MES 系統(tǒng)在MARKⅢ型薄膜陸地罐圍護系統(tǒng)中的設(shè)計及應(yīng)用

孫 劍，戚爾浩，管延敏，鮑星龍

（江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江）

LNG 陸地儲罐在我國發(fā)展較晚，其當前的生產(chǎn)模式多采用傳統(tǒng)的人工排產(chǎn)和人工調(diào)度的方法，加之圍護系統(tǒng)生產(chǎn)工序繁多、信息交互存在較大的滯后性，無法滿足現(xiàn)代化企業(yè)的需求。隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)的發(fā)展，薄膜罐圍護系統(tǒng)生成管理模式應(yīng)該不斷向智能管理方向轉(zhuǎn)變，運用科技使得薄膜罐整個生產(chǎn)過程中的資源配置、風險把控等都得到合理優(yōu)化。因此，需要構(gòu)建開發(fā)一款適合圍護系統(tǒng)生產(chǎn)特點的生產(chǎn)管理軟件，進一步提高企業(yè)管理效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，滿足企業(yè)生產(chǎn)需求。

1 MARKⅢ型薄膜儲罐內(nèi)罐圍護系統(tǒng)生產(chǎn)工藝及局限性分析

1.1 生產(chǎn)工藝流程概述

MARKⅢ薄膜型LNG 圍護系統(tǒng)生產(chǎn)主要是對主次屏蔽[1]的生產(chǎn)作業(yè)。圍護系統(tǒng)生產(chǎn)工藝可以劃分為四大工種，即劃線、安裝、粘連、裝焊。每個工種又可以劃分為幾個不同的工序，將復雜的圍護系統(tǒng)生產(chǎn)拆分為多個獨立的作業(yè)工序（見圖1）。

圖1 MARKⅢ型薄膜陸地罐圍護系統(tǒng)生產(chǎn)流程

1.2 傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式局限性分析

通過調(diào)查研究，對傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式下圍護系統(tǒng)的生產(chǎn)分析，發(fā)現(xiàn)有如下幾個問題：

（1） 缺乏科學合理的排產(chǎn)和調(diào)度模式。傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下人員配置方式缺乏科學評價體系、易受人的主觀意識影響[2]，且工班長對人員能力認識有限，無法實現(xiàn)人崗配置最優(yōu)化[2]。

（2） 存在大量紙質(zhì)化辦公，生產(chǎn)數(shù)據(jù)缺乏“數(shù)字化移交”[3]。傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下缺乏有效的信息工具，大量紙質(zhì)化辦公會導致數(shù)據(jù)共享程度低下、生產(chǎn)執(zhí)行效率不高，甚至會產(chǎn)生一定的人為誤差等諸多問題。

（3） 沒有統(tǒng)一可視界面，無法實時跟蹤生產(chǎn)進度。傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下生產(chǎn)數(shù)據(jù)的獲取主要依靠人工統(tǒng)計為主，無法實時反饋生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而影響下一步的生產(chǎn)計劃安排，而且會造成追溯問題產(chǎn)品過程復雜化，甚至會造成生產(chǎn)重復施工，消耗大量的人力物力[4]。

2 MES 軟件整體設(shè)計思路

2.1 項目需求功能分析

該項目為MARKⅢ型LNG 薄膜陸地罐圍護系統(tǒng)生產(chǎn)管理信息化項目，具體需求應(yīng)用場景：實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，整合計劃管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)等數(shù)據(jù)高效協(xié)同作業(yè)；生產(chǎn)可視化，對生產(chǎn)作業(yè)進度實時跟蹤，從而可以科學合理地協(xié)調(diào)生產(chǎn)計劃、庫存計劃, 并能在每一項生產(chǎn)計劃完工時準時地通知管理人員；無紙化辦公，MES 系統(tǒng)可以將工廠所有的紙質(zhì)化單據(jù)進行數(shù)字化收集和存儲，從而實現(xiàn)無紙化生產(chǎn)，不但能夠節(jié)省印刷成本[5]，而且能使各部門之間的信息流更加通暢。

