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面向精细化管理的卷烟企业制造执行系统(MES)及应用

[日期:2011-06-17] 来源:万方数据   作者:郭如军 王军 [字体: ]

1 引言

      烟草行业正处在一个关键的重大联合重组变革时期,面临着做大做强的发展机遇,国家局做出了建设“数字烟草”,以“信息化推动改革的发展”的战略决策。改革后的卷烟厂将作为中烟的制造单元,其重点业务主要放在产品制造、质量管理、成本控制等层面,其关键价值链转变为从原料到卷烟产品生产的全过程。和大多数行业相比,卷烟企业的信息化水平一直是走在前列的,但卷烟企业的信息化系统由于子系统间缺少“融会贯通”,根本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个方面:

     ①企业在生产计划层所关注的各项资源中,生产过程信息虽然是企业非常重要的资源,但在企业的管理系统中它始终是“离线”的,生产过程信息始终不能连续、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,将传统的生产管理这一“黑箱”作业透明化,充分利用当前的生产实时数据,使得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,加强生产计划的优化工作,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,使各方面生产管理人员及时掌握质量工艺、物料消耗等方面的生产信息,找出任何影响产品质量和成本的问题,加强生产的在线控制,从而尽量减少废次品量,提高单位生产效益。

    ④企业竞争能力的增强体现在能否连续提高生产线的全面装备效率-OEE和生产的关键性能指标KPI。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,还应是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,由于管理手段缺乏,难以进行维修经验的积累,维修仍是主要依靠于个人技能和经验,缺乏标准化和专业化的维修经验支持,效率不高,需要改进。

     本文描述基于实际需求设计与实施的卷烟企业生产执行系统。该系统符合S95国际MES标准,并结合国情实际有所扩展,体现了先进性与实用性的统一。该系统己成功应用于国内多家卷烟企业,创造了可观的经济效益与社会效益。

2 系统结构

     系统融合了MES先进的管理理念,采用先进成熟的软件技术.提出面向卷烟企业敏捷制造的技术解决方案。如图1所示。

 

图1 LY-MES系统技术架构

2.1 工厂实时,历史信息集成平台

      该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趣模集(10000点)、长周期存贮(1~3年)、现场数据过滤、报警、事件触发等。

2.2 生产模型平台

      该平台保证了系统的可适应性。MES系统是一个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,系统适应这种变化的能力。

2.3 应用系统开发平台

      该平台解决系统的可重构性、可维护性。MES采用.NET开发平台。

2.4 MES集成平台

     该平台解决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,大型软件开发普遍采用三层的体系结构,应用之间采用整合技术,以实现特定的商业智能。在MES的体系结构中,我们设计这一层,其主要目的是为所有的业务功能子系统提供一个相互整合的支撑环境。

2.5 企业数据交换平台

      建立企业数据交换平台,从根本上解决卷烟企业信息集成问题。可以有多种方案建立企业数据交换平台,如采用中间件、建立EAI环境(如WEB SERVICES等)、建立中间表(数据库共享方式)等。企业数据交换平台的选择需企业站在CIMS的高度来确定,系统之间的集成要在总体集成方案的指导下由各自系统完成。

2.6 数采接口

      该接口支持MES系统的开放性,系统采用OPC技术支持监控应用的接口。

3 主要功能

      卷烟企业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。

     生产排产和指挥调度功能的实现: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。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到业务管理人员,实现生产调度的闭环管理。

     质量检验功能的实现: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方面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。

     生产标准管理功能的实现: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际的生产工艺数据,并与生产标准进行对比分析,为制定新的生产标准,改进生产过程提供依据。实现了生产工艺管理的闭环。

      设备运行维护管理功能的实现:系统从企业ERP中接收资产管理中的设备台帐,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,生成设备故障维护请求,按故障原因、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.实现设备管理的闭环。

    物料跟踪功能的实现:系统通过对生产过程中的数据采集,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。

      系统在上述四个闭环的基础上,集成ERP、制丝、卷包、动力能源、物流等企业自动化信息化系统,实现企业整体的闭环集成。

    此外,MES系统还针对相关功能模块,设计实现了大量的业务查询、报表展示,以及消息呼叫等功能子项,这里不再赘述。

4 关键技术及解决思路

4.1 面向柔性化加工,以提高工厂适应性为目的的生产建模与平台技术

      按照S95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:增加一组储柜等,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。这比传统基于功能的MES系统有更强的适应性。

 

图2 生产模型驱动技术

4.2 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即时处理,系统反馈时间不大于60 s。基于批次制造工艺特点,在生产模型中实现了KPI统计的逻辑模型,即将数据需要采集时,模型驱动自动采集,当需要分析与汇总时,模型驱动自动汇总分析。比那些只靠填报方式现场数据的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极大优势。

4.3 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、MES与控制系统、MES与立体仓库系统、MES与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。生产执行系统(MES)的建立,不仅使企业生产管理实现数字化、可视化、扁平化,而且使与生产执行系统(MES)相集成的ERP系统实现了真实的生产实绩的管理,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3 以实现全局优化为目标的纵向集成技术

     兰州卷烟厂通过。十五”易地改造项目,使生产自动化程度得到了极大提高。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,提高工厂的生产管理水平,实现生产过程的快速反应。兰州卷烟厂适时提出并实施了“生产执行系统(LY-MES)”,并作为企业易地技改信息化建设总体规划的重要组成内容。经过一年多的运行,用户反映良好。2006年经国家权威机构组织的技术鉴定,出具如下鉴定意见: “推动了企业生产管理的科学化和精细化,提升了企业管理水平和市场竞争力,对制造业信息化建设具有很好的示范性,该项目在烟草制造业信息化建设领域达到国际先进水平”。

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