一種基于MES 智能化的生產(chǎn)管理技術(shù)的應(yīng)用

王振軍，萬(wàn) 鵬，謝慶云，盧耀錦，王虎城，楊少武，楊志軍

（西北稀有金屬材料研究院寧夏有限公司 稀有金屬特種材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 石嘴山753000）

目前， 我國(guó)各行各業(yè)大力推進(jìn)信息化等智能制造技術(shù)，由此來(lái)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，最終提高核心競(jìng)爭(zhēng)力。針對(duì)原生產(chǎn)工藝設(shè)備管理靠人工計(jì)劃，生產(chǎn)流程管理靠人工調(diào)度,質(zhì)量管理靠人工檢查管理,能源管理靠人工抄表核算等落后模式， 公司積極響應(yīng)國(guó)家信息化等智能制造產(chǎn)業(yè)政策，試點(diǎn)將MES 智能制造技術(shù)應(yīng)用到新建項(xiàng)目上， 以解決傳統(tǒng)生產(chǎn)管理技術(shù)落后效率低下的難題， 以智能化實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理技術(shù)創(chuàng)新。

1 MES 智能化目標(biāo)

開(kāi)發(fā)應(yīng)用MES 智能化生產(chǎn)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理技術(shù)信息智能化升級(jí)。 通過(guò)MES 開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)工藝流程及能源管理的精細(xì)化、 設(shè)備運(yùn)維管理的信息化、質(zhì)量跟蹤與追溯管理的自動(dòng)化，生產(chǎn)流程管理的數(shù)字化以及生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析管理的智能化。 最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)生產(chǎn)管理技術(shù)的進(jìn)步， 達(dá)到企業(yè)提質(zhì)增效及節(jié)能降耗目的。

2 MES 智能化功能模塊簡(jiǎn)介

項(xiàng)目重點(diǎn)開(kāi)發(fā)了MES 智能化生產(chǎn)管理技術(shù)平臺(tái)組件，包括能源、設(shè)備、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)與分析、質(zhì)量（分析檢測(cè)）等智能化管理功能模塊。

2.1 MES 系統(tǒng)能源管理模塊

能源管理主要是對(duì)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中涉及到的水、煤、電、氣等各種能源的消耗進(jìn)行集中監(jiān)控和統(tǒng)一管理， 實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)采集—能耗過(guò)程控制—能耗分析—能源管理等全過(guò)程的自動(dòng)化管理。

2.1.1 能源計(jì)劃管理

對(duì)重要能源介質(zhì)消耗計(jì)劃進(jìn)行編制、分解、下達(dá)和執(zhí)行，并對(duì)計(jì)劃執(zhí)行情況進(jìn)行追蹤。作為生產(chǎn)計(jì)劃的重要組成部分， 能源消耗計(jì)劃通常按月度編制和維護(hù)。

能源計(jì)劃管理包括能源計(jì)劃制定及能源計(jì)劃跟蹤。 能源計(jì)劃實(shí)施案例如圖1 所示。

圖1 能源計(jì)劃實(shí)施案例

2.1.2 能源實(shí)績(jī)管理

系統(tǒng)匯總可自動(dòng)采集的能源計(jì)量數(shù)據(jù)和手工補(bǔ)充錄入的能源計(jì)量數(shù)據(jù)， 針對(duì)單個(gè)耗能裝置或耗能考核單元， 基于能源平衡模型按同類(lèi)能源介質(zhì)進(jìn)行能源供給、消耗、損耗的平衡計(jì)算，人工審核后生成能源統(tǒng)計(jì)系列報(bào)表。 統(tǒng)計(jì)項(xiàng)可包括各種能源介質(zhì)的采購(gòu)量、自產(chǎn)量、消耗量、銷(xiāo)售量及損失量等信息。

能源實(shí)績(jī)管理應(yīng)包括：（1）能源項(xiàng)目配置；（2）能源消耗平衡；（3）能源消耗統(tǒng)計(jì)；（4）能源統(tǒng)計(jì)報(bào)表編制。 能源實(shí)績(jī)管理界面如圖2 所示。