2.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

MARKⅢ薄膜罐圍護系統(tǒng)生產(chǎn)作業(yè)制造執(zhí)行管理系統(tǒng)采用分層的三層架構(gòu)模式，即表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層[6-8]。很多應(yīng)用系統(tǒng)都采用三層架構(gòu)模式（見圖2），該模式可以將一個整體復雜的問題進行簡單化的分層次處理，從而調(diào)高系統(tǒng)的邏輯性和合理性。

圖2 層結(jié)構(gòu)

表現(xiàn)層主要用于用戶進行信息的錄入和數(shù)據(jù)的顯示，PC 客戶端將用戶輸入的數(shù)據(jù)信息直接傳遞給下一層業(yè)務(wù)邏輯層進行數(shù)據(jù)信息處理，然后再將處理完成的數(shù)據(jù)顯示在表現(xiàn)層，實際上就是為用戶提供一種人機交互的操作界面。

業(yè)務(wù)邏輯層將從表現(xiàn)層傳輸過來的數(shù)據(jù)，按照實際的業(yè)務(wù)邏輯進行處理，然后在返回必要數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)邏輯層是系統(tǒng)的核心部分，它在整個體系架構(gòu)中處于承上啟下的位置，在表示層和數(shù)據(jù)訪問層中間[9-10]。

數(shù)據(jù)訪問層將所有處理過的數(shù)據(jù)進行存儲、處理和維護，包括對數(shù)據(jù)的增添、刪除、修改、查找等業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)層主要是采用SQLServer 數(shù)據(jù)庫進行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲管理，保持生產(chǎn)系統(tǒng)運行的高效率。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

為了MES 系統(tǒng)的安全性和可靠性，系統(tǒng)總體架構(gòu)采用了服務(wù)器+客戶的端運行方式（見圖3），PC 服務(wù)器開發(fā)平臺基于.NET Framework 3.0，使用C#開發(fā)語言編程軟件。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)

2.4 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

根據(jù)整體的設(shè)計原理，結(jié)合項目生產(chǎn)工藝，設(shè)計了MES 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，按照實現(xiàn)功能將其分成五大功能模塊（見圖4），分別為項目管理、看板管理、計劃管理、質(zhì)量管理和物資管理。為了重點突出生產(chǎn)可視化，結(jié)合項目實際施工要求，又將看板管理模塊薄膜罐的底面和壁面劃分為劃線、安裝、粘連、裝焊四個子模塊。

圖4 MES 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)

2.4.1 項目管理模塊

項目管理模塊具體分為項目定義、成員管理和班組信息維護。項目定義包括當前在建項目管理和項目定義，在建項目包括當前正在施工的項目以及已完成的項目，對于還未投入生產(chǎn)的項目也可以創(chuàng)建一個新的項目管理。項目定義模塊重在介紹當前項目具體的命名規(guī)則、施工原則等。班組信息維護模塊是為在建項目所服務(wù)，介紹當前項目所包含的班組人員信息，包括當前項目所需班組類別、每個班組人員數(shù)量及具體信息等。成員管理模塊則是為操作本軟件的人員分配角色和權(quán)限。

2.4.2 看板管理模塊

此模塊共分為項目選擇、劃線狀態(tài)信息、螺柱狀態(tài)信息、安裝狀態(tài)信息、粘連狀態(tài)信息、裝焊狀態(tài)信息管理等六個部分。由于在建項目可能存在多個項目同時施工的情況，可以通過項目選擇模塊來定位所需查看的具體項目。

