烟草行业的MES框架与实践

烟草行业的MES框架与实践

本文阐述制造执行系统(MES)的原理,并着重就卷烟企业制造执行系统在信息化中的定位进行了探讨,结合宁波卷烟厂制造执行系统(MES)的实践,提出了卷烟企业制造执行系统(MES)的设计原则、功能、实施要求和关键技术。坚持不懈的信息化建设工作,使卷烟企业已经初步建立起了以企业资源计划(MRPⅡ/ERP)系统为核心的企业管理信息系统,提高了企业的管理水平,同时也对信息化工作提出了更高的要求。由于上层生产计划管理受市场影响越来越大,明显感到计划跟不上变化。面对客户对交货期的苛刻要求,面对更多产品的改型,订单的不断调整,企业决策者认识到,计划的制订要依赖于市场和实际的作业执行状态,而不能完全以物料和库存回报来控制生产。而企业资源计划(MRPⅡ/ERP)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往往留下了不规范的缺口。找出任何影响产品质量和成本的问题,提高计划的实时性和灵活性,同时又能改善生产线的运行效率已成为每个企业所关心的问题。
  
制造执行系统(MES)恰好能填补这一空白。MES是处于计划层和车间层操作控制系统SFC之间的执行层,主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力,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。从而实现企业实时化的ERP/MES/SFC系统。改善生产组织、缩短生产周期、减少在制品数量、减少生产提前期,提高产品的质量和降低人力资源消耗。

1、制造执行系统(MES)概述

MES按其发展可分为二个阶段:传统的MES(TraditionalMES,T-MES)和可集成MES(IntegratableMES,I-MES)。由于T-MES系统是基于预先设定的程式进行系统开发的,因此,存在以下一些不足之处:
  
(1)开发此类系统成本高、效率低,并隐含着较大的风险,如过程有微小变化,就可能导致系统不能正常运转,系统的稳定性差。
  
(2)通用性差。目前市场上的制造执行系统由于没有一定的技术规范指导,因而使得系统的开发周期长、投资大,限制了系统中的对象交互。
  
(3)可集成性弱。目前,某些具有集成功能的MES,虽能实现与上层事务处理和下层控制系统的集成,但也仅仅局限于某个特定的系统或功能,使得MES系统能力大打折扣。
  
(4)缺乏互操作性。互操作性是系统敏捷性的一个重要标志。企业采用的数据库、操作系统是异构的,在分布式生产环境下,需要从不同的MES系统中裁剪不同的功能,以满足某个特定任务的需要,实现互操作。目前市场上的传统制造执行系统基本上没有此类功能。
  
为了解决传统制造执行系统存在的问题,出现了可集成MES,可集成MES结构分为以下三个层次:领域层(domain-specificlayer)、对象层(objectlayer)和基础架构层(low-levelinfrastructurelayer)。三层之间相对独立,从而为可集成的MES的实现提供了技术保证。它将模块化应用组件技术应用到MES的系统开发中,是两类T-MES系统的结合。从表现形式上看,具有专用的MES系统的特点,即I-MES中的部分功能作为可重用组件单独销售;同时,又具有集成的MES的特点,即能实现上下两层之间的集成。此外,I-MES还能实现客户化、可重构、可扩展和互操作等特性,能方便地实现不同厂商之间的集成和遗产系统的保护,以及即插即用等功能。
  
尽管MES软件的研究和开发取得了明显的进展,但在技术规范性和成熟程度方面还有较大的差距。如何解决MES软件的行业适应性问题,一直没能得到很好地解决,从而阻碍了MES软件产品市场的形成。软构件技术的发展,为MES软件产品化带来了新的契机,可集成MES软件成为发展方向。

2、烟草企业制造执行系统(MES)在信息化中的定位和功能结构

2.1 制造执行系统(MES)在信息化中的定位
我们宁波卷烟厂在不断技术创新的同时,潜心研究探索烟草企业管理发展的方向,努力把国际先进的管理思想与中国烟草企业的实际有效地结合起来,认为MES作为面向制造的系统必然要与企业其它系统有密切关系,MES在其中起到了信息集线器(Information Hub)的作用,它相当于一个通讯工具,为其它应用系统提供控制层的实时数据。在烟草企业中,MES与其他系统的接口如图1所示。2.2 卷烟企业制造执行系统(MES)的功能结构

卷烟厂生产管理信息系统是建立在完善的制丝(储丝)数据采集系统、卷接包数据采集系统、质量检测器具等各类数据采集系统上的,对于数据采集系统,在烟草行业的应用一直有一个误区,过去大家把数据采集系统的应用定位于重点采集生产的消耗数据,为机台考核及成本核算服务,这种定位实际上是错误的,因为再精确的采集也无法做到将生产过程中的边角余料(例如每个卷烟盘纸的剩余部分)以及人为的浪费采集出来,机台考核及成本核算只能以仓库发出的领料数为准,错误的认识极大地阻碍了数据采集系统在烟草企业的应用,因此,尽管很多企业纷纷建立了数据采集系统,但真正发挥实际效益的极少。我们认为应该把数据采集用于生产的实时指挥、质量的在线控制、设备的预防维修上,由此为烟草企业提供一种全新的生产管理模式,使烟草企业的生产管理水平上升到全新的高度。MES功能结构图如图2所示。