圖2 能源實(shí)績(jī)管理界面圖

2.1.3 能源數(shù)據(jù)分析

基于能源指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的定義（如：能源指標(biāo)的標(biāo)識(shí)、描述、相關(guān)數(shù)據(jù)源和計(jì)算模型等定義），系統(tǒng)自動(dòng)提取能源實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算能源指標(biāo)（如：綜合能耗、可比能耗、產(chǎn)品單位產(chǎn)量能耗等能源指標(biāo)）。 能源數(shù)據(jù)分析可利用可視選礦廠具展現(xiàn)，如：趨勢(shì)圖、儀表盤(pán)等圖形工具。能源數(shù)據(jù)分析應(yīng)包括：（1）綜合分析；（2）單耗分析；（3）同比、環(huán)比分析。 產(chǎn)品能耗趨勢(shì)分析界面如圖3 所示。

圖3 產(chǎn)品能耗趨勢(shì)分析界面圖

2.1.4 能源優(yōu)化

建立能源優(yōu)化模型，在滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的前提下，優(yōu)化能源供給（如：能源生產(chǎn)、采購(gòu)和儲(chǔ)備），優(yōu)化能源運(yùn)行（如：能源的進(jìn)廠、供能裝置負(fù)荷和能源分配計(jì)劃）。

能源優(yōu)化應(yīng)包括：（1）能源模型建立與維護(hù)；（2）能源計(jì)劃優(yōu)化與需求分析；（3）運(yùn)行優(yōu)化。

2.3 MES 系統(tǒng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)與分析

生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理是針對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分類(lèi)匯總一段時(shí)期內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程中物料投入、產(chǎn)品產(chǎn)出及能源消耗等數(shù)據(jù)， 并通過(guò)與外部系統(tǒng)的集成，匯總質(zhì)量化驗(yàn)數(shù)據(jù)、物料進(jìn)出廠數(shù)據(jù)、銷(xiāo)售數(shù)據(jù)、庫(kù)存數(shù)據(jù)等，系統(tǒng)基于這些數(shù)據(jù)，可以自動(dòng)生成各類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

通過(guò)對(duì)大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析，為生產(chǎn)管理提供及時(shí)、完整、準(zhǔn)確的生產(chǎn)實(shí)績(jī)反饋信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的閉環(huán)管理；為生產(chǎn)工藝改進(jìn)、生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)等提供數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)提供的功能包括：

系統(tǒng)可以自動(dòng)生成各類(lèi)數(shù)據(jù)報(bào)表，包括：原輔料消耗報(bào)表、產(chǎn)量及質(zhì)量報(bào)表、能耗報(bào)表、設(shè)備運(yùn)行分析報(bào)表、環(huán)境質(zhì)量報(bào)表等。

系統(tǒng)可以自動(dòng)生成各類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表及圖表，主要包括： 裝置負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分析、 原輔料消耗統(tǒng)計(jì)分析、能耗統(tǒng)計(jì)分析、裝置產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)分析、產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析、環(huán)境質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析等。

系統(tǒng)還可以根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)管理的要求，自定義報(bào)表模板，生成各類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表及圖表，真實(shí)、全面地反映生產(chǎn)運(yùn)行情況。 生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理界面如圖4 所示。

圖4 生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理界面圖

2.4 MES 系統(tǒng)設(shè)備管理

設(shè)備管理是通過(guò)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的計(jì)劃、 協(xié)調(diào)及跟蹤維護(hù)，改善設(shè)備的性能，預(yù)防事故的發(fā)生，確保正常生產(chǎn)。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)周期性、預(yù)防性或主動(dòng)性的設(shè)備運(yùn)維，主要包括：日常保養(yǎng)維護(hù)、設(shè)備巡檢、計(jì)劃?rùn)z修、故障檢修等。 系統(tǒng)提供的功能包括：

