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王曉東

1  前言
企業資源規劃（Enterprise Resources Planning，ERP）是當今企業信息化的重點。它是將企業所有資源進行整合集成管理，簡單的說是將企業的三大流：物流、資金流、信息流進行全面一體化管理的管理信息系統。在企業中，一般的管理主要包括三方面的內容：生產控制（計劃、制造）、物流管理（分銷、采購、庫存管理）和財務管理（會計核算、財務管理）。
生產控制管理模塊是ERP系統的核心所在，它將企業的整個生產過程有機的結合在一起，使得企業能夠有效的降低庫存，提高效率。同時各個原本分散的生產流程的自動連接，使生產流程能夠前后連貫的進行，而不會出現生產脫節，耽誤交貨時間。
生產控制管理模塊中的車間控制是將作業分配到各個車間，再進行作業排序、作業管理、作業監控。這是隨時間變化的動態作業計劃。制造標準是在編制計劃中需要的許多生產基本信息，包括零件、產品結構、工序和工作中心，它們都用唯一的代碼在計算機中識別。
控制系統和ERP系統在生產車間交叉，而企業的信息化需要兩者相互融合，才能更好地促進企業的發展。所以MES（Manufacturing Execution System）應運而生，它包括了一系列的改進生產過程的解決方案，可以加速生產周期，縮短產品推向市場的時間，改進產品質量，執行嚴格的產品追蹤，提高設備利用率等。典型的MES應用包括：質量信息系統、統計分析、產品追蹤、自動化數據管理、資源管理、生產調度。應該說MES并非一個新事物，與很多廠商提出的管控一體化具有相同的概念范疇。但國內管控系統的應用大多只有控制、監視以及生產統計功能，并不具有生產管理功能。
由北京天高智機公司研制的制絲線管控系統不僅具有傳統控制系統的控制和監測功能，而且具備了MES的基本框架并實現了基本功能，實現了生產過程自動化和生產信息管理系統功能的有機融合。下面就以實施完成的某卷煙廠制絲線管控系統為例進行簡要介紹。
2  系統結構
從企業系統結構來看，整個企業從上到下分為四層：企業管理層、生產管理層、控制執行層、現場設備層，如圖1所示。制絲線管控系統位于生產管理層、控制執行層、設備層三層，實現了三層的基本功能，并為企業管理層提供了信息瀏覽工具和數據庫接口。
(1)  企業管理層 它是利用計算機網絡技術把各部門、各車間的計算機聯網，并與生產線上的網絡聯通，以傳送它們之間的信息，從而進行多方面的綜合管理。
(2)  生產管理層 由計算機、打印機構成。使用iFIX組態軟件和ORALCE數據庫，實現生產狀態監測、生產管理、質量管理、設備管理。該層通過計算機網絡與企業管理層進行數據通訊，向上級部門發布生產和工藝數據，為企業的決策提供依據，并接受企業的指令等；向下通過SIEMENS工業以太網與控制執行層進行數據通訊。對車間生產線進行監控，以及對車間生產線下發生產任務、配方、工藝參數、控制參數等，以實現集中監控和管理。

