0 引言

    近年來，企業(yè)信息化在各個領域有了長足地發(fā)展：一方面，企業(yè)ERP系統(tǒng)如火如茶，過程控制領域PLC、DCS在高效的車間級流程管理也得到大量應用。但是在工廠以及企業(yè)范圍信息集成的實踐過程中，仍這樣的問題：在計劃過程中無法準確及時地把握生產(chǎn)實際狀況，另一方面則在生產(chǎn)過程中無法得到切實可行的作業(yè)計劃做指導；在生產(chǎn)過程中難以跟蹤產(chǎn)品的狀態(tài)數(shù)據(jù)、不能有效地控制在制品庫存等等。產(chǎn)生這些問題的主要原因仍然在于生產(chǎn)管理業(yè)務系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的相互分離，計劃系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)之間的界限模糊、缺乏緊密的聯(lián)系。

    針對這種狀況，逐漸出現(xiàn)了一種新型的企業(yè)信息化結(jié)構模式，即三層應用體系結(jié)構。上層為ERP系統(tǒng)，中層為生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，有的將其稱為制造執(zhí)行系統(tǒng)。下層為生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)。MES處于ERP和生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)之間，負責調(diào)度排程、資源(人和設備等)優(yōu)化調(diào)度、物料管理、生產(chǎn)質(zhì)量、工藝控制、能源供應控制、生產(chǎn)過程監(jiān)控以及必要的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)集成和應用。

    因此，鑒于企業(yè)實際需求與先進管理思想的引進，青州卷煙廠在2009年--2010年實施了生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)。為講述方便，對青州卷煙廠的MES系統(tǒng)，以下簡稱QZMES。

1 系統(tǒng)實施目標

    以MES理論為指導，將現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)管理思想、理念引入企業(yè)生產(chǎn)管理，對企業(yè)生產(chǎn)管理流程進行重組和優(yōu)化，推動生產(chǎn)管理信息化、自動化、數(shù)字化，提高企業(yè)的市場競爭力。

    系統(tǒng)總體建設目標如下：①實現(xiàn)以市場為導向，按訂單生產(chǎn)的快速響應機制；②整合可用資源，聯(lián)接企業(yè)的計劃層和操作層，整合信息孤島；③優(yōu)化生產(chǎn)流程，通過項目實施來梳理、優(yōu)化現(xiàn)行生產(chǎn)業(yè)務流程；④完善管理手段，將制造過程中的生產(chǎn)計劃、進度安排、物料流動、物料跟蹤、過程控制等活動全面集成起來，有機協(xié)調(diào)這些活動的執(zhí)行，提高精細化加工水平。

2 現(xiàn)狀調(diào)研

    2.1 主要生產(chǎn)過程

    主要生產(chǎn)流程是，計劃調(diào)度處制定生產(chǎn)任務，并向制絲車間、卷包車間下達；制絲車間根據(jù)生產(chǎn)指令，按照配方加工煙葉、煙梗，生成成品煙絲。卷包車間根據(jù)生產(chǎn)指令將煙絲進行卷接、包裝，最后生成成品。主要生產(chǎn)任務，在ERP系統(tǒng)內(nèi)制定；兩個車間的生產(chǎn)控制，由制絲中控系統(tǒng)、卷包數(shù)采系統(tǒng)、物流系統(tǒng)支撐進行，但各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)缺乏信息集成。

    2.2 生產(chǎn)調(diào)度

    根據(jù)原輔材料供給情況以及工藝標準等，制定煙絲和成品的生產(chǎn)訂單，主要面向制絲生產(chǎn)和卷包生產(chǎn)。

    2.3 制絲生產(chǎn)

    制絲車間生產(chǎn)，包括葉絲處理線：預混處理、一次加料、切絲、二次加料、平庫處理、摻配加香、裝箱入庫；梗絲處理線：梗預處理、切梗加料、梗絲處理十個工序。

    連續(xù)性生產(chǎn)由制絲中控系統(tǒng)控制執(zhí)行；物料管理由物流系統(tǒng)進行管理；兩個系統(tǒng)共同支撐制絲車間的生產(chǎn)過程。

    2.4 卷包生產(chǎn)

    卷包生產(chǎn)的由14套卷接包裝機組進行生產(chǎn)。每套機組為連續(xù)性生產(chǎn)，各套之間為離散型生產(chǎn)。生產(chǎn)過程由卷包數(shù)采系統(tǒng)和物流系統(tǒng)共同毒撐。