2.4.1 設(shè)備臺(tái)賬管理

設(shè)備臺(tái)帳包括設(shè)備臺(tái)帳的錄入、審核、維護(hù)功能及設(shè)備位置信息的維護(hù)。 在設(shè)備臺(tái)帳錄入和維護(hù)的功能中可以對(duì)設(shè)備的臺(tái)帳信息、附屬信息、密封點(diǎn)信息、潤(rùn)滑信息、檢定檢驗(yàn)信息、設(shè)備其它信息、設(shè)備履歷信息、設(shè)備相關(guān)文檔及設(shè)備圖檔進(jìn)行填寫(xiě)和維護(hù)。設(shè)備臺(tái)帳信息是系統(tǒng)的一個(gè)重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)， 它是所有設(shè)備業(yè)務(wù)的基石。 設(shè)備臺(tái)帳信息維護(hù)的好壞和完善情況將直接影響到系統(tǒng)的使用效果。 設(shè)備臺(tái)帳信息是一個(gè)逐步完善、不斷更新的過(guò)程，盡量做到臺(tái)帳與實(shí)物的信息一一對(duì)應(yīng)。

設(shè)備臺(tái)帳管理內(nèi)容主要是設(shè)備檔案。 設(shè)備檔案采取“一臺(tái)一檔”的管理模式，按照設(shè)備管理的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)設(shè)備的全生命周期（從采購(gòu)、安裝、使用、維護(hù)、改造、更新、報(bào)廢）進(jìn)行綜合管理。

建立生產(chǎn)廠或作業(yè)區(qū)域—單體設(shè)備—分部設(shè)備—更換件相互關(guān)聯(lián)的體系結(jié)構(gòu)，維護(hù)設(shè)備檔案，包括單體設(shè)備、分部設(shè)備、更換件等。

設(shè)備臺(tái)賬管理功能應(yīng)包括以下內(nèi)容:

（1）建立設(shè)備基本檔案，包括設(shè)備編號(hào)、型號(hào)、數(shù)量、采購(gòu)時(shí)間、供應(yīng)商或制造商、出廠日期、出廠編號(hào)、使用壽命；

（2）建立設(shè)備的巡檢標(biāo)準(zhǔn)，包括巡檢方法、巡檢分類(lèi)、巡檢周期、巡檢內(nèi)容等；

（3）建立設(shè)備檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括檢修標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目、檢修標(biāo)準(zhǔn)定額、檢修用料清單等；

（4）建立設(shè)備檢修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)備臺(tái)賬管理界面如圖5 所示。

圖5 設(shè)備臺(tái)賬管理界面圖

2.4.2 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控

系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控， 包括設(shè)備連續(xù)運(yùn)行時(shí)間、 累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、 設(shè)備起停次數(shù)等。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)超出要求范圍或異常時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警。

狀態(tài)管理功能應(yīng)包括以下內(nèi)容：

（1）收集設(shè)備異常信息，包括異常原因、異常處理狀態(tài)、異常描述、異常設(shè)備狀態(tài)等；

（2）記錄分析異常處理的過(guò)程和異常造成的影響和損失等信息；

（3）收集設(shè)備故障信息，包括停機(jī)設(shè)備編號(hào)、停機(jī)時(shí)間、故障原因等；

（4）編寫(xiě)事故處理報(bào)告，納入設(shè)備管理檔案。

設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控界面如圖6 所示。

圖6 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控界面圖

2.4.3 設(shè)備檢修計(jì)劃

為了保障生產(chǎn)，系統(tǒng)可以依據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，按照檢修標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)備狀態(tài)，制定設(shè)備檢修計(jì)劃，針對(duì)計(jì)劃進(jìn)行審核、審批，并對(duì)檢修計(jì)劃的執(zhí)行情況進(jìn)行跟蹤，記錄設(shè)備檢修投入的人力、備品備件、檢修內(nèi)容等信息。