MES主要有九大功能模块,与各系统之间的关系如图3所示。



1)计划管理模块包括:设置工作计划(工作日历);根据产销衔接计划,自动生成卷包作业计划(月/日/班);制丝作业计划(日/批次)的编制和调整;能力平衡测算(主要辅料)和计划进度跟踪。
  
2)基础数据和文档管理模块包括:质量标准维护和查询;工艺控制参数维护和查询;设备基本信息维护和查询和维保项目信息维护和查询。
  
3)质量在线管理模块:指根据质量标准,对数采数据进行自动判断,超标情况进行报警,实现质量在线控制和统计分析。
  
4)设备维护管理模块包括:设备运行和维修记录管理;以周期性项目为基础的维护、保养、点检和润滑计划管理和生成维修备件领料单和清单。
  
5)物料跟踪模块:指系统提供原辅料消耗及批次跟踪。
  
6)车间考核和管理模块包括:在数采数据基础上对机台进行考核(质量、消耗、产量、设备)和车间人员管理。
  
7)统计分析模块:指以数采为基础的生产、消耗、质量、设备等信息统计分析和提供可视化的7种图示方式。
  
8)过程监控模块:包括集成制丝线、储丝楼、卷接包、成型、装箱实时数据,告警显示;提供图形显示平台和提供各种调度指令。
  
9)数据采集模块:包括制丝、辅料、卷接包、成型、装箱实时数据采集和质量检验检测数据采集。 2.3 卷烟企业制造执行系统(MES)的设计原则

根据上述卷烟企业MES系统定位和功能,结合烟草行业信息化系统建设原则,我们认为卷烟企业MES系统建设应遵循以下设计原则:

a.系统应遵循“实用、可靠、先进、经济、完整”的原则,突出实用性、符合MES功能规范,确保系统的安全性和可扩充性。

b.系统要充分体现MES的实时性、执行性、集成性和可视性等特点。

c.方案设计应在:生产计划调度、设备管理、质量管理、基础数据和文档管理、车间管理、数据采集、统计分析、物料跟踪和车间考核功能等方面展开。

d.系统设计应注重业务流程集成为主,总体规划,分步实施。
  
建成的系统应达到以下目标:建成一个统一的生产指挥调度平台;通过关键点的数据采集提供整个生产过程的数据分析;实现以数据采集为基础的车间考核功能;提供质量的在线跟踪控制和预警提示;实现与已有系统的有机集成。

3、宁波卷烟厂制造执行系统(MES)实践

3.1 宁波卷烟厂制造执行系统(MES)实施要求

与通用的MES系统不同的是,该系统是根据我们多年的烟草行业经验设计,根据实际情况,我们重点突出了生产、质量、设备管理的三条主线,围绕它们进行设计、开发,以适应宁波卷烟厂生产的实际情况,满足宁波卷烟厂现场生产管理的需要。我厂的MES是建立在完善的制丝储丝数据采集系统、卷接包数据采集系统、质量检测器具等各类数据采集系统上的,把数据采集用于生产的实时指挥、质量的在线控制、设备的预防维修上,由此为烟草企业提供一种全新的生产管理模式,使烟草企业的生产管理水平上升到全新的高度,具体实施要求如下:
  
(1)利用数据采集系统所获取的实时数据实现生产过程、产品质量的在线监控,提高快速反应能力,促进生产管理由被动指挥型向以预防为主、在线控制的主动实时指挥型管理体系发展。
 
(2)利用数据采集所获取的实时质量数据实现对在制品质量的在线监控,建立对质量参数变化的预防报警机制,预防质量问题的发生,并尽可能的通过对质量检测器具的质量检测数据自动采集,加快检测结果的反馈速度,把质量问题的影响降低到最小。
  
(3)利用数据采集所获取的设备状态及相关数据,使对设备的应急维修逐步过渡到有针对性的预防维修,建立设备故障报警机制,提高技术人员对设备故障的反应速度,建立维修专家支持系统,促使维修工作标准化,提高维修工作效率,提高设备的运行效率和对质量的保证能力。

3.2 关键技术

由于卷烟企业制造集成系统是面向卷烟生产全过程,为实时生产管理服务的。因此,设计和实施宁波卷烟厂制造执行系统(MES)必须根据我厂的实际,结合制造执行系统(MES)发展趋势,采用以下关键技术:

3.2.1 高通用性的综合集成技术

该技术具体体现在以下三个方面:

(1)建立高通用性的构架,我们将我厂实施的制造执行系统的结构分为三个层次:领域层、对象层和基础架构层。三层之间相互独立,从而为MES的高度集成性实现提供了技术保证。基础架构层是基于CORBA、RMI(RemoteMethodInterface)和DCOM等公共标准规范而建立的,是一种理想的软总线,尤其CORBA的分布对象技术,可以通过装配或扩展对象实现一个特定的应用软件系统,对象可以在不影响系统中的其它对象交互关系的前提下被修改,真正实现软件构件的即插即用。有关遗产系统可以通过封装成一个对象,而有效地实现与其它系统的交互,从而为高度的通用性打下坚实基础。
  
(2)提高可集成性:从技术发展角度和用户需求来看,软件结构本身应能与其它应用系统集成,做到信息共享和资源共享。因此我们在进行软件结构的设计时,充分考虑到这一点,不仅提高了企业MES中遗产系统的生命周期,降低对信息系统的投入,同时,也为目前及将来选择较为合适的各种软件提供了更大的空间。
  
(3)提高互操作性:我厂采用SYBASE的PowerDesinger8数据库,统一的数据库平台以及该平台的开放性保证今后可从不同的MES系统以及各MES系统中不同模块中裁剪不同的功能,以满足某个特定任务的需要,实现互操作。
  
综上,该系统集成了多个厂家的数据采集系统、管理系统的数据,并进行实时数据传递,将数据集成到厂服务器,构成统一的数据平台,并在此基础上开发出多种实时应用。3.2.2 基于微软的.NET平台开发技术

由于微软的.NET平台具有以下特点:

(1).NET框架旨在实现下列目标

①提供一个一致的面向对象的编程环境,而无论对象代码是在本地存储和执行,还是在本地执行但在Internet上分布,或者是在远程执行的。

②提供一个将软件部署和版本控制冲突最小化的代码执行环境。

③提供一个保证代码(包括由未知的或不完全受信任的第三方创建的代码)安全执行的代码执行环境。

④提供一个可消除脚本环境或解释环境的性能问题的代码执行环境。

⑤使开发人员的经验在面对类型大不相同的应用程序(如基于 Windows 的应用程序和基于 Web的应用程序)时保持一致。

⑥按照工业标准生成所有通讯,以确保基于 .NET 框架的代码可与任何其他代码集成。
  
(2).NET代表今后的技术发展趋势

.NET企业服务器系列软件组成了微软下一代网络系统。使用.NET技术,可以充分利用微软开发的相关技术和产品,适应今后的技术发展。
  
从而决定系统开发采用是在微软的.NET平台上进行开发,.NET是一个软件平台,可以连接着信息、用户、不同的系统和设备,它简化了在高度分布式Internet 环境中的应用程序开发。

3.2.3 品质管理技术

为保证系统实施的质量,专门制定并发布了品质管理制度,并在品质管理制度下开展品质管理工作。具体包括以下3点:

(1)统一规范。

我们根据系统的开发特点,统一了系统开发标准,制定了各种开发文档和编程规范。

(2)配置管理。

采用Microsoft公司的VSS进行配置管理,并对程序提交进行规定,在公司每天提交一次;在现场每周提交一次。
  
(3)检查与测试。

设置专职的品质管理组,按规定对文档进行检查,对提交的程序进行测试。测试结果采用公司自己开发的品质管理软件管理。公司管理人员、开发人员、品管人员通过品质管理通过软件,能及时查询检查和测试的结果。

3.2.4 项目管理技术

为保证项目进展顺利,我们在实施过程中采用项目管理,具体措施如下:

(1)明确项目目标与范围。

项目目标、范围和方法是项目的甲方和乙方开展工作的基础,是合同内容的具体体现。通过对项目目标和范围的管理,明确项目目标、范围和方法产生变更时,双方能够进行及时的调整,并承担各自的责任。
  
(2)建立项目组织。

项目成立了专门的项目组织,包括数采、过程监控、计划、质量、设备和品质管理等项目组,形成了完整的项目管理体系。

同时,我厂还成立了专门的项目管理组织,为系统实施提供了便利。

(3)制定项目计划。

通过对计划的制定、发布、变更(或取消)的全过程控制,确保:加强计划的指导作用;明确各阶段工作任务和工作量;平衡工作量,合理配置资源;为检查、评价、改进提供依据。
  
(4)进行项目检查与考核。

建立项目过程检查和评价制度,确保过程活动的质量和进度,同时对项目实施人员和部门的工作进行正确和有效评价。

宁波卷烟厂制造执行系统(MES)的实践是在国家局863项目专家总体组指导下进行和完成的。

4、结论

制造执行系统(MES)软件弥合了企业计划层和生产车间过程控制系统之间的间隙,是制造过程信息集成的纽带。MES通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产,同时也为敏捷制造企业的实施提供了良好的基础。深刻理解MES这一先进的管理思想,把握它的发展趋势,对于如何在烟草行业正确的研究和推广MES应用具有重要的理论和应用价值。  


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