 圖1  企業結構系統示意圖

(3)  控制執行層 該層由SIEMENS S7-400 PLC及現場操作終端組成。實現開關量、模擬量控制，設備運行狀況顯示，數據采集、顯示，參數設置、設備故障顯示等。PLC直接對設備層上的數字開關量(如電機的啟停、電磁閥的通斷等)、模擬量(如加香、溫度、流量、水份等)進行控制、監測等。在現場操作終端上設置必要的工藝參數、控制參數等，并可以顯示有關的設備狀態和生產數據。
(4)  設備層 該層接受控制執行層的控制命令。通過現場總線（如SIEMENS PROFIBUS-DP）與控制執行層通訊。通過自身的執行機構(如電機、電磁閥等)、傳感器檢測機構(如光電開關、接近開關等)、智能單元來按控制程序(工藝)完成生產。
3  系統功能
制絲線管控系統可分為控制系統和生產管理系統兩部分。
(1)  控制系統根據生產指令和設備狀態自動啟停設備，通過控制回路實現配方所要求的工藝參數和配比比例，并采集相關的生產數據（包括設備狀態、工藝參數、貯存信息、生產記錄）傳送給生產管理系統。生產管理系統監測所有設備狀態和工藝參數和控制系統的狀態、匯總生產記錄和貯存信息、管理配方和工藝參數表；制定生產計劃，并根據生產計劃向各控制子系統下發生產任務、配方、工藝參數，將工藝參數進行歷史歸檔，并在此基礎上進行質量統計和質量分析，將設備故障和設備停機記錄存入數據庫，并根據此分析設備停機原因和設備維護決策。
(2)  制絲線管控系統的管理功能包括生產統計、生產調度、質量管理、設備管理等。
  生產統計是實現將生產記錄和庫存記錄存入數據庫，并根據生產類別/牌號、班次、班別實現生產線的生產數據統計，為生產調度提供數據基礎。
  生產調度是制定每天的生產計劃，按照各工藝段下發生產任務和工藝參數。生產調度需要管理系統和控制系統的緊密配合。
  配方管理包括配方和工藝參數的查詢、修改、添加、刪除。
  質量管理包括質量報表、質量分析(合格率、最大值、最小值、平均值、均差、超限數據統計等)。
  設備管理包括報警記錄、生產停機記錄、設備運轉情況統計、設備維修管理、備件管理。
4  采用技術
在系統設計和實現方面采用了大量先進技術，保證了管控系統的順利實施和功能的完整實現。
(1)  現場總線技術
我們在現場I/O中，采用了PROFIBUS-DP技術。它具有配置方便，簡單快速的起動，生產中的高度靈活性，可靠和確實的診斷數據，可靠的數字傳輸技術等優點。
(2)  PLC
采用SIEMENS S7-400 PLC，它不僅支持現場總線，而且支持工業以太網。
(3)  工業以太網
我們在控制網絡中采用了SIEMENS的工業以太網。它具有以下優點：
①  數據傳輸速率高，能提供足夠的帶寬；在整個管控系統中有大量的實時數據需要傳送，工業以太網為數據傳輸提供高速公路；
②  采用與標準以太網共同的CSMA/CD技術使互聯極為方便。由于與廠級網具有相同的通信協議，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT(信息技術)系統；
③  CP443-1 IT/CP343-1 IT網卡的應用使工業以太網具有E-mail和WEB等互聯網技術，通過E-mail、瀏覽器等鏈接到辦公室自動化系統可以直接地將控制數據發送到管理網絡。
(4)  組態軟件
iFIX是過程監視及控制軟件，不僅支持報警和報警管理、實時和歷史趨勢，而且具有網絡和數據庫功能。它內置標準的vba功能，引用ADO、OO4O后可以方便實現數據庫的查詢、插入、刪除、修改，也可以使用iFIX內置的Visiconx來實現生產數據的查詢。
(5)  數據庫
選用了大型關系型數據庫ORACLE，其性能優越，可管理性和安全性非常好，而且與ERP系統連接非常方便。
(6)  Web Server
Windows2000 Server中的IIS(Internet Information Server)提供了Web服務功能，采用ASP技術實現與ORACLE數據庫的鏈接。由此可對生產過程中的匯總數據歸檔，以及對報警紀錄進行瀏覽。我們還使用了iWebServer，它可以方便地讀取iFIX中的實時數據。使用Web Server提供了廉價卻有效的生產查詢解決方案。
同時為增加管控系統的可靠性還采用了冗余、備份、鏡像等高可靠性技術。
5  系統實施
由于管控系統的復雜性，在實施中應注意以下幾點：
(1)  需求分析的重要性 在系統設計之前，必須深入了解用戶的需求。并不斷改進設計方案，如此幾次后再確定設計方案。
(2)  方案設計要細致嚴謹 不僅要考慮用戶需求和功能的實現，更要考慮技術的可行性。
(3)  協調的重要性 系統不僅需要與機械、傳感器等廠家協調，而且需要與ERP系統連接，甚至系統中還包含其他廠商實現的子系統，所以必須將協調工作放在現場工作的首位，并最好由專人負責協調工作。
(4)  文檔的重要性 在系統實施中有大量的技術協議和數據定義文檔，而且隨時變化，必須有專人負責文檔的更新和統一工作。
(5)  統一的數據定義 數據和數據庫的定義必須有統一的命名方法和統一的存放原則，而且項目組必須遵守這一原則。出現問題必須以數據定義為準。
(6)  統一的編程思想和方法 不同的子系統應該采用統一的內部數據命名方法，相同的功能采用統一的思路，而且功能塊和數據塊盡可能協調一致。
(7)  技術問題要盡可能在項目初期暴露和解決。
6  系統帶來的好處
(1)  將設備控制、生產執行、生產管理緊密地集成在一起，為生產決策提供了堅實的信息基礎和有力的生產手段，初步完成了現場數據向生產信息到管理決策的轉換。
(2)  轉換工廠數據變成工廠智能，真正將辦公室與現場連接起來，生產人員可使用客戶端工具或瀏覽器來監視、分析及報告其生產過程。
(3)  簡化了復雜繁瑣的工作流程。
(4)  提高生產效率。
7  結語
通過制絲線管控系統的實施和用戶的反饋，我們認為系統的廣度可以再拓寬，如質量在線分析、設備預警、生產決策、成本管理和效能管理等功能。深度可以再挖掘，如信息的豐富性及信息之間的內在聯系。這是需要我們長期研究的課題，另外系統的安全性和可靠性也是需要加強的方面。
MES是一個跨自動化、計算機、管理、信息等多學科的系統科學，它的實現不僅需要技術人員對技術的了解和生產模式及工藝要求的了解，更需要甲方管理觀念的轉變和配合。而且實施過程中更需要多方配合，要克服固有束縛，本著一切為企業的信息集成服務的思想。企業信息化是永無止境的，它需要業內人士的不停探索和大膽嘗試。