檢修計(jì)劃功能包括:（1）獲取設(shè)備基本檔案信息；（2）獲取檢修標(biāo)準(zhǔn)信息；（3）編制檢修計(jì)劃，包括定修計(jì)劃、年修計(jì)劃、日修計(jì)劃等；（4）審核檢修計(jì)劃；（5）生成檢修委托；（6）跟蹤檢修實(shí)施過(guò)程；（7）記錄檢修實(shí)績(jī)信息，包括人力投入、檢修機(jī)械、檢修時(shí)間、備品備件的消耗等。 設(shè)備檢修計(jì)劃界面如圖7 所示。

圖7 設(shè)備檢修計(jì)劃界面圖

2.4.4 設(shè)備巡檢

系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備的電子標(biāo)簽進(jìn)行統(tǒng)一管理，對(duì)巡檢路線(xiàn)、檢查項(xiàng)目及巡檢人員進(jìn)行維護(hù)；按照設(shè)備的巡檢標(biāo)準(zhǔn)，生成巡檢計(jì)劃；可以通過(guò)PDA 分配、獲取、執(zhí)行巡檢任務(wù)；對(duì)巡檢過(guò)程進(jìn)行跟蹤，并根據(jù)巡檢標(biāo)準(zhǔn)，分析、判斷設(shè)備的缺陷和異常情況，對(duì)巡檢情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

巡檢管理功能應(yīng)包括:（1）獲取設(shè)備基本檔案信息；（2）獲取巡檢標(biāo)準(zhǔn)信息；（3）編制巡檢計(jì)劃，包括巡檢項(xiàng)目、巡檢方法、巡檢標(biāo)準(zhǔn)、巡檢周期等；（4）調(diào)整巡檢計(jì)劃；（5）收集巡檢實(shí)績(jī)信息，包括定性檢測(cè)的描述、定量檢測(cè)的結(jié)果值等；（6）根據(jù)巡檢標(biāo)準(zhǔn)的上下限，判斷設(shè)備的缺陷和異常；（7）基于異常處理信息，生成異常報(bào)告單。 設(shè)備巡檢界面如圖8 所示。

圖8 設(shè)備巡檢界面圖

2.4.5 設(shè)備故障維修管理

系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生的故障、異常、事故等進(jìn)行統(tǒng)一管理，分析其發(fā)生的原因，并進(jìn)行維修處理。 設(shè)備維修界面如圖9 所示。

圖9 設(shè)備維修界面圖

2.5 MES 系統(tǒng)質(zhì)量管理

質(zhì)量管理是協(xié)調(diào)、 指導(dǎo)和跟蹤質(zhì)量測(cè)量和報(bào)告的功能的活動(dòng)集合。 在質(zhì)量保證體系下，對(duì)原料、中間產(chǎn)品、 合金產(chǎn)品質(zhì)量按照檢化驗(yàn)分析標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢化驗(yàn)操作，例如雜質(zhì)含量檢查、合金比例檢查等，并對(duì)照相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制活動(dòng)， 以達(dá)到持續(xù)保證產(chǎn)品質(zhì)量及提升質(zhì)量體系保證能力的目的。選擇性地采用質(zhì)量測(cè)試工具可有效地控制質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。 質(zhì)量統(tǒng)計(jì)和分析有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝操作質(zhì)量的穩(wěn)定性。

質(zhì)量管理模塊應(yīng)包含標(biāo)準(zhǔn)與方法管理、 化驗(yàn)分析操作管理、質(zhì)量報(bào)表與分析、質(zhì)量跟蹤與追溯等功能要素。

2.5.1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與方法管理

系統(tǒng)提供產(chǎn)品及環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、 化驗(yàn)分析方法標(biāo)準(zhǔn)、熔煉標(biāo)準(zhǔn)、氧氣含量標(biāo)準(zhǔn)、金屬精煉標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)等工藝運(yùn)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的管理與維護(hù)， 以及在線(xiàn)查閱功能。

標(biāo)準(zhǔn)與方法應(yīng)管理包括：（1）質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)管理；（2）化驗(yàn)分析標(biāo)準(zhǔn)管理；（3）工藝運(yùn)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)管理。

