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王曉東

1  前言
企業(yè)資源規(guī)劃（Enterprise Resources Planning，ERP）是當今企業(yè)信息化的重點。它是將企業(yè)所有資源進行整合集成管理，簡單的說是將企業(yè)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(tǒng)。在企業(yè)中，一般的管理主要包括三方面的內(nèi)容：生產(chǎn)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(chǎn)控制管理模塊是ERP系統(tǒng)的核心所在，它將企業(yè)的整個生產(chǎn)過程有機的結(jié)合在一起，使得企業(yè)能夠有效的降低庫存，提高效率。同時各個原本分散的生產(chǎn)流程的自動連接，使生產(chǎn)流程能夠前后連貫的進行，而不會出現(xiàn)生產(chǎn)脫節(jié)，耽誤交貨時間。
生產(chǎn)控制管理模塊中的車間控制是將作業(yè)分配到各個車間，再進行作業(yè)排序、作業(yè)管理、作業(yè)監(jiān)控。這是隨時間變化的動態(tài)作業(yè)計劃。制造標準是在編制計劃中需要的許多生產(chǎn)基本信息，包括零件、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、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(tǒng)和ERP系統(tǒng)在生產(chǎn)車間交叉，而企業(yè)的信息化需要兩者相互融合，才能更好地促進企業(yè)的發(fā)展。所以MES（Manufacturing Execution System）應運而生，它包括了一系列的改進生產(chǎn)過程的解決方案，可以加速生產(chǎn)周期，縮短產(chǎn)品推向市場的時間，改進產(chǎn)品質(zhì)量，執(zhí)行嚴格的產(chǎn)品追蹤，提高設備利用率等。典型的MES應用包括：質(zhì)量信息系統(tǒng)、統(tǒng)計分析、產(chǎn)品追蹤、自動化數(shù)據(jù)管理、資源管理、生產(chǎn)調(diào)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(nèi)管控系統(tǒng)的應用大多只有控制、監(jiān)視以及生產(chǎn)統(tǒng)計功能，并不具有生產(chǎn)管理功能。
由北京天高智機公司研制的制絲線管控系統(tǒng)不僅具有傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的控制和監(jiān)測功能，而且具備了MES的基本框架并實現(xiàn)了基本功能，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程自動化和生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)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(tǒng)為例進行簡要介紹。
2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
從企業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，整個企業(yè)從上到下分為四層：企業(yè)管理層、生產(chǎn)管理層、控制執(zhí)行層、現(xiàn)場設備層，如圖1所示。制絲線管控系統(tǒng)位于生產(chǎn)管理層、控制執(zhí)行層、設備層三層，實現(xiàn)了三層的基本功能，并為企業(yè)管理層提供了信息瀏覽工具和數(shù)據(jù)庫接口。
(1)  企業(yè)管理層 它是利用計算機網(wǎng)絡技術(shù)把各部門、各車間的計算機聯(lián)網(wǎng)，并與生產(chǎn)線上的網(wǎng)絡聯(lián)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(chǎn)管理層 由計算機、打印機構(gòu)成。使用iFIX組態(tài)軟件和ORALCE數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、設備管理。該層通過計算機網(wǎng)絡與企業(yè)管理層進行數(shù)據(jù)通訊，向上級部門發(fā)布生產(chǎn)和工藝數(shù)據(jù)，為企業(yè)的決策提供依據(jù)，并接受企業(yè)的指令等；向下通過SIEMENS工業(yè)以太網(wǎng)與控制執(zhí)行層進行數(shù)據(jù)通訊。對車間生產(chǎn)線進行監(jiān)控，以及對車間生產(chǎn)線下發(fā)生產(chǎn)任務、配方、工藝參數(shù)、控制參數(shù)等，以實現(xiàn)集中監(jiān)控和管理。

 圖1  企業(yè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖

