MES系統(tǒng)在TnPM管理過程的應用

汪浩洋，彭美富，曹 玉，谷 壘

（湖南中煙工業(yè)有限責任公司長沙卷煙廠，湖南長沙 410007）

0 引言

全面規(guī)范化生產(chǎn)維護TnPM（Total normalized Productive Maintenance），是在日本 TPM（Total Productive Maintenance）的基礎上，由我國設備管理研究機構提出，結合中國企業(yè)特點發(fā)展起來的設備管理體系。它以最高的設備綜合效率和完全有效生產(chǎn)率為目標，以系統(tǒng)化的檢維修模式為載體，以員工的行為規(guī)范為過程，以企業(yè)的全員參與為基礎，是目前國內(nèi)設備管理領域具有代表性的高水平、綜合性的管理模式。我國工業(yè)企業(yè)近年來發(fā)展迅速，具有設備種類多樣，高速度、高精度的特點。在這樣的大背景下，長沙卷煙廠已逐步形成了一套基于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡、集中監(jiān)控層網(wǎng)絡以及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)為核心的信息化管理平臺，通過MES系統(tǒng)集合生產(chǎn)管理、設備維護、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、文件管控等信息，對企業(yè)TnPM管理過程提供了有效支撐。

1 MES系統(tǒng)框架構建

MES（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)），是一些能夠完成車間生產(chǎn)活動管理及優(yōu)化的硬件和軟件的集合，這些生產(chǎn)活動覆蓋從訂單發(fā)放到成品出庫的全過程。它能夠收集和利用實時準確的制造信息，從而指導、傳遞、響應并報告車間發(fā)生的各項活動，同時向企業(yè)決策層提供有關信息，為生產(chǎn)活動的任務評價過程提供支撐。

工廠使用的MES系統(tǒng)是基于Oracle數(shù)據(jù)庫（甲骨文公司的一款關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）開發(fā)，包括質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理、設備管理、文件管理及相關子功能。其中，設備維護系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)作為2大功能核心，成為整個MES系統(tǒng)各項服務對象及銜接紐帶，為TnPM管理提供了便捷的流程和數(shù)據(jù)指導?；趰徫痪幪柕娜藛T管理系統(tǒng)，賦予生產(chǎn)操作、維修、工藝員、班組長、技術員及相關職能主管不同的權限，規(guī)范了不同責任主體在各板塊所擔負的職能，從車間管理層到生產(chǎn)一線的每個員工，都可以實時關注到現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)和維護、保養(yǎng)情況，充分符合TnPM管理過程全員參與的理念。MES系統(tǒng)結構框架（圖1）。

2 設備維護管理

基于TnPM管理理念，MES系統(tǒng)以全方位的預防維修體制為載體，包含以下內(nèi)容。

（1）設備維護管理包括日常維修管控、設備定期檢定項目維護、周期性計劃制定及執(zhí)行，可對相同類別的故障現(xiàn)象進行維護，形成設備故障案例以供查詢，指導檢修工作的開展。

圖1 MES系統(tǒng)結構框架

設備日常維護任務來源：維修人員自行組織開展的維修工作；由班組制定的周期性維護項目；技術員安排的檢修任務；由異常信息反饋或日常檢查轉換生成的維修任務。設備管理子版塊功能結構（圖2）。

圖2 設備管理子版塊功能結構

維修任務生成后，參與維修的人員均需在MES系統(tǒng)中填寫設備維修記錄，包括設備名稱、設備定制號、維修時間、維修班組及成員等相關信息。此外，還需詳細錄入設備現(xiàn)狀、原因分析，檢修過程及處理措施，如果該故障為重復性故障或發(fā)生頻次較高時，還需提交整改及預防措施，納入維修經(jīng)驗庫。由技術員或班組制定的維修計劃，在維修工填寫完維修記錄后，計劃制定人還需進行完工驗收。

周期性維護項目包括設備點檢及潤滑管理，內(nèi)容管理由各分線技術員承擔、車間設備主管審核匯總，并提交錄入。潤滑項目囊括了全車間設備各部位所有的潤滑點；設備點檢根據(jù)內(nèi)容細分為電氣設備、機械設備、電機、安全連鎖裝置及皮帶秤校驗，其中皮帶秤校驗為每周1次，安全連鎖裝置檢查周期為90天，大電機需每月執(zhí)行1次，其余設備根據(jù)具體情況合理設定周期，相關責任人員需在執(zhí)行完現(xiàn)場任務后在系統(tǒng)內(nèi)錄入執(zhí)行時間和執(zhí)行情況，若檢查發(fā)現(xiàn)異常，則可在執(zhí)行情況內(nèi)選擇“異?！辈⒆詣愚D入維修計劃。

