MES 系統(tǒng)在直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線的設(shè)計與應(yīng)用

賀松松，盧舟進，蒯心雨，劉迪龍

（南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

采用信息化管理手段，可以使企業(yè)研發(fā)設(shè)計管理向規(guī)范化、標準化、高效化和協(xié)同化方向發(fā)展，使生產(chǎn)制造向精細化和敏捷化方向發(fā)展，幫助企業(yè)建立一個快速反應(yīng)、有彈性、精細化的生產(chǎn)制造環(huán)境，從而提高企業(yè)的市場競爭力。信息化已成為裝備制造企業(yè)提高經(jīng)營生產(chǎn)管理水平，提高市場應(yīng)變能力及競爭力不可或缺的重要手段和工具，本文主要介紹國內(nèi)某石油裝備制造企業(yè)直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線MES（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）的整體架構(gòu)設(shè)計和實際應(yīng)用效果。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

MES 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計成4 層架構(gòu)，分別為基礎(chǔ)應(yīng)用層、業(yè)務(wù)執(zhí)行層、業(yè)務(wù)計劃層和管理層，這4 層共包括9 大功能模塊。其中，基礎(chǔ)應(yīng)用層包括基礎(chǔ)信息管理與系統(tǒng)集成模塊以及數(shù)據(jù)采集與現(xiàn)場監(jiān)控模塊；業(yè)務(wù)執(zhí)行層包括設(shè)備運行監(jiān)控管理模塊、文檔管理模塊、生產(chǎn)跟蹤管理模塊和質(zhì)量控制模塊；業(yè)務(wù)計劃層包括作業(yè)計劃管理模塊和生產(chǎn)調(diào)度管理模塊；管理層包括績效統(tǒng)計與分析模塊[1]。直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線MES 系統(tǒng)總體架構(gòu)分層和模塊劃分如圖1 所示。

圖1 直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線MES 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計

針對國內(nèi)外MES 系統(tǒng)平臺進行篩選分析，確定GE 公司的Proficy 系列軟件作為本次項目的開發(fā)平臺，客戶端采用Cimplicity Viewer 進行頁面操作，服務(wù)器端采用Workbench 工具對Cimplicity 頁面進行編輯，并通過廣播的方式與客戶端通信，Web 服務(wù)采用Global View 工具進行發(fā)布。綜合展示頁面采用Portal 可視化軟件，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008，開發(fā)語言采用Cimplicity 內(nèi)置腳本語言VBA，通過頁面操作配置及腳本代碼相結(jié)合的方式實現(xiàn)MES 系統(tǒng)的軟件開發(fā)[2]。系統(tǒng)功能模塊與GE 產(chǎn)品模塊的對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 軟件產(chǎn)品與9 大功能模塊的對應(yīng)關(guān)系

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)采用3 層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：控制層網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)執(zhí)行層網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)絡(luò)。

（1）控制層網(wǎng)絡(luò)：用于連接生產(chǎn)線各設(shè)備的PLC 接口。

（2）生產(chǎn)執(zhí)行層網(wǎng)絡(luò)：用于連接OPC 客戶端，與控制網(wǎng)之間通過網(wǎng)閘進行物理安全隔離，從而為MES 系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口。

（3）辦公網(wǎng)絡(luò)：用于數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)的Web 訪問。

為保證控制層網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)執(zhí)行層網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)的安全隔離，保證網(wǎng)絡(luò)的安全性，同時還要保證信息溝通、實現(xiàn)信息共享，需要在生產(chǎn)網(wǎng)與辦公網(wǎng)之間增加一套防火墻設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)安全隔離，在生產(chǎn)執(zhí)行層與控制層網(wǎng)絡(luò)之間增加一套網(wǎng)關(guān)對數(shù)據(jù)進行安全隔離。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計