3 需求分析

    3.1 確定MES系統(tǒng)的主要任務

    確定QZMES的主要任務是接收ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)訂單，按照生產(chǎn)工序／機臺進行分解成工單，并向生產(chǎn)自動化系統(tǒng)下達；生產(chǎn)結(jié)束后，按照生產(chǎn)工單收集生產(chǎn)信息，匯總處理后向ERP系統(tǒng)反饋，完成從執(zhí)行到信息反饋的閉環(huán)控制。

    3.2 QZMES參與的生產(chǎn)業(yè)務流程

    3.2.1 接收、分解訂單

    在ERP中制定制絲煙絲生產(chǎn)訂單和卷包成品生產(chǎn)訂單后，通過集成將訂單傳遞到MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)根據(jù)兩個車間的生產(chǎn)流程，分解為生產(chǎn)工單。

    3.2.2 排產(chǎn)與生產(chǎn)執(zhí)行

    QZMES將分解后的生產(chǎn)工單，通過集成傳遞至生產(chǎn)自動化系統(tǒng)，自動化系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)工單負責工序機臺的運行，物流系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)工單進行原輔材料的出庫、半成品和成品的出入庫等。

    3.2.3 生產(chǎn)信息收集

    生產(chǎn)結(jié)束后，生產(chǎn)自動化系統(tǒng)把生產(chǎn)信息反饋至QZMES，QZMES匯總處理后再向ERP系統(tǒng)反饋。從而完成生成完整的生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)信息反饋的流程。

    3.3 技術路線

    技術工具采用MES系統(tǒng)專用開發(fā)工具與現(xiàn)場開發(fā)兩者結(jié)合的方式。專用工具采用西門子公司的SIMATICIT套件，具有與$95標準所規(guī)定的功能組件模塊，提供圖形化界面開發(fā)工具，結(jié)構清晰，將生產(chǎn)管理流程圖形化，并且在國內(nèi)有多家成功的應用。現(xiàn)場開發(fā)采用ASP.NET、C#技術。

    3.4 確定數(shù)據(jù)集成架構

    由于ERP系統(tǒng)、QZMES、自動化系統(tǒng)都是相互獨立的系統(tǒng)，其技術架構都不同，因此，為了保證數(shù)據(jù)信息的正確、及時的進行流轉(zhuǎn)，確定在QZMES中建立DIS服務器，所有信息都通它進行信息交換。

4 功能設計

    根據(jù)需求分析結(jié)論、采用的技術實現(xiàn)方式、QZMES管理思想，從排產(chǎn)調(diào)度、制絲生產(chǎn)、卷包生產(chǎn)、集成等模塊進行了詳細的功能設計。

    4.1 排產(chǎn)調(diào)度模塊

    排產(chǎn)調(diào)度業(yè)務，是QZMES業(yè)務實現(xiàn)的關鍵所在。該模塊擔負著接收ERP生產(chǎn)誣單，根據(jù)生產(chǎn)車間各工序或機臺生產(chǎn)能力及換牌時間等參數(shù)，將生產(chǎn)訂單按照工序和機臺進行分解，并在QZMES自動計算各工單的計劃開始時間，最后生成符合生產(chǎn)實際需求的生產(chǎn)工單。QZMES再將工單通過接口下達給制絲中控、卷包數(shù)采、物流等生產(chǎn)自動化系統(tǒng)，以控制生產(chǎn)。

    調(diào)度人員可以根據(jù)實際需求，調(diào)整自動生成的工單。包括工單蕨序、生產(chǎn)起止時間等，然后根據(jù)實際生產(chǎn)安排，選定工單向底層系統(tǒng)進行下發(fā)。

    4.2 制絲、卷包生產(chǎn)模塊

    根據(jù)生產(chǎn)流程，結(jié)合自動化系統(tǒng)指導生產(chǎn)所需的生產(chǎn)信息，以及ERP系統(tǒng)生產(chǎn)訂單的詳細內(nèi)容，研究制定了以下內(nèi)容：①Q(mào)ZMES生產(chǎn)工單信息詳細內(nèi)容：包括ERP生產(chǎn)訂單號、QZMES生產(chǎn)工單號、生產(chǎn)牌號、批次、生產(chǎn)工序(機臺)、生產(chǎn)班次、生產(chǎn)起止時間等內(nèi)容；②工單與各系統(tǒng)之間的關聯(lián)關系：QZMES與ERP以ERP生產(chǎn)訂單號進行關聯(lián)，與自動化系統(tǒng)以工單號進行關聯(lián)；③生產(chǎn)信息反饋機制：生產(chǎn)信息反饋，以工單為單位，在工單結(jié)束時由底層系統(tǒng)向QZMES進行反饋；QZMES以訂單為單位向ERP系統(tǒng)進行反饋。

