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   摘要：塑膠原料生產(chǎn)是一個典型的批次生產(chǎn)過程，其MES系統(tǒng)的功能需求不同于離散工業(yè)和流程工業(yè)，有其行業(yè)的特殊性。本文借助英維思MES軟件平臺，通過對訂單的跟蹤管理和配方邏輯模型的再造，成功地實現(xiàn)了塑膠原料生產(chǎn)企業(yè)ERP（企業(yè)資源管理）與PCS(生產(chǎn)控制系統(tǒng))的信息集成，為流程行業(yè)MES系統(tǒng)的實踐提供了新的補充，取得了很好的效果。

 關(guān)鍵詞：MES；批次流程；訂單管理；配方管理；信息集成

   1 引言

   2009年，英維思受某材料科技公司（簡稱MSC）的委托，為其分布在全球的塑膠企業(yè)開發(fā)MES系統(tǒng)。塑膠原料生產(chǎn)企業(yè)屬于典型的批次流程過程制造企業(yè)。批次流程過程MES的實踐和理論都落后于離散工業(yè)和流程工業(yè)^[1，2]。批次流程既有流程工業(yè)生產(chǎn)的特點，又有離散工業(yè)生產(chǎn)的特點，從某種意義上講，它是流程工業(yè)和離散工業(yè)的結(jié)合。其MES既有流程工業(yè)MES和離散工業(yè)MES的要素，又有不同的特點，需要適應(yīng)于該特點的核心解決方案。

    市場需求變化越來越快，是否能快速生產(chǎn)出適應(yīng)市場需要的產(chǎn)品，已經(jīng)成為企業(yè)成敗的關(guān)鍵，對MES系統(tǒng)的需求也日益增長^[3]。MSC公司明確要求為其塑膠原料生產(chǎn)基地，在SAP ERP系統(tǒng)和DCS/PLC 控制系統(tǒng)之間實現(xiàn)MES管理，包括生產(chǎn)訂單管理、配方管理、設(shè)備和物料跟蹤等，形成生產(chǎn)管理和控制的標準程序，并在其亞太區(qū)所有塑膠原料生產(chǎn)基地推廣。

   2 MSC塑膠生產(chǎn)現(xiàn)狀及其對MES系統(tǒng)的要求

   2.1 塑膠廠生產(chǎn)工藝及其管理流程

    MSC塑膠廠生產(chǎn)工藝，包括原料的準備和移動控制系統(tǒng)，聚合物單體和各種添加劑的混合控制系統(tǒng)、聚合反應(yīng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)和包裝工段等，其工藝總流程如圖1所示：
  
                     
                                  圖1 MSC塑膠廠工藝總流程

   MSC MES系統(tǒng)管理及工作的生產(chǎn)操作系統(tǒng)范圍為預(yù)混料區(qū)域、存儲區(qū)域、生產(chǎn)區(qū)域，以及和它們密切相關(guān)的實驗室分析系統(tǒng)和稱重系統(tǒng)。MSC塑膠廠的生產(chǎn)制造部分的業(yè)務(wù)流程大致如圖2所示：
  
                     
                           圖2 MSC塑膠廠生產(chǎn)制造業(yè)務(wù)流程

     2.2 MSC塑膠廠對MES系統(tǒng)的功能要求

    MSC塑膠廠在企業(yè)管理方面，已經(jīng)采用的SAP R3系統(tǒng)、原料稱重系統(tǒng)（Spending System）、產(chǎn)品檢驗系統(tǒng)（LIMS）和實時監(jiān)控系統(tǒng)(OSI-PI& DeltaV)，具體情況如表1所示：

   在MES系統(tǒng)實施前，調(diào)度室的訂單系統(tǒng)、實驗室的實驗室信息系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場的控制系統(tǒng)之間不能進行信息共享，各職能部門間信息交互滯后。各系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)和信息存在不一致，有時甚至是矛盾的情況。

    MSC塑膠廠對MES系統(tǒng)的功能要求，有非常明確的目的，那就是將訂單生成系統(tǒng)（SAP系統(tǒng)）、質(zhì)量檢驗系統(tǒng)（LIMS）系統(tǒng)和生產(chǎn)實時控制系統(tǒng)（OSI-PI& Delta V）集成為一個有機整體，高效、敏捷地實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的組織、管理和執(zhí)行。

    3 英維思MES系統(tǒng)塑膠企業(yè)中的應(yīng)用

   3.1 塑膠企業(yè)MES 業(yè)務(wù)模型設(shè)計

    通過以上對MSC塑膠廠業(yè)務(wù)的疏理，了解MSC MES系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型設(shè)計的核心是生產(chǎn)執(zhí)行方面的訂單管理和配方管理。

   根據(jù)MSC塑膠廠生產(chǎn)制造的業(yè)務(wù)流程，在MES系統(tǒng)中為訂單管理業(yè)務(wù)設(shè)計了一系列訂單狀態(tài)，MSC MES訂單管理流程就是一個緊密銜接的訂單狀態(tài)改變的過程。概要地講如圖3所示：
        
                     
                              圖3  MSC MES訂單管理流程

    MSC MES系統(tǒng)通過對訂單是從“計劃”狀態(tài)一步一步進行到最終的“存檔”狀態(tài)的管理，和提供相應(yīng)的管理操作界面，為生產(chǎn)部門的最終用戶提供訂單管理相應(yīng)的功能和操作。