2.4.3 計劃管理模塊

計劃管理模塊主要分為總體建筑計劃、月計劃、周計劃和日計劃。建造計劃只有管理人員具有相應(yīng)的權(quán)限來進行編制和修改，月度計劃由分區(qū)作業(yè)長或生產(chǎn)部長進行編制，周計劃和日計劃則由生產(chǎn)小組組長進行編制。通過可視化界面顯示當日生產(chǎn)狀況和生產(chǎn)計劃進程，從而方便對后續(xù)的生產(chǎn)工作安排進行及時的調(diào)整和改善。

2.4.4 質(zhì)量管理模塊

質(zhì)量管理模塊主要是對施工完成后的產(chǎn)品進行質(zhì)量檢查。對圍護系統(tǒng)建造而言，由于施工工藝要求高，建造難度大，所以無論是劃線、安裝、粘連還是裝焊，每一道工序都必須嚴格把控質(zhì)量。為了提高整體效益，在質(zhì)量管理模塊開發(fā)在線質(zhì)檢功能，并通過施工組自我檢驗、不同工種互相檢驗、外單位最終檢驗三種依次在線質(zhì)檢方式，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，力求品質(zhì)效率最大化

2.4.5 物資管理模塊

物資管理模塊是項目的物質(zhì)基礎(chǔ)，影響著整個項目的進程是否順利。同時物資管理是否合理，直接影響著生產(chǎn)效率和整體成本管控。圍護系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，物料管理存在幾個關(guān)鍵問題:a.入庫的多種物料往往識別不清，很容易混在一起，很難跟蹤；b.交付的數(shù)量經(jīng)常與供應(yīng)商的發(fā)票不匹配，這使得很難跟蹤正確的所需數(shù)量。此外，材料可能會丟失，導致訂單延誤，損失更為嚴重。所以系統(tǒng)中加入物資管理模塊是非常有必要的。

2.5 生產(chǎn)主流程設(shè)計

結(jié)合MARKⅢ維護系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程，可以將生產(chǎn)主流程分為計劃下發(fā)、劃線作業(yè)、安裝作業(yè)、粘連作業(yè)和裝焊作業(yè)（見圖5）。每個作業(yè)工序相對獨立，但其內(nèi)在邏輯又緊密相連。

（1） 計劃下發(fā)。在生產(chǎn)初期，根據(jù)生產(chǎn)訂單由計劃人員將相關(guān)信息錄入MES 中，包括項目信息、生產(chǎn)種類、所屬工序、生產(chǎn)人員、生產(chǎn)計劃的開始時間和結(jié)束時間等。當計劃下發(fā)后，由生產(chǎn)調(diào)度人員結(jié)合生產(chǎn)狀況進行安排。

（2） 劃線作業(yè)。在MES 系統(tǒng)中錄入劃線作業(yè)狀態(tài)信息，包括劃線工序、每道工序當前進展狀態(tài)，作業(yè)區(qū)域、作業(yè)時間、作業(yè)班組、作業(yè)完成狀態(tài)等。

（3） 安裝作業(yè)。安裝工序開始作業(yè)是在該區(qū)域的劃線工作完成并報驗成功之后。結(jié)合每個區(qū)域劃線的完成時間進行無縫銜接安裝作業(yè)，在系統(tǒng)中錄入該區(qū)域的絕熱板型號、批次、作業(yè)負責人、作業(yè)時間等，給后續(xù)質(zhì)量檢驗工作提供信息支持。

（4） 粘連作業(yè)。粘連作業(yè)涉及的設(shè)備和物料自動粘連機器人、熱壓板、PU 膠水等，工藝要求高。在生產(chǎn)作業(yè)過程中，系統(tǒng)會實時采集作業(yè)區(qū)域，自動記錄作業(yè)情況，包括該區(qū)域是人工粘連還是自動粘連機器人作業(yè)、作業(yè)時間、質(zhì)量狀況等。