    4.3 集成

    在QZMES范圍內(nèi)搭建DIS服務器，各系統(tǒng)安裝客戶端。在DIS服務器中配置各系統(tǒng)的傳輸通道及接口數(shù)據(jù)信息內(nèi)容。

5 開發(fā)實施

    5.1 基礎數(shù)據(jù)模塊

    5.1.1 設備模型

    針對車間工序、卷接機、包裝機、裝封箱機、喂絲機等設備，在SIMATIC IT Framework圖形化組件中進行了詳細的模型設計，將工序和機臺的生產(chǎn)能力、換牌時間等信息進行了詳細開發(fā)和定義。

    5.1.2 班組管理

    生產(chǎn)班次、班組采用SIMATIC IT套件中Shift Calendar組件進行開發(fā)，定義了白班、上半夜、下半夜3個生產(chǎn)班次，甲、乙、丙、丁4個班組。

    5.1.3 工廠日歷

    結(jié)合Shift Calendar組件以及C8語言現(xiàn)場開發(fā)結(jié)合，根據(jù)實際需求自動按照班次與班組順序進行生成任意時間段的工廠日歷。

    5.2 工單管理模塊

    5.2.1 訂單分解

    QZMES接收ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)訂單之后，按照設計工序和機臺模型數(shù)據(jù)，采用估算法和二分法相結(jié)合的數(shù)學算法，結(jié)合實際生產(chǎn)需求(卷包機組齊開或齊停原則)，在系統(tǒng)內(nèi)把生產(chǎn)訂單進行分解，生成具體的生產(chǎn)工單。

    5.2.2 工單執(zhí)行

    在工單與底層系統(tǒng)指導生產(chǎn)過程中，MES采用1+1(生產(chǎn)+預備)工單生產(chǎn)指導，由中控系統(tǒng)在每個工藝段發(fā)出工單申請，QZMES收到工單申請信號后，若滿足條件，則將生產(chǎn)工單下達到生產(chǎn)自動化系統(tǒng)。

    5.2.3 工單信息反饋

    各系統(tǒng)將生產(chǎn)結(jié)束的生產(chǎn)信息，包含產(chǎn)量及消耗，以工單為單位，將數(shù)據(jù)信息打包，傳遞到DIS服務器。QZMES接收后，以工單號為主信息，將生產(chǎn)信息匯總并打包，按訂單傳到ERP系統(tǒng)。

6 系統(tǒng)試運行

    在測試穩(wěn)定的基礎上，QZMES進行了上線試運行，將功能交與了最終用戶的業(yè)務使用。系統(tǒng)試運行主要內(nèi)容包括生產(chǎn)訂單的分解排產(chǎn)、工單的下達及執(zhí)行、生產(chǎn)信息的歸集及上報。在運行過程中驗證了功能的完整性及流程的合理性、數(shù)據(jù)的準確性。

7 效果

    7.1 系統(tǒng)技術創(chuàng)新性

    7.1.1 生產(chǎn)建模的運用

    QZMES利用SIMATIC IT Framework圖形化的生產(chǎn)建模工具，將生產(chǎn)企業(yè)中的生產(chǎn)資源、生產(chǎn)操作流程進行對象化的設計，來實現(xiàn)各種生產(chǎn)業(yè)務流程，并通過系統(tǒng)集成實現(xiàn)模型與外部系統(tǒng)的交互、協(xié)調(diào)和調(diào)用。

    7.1.2 閉環(huán)的應用集成

    QZMES是集成制造的關鍵應用，通過集成實現(xiàn)協(xié)同制造。ERP、MES、自動化系統(tǒng)三層高度融合，形成RE—PAC閉環(huán)。

    7.2系統(tǒng)管理創(chuàng)新性

    本企業(yè)QZMES在對從訂單下達開始到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理，有效的支持各個關鍵業(yè)務管理以及業(yè)務集成，降低了管理成本，提高工廠精細化管理水平。

    7.3 系統(tǒng)擴展性

    QZMES采用的建模平臺，由模型驅(qū)動優(yōu)化排產(chǎn)、指揮調(diào)度、質(zhì)量管理、設備管理等關鍵業(yè)務。而當生產(chǎn)工藝及管理業(yè)務發(fā)生變化時，只需修改相應的模型即可。這種基于模型的新型系統(tǒng)架構是系統(tǒng)具有良好擴展性的保證。

8 結(jié)束語

    總體來講，QZMES項目的建成，將使山東中煙青州卷煙廠的制造業(yè)信息化建設在技術平臺上實現(xiàn)一次大的飛躍，由此還將帶來應用功能上的增強，精細化加工水平的提高，從而進一步提高企業(yè)的競爭力。

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本文標題：企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES的構建與實施

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