(3)  控制執(zhí)行層 該層由SIEMENS S7-400 PLC及現(xiàn)場操作終端組成。實現(xiàn)開關(guān)量、模擬量控制，設備運行狀況顯示，數(shù)據(jù)采集、顯示，參數(shù)設置、設備故障顯示等。PLC直接對設備層上的數(shù)字開關(guān)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(jiān)測等。在現(xiàn)場操作終端上設置必要的工藝參數(shù)、控制參數(shù)等，并可以顯示有關(guān)的設備狀態(tài)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
(4)  設備層 該層接受控制執(zhí)行層的控制命令。通過現(xiàn)場總線（如SIEMENS PROFIBUS-DP）與控制執(zhí)行層通訊。通過自身的執(zhí)行機構(gòu)(如電機、電磁閥等)、傳感器檢測機構(gòu)(如光電開關(guān)、接近開關(guān)等)、智能單元來按控制程序(工藝)完成生產(chǎn)。
3  系統(tǒng)功能
制絲線管控系統(tǒng)可分為控制系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)兩部分。
(1)  控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)指令和設備狀態(tài)自動啟停設備，通過控制回路實現(xiàn)配方所要求的工藝參數(shù)和配比比例，并采集相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)（包括設備狀態(tài)、工藝參數(shù)、貯存信息、生產(chǎn)記錄）傳送給生產(chǎn)管理系統(tǒng)。生產(chǎn)管理系統(tǒng)監(jiān)測所有設備狀態(tài)和工藝參數(shù)和控制系統(tǒng)的狀態(tài)、匯總生產(chǎn)記錄和貯存信息、管理配方和工藝參數(shù)表；制定生產(chǎn)計劃，并根據(jù)生產(chǎn)計劃向各控制子系統(tǒng)下發(fā)生產(chǎn)任務、配方、工藝參數(shù)，將工藝參數(shù)進行歷史歸檔，并在此基礎上進行質(zhì)量統(tǒng)計和質(zhì)量分析，將設備故障和設備停機記錄存入數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)此分析設備停機原因和設備維護決策。
(2)  制絲線管控系統(tǒng)的管理功能包括生產(chǎn)統(tǒng)計、生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)量管理、設備管理等。
  生產(chǎn)統(tǒng)計是實現(xiàn)將生產(chǎn)記錄和庫存記錄存入數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)生產(chǎn)類別/牌號、班次、班別實現(xiàn)生產(chǎn)線的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，為生產(chǎn)調(diào)度提供數(shù)據(jù)基礎。
  生產(chǎn)調(diào)度是制定每天的生產(chǎn)計劃，按照各工藝段下發(fā)生產(chǎn)任務和工藝參數(shù)。生產(chǎn)調(diào)度需要管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的緊密配合。
  配方管理包括配方和工藝參數(shù)的查詢、修改、添加、刪除。
  質(zhì)量管理包括質(zhì)量報表、質(zhì)量分析(合格率、最大值、最小值、平均值、均差、超限數(shù)據(jù)統(tǒng)計等)。
  設備管理包括報警記錄、生產(chǎn)停機記錄、設備運轉(zhuǎn)情況統(tǒng)計、設備維修管理、備件管理。
4  采用技術(shù)
在系統(tǒng)設計和實現(xiàn)方面采用了大量先進技術(shù)，保證了管控系統(tǒng)的順利實施和功能的完整實現(xiàn)。
(1)  現(xiàn)場總線技術(shù)
我們在現(xiàn)場I/O中，采用了PROFIBUS-DP技術(shù)。它具有配置方便，簡單快速的起動，生產(chǎn)中的高度靈活性，可靠和確實的診斷數(shù)據(jù)，可靠的數(shù)字傳輸技術(shù)等優(yōu)點。
(2)  PLC
采用SIEMENS S7-400 PLC，它不僅支持現(xiàn)場總線，而且支持工業(yè)以太網(wǎng)。
(3)  工業(yè)以太網(wǎng)
我們在控制網(wǎng)絡中采用了SIEMENS的工業(yè)以太網(wǎng)。它具有以下優(yōu)點：
①  數(shù)據(jù)傳輸速率高，能提供足夠的帶寬；在整個管控系統(tǒng)中有大量的實時數(shù)據(jù)需要傳送，工業(yè)以太網(wǎng)為數(shù)據(jù)傳輸提供高速公路；
②  采用與標準以太網(wǎng)共同的CSMA/CD技術(shù)使互聯(lián)極為方便。由于與廠級網(wǎng)具有相同的通信協(xié)議，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT(信息技術(shù))系統(tǒng)；
