面向精细化管理的卷烟企业MES的应用

lihuolin958

        近年来，卷烟企业的信息化建设发展迅速，但企业信息化系统由于子系统间缺少“融会贯通”，无法承担企业重组整合的重任。这种需求主要表现在如下几方面：

（1）企业生产计划层中的生产过程信息是重要资源，但在企业管理系统中生产过程信息始终是“离线”的，不能连续、自动、完整地反映在企业管理系统中。

（2）需要有效地解决企业生产计划层与生产过程自动化之间相互脱节的矛盾，将传统的生产管理透明化，充分利用当前的生产实时数据，使生产指挥调度人员在制定生产计划的过程中，能够获得足够的生产现场数据支持，从而在考虑生产均衡性的同时，对生产计划进行优化，提高生产计划的实时性和灵活性。

（3）需要实现企业应用系统的有效集成，使生产管理人员及时掌握质量工艺、物料消耗等生产信息，找出影响产品质量和成本问题，加强对生产的在线控制，从而尽量减少废次品量。

（4）企业竞争能力的增强体现在能否连续提高生产线的OEE（全局设备效率，Overall Equipment Effectiveness）和KPI（关键性能指标，Key Performance Indication）。生产管理决策所依据的数据源不仅仅是单一生产装置的运行情况，还应来自于整个生产过程。

（5）设备维修管理停留在传统的故障应急维修阶段，由于管理手段缺乏，难以进行维修经验积累，主要依靠个人技能和经验，缺乏标准化和专业化的维修经验支持，工作效率低。兰州卷烟厂在“十五”易地改造项目中，为了实现从企业管理、生产指挥到生产自动化控制系统的有机集成，使生产相关部门协同工作，保证生产全过程的协调运转，提高企业的生产管理水平，实现生产过程的快速反应，提出并实施了生产执行系统。

1 MES系统结构

        采用先进成熟的软件技术，并融合了MES先进的管理理念，设计并实施了面向卷烟企业敏捷制造的技术解决方案。系统技术架构见图1。

图1 MES系统技术架构

（1）工厂实时／历史信息集成平台，保证了系统的实时性。采用先进的实时数据库技术解决生产过程数据的大规模采集（10000点）、长周期存贮（1～3年）、现场数据过滤、报警、事件触发等。

（2）生产模型平台，保证了系统的可适应性。MES系统是面向生产工艺过程的管理系统，其适应性主要体现在与工艺过程的贴合程度及当工艺过程发生变化时，MES系统必须具备适应这种变化的能力。本系统在该平台的支持下建立了卷烟设备、工艺过程、物料及管理活动等模型，实现物流、信息流与指令流的统一。

（3）应用系统开发平台，解决系统的可重构性、可维护性。本系统采用了．NET开发平台。

（4）MES集成平台，解决MES的可集成性、开放性、可重构性、互操作性。随着信息技术的发展，大型软件普遍采用模块化组件结构体系，应用之间采用整合技术，以实现特定的商业智能。MES系统涉及生产、质量、工艺、设备、人员等多种业务模块，该平台为所有的业务功能模块提供一个相互集成的支撑环境。

（5）企业数据交换平台，解决卷烟企业信息集成问题。有多种方案可以建立企业数据交换平台，如采用中间件、建立EAI环境、建立中间表等。本系统根据企业EAI集成环境，采用性能优良的Tuxdeo中间件，以及预定义符合XML规范的信息交换标准，建立企业数据交换平台。

（6）数采接口，支持MES系统的开放性。系统采用OPC技术支持监控应用的接口。

2 MES的功能

        兰州卷烟厂生产执行系统采用模型驱动的方式，集成了生产排产、指挥调度、质量检验、生产标准管理、设备运行维护管理、物料跟踪等不同的业务功能，见图2。

图2 MES系统功能

（1）生产排产和指挥调度功能。系统接受ERP系统下达的生产计划，按照卷烟企业设备能力及工艺特点生成日卷包进度计划，并在此基础上分解为机台作业工单。根据卷包的生产安排，结合烟丝存贮情况及制丝工艺特点，自动排出每个制丝生产工艺单元的作业工单，并将上述作业工单按照“精益制造”的调度控制模式，下达到生产自动化单元，即卷包中控和制丝中控系统进行生产执行。在生产执行过程中，系统实时采集卷包中控及制丝中控上传的生产数据，按计划工单进行数据归类，通过报表的形式反馈给业务管理人员，实现生产调度的闭环管理。