4.1 基礎(chǔ)信息管理與系統(tǒng)集成

基礎(chǔ)信息管理功能實現(xiàn)工廠組織機構(gòu)、工藝流程、產(chǎn)品、質(zhì)量和設(shè)備模型的建立，為其他模塊提供基礎(chǔ)信息；建立和維護MES 系統(tǒng)對象編碼的主數(shù)據(jù)字典，為不同崗位人員分配不同的角色，并為不同角色賦以相應(yīng)的權(quán)限；系統(tǒng)集成功能實現(xiàn)MES系統(tǒng)與ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計劃）系統(tǒng)的WebServices 接口數(shù)據(jù)相互集成、身份管理與認證系統(tǒng)集成。

4.2 數(shù)據(jù)采集與現(xiàn)場監(jiān)控管理

此業(yè)務(wù)設(shè)計數(shù)據(jù)采集、存儲和現(xiàn)場監(jiān)控3 個子功能，數(shù)據(jù)采集具備自動采集和人工采集兩種方式，自動采集通過OPC 協(xié)議自動采集生產(chǎn)線自動化設(shè)備數(shù)據(jù)，可以通過二維碼管體噴印和識別采集鋼管物流信息，同時也能夠支持通過手動錄入的方式采集生產(chǎn)及管理崗位設(shè)備、質(zhì)量、生產(chǎn)等相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的時效管理性。

4.3 文檔管理功能

文檔管理功能包含目錄結(jié)構(gòu)管理、上傳與下載、文檔索引和搜索、權(quán)限管理四部分功能，實現(xiàn)系統(tǒng)管理員對文檔的目錄創(chuàng)建、刪除和修改，使管理人員清楚文檔目錄結(jié)構(gòu)，便于管理。實現(xiàn)相關(guān)管理人員文檔的上傳、刪除和下載功能，使管理人員和各崗位人員能夠及時發(fā)布和獲得相關(guān)文檔。實現(xiàn)對文檔進行索引，并支持對文檔的模糊搜索，使用戶能夠快速方便地查詢需要的文檔。實現(xiàn)文檔權(quán)限的配置，控制不同崗位用戶對文檔的訪問和操作權(quán)限，同時系統(tǒng)支持對文檔進行版本管理，使相關(guān)人員能夠追溯文檔歷史版本。

4.4 生產(chǎn)跟蹤管理

針對生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)焊管或鋼板不符合標準，或發(fā)生其他異常情況，崗位人員發(fā)起逆流程，對不合標準的焊管進行返修、降廢或其他處理?；谲囬g業(yè)務(wù)實際，所有在線檢驗崗位，包括超聲波板探、1#超聲波自動探傷、1#超聲波手動探傷、1#X 光射線探傷、2#超聲波自動探傷、2#超聲波手動探傷、2#X 光射線探傷、成品檢驗崗位，都有權(quán)限發(fā)起逆流程，各崗位均可對鋼管所經(jīng)過的路徑進行追蹤與管理。

4.5 質(zhì)量管理

質(zhì)量控制包括技術(shù)工藝人員定義某一合同、某一規(guī)格鋼管的工藝參數(shù)，并在系統(tǒng)中配置參數(shù)范圍；生產(chǎn)線各檢驗崗位錄入或通過系統(tǒng)自動采集鋼管在線檢驗信息，理化檢驗崗位自動采集試驗設(shè)備檢驗結(jié)果，同時相關(guān)管理人員可錄入鋼管的降級、降廢以及拍片復(fù)審結(jié)果，儲運崗位根據(jù)發(fā)車指令在系統(tǒng)中錄入發(fā)貨碼單的基本信息；成品臺賬崗位根據(jù)發(fā)貨碼單的基本信息、相關(guān)質(zhì)量信息，在線自動生成發(fā)貨碼單、質(zhì)證書；質(zhì)量統(tǒng)計崗位以及相關(guān)管理人員可對鋼管質(zhì)量進行相關(guān)統(tǒng)計與分析；同時，用戶可以根據(jù)需要對產(chǎn)品進行質(zhì)量追溯。

