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MES系统在中国纸业的应用现状与发展

[日期:2010-01-24] 来源:万方数据  作者:张成磊 侯书庆 [字体: ]
  制造执行系统MES(Manufacturing Execution System)是美国上世纪九十年代提出来的概念,是指通过信息的传递对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂中有实时事件发生时,MES能及时对这些事件作出反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行约束和处理。根据当前企业信息化实施经验,企业信息化模型分为三层:企业级(ERP)、生产级(MES)、过程级(SFC),如图1。


图1 企业信息化模型


    MES处于企业级和过程级的连接层,主要负责生产管理和调度执行。MES通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的工厂所有资源来提高制造竞争能力,提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式,从而实现实时化的ERP/MES/过程控制系统的集成一体化。它形成了一个信息交换的桥梁,使企业管理者能够实时的掌握生产信息,进行决策生产。在提高生产效率、加强生产管控能力,降低消耗等方面发挥着重要的作用。

1 MES在纸业的应用原理

    在造纸工业中,底层控制系统已经基本上实现了基础自动化和过程自动化,并且在此基础上形成了相对独立的系统,但是每个系统都有各自的处理逻辑、数据库、数据模型和通信机制,他们形成一个个信息孤岛,缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理。以晨鸣某厂为例:纸机DCS和QCS是Mesto DNA的,涂布机为Seimens Wincc5.x,浆线为Seimens Wincc5.x,涂料制备为FactoryLink 6.6.0,它们之间在软件上相互独立,不能提供资源共享。同时,底层生产控制系统和上层管理系统之间缺少一个中间层软件,这使得底层大量的数据闲置,很难为管理层提取出建设性信息。

    另外ERP等管理信息系统主要是针对资源计划,这些系统通常能处理昨天以前发生的事情(作历史分析),亦可预计并处理明天将要发生的事件,但对今天正在发生的事件却相对处于一个盲区。在ERP所关注的各项资源中,生产过程信息在企业的管理系统中始终是“离线”的,生产过程信息始终不能连续,自动、完整的反映在企业管理系统中。这样在管理信息系统和生产控制系统之间,存在一个信息流上的断层。

    一些国际大生产商的MES产品已经十分成熟,其设计原理是借助于现代信息技术和先进功能,消除管理系统和生产控制系统之间的断层,提高制桨造纸的效率和盈利。一套完整的MES系统涵盖了从订单下达到生产排产、分切优化、卷取、涂布、复卷、再卷、质量检查、质量管理、成本管理、仓储管理及ERP集成的全业务流程,如图2所示。并且这些MES系统对整个流程施行模块化管理:工厂订单处理、生产计划、复卷分切优化、质量管理、生产成本核算、物流、报表。它们的每个模块基本上可以单独实施,又可以同时应用。


图2 MES涵盖流程


    MES信息平台可建立数字化透明工厂使得集团领导及时准确的了解生产状况、发现问题、解决问题。通过实时数据采集、长期存储生产数据和统计分析数据,为管理部门提供准确的决策依据,使得生产管理部门把精力从收集数据转移到分析数据、研究问题、改进生产上。数据采集的实时性、淮确性是整个MES系统成功运行的重要保障,这些数据来源可以分成这样几种:生产过程自动化数据。特殊设备的系统直接连接数据(如质量检测设备、各种手工数据、车间操作工人的设备故障信号、原因指定等),基于关系型数据库的ERP数据和其它商务系统的数据。以前面提到的晨鸣某厂为例,MES系统构架如图3所示。


图3 晨鸣某厂MES系统构架


    MES使用实时的、准确的数据信息来响应、指导、触发、报告生产现场发生的事件;对制桨造纸各工段设备运行状态、库存、水电汽的消耗等实时数据进行分析处理,并能将各个子公司的重要信息通过因特网及时准确地传递给相关管理人员,合理进行生产调度,同时现场信息可以及时报告给集团级领导,为企业决策提供直接支持。

