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基于MES技术的流程型企业生产管理信息化

[日期:2009-01-01] 来源:万方数据  作者:白鹤松 王玉芳 [字体: ]

 流程工业(Process Industries)主要是指化工、炼油、冶金、造纸、电力等原材料加工和能源型企业,其特点是对生产原料伴有化学、物理、相变等反应、变化过程的连续加工,通常需要严格的刚性过程控制和大量的资本投入。用高效率的信息化方案和成功的策略来提高企业的生产效率、提升管理水平已成为流程企业必须面对的问题。当前,大多数流程企业在信息化建设上已做了相当多的工作,如基础网络建设、管理软件的应用(如ERP)、办公自动化(OA)等。这些系统的应用为企业带来了积极变化和明显效益。但是,它们的应用往往集中在经营方面,管理软件系统与生产系统相脱节,实施了的一些信息化项目难以真正在工厂层中使用,企业管理层在工作中常常会遇到这样的问题和困惑:生产计划下达后,无法在线跟踪实际生产情况;无法及时、直观地了解生产现场的运行情况;花费大量人力物力抄来的报表数据是否准确,以及依据这样的数据,如何进行数据分析和挖掘;多套控制系统各自独立,形成信息孤岛,如何统一规划全厂资源等。
  根据流程工业生产管理的特点运用有效的生产管理信息化手段,是解决好上面出现问题的有效途径。其中MES(制造执行系统)在流程工业中的运用为企业实施CIMS(计算机集成制造系统)提供了可行的框架,有助于加深对发展生产过程建模的理解。
  
  一、流程工业生产管理信息化的主要内容与MES功能的重合
  
  1.流程工业生产管理信息化的主要内容
  流程工业以稳定、均衡、高负荷、安全、低能耗和少污染为目标,调节手段主要是保证工艺过程参数保持在最优状态。针对流程企业生产管理的特点,流程工业的生产管理信息化应该包括以下主要内容:
  (1)严格的、全生命周期的设备管理。流程行业的设备管理不仅是包含设备档案,设备维修计划,资产折旧等方面,还要能在线检测设备状况,准确分析设备停机原因,发现潜在隐患,真正做到预防性维护,保证生产正常进行。
  (2)生产过程中全面的质量监控与跟踪。流程行业对于质量要求非常高,信息系统需要做到在线检测、实时参数分析,跟踪生产产品的主要参数变化情况,及时发现造成质量波动的原因,有效提高产品品质。
  (3)生产过程管理监控。流程行业的生产过程基本是连续进行,因此准确掌握整个生产工艺过程中的实际生产情况非常重要。只有对各装置的生产参数,运行状况准确跟踪,才能保证生产计划的有效执行。这对信息系统提出了实时数据采集和生产过程展现的要求。
  (4)动力、能耗的严格管理。流程行业生产过程中,动力消耗非常大。只有准确掌握各车间生产过程中的动力成本,才能准确掌握实际生产成本,达到降低成本的目的。
  (5)优化控制。自动化的发展已不仅仅是对生产装置进行控制,还要求对生产过程进行优化,使生产执行与计划紧密联系,提高生产效率。
  要达到上述目标,需要将生产信息和经营信息有效集成,信息系统必须贯穿企业经营计划和生产调度层,实现生产信息的共享。管理系统(如ERP)指定计划,检查经营结果。生产管理系统提供实际生产过程中的信息并进行处理,实现商业智能与生产智能的融合,最终构成企业智能。
  
  2.MES的任务和功能
  MES的任务是根据上级下达的生产计划,充分利用车间的各种生产资源、生产方法和丰富的实时现场信息,快速、低成本地制造出高质量的产品,其生产活动涉及订单管理、设备管理、库存跟踪、物料流动、数据采集,以及维护管理、质量控制、性能分析及人力资源管理等。MES汇集了车间中用以管理和优化从下定单到产成品的生产活动全过程的相关硬件或软件组件(Component),它控制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并报告车间发生的各项活动,同时向企业决策支持过程提供有关生产活动的任务评价信息。
  MES的功能主要包括车间的资源分配、过程管理、质量控制、维护管理、数据采集、性能分析及物料管理等。
  通过上面的比较,我们发现MES功能和流程工业生产管理信息化的主要内容有很大程度的重合。MES技术是解决流程工业生产管理信息化问题的对症良药。
  CIMS理论是流程工业生产管理信息化的主要依据,而近年来ERP/MES/PCS已成为国外流程工业CIMS理论和产品的主流框架,大有替代Pudue五层结构(决策-管理-调度-监控-直接控制)的趋势。流程工业企业内部物流的控制与管理、生产过程成本的控制与管理等生产管理活动都在MES层完成,因此MES层的信息集成至关重要,它是流程工业CIMS研究与发展的关键,而实施MES的关键又在于体系结构和关键技术的解决。
  