（2）质量检验功能。系统按照企业质量检验规范，通过模型驱动技术，根据物料的移动，自动生成质量检验请求。系统通过人工填报检测数据和自动采集生产现场质量仪表检测设备的数据，两者相结合得到质量检验原始数据，并按SPC及质量考核标准自动进行质量分析及评价，形成质量控制的闭环管理。

（3）生产标准管理功能。系统管理企业生产标准，并将生产标准下达到制丝中控、卷包中控及动力能源系统。在设备生产运行时采集实时生产工艺数据，并与生产标准进行对比分析，为制定新的生产标准和改进生产过程提供依据，并实现生产工艺的闭环管理。

（4）设备运行维护管理功能。系统由企业ERP接收资产管理中的设备台账，制定设备维护计划，并按设备维护要求进行设备维护。通过对维护人员的工作记录进行分析，有效管理设备维护过程。同时，根据自动化设备的运行状态，实时采集设备的启／停及故障信息，生成设备故障维护请求，根据故障原因、停机时间进行统计分析并生成维修经验库，指导设备的维护保养工作，实现设备的闭环管理。

（5）物料跟踪功能。系统按批次收集生产数据，通过建立不同的跟踪路线，将生产、质检等分散在不同模块中的数据按工艺路线有效组织起来，实现从原料投料到成品入库的全生产过程跟踪。

系统在上述几个闭环功能的基础上，集成了ERP、制丝、卷包、动力能源、物流等企业自动化信息化系统，实现了企业整体的闭环集成。此外，MES系统还实现了报表展示、成本管理、生产人员管理及消息呼叫等辅助功能。

3 关键技术

（1）面向柔性化加工，以提高企业适应性为目的的生产建模与平台技术。系统按照SP95标准，建立卷烟制造企业从工厂到设备级的物料模型，同时建立生产工艺流程、质量控制、设备维护、生产标准的逻辑模型。这种基于模型的系统构架方式，使系统能够很好地融合不同企业的业务过程，并与生产实时集成，实现生产调度信息、质量检验信息、工艺标准信息、设备状态信息与物流信息、工艺状态信息与生产调度工作流的大统一。当生产工艺过程发生变化时，比如增加一套处理设备、一组储柜等，通过调整模型而不用修改业务功能系统，就能使MES适应新的需求。因此，与传统的基于功能的MES系统相比具有更强的适应性，见图3。

图3 生产模型驱动技术

（2）面向批次制造模式，以提高实时响应与决策能力的实时数据采集及KPI统计技术。结合批次制造的模式，MES采用了实时数据库，可以实现对生产实时信息的及时处理，系统反馈时间不大于60 s。基于批次制造的工艺特点，在生产模型中实现了KPI统计的逻辑模型，即需要采集数据时，模型驱动自动采集；需要分析与汇总时，模型驱动自动汇总分析。相较于依靠填报现场数据的MES系统，在数据处理的及时性和准确性、历史数据的积累和分析利用等方面具有较大优势。

（3）面向现代集成制造系统，以实现企业全局优化为目标的纵向集成技术。采用现代集成技术（中间件）解决MES与ERP、控制系统、立体仓库系统、动力能源系统的集成问题。这种基于标准业务模型（所有数据模型化）的集成技术，通过对计划执行流、物料流、设备和装置的管理与控制、质量管理流和工艺监控流的跟踪与反馈，实现企业从经营层到操作层的纵向集成，见图4。MES的建立不仅使企业生产管理实现数字化、可视化、扁平化，而且使与MES相集成的ERP系统实现了真实的生产管理，各生产自动化系统得到了实时的生产指令及标准，提升了卷烟企业整体信息化的水平。发挥了整体信息化的效能。

图4 以实现全局优化为目标的纵向集成技术

4 结 语

        兰州卷烟厂以SP95为标准开发的生产执行系统（MES），经过一年多的运行，集成度高，运行情况良好，解决了MES与ERP、控制系统、立体仓库系统、动力能源等系统的集成问题，建立了横跨企业各车间、各仓库的分布式系统，实现了企业生产全过程的横向集成，极大地提高了企业生产过程的自动化、信息化、数字化管理水平。


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