（5） 裝焊作業(yè)。經(jīng)過劃線、安裝、粘連等一系列作業(yè)之后，需要對波紋板進行預制以供后續(xù)裝焊工序的作業(yè)。在系統(tǒng)中錄入裝焊作業(yè)需要進行的幾道小工序，每道工序所涉及的作業(yè)人員和班組信息，從而自動生成作業(yè)信息，由調(diào)度員下發(fā)派工單。

3 MES 系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)

3.1 用戶權(quán)限功能

將不同的操作用戶分為不同的操作等級，指定不同的權(quán)限管理（見表1），從而使每個操作者只能在自己權(quán)限范圍內(nèi)進行操作，提高軟件的安全性。成員管理模塊則是為操作人員分配角色和權(quán)限。系統(tǒng)管理員負責對整個系統(tǒng)的維護，賬號管理以及每個賬號權(quán)限的分配。

表1 角色及權(quán)限分配

3.2 圍護系統(tǒng)區(qū)域設(shè)計

薄膜罐的技術(shù)支持是法國GTT 公司，參照其薄膜罐建造標準，將圓形罐底分為BA、BB、BC、BD 四個扇區(qū)，壁面分為WA、WB、WC、WD 四個區(qū)域，每個區(qū)域又按照生產(chǎn)要求劃分為7 個部分（見圖6），根據(jù)薄膜罐的設(shè)計模型通過代碼編寫將其按一定比例縮小顯示在另一個Panel 控件中，由于薄膜罐圍護系統(tǒng)生產(chǎn)工藝復雜、作業(yè)面積大，若將整個罐底顯示在一個頁面當中會顯得十分擁擠，所以添加ComboBox 控件將BA、BB、BC、BD 區(qū)域進行分割（壁面同理）。這樣無論是管理者還是作業(yè)人員都可以對整個生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)進度有更加直觀和全面的了解。

圖6 圍護系統(tǒng)區(qū)域劃分

3.3 數(shù)據(jù)庫搭建

SQLServer 是一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，為關(guān)系型數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供了安全可靠的存儲功能。因此將SQLServer2012 數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲和邏輯處理的主要工具，后臺人員錄入薄膜罐、生產(chǎn)區(qū)域、物料等基礎(chǔ)信息，提交訂單。生產(chǎn)管理人員根據(jù)訂單請求，分解訂單然后再生成相關(guān)生產(chǎn)計劃。作業(yè)人員接收相關(guān)職責范圍內(nèi)的派工單，并按照計劃完成生產(chǎn)。

圍護系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中每一道工序都伴隨著大量數(shù)據(jù)的更新和存儲，根據(jù)劃線、安裝、粘連、裝焊及其施工狀態(tài)在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建了多個表、視圖，每個表之間使用外鍵相連，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速保存和查詢，從而實現(xiàn)MES 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯。根據(jù)薄膜罐的模型設(shè)計和作業(yè)要求，按照罐底作業(yè)區(qū)域劃分為區(qū)域號和面號，壁面分為區(qū)域號和層號（見圖7（a）），再根據(jù)作業(yè)日期、完工日期（見圖7（b））等設(shè)計每張表的內(nèi)容。

圖7

結(jié)束語

通過對MARKⅢ薄膜型儲罐圍護系統(tǒng)建造工藝和實際生產(chǎn)需求的研究與調(diào)研，采用以數(shù)據(jù)庫技術(shù)和.NET framwork 框架為基礎(chǔ)，使用C#語言基于winform窗體結(jié)構(gòu)開發(fā)了MARKⅢ型薄膜儲罐圍護系統(tǒng)生產(chǎn)管理MES 系統(tǒng)。它有效地滿足了LNG 儲罐建造領(lǐng)域的實際需求，填補了該領(lǐng)域多年來缺乏生產(chǎn)管理軟件的空白，大大提高了生產(chǎn)調(diào)度的自適應(yīng)性和管理水平，實現(xiàn)了MARKⅢ薄膜型儲罐圍護系統(tǒng)生產(chǎn)管理信息化及生產(chǎn)效能的提升。