為滿足質(zhì)量控制的業(yè)務(wù)需要，質(zhì)量控制模塊設(shè)計的功能包括工藝卡創(chuàng)建與維護、質(zhì)量信息記錄、質(zhì)量信息查詢3 個子功能。

4.6 作業(yè)計劃管理

根據(jù)直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線作業(yè)計劃管理的業(yè)務(wù)需求，將作業(yè)計劃設(shè)計成計劃創(chuàng)建和計劃查詢2 個功能，提供EXCEL導(dǎo)入功能，實現(xiàn)月度、每日生產(chǎn)計劃導(dǎo)入、變更、修改和查詢等，對計劃業(yè)務(wù)管理的同時，為生產(chǎn)執(zhí)行結(jié)果與計劃對比分析提供數(shù)據(jù)源。

4.7 生產(chǎn)調(diào)度管理

生產(chǎn)調(diào)度管理功能包括工作任務(wù)單在線下發(fā)和調(diào)度交接班日志填寫功能。

4.8 績效統(tǒng)計與分析

各生產(chǎn)、檢驗、統(tǒng)計崗位將相關(guān)數(shù)據(jù)錄入MES，通過系統(tǒng)的統(tǒng)計分析，將最終結(jié)果以圖形、表格的形式直觀地展示給公司管理層，使管理層能夠及時了解公司的生產(chǎn)情況、合同執(zhí)行情況，方便決策。

主要設(shè)置綜合展示、報表查詢、報表配置、統(tǒng)計檢查等功能，綜合展示以圖形、表格的形式直觀地了解公司生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備關(guān)鍵指標信息，重點針對單個合同展示其整體信息。報表查詢以Excel 導(dǎo)出形式，提供生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備的日報、月報、年報的生成[3]。

5 系統(tǒng)實施效果

（1）為企業(yè)生產(chǎn)管理人員提供科學(xué)分析手段，增強了決策能力。通過車間班組、生產(chǎn)運行、質(zhì)檢等部門業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)和信息共享，使企業(yè)生產(chǎn)管理人員能夠在統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺上，查詢到生產(chǎn)計劃、合同執(zhí)行情況、生產(chǎn)加工進度、質(zhì)量狀態(tài)等信息，有效支持各項生產(chǎn)運行業(yè)務(wù)的開展，提高了生產(chǎn)管理人員的決策能力及全局分析能力。通過MES 客戶端現(xiàn)場監(jiān)控模塊，可以全面掌握產(chǎn)線整體的生產(chǎn)節(jié)拍及上下游崗位的設(shè)備運轉(zhuǎn)情況，可協(xié)助本崗位人員及時調(diào)整目前生產(chǎn)情況及設(shè)備參數(shù)等[4]。

（2）為車間操作人員提供便捷、高效的管理工具，減輕了工作量，提高了生產(chǎn)效率。從原來靠手工記錄、電話報數(shù)的方式提升到了數(shù)字化的管理方式。崗位人員通過MES 客戶端填寫生產(chǎn)、檢驗記錄，并可實時了解上下游崗位鋼管的加工檢驗情況；系統(tǒng)實現(xiàn)了傳票電子化、生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)電子化、檢驗數(shù)據(jù)電子化，并可于客戶端方便地查詢工藝卡、換道通知單，減少安全隱患，提高了生產(chǎn)效率。

6 結(jié)語及展望

通過MES 系統(tǒng)的實施，結(jié)合企業(yè)已有的ERP、PDM（Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）等系統(tǒng)的綜合使用，生產(chǎn)線已基本邁入數(shù)字化生產(chǎn)制造階段，下一步將應(yīng)用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品、物料的唯一身份標識，生產(chǎn)和物流裝備實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和通信功能，實現(xiàn)從工廠、車間到設(shè)備的“物物互聯(lián)”，通過條碼、RFID 等技術(shù)為MES、ERP 系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)互聯(lián)互通，使企業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能制造發(fā)展不斷邁進。