TnPM 的 6Z 活動（Zero Defec，零缺陷；Zero Inventory，零庫存；Zero Accident，零事故；Zero Mistake，零差錯；Zero Fault，零故障；Zero Waste，零浪費）中，對庫存管理提出了明確要求。自2015年開始，工廠的備件管理、申領和申報流程統(tǒng)一切換至ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計劃系統(tǒng)），并于同年完成了ERP與MES系統(tǒng)之間的對接，維修人員可利用MES賬號登入ERP外圍接口平臺，完成備件查詢、備件請領、請領單審批等工作，并在相應的維修記錄中導入備件領取記錄，錄入消耗信息。

MES利用車間豐富的實時現(xiàn)場物料信息和設備運行狀態(tài)，對生產(chǎn)活動做出快速反應。使設備管理人員能夠通過系統(tǒng)快速了解設備使用率、備件消耗、維修頻次、備件壽命，使備件計劃的下單量與車間需求的數(shù)量相匹配，實現(xiàn)備件的零庫存管理。

3 生產(chǎn)管理

對于設備系統(tǒng)而言，TnPM最為關注的是設備綜合效率的最大化；對于整個生產(chǎn)系統(tǒng)而言，TnPM的追求是實現(xiàn)最大的完全有效生產(chǎn)率。設備綜合效率的高低不僅是設備自身能力的體現(xiàn)，同時也反映了設備使用和維護機制是否完善、相關使用方和維修人員的素養(yǎng)，以及信息傳遞渠道是否準確和快速。

車間現(xiàn)場采用西門子公司生產(chǎn)的S7-300/400型號PLC（Programmable Logical Controller，可編程邏輯控制器），對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行實時采集，制絲線電控系統(tǒng)PLC使用CP443-1 Advanced通信模塊，通過其千兆接口連接自動化控制網(wǎng)交換機，與上位系統(tǒng)的WINCC（Windows Control Center，視窗控制中心）服務器進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)歸檔的MES系統(tǒng)通過Oracle（甲骨文公司的一款關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）與WINCC（Windows Control Center，視窗控制中心）服務器上的SQL Server（微軟公司推出的關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）來進行數(shù)據(jù)交互。

生產(chǎn)管理系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)計的質(zhì)量基礎數(shù)據(jù)和物料基礎數(shù)據(jù)，形成各牌號產(chǎn)品的生產(chǎn)模型，結合原料庫存情況，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃高級排產(chǎn)，并及時對物資配送部門提出物料需求。

基于MES系統(tǒng)產(chǎn)生的排產(chǎn)計劃，車間可根據(jù)工序批次任務進行合理調(diào)度，生產(chǎn)班組合理安排人員進班和設備保養(yǎng)，工藝線根據(jù)多牌號、大批量的調(diào)試數(shù)據(jù)，形成工藝文件，對各項指標參數(shù)提出明確要求并在MES系統(tǒng)中設置預警條件。生產(chǎn)模型（圖3）。

4 完善的異常情況處置流程

通過生產(chǎn)過程監(jiān)控采集到的數(shù)據(jù)一旦滿足預先設置的報警條件，將會在“過程數(shù)據(jù)管理”中產(chǎn)生相關設備段的異常報警信息，同時中控操作界面將產(chǎn)生一條待錄入的設備異常反饋信息，生產(chǎn)批次、控制段、異常狀態(tài)起止時間由系統(tǒng)自動生成，當班的相關工序段中控操作工填寫異常發(fā)生前后的設備運行情況及故障現(xiàn)象；此外，當設備存在不正?，F(xiàn)象但未引起相關指標報警的情況下，操作工可根據(jù)情況自行錄入設備異常反饋信息，保存提交后，信息將反饋至車間設備線。設備異常信息處置界面（圖4）。

圖3 生產(chǎn)模型

圖4 設備異常信息處置界面

異常信息提交后，設備維修計劃管理界面將出現(xiàn)紅色字樣的“維修請求”，包括條目數(shù)量信息，在人工確認前保持閃爍提示。

維修工可點擊進入信息列表，查看與本維修組相關的信息并做出響應，填寫檢修過程及處理措施并初步分析異常產(chǎn)生的原因，由技術員進行確認，技術員可將此信息轉入維修計劃，進入設備維修管理流程，由維修工執(zhí)行維修任務并填寫維修過程記錄。