2.5.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)操作管理

依據(jù)采樣操作規(guī)范，提出采樣時(shí)間、樣品標(biāo)簽、樣品留存等要求，包括采樣內(nèi)容、時(shí)間、頻次、質(zhì)檢指標(biāo)；支持多版本的采樣計(jì)劃管理；按要求或者自動(dòng)打印采樣標(biāo)簽；靈活的采樣計(jì)劃?rùn)C(jī)制，允許特定采樣點(diǎn)采樣計(jì)劃；依據(jù)化驗(yàn)分析操作規(guī)程，提出化驗(yàn)分析差錯(cuò)率和及時(shí)性等要求。而對(duì)于特定指標(biāo)的化驗(yàn)要求，系統(tǒng)自動(dòng)排定化驗(yàn)/檢測(cè)順序；用戶(hù)可以指定化驗(yàn)方法；系統(tǒng)可以自動(dòng)地將用戶(hù)提出的要求，轉(zhuǎn)化為化驗(yàn)方案。

加強(qiáng)樣品的管理，自動(dòng)對(duì)樣品進(jìn)行編碼，并提供條形碼打印功能， 幫助管理和跟蹤樣品的狀態(tài)及位置；記錄樣品相關(guān)的時(shí)間和處理人信息，包括采樣申請(qǐng)、采樣、實(shí)驗(yàn)室收到樣品、化驗(yàn)開(kāi)始、化驗(yàn)完成、化驗(yàn)結(jié)果確認(rèn)等。

化驗(yàn)分析操作管理應(yīng)包括：（1）化驗(yàn)采樣操作規(guī)程管理；（2）化驗(yàn)分析操作質(zhì)量管理。

質(zhì)量化驗(yàn)管理界面如圖10 所示。

圖10 質(zhì)量化驗(yàn)管理界面圖

2.5.3 質(zhì)量報(bào)表分析

系統(tǒng)針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，主要包括：通過(guò)原料合格率的統(tǒng)計(jì)分析，可以進(jìn)行合格供應(yīng)商的評(píng)價(jià)； 通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量的分析及實(shí)時(shí)反饋，及時(shí)、有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量；通過(guò)產(chǎn)品合格率的統(tǒng)計(jì)及分析，為改善生產(chǎn)工藝提供數(shù)據(jù)依據(jù)；通過(guò)環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析， 可以有效控制生產(chǎn)排放，使企業(yè)生產(chǎn)符合環(huán)保要求。

依據(jù)檢化驗(yàn)結(jié)果，生成樣品的質(zhì)量分析單；符合產(chǎn)品質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的樣品，生成合格證，并開(kāi)具質(zhì)保書(shū)。

質(zhì)量報(bào)表與分析應(yīng)包括：（1）質(zhì)量分析單管理；（2）合格證管理；（3）質(zhì)保書(shū)管理。

2.5.4 質(zhì)量跟蹤與追溯

對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量管控事件與物料質(zhì)量信息進(jìn)行跟蹤，為產(chǎn)品質(zhì)量異常原因分析提供歷史數(shù)據(jù)。

質(zhì)量跟蹤與追溯應(yīng)包括：（1）質(zhì)量管理事件查詢(xún)；（2）原料、中間品、產(chǎn)品質(zhì)檢信息查詢(xún)；（3）質(zhì)量異常發(fā)生的時(shí)間、 地點(diǎn)與班組追溯。 質(zhì)量追溯界面如圖11 所示。

圖11 質(zhì)量追溯界面圖

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用MES 系統(tǒng)平臺(tái)及組件應(yīng)用開(kāi)發(fā)， 建立起生產(chǎn)、質(zhì)量、能源、設(shè)備等智能生產(chǎn)信息集成平臺(tái)，切實(shí)有效地實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)管理的全部數(shù)據(jù)上線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)管理由傳統(tǒng)人工落后方式向信息智能化先進(jìn)方式轉(zhuǎn)型， 提高了管理效率及生產(chǎn)調(diào)度決策技術(shù)水平，可考慮將它在工業(yè)智能制造領(lǐng)域里廣泛推廣應(yīng)用。