值和方差。

3) 設(shè)備管理

設(shè)備管理包括設(shè)備潤滑、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)以及設(shè)備維修及停開機(jī)。系統(tǒng)能自動提醒需要周期性維護(hù)的設(shè)備，使設(shè)備能及時的得到保養(yǎng)和維護(hù)。統(tǒng)計設(shè)備維修情況，對設(shè)備在維護(hù)、保養(yǎng)以及停機(jī)檢修的開始時間、停機(jī)時長、停機(jī)原因等信息進(jìn)行統(tǒng)計，用戶通過報表可以清晰的得到備件耗用情況，設(shè)備運(yùn)行效率和故障分析統(tǒng)計等信息。

4) 主數(shù)據(jù)管理

MES從PDM得到BOM生效規(guī)則和工藝質(zhì)量參數(shù)等數(shù)據(jù)，并對各數(shù)據(jù)提供查詢、新建、生效和歸檔等功能，保證生產(chǎn)按照相應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。

2 平臺技術(shù)

1) 開發(fā)平臺

杭州卷煙廠MES系統(tǒng)的開發(fā)平臺為華冠科技為羅克韋爾自動化開發(fā)的Rockwell Factory Talk Production Center平臺。該平臺可以將生產(chǎn)中的流程抽象成不同的對象，從而為開發(fā)提供了方便，對于數(shù)據(jù)庫表的操作也是通過對象來完成，減小的開發(fā)的難度，而且該平臺能使MES與企業(yè)的其他應(yīng)用系統(tǒng)及底層設(shè)備高效的集成。

2) Oracle數(shù)據(jù)庫

ORACLE7.X以來引入了共享SQL和多線程服務(wù)器，

從而減少了對資源的占用。而且Oracle還提供了基于角色分工的安全保密管理，便于數(shù)據(jù)庫的管理，也提高了安全性。Oracle還提供了分布式數(shù)據(jù)庫能力，可以通過網(wǎng)絡(luò)方便的讀寫遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

3) Red Hat Enterprise Linux服務(wù)器

Red Hat Enterprise Linux服務(wù)器具有很高的效率，具有可靠性、可用行以及可擴(kuò)展性，它還提供了完整的安全技術(shù)組合，有很好的兼容性以及穩(wěn)定性。

4) Shop Operations Server

該服務(wù)器上運(yùn)行一系列得WebService服務(wù)，它能用MES應(yīng)用服務(wù)器(FactoryTalk ProductionCenter)通信，并負(fù)責(zé)與外部系統(tǒng)的接口通信。

3 結(jié)語

杭州卷煙廠MES目前很好的支持了全配方生產(chǎn)模式，進(jìn)行了分組加工生產(chǎn)模式的系統(tǒng)測試。MES是制造過程中的上層計劃和下層生產(chǎn)現(xiàn)場之間的紐帶和橋梁，把ERP、PDM等計劃層和制絲集控系統(tǒng)、高架庫系統(tǒng)、糖香料廚房系統(tǒng)以及卷包數(shù)采系統(tǒng)等底層控制系統(tǒng)連接起來，通過信息的準(zhǔn)確、快速下達(dá)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的及時反饋，避免了生產(chǎn)過程中的信息孤島。通過MES的實(shí)施，將會把卷煙廠的各個系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集中，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的精細(xì)化、柔性化，提高了煙草行業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化、信息化和管理水平，真正實(shí)現(xiàn)以信息化促進(jìn)工業(yè)化的整體目標(biāo)。在全球化競爭的今天，幫助企業(yè)在競爭日益激烈地國際市場上取得競爭優(yōu)勢。

[1] MESA International Controls Definition & MES to Controls Data Flow Possibilities [R], MESA International White Paper Number3, 1995:1-8.

[2] 饒運(yùn)清，MES面向制造車間的實(shí)時信息系統(tǒng)[J].信息技術(shù)，2002，(2):61-62.

[3] 張芬，杜朋，楊亞非，離散制造企業(yè)MES中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集實(shí)踐[J].2001，(3)：245-247.

[4] 張忠檁，國內(nèi)外制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的應(yīng)用與發(fā)展[J].自動化博覽，2004，(5).

[5] 陳恩，谷德良，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)在卷煙制絲生產(chǎn)管理中的應(yīng)用[J].當(dāng)代經(jīng)濟(jì)，2010，(1)：24-25.

[6] 崔江波，呂希勝，姜瀅，等.面向煙草行業(yè)的MES系統(tǒng)模型研究與設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2009，(6)：136-138.

The Research on Manufaturing Execution System in The Tobacco Industry and Its Application

QIAN jie, XU jin, JI qi, HUANG Wei-zhong

(China Tobacco Zhejiang Industrial Co.,Ltd.Hangzhou 310024 China)

With the rapid change of computer science and technology, the information technology construction of the tobacco industry is also continuously deepening and developing. “USE IT to promote industrialization” has become a necessary method which is used to improve production capacity of tobacco enterprise and meet market demand. This paper uses the MES project of Hangzhou Cigarette Factory to analyze the design model and principles, functional modules and key technology of the manufacturing execution system in tobacco industry corporation. It shows the link function in the production process of Hangzhou Cigarette Factory.

tobacco industry; hangzhou cigarette factory；MES

錢杰(1985-)，男，浙江杭州人，工程師，碩士，研究方向?yàn)橛嬎銠C(jī)應(yīng)用。

TP205

B

1671-5276(2014)02-0147-03

2013-03-08