異常信息處理完成后，將由提交人在系統(tǒng)內(nèi)進行最終確認，確保設備異常運行情況已充分得到消除，證實針對該故障原因采取的一系列技術措施切實有效。

TnPM體系中，現(xiàn)場管理4要素通過MES系統(tǒng)得到了充分應用：通過建立異常信息的反饋機制，不斷提高操作工與維修人員的自我管理意識，通過TnPM自主維護活動和檢維修體系的不斷優(yōu)化，建立自主維護和標準化的維修規(guī)范，通過維修資源的合理優(yōu)化和分配，建立從操作工到維修工、技術員乃至全員之間的信息溝通渠道，從而實現(xiàn)由自主維護到專業(yè)維修再到主動預防的閉環(huán)管理機制。

TnPM的6大支柱之一，即小組自主維護和自主管理：當現(xiàn)場操作工和維修人員難以解決發(fā)現(xiàn)的問題時，則跳出自主維護的環(huán)節(jié)，進入“異常反饋—診斷—維修—試驗驗證—收集反饋”的專業(yè)維修閉環(huán)，從而形成2套閉環(huán)系統(tǒng)的完整作業(yè)體系。只要該體系運行順暢，設備管理團隊就可以隨時收集、記錄日常的微小故障和故障隱患，為集中檢修和維保工作打下堅實基礎。

5 生產(chǎn)過程監(jiān)控

生產(chǎn)過程監(jiān)控是基于底層網(wǎng)PLC提供的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集服務器與生產(chǎn)管理服務器的數(shù)據(jù)庫通信，對車間各加工工序在批次生產(chǎn)過程中的設備運行狀態(tài)及主要參數(shù)進行收集，實現(xiàn)跨網(wǎng)段的實時監(jiān)控。此外，系統(tǒng)還能夠根據(jù)工藝線的要求生成相應的報表，為生產(chǎn)管理提供服務。生產(chǎn)過程監(jiān)控（圖5）。

圖5 生產(chǎn)過程監(jiān)控

車間各層級的員工可通過個人賬號登陸MES系統(tǒng)，基于各自的權限查詢當前生產(chǎn)信息，信息涵蓋了高架庫、糖香料房、配葉線、切炒線、梗線在內(nèi)的制絲線全線設備，設備管理人員和維護人員可根據(jù)設備運行趨勢圖，生產(chǎn)、工藝報警信息，斷流信息判斷設備在相應周期內(nèi)的運行情況，必要時還可調(diào)取設備運行參數(shù)信息，在異常處理模塊中，可查看維修、技術人員的做出的響應及處理辦法，設備管理員可基于設備在一定周期內(nèi)的異常統(tǒng)計報表、運行情況信息制定相應的計劃，為建立設備長效維護機制提供了有力支撐。

包括TnPM在內(nèi)的很多管理模式中，單點課程OPL（One Point Lesson）和單點提案 OPS（One Point Suggestion）都是包含在其中的重要工具，在該管理模式的推進過程中，這2種工具也得到了廣泛使用。來自生產(chǎn)、設備、質(zhì)量、安全、環(huán)境和成本等各個領域的文檔資料，都可以作為OPL和OPS的題材來使用和推廣。

在工廠的MES系統(tǒng)中，可查詢的文檔包括制度文件、工藝質(zhì)量資料、安全資料、設備技術消化資料、OPL單點課、設備操作規(guī)程等，設備操作規(guī)程和技術消化資料結合了設備平面布置圖，在相應的機種圖標上設置超鏈接，用戶可以非常直觀地獲取想要了解的設備信息，員工可以通過查閱文件快速掌握相關崗位的操作指南、維修檢定方法、工藝規(guī)范，有效地提升了人員整體技能水平。

6 結語

TnPM的評價體系和激勵機制，對企業(yè)的生產(chǎn)、維修管理具有重大的指導意義，引導企業(yè)向世界級的制造企業(yè)不斷邁進。在工業(yè)4.0時代，伴隨著技術以及生產(chǎn)過程的轉變，整個管理和組織結構也需要隨之調(diào)整，在這樣的大背景下，MES系統(tǒng)將會給企業(yè)帶來至關重要的作用，不僅彌合了企業(yè)計劃層和生產(chǎn)車間過程控制系統(tǒng)之間的間隙，也為企業(yè)提供了一個快速反應、有彈性、精細化的制造業(yè)環(huán)境，幫助企業(yè)降低成本，按期交貨，提高產(chǎn)品及服務質(zhì)量。未來，伴隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的不斷完善和設備智能化水平的逐步提高，MES系統(tǒng)在智能制造方面將不限于收集、分析與展現(xiàn)，而將進一步實現(xiàn)現(xiàn)場實時分析、協(xié)同智能決策，及時調(diào)整制造執(zhí)行過程，為企業(yè)最終實現(xiàn)智能化生產(chǎn)和打造智慧工廠貢獻力量。