  二、流程型企业生产管理信息化体系结构构建
  
  分析流程企业信息化应用,可以将信息化分为三个层次:第一层次,装置层的信息化,即是企业生产过程自动化,如集散型控制系统(DCS)、可编程控制器(PLC)、大型监督控制和数据采集(SCADA)。第二层次,车间作业层,即制造执行系统MES,要实现企业内部集成信息系统,起到承上启下的作用。提供从接受订货到制成产品全过程的生产数据第三层次:是企业ERP建设的范围,覆盖范围进一步扩大,不仅要包含企业内部业务,还需集成所有与企业经营相关的企业内部及外部的资源和业务。
  在这三个层次之中,生产管理系统位于企业上层企业资源计划(ERP)和底层工业控制(DCS/PLC)之间,面向车间层的管理系统架起了工厂与办公室之间的桥梁,填补了两者之间的鸿沟,它在整个企业信息集成中承上启下,是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁。MES采集从生产任务下达到生产完成全过程的各种数据和状态信息,优化生产管理活动,跟踪生产过程中物料移动和设备状况,使企业真正成为“智能化工厂”。
  从流程工业的发展来看,DCS/PLC的应用已非常普及,自动采集生产过程的实时数据成为可能,MES通过采集生产作业数据进行分析比较,并连接ERP系统,对于流程企业信息化起着关键的作用,真正为企业创造效益。
  流程工业生产管理系统中,下层生产过程控制(PCS)的实时信息和上层企业资源管理(ERP)的各类信息都在MES层中融合与贯通,并通过信息集成形成优化控制、优化调度和优化决策等的判断或指令,实现流程工业企业生产过程的安全、稳定、均衡、优质、高产、低耗的目标;同时,企业内部物流的控制与管理、生产过程成本的控制与管理等生产管理活动都在MES层完成。针对流程工业的特点和目前CIMS技术的发展,MES必须采用开放性的、柔性的、可扩展的、模块化的、面向对象和应用的基于知识的体系结构。
  笔者基于以上理论,构建了“基于MES技术的流程型企业生产管理信息化体系结构”,如下图所示。


  
  基于MES技术的流程型企业生产管理信息化体系结构图
  基于MES技术的流程型企业生产管理信息系统应该重点解决管理系统与控制系统信息脱节问题,它可以从ERP系统中获取生产计划信息,实际安排生产;也可以连接控制系统,优化生产过程。同时,可以作为一个独立系统使用,为企业生产调度、工艺部门提供有效的决策工具。
  三、流程型企业生产管理信息化的实施
  
  MES系统涉及到企业生产及其管理的各个方面,实施MES系统不仅是软件问题,也是管理和观念的系统工程。
  在规划实施阶段时,应按功能由简到难的顺序:第一步:实现对生产数据的采集、存储、分析、展示;第二步:对采集上传的数据进行深层挖掘,实现停机分析、质量统计分析和批次配方管理;第三步:实施生产调度系统、设备管理、实时成本分析等子系统构建完整的生产管理系统;
? ∈凳㎝ES系统的原则是,尽量采用成熟技术,规避风险,最大限度保护企业投资。系统中的模块均可以独立运行,并可以与其他模块无缝集成,灵活组合,因此可以采用统一规划、分步实施的方法,制定出近期、中期、远期的总体规划,然后分模块实施,从能够快速见效的模块入手,见效一块实施一块。
  在我国实施的CIMS战略中,车间自动化一直是一个薄弱环节,而实施MES则是提升车间自动化水平的有效途径,因此MES在我国具有广阔的发展空间和应用前景。

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