2 MES在中国纸业的应用现状

    目前,国内MES系统在石油、钢铁、汽车等行业应用较为成功,但是在造纸行业应用案例不多。黑龙江斯达造纸有限公司从1997年4月到1999年1月,开始引人计算机管理,从抓原材料采购、产品销售和生产流程这三个环节入手,一定程度卜实现了管理信息化。自行开发编制了部分计算机软件,建立计算机网络,推进信息化管理。建立以市场价格为依据、成本电算化为基础的成本管理系统,运用计算机管理完善物资采购管理系统、销售管理系统和质量管理系统,全面推进信息化管理,设立工业电视系统,使调度人员在室内监控现场并调整生产,收到了一定的效果。但是由于大部分生产设备自动化水平低,不能开发从DCS系统实时提取数据的软件,无法实现现场数据的实时采集,进入系统的数据为手工录入,难以保证谁确性,上层依托斯达集团独立的信息工程公司自己开发的系统,能够实现部分数据信息的显示、共享,但其产品没有扩展性,并不能适合其他的企业,也不是真正意义上的MES系统。2004年10月,泰格林纸集团岳阳纸业股份有限公司联同浙江中控软件技术有限公司共同申请国家科技部“863”项目资助,针对造纸行业的MES解决方案进行了联合研发,取得一定效果。华泰集团采用山东大学、西北工业大学和石油大学(华东)开发的MES系统进行试点,主要在ERP和DCS间搭建了数据链平台,实现实时数据库和关系数据库的集成。该系统的主要功能包括生产过程的管理与生产计划的管理。MES以过程数据(从DCS系统获得)模型为核心,连接实时数据库和关系数据库,对生产过程进行实时监视、控制和诊断,进而完成环境监测、单元整合、过程模拟和参数优化,并在生产过程管理层进行物料平衡、生产计划、调度、排产、离线与在线模拟与优化等。实现从DCS系统提取实时数据的功能,并将数据存人关系数据库,建立企业统一的信息技术平台,重点解决企业管理信息的标淮性、一致性、完整性和共享问题。

    国内关于MES的研究、开发和应用只是近年来的事情,与国外存在差距。国内MES厂商无法提供成熟的产品并满足产品化要求,一般不支持二次开发,产品可移植性差。国外的TE、ABB、Honeywell、GE、Seimens等公司为MES系统主要的供应商,并且在造纸业产品也很成熟。2007年4月UPM常熟纸厂完整的MES系统投入运行;2007年12月斯道拉恩索华泰纸厂MES系统正式运行;目前广州造纸的MES系统也已运行,日照亚太森博虽然实施了一套MES系统,但并未投入应用;泰格骏泰已经签订合同准备实施。晨鸣纸业集困正在加快MES系统的实施步伐。

3 MES系统在中国纸业的发展趋势

    中国纸业要真正成为世界纸业航母,需要改变传统的管理方式,与国际造纸业管理模式接轨。那么实施企业信息化,运用先进的MES信息管理平台,建立透明化数字工厂模型,提高管理效率,降低管理成本,提高企业在国际造纸业的竞争能力是一种发展的必然趋势。

    3.1 实施MES的基础条件

    目前,我国造纸业生产过程自动化程度很高,自动化技术应用广泛,Mesto、Voith、Seimens、ABB、Honeywell、GE等世界先进的过程控制系统广泛应用在国内一些大型造纸企业,同时国内自动化发展迅速,实现了造纸企业基础自动化和过程自动化。在管理信息化方面,随着企业信息化建设的不断深入,ERP等信息化管理软件也逐渐为越来越多的企业所接受,并开始广泛应用于企业管理中。由此可见中国造纸业已完全具备MES实施条件。

   3.2 实施MES系统的必要性

    3.2.1 企业生产经营的需求

    伴随着纸和纸板出口量的加大,对产品交货时间的严格要求,营销部门对产品纸种、等级、质量、外观要求的不断更换,造成生产计划的不断变化。同时国内象晨鸣纸业集团各子公司地域的不同,以及未来集团国际化及境外子公司建立的发展趋势,需要企业的销售部门对生产部门情况非常了解,掌握各生产线的实时数据,避免签订不合理合同;而生产部门也需要及时掌握当前各项订单情况,及时掌握生产历史情况和现实数据,快速准确地根据销售合同和调度计划制定科学的生产计划。要实现这一点,需要的不仅是先进的生产设备和能力,更重要的是保证生产计划-生产-控制-仓储-运输等一系列环节的信息畅通和交流、反馈,在企业的计划层和生产控制层间建起一座桥梁。

    3.2.2 造纸行业发展的需要

    要达到成本和质量的双赢,必须严格控制产品生产的全过程和影响生产的各种因素。最有效的方法就是加强对原料、水电汽和人员的全面监控与调度,对分公司的各个点进行有效的监控和信息管理,加强生产资源综合调度管理,使之发挥最大的效益。

    3.2.3 提高经营决策的需要

    企业领导正确决策市场、管理生产的关键除了及时收集、处理大量市场信息、现场管理信息外,更重要的就是保持这些数据的真实性和有效性。

   3.2.4 提高经济效益

    MES系统在造纸企业的应用,将会给企业带来很大的经济效益。仅以生产成本模块和切纸优化模块为例:生产成本模块可以根据现场数据、原料价格、人工、设备折旧等实时的计算生产成本,对于生产过程中低效、昂贵的生产运作和决策进行及时有效的调整,从而大大降低生产成本。切纸优化模块可以根据订单,得到最优的切纸方案,减少切边损耗。

    总之,“以信息化促进工业化”是制造业提高生产经营水平的必然选择。深刻理解MES这一先进的管理思想,实现企业生产活动与经营活动的有效集成,建立数字化透明工几成为优化运行、优化控制与优化管理的桥梁和纽带,对干进一步提高中国造纸企业在世界上的竞争能力,将发挥出巨大的推动作用。MES系统的推广和应用,是中国造纸业信息化发展的必然趋势。

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