    MSC MES系統(tǒng)中生產(chǎn)過程訂單的完成，必須得到配方管理技術(shù)的支持，涉及的主要配方有三組，主配方包括等級主配方、顏色主配方，普通配方包括等級普通配方、顏色普通配方，實時配方包括實時等級配方、實時顏色配方和實時綜合配方。這些配方與SAP的生產(chǎn)訂單、生產(chǎn)線工藝參數(shù)、質(zhì)量和稱重數(shù)據(jù)有關(guān)，并幫助最終實現(xiàn)SAP訂單所要求的批次產(chǎn)品。

   圖4大致表達了各配方模型之間的邏輯關(guān)系，即來自SAP系統(tǒng)的等級訂單，通過MES產(chǎn)生一個等級主配方（MGR），等級主配方產(chǎn)生若干個普通組分配方和普通顏色配方，并提供缺省配方模板以在MES配方庫中建立從訂單到配方的過程；在MES的訂單執(zhí)行過程，實時綜合配方，綜合了實時工藝參數(shù)、資源、生產(chǎn)線和生產(chǎn)控制系統(tǒng)，最終完成訂單的執(zhí)行。
  
                    
                                 圖4  各配方模塊之間的邏輯結(jié)構(gòu)

   3.2 MES系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

   根據(jù)對MSC塑膠廠業(yè)務(wù)的探討和MSC公司對MES系統(tǒng)的功能要求，根據(jù)對英維思MES系統(tǒng)軟件的了解，英維思提出了以下的MES系統(tǒng)架構(gòu)，如圖5所示：
  
                      
                               圖5  Invensys MES系統(tǒng)架構(gòu)

   3.3 MES系統(tǒng)實施效果

   本系統(tǒng)涵蓋了原料準備、配方管理、計劃調(diào)度、生產(chǎn)流程和產(chǎn)品統(tǒng)計所涉及的所有模塊。系統(tǒng)上線后，MSC各生產(chǎn)部門的業(yè)務(wù)流程處理節(jié)奏明顯加快。例如：借助本系統(tǒng)，生產(chǎn)計劃的下達由調(diào)度員手工下票、電話通知方式轉(zhuǎn)變?yōu)樵贛ES系統(tǒng)中實時確認的方式，整個管理執(zhí)行時間縮短了一半以上。配方管理和訂單管理頁面，使調(diào)度員在調(diào)度室就可直接下達新的計劃；組分管理和訂單運行管理頁面，讓調(diào)度人員可以根據(jù)現(xiàn)場情況，及時合理地調(diào)整配方成分、作業(yè)計劃等，減少了調(diào)度員的工作負擔和人力需求。管理部門可以通過電子記錄查閱過往訂單的產(chǎn)品檢驗信息、實際生產(chǎn)配方和生產(chǎn)運行參數(shù)，實現(xiàn)了方便快捷的產(chǎn)品跟蹤。即使在其他國家的辦公室里，公司上層的管理人員也可以通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)訪問到MES系統(tǒng)界面，掌握每個工廠生產(chǎn)運行狀態(tài)的第一手資料。

   本系統(tǒng)是對流程工業(yè)MES系統(tǒng)實踐的一個補充，較好地實現(xiàn)了MSC對MES的功能要求。在第一個試點廠，本系統(tǒng)從開工到系統(tǒng)投用，周期為一年，而在推廣企業(yè)，僅用了兩個月的時間即完成了所有的項目實施工作。

   4 總結(jié)

   本文通過解剖塑膠生產(chǎn)這種批次流程的特點，提出訂單和配方管理為主線的MES業(yè)務(wù)模型，解決了塑膠生產(chǎn)中主配方模型、普通配方模型、實時綜合配方模型，以及各配方模型之間的邏輯關(guān)系在MES系統(tǒng)中表征的問題，采用英維思公司成熟的MES軟件平臺和專業(yè)技術(shù)，實現(xiàn)了ERP系統(tǒng)的料表（BOM）和訂單（UPO）與實時生產(chǎn)過程的集成，大大加快了訂單敏捷生產(chǎn)的節(jié)奏。這種基于配方管理的MES系統(tǒng)，為生產(chǎn)企業(yè)帶來了比傳統(tǒng)管理更加科學(xué)的管理，也為其它批次流程企業(yè)的MES系統(tǒng)的開發(fā)提供了一條可供借鑒的經(jīng)驗。

   隨著制造企業(yè)信息化管理的推進，越來越多不同批次流程制造企業(yè)，將會加入到推廣MES的需求范圍中來。對不同的工藝和管理要求，MES需要并針對這些需求提出自己的解決方案。但是訂單與配方管理，依然是批次流程工業(yè)管理的主線。我們將努力完善已有的工作成果，并將之實現(xiàn)為更容易使用和維護的模塊化、組態(tài)化平臺。最終目標是在批次流程工業(yè)MES系統(tǒng)的實施過程中，能像DCS系統(tǒng)技術(shù)供應(yīng)商為過程控制系統(tǒng)所提供的平臺一樣，建立企業(yè)的一體化解決方案。

   參考文獻：

   [1]王華. 煉油化工生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)綜述[A]. 第五屆工業(yè)儀表與自動化學(xué)術(shù)會議論文集[C]. 上海:2004.

   [2]鐘潤陽. MES在離散制造業(yè)中的應(yīng)用研究[D].廣東:廣東工業(yè)大學(xué),2009.

   [3]許風云,王為建. MES系統(tǒng)—化工企業(yè)信息化發(fā)展的關(guān)鍵[J]. 數(shù)字石油和化工,2007,(01).

   張弛（1983-）

   男，福建寧德人，碩士，畢業(yè)于北京化工大學(xué)計算機技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)任英維思公司MES項目實施顧問，主要研究方向為計算機技術(shù)應(yīng)用。