③  CP443-1 IT/CP343-1 IT網(wǎng)卡的應用使工業(yè)以太網(wǎng)具有E-mail和WEB等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過E-mail、瀏覽器等鏈接到辦公室自動化系統(tǒng)可以直接地將控制數(shù)據(jù)發(fā)送到管理網(wǎng)絡。
(4)  組態(tài)軟件
iFIX是過程監(jiān)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(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫功能。它內(nèi)置標準的vba功能，引用ADO、OO4O后可以方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的查詢、插入、刪除、修改，也可以使用iFIX內(nèi)置的Visiconx來實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的查詢。
(5)  數(shù)據(jù)庫
選用了大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫ORACLE，其性能優(yōu)越，可管理性和安全性非常好，而且與ERP系統(tǒng)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(shù)實現(xiàn)與ORACLE數(shù)據(jù)庫的鏈接。由此可對生產(chǎn)過程中的匯總數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。使用Web Server提供了廉價卻有效的生產(chǎn)查詢解決方案。
同時為增加管控系統(tǒng)的可靠性還采用了冗余、備份、鏡像等高可靠性技術(shù)。
5  系統(tǒng)實施
由于管控系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)，更要考慮技術(shù)的可行性。
(3)  協(xié)調(diào)的重要性 系統(tǒng)不僅需要與機械、傳感器等廠家協(xié)調(diào)，而且需要與ERP系統(tǒng)連接，甚至系統(tǒng)中還包含其他廠商實現(xiàn)的子系統(tǒng)，所以必須將協(xié)調(diào)工作放在現(xiàn)場工作的首位，并最好由專人負責協(xié)調(diào)工作。
(4)  文檔的重要性 在系統(tǒng)實施中有大量的技術(shù)協(xié)議和數(shù)據(jù)定義文檔，而且隨時變化，必須有專人負責文檔的更新和統(tǒng)一工作。
(5)  統(tǒng)一的數(shù)據(jù)定義 數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫的定義必須有統(tǒng)一的命名方法和統(tǒng)一的存放原則，而且項目組必須遵守這一原則。出現(xiàn)問題必須以數(shù)據(jù)定義為準。
(6)  統(tǒng)一的編程思想和方法 不同的子系統(tǒng)應該采用統(tǒng)一的內(nèi)部數(shù)據(jù)命名方法，相同的功能采用統(tǒng)一的思路，而且功能塊和數(shù)據(jù)塊盡可能協(xié)調(diào)一致。
(7)  技術(shù)問題要盡可能在項目初期暴露和解決。
6  系統(tǒng)帶來的好處
(1)  將設備控制、生產(chǎn)執(zhí)行、生產(chǎn)管理緊密地集成在一起，為生產(chǎn)決策提供了堅實的信息基礎和有力的生產(chǎn)手段，初步完成了現(xiàn)場數(shù)據(jù)向生產(chǎn)信息到管理決策的轉(zhuǎn)換。
(2)  轉(zhuǎn)換工廠數(shù)據(jù)變成工廠智能，真正將辦公室與現(xiàn)場連接起來，生產(chǎn)人員可使用客戶端工具或瀏覽器來監(jiān)視、分析及報告其生產(chǎn)過程。
(3)  簡化了復雜繁瑣的工作流程。
(4)  提高生產(chǎn)效率。
7  結(jié)語
通過制絲線管控系統(tǒng)的實施和用戶的反饋，我們認為系統(tǒng)的廣度可以再拓寬，如質(zhì)量在線分析、設備預警、生產(chǎn)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(nèi)在聯(lián)系。這是需要我們長期研究的課題，另外系統(tǒng)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(tǒng)科學，它的實現(xiàn)不僅需要技術(shù)人員對技術(shù)的了解和生產(chǎn)模式及工藝要求的了解，更需要甲方管理觀念的轉(zhuǎn)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(yè)的信息集成服務的思想。企業(yè)信息化是永無止境的，它需要業(yè)內(nèi)人士的不停探索和大膽嘗試。