摘要：塑膠原料生產(chǎn)是一個(gè)典型的批次生產(chǎn)過(guò)程，其MES系統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(guò)對訂單的跟蹤管理和配方邏輯模型的再造，成功地實(shí)現了塑膠原料生產(chǎn)企業(yè)ERP（企業(yè)資源管理）與PCS(生產(chǎn)控制系統)的信息集成，為流程行業(yè)MES系統的實(shí)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(jiǎn)稱(chēng)MSC）的委托，為其分布在全球的塑膠企業(yè)開(kāi)發(fā)MES系統。塑膠原料生產(chǎn)企業(yè)屬于典型的批次流程過(guò)程制造企業(yè)。批次流程過(guò)程MES的實(shí)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(diǎn)，又有離散工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)，從某種意義上講，它是流程工業(yè)和離散工業(yè)的結合。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(diǎn)，需要適應于該特點(diǎn)的核心解決方案。

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

   2 MSC塑膠生產(chǎn)現狀及其對MES系統的要求

   2.1 塑膠廠(chǎng)生產(chǎn)工藝及其管理流程

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

   MSC MES系統管理及工作的生產(chǎn)操作系統范圍為預混料區域、存儲區域、生產(chǎn)區域，以及和它們密切相關(guān)的實(shí)驗室分析系統和稱(chēng)重系統。MSC塑膠廠(chǎng)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(chǎng)生產(chǎn)制造業(yè)務(wù)流程

     2.2 MSC塑膠廠(chǎng)對MES系統的功能要求

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

   在MES系統實(shí)施前，調度室的訂單系統、實(shí)驗室的實(shí)驗室信息系統和生產(chǎn)現場(chǎng)的控制系統之間不能進(jìn)行信息共享，各職能部門(mén)間信息交互滯后。各系統提供的數據和信息存在不一致，有時(shí)甚至是矛盾的情況。

    MSC塑膠廠(chǎng)對MES系統的功能要求，有非常明確的目的，那就是將訂單生成系統（SAP系統）、質(zhì)量檢驗系統（LIMS）系統和生產(chǎn)實(shí)時(shí)控制系統（OSI-PI& Delta V）集成為一個(gè)有機整體，高效、敏捷地實(shí)現生產(chǎn)系統的組織、管理和執行。

    3 英維思MES系統塑膠企業(yè)中的應用

   3.1 塑膠企業(yè)MES 業(yè)務(wù)模型設計

    通過(guò)以上對MSC塑膠廠(chǎng)業(yè)務(wù)的疏理，了解MSC MES系統業(yè)務(wù)模型設計的核心是生產(chǎn)執行方面的訂單管理和配方管理。

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

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

    MSC MES系統中生產(chǎn)過(guò)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(shí)時(shí)配方包括實(shí)時(shí)等級配方、實(shí)時(shí)顏色配方和實(shí)時(shí)綜合配方。這些配方與SAP的生產(chǎn)訂單、生產(chǎn)線(xiàn)工藝參數、質(zhì)量和稱(chēng)重數據有關(guān)，并幫助最終實(shí)現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(lái)自SAP系統的等級訂單，通過(guò)MES產(chǎn)生一個(gè)等級主配方（MGR），等級主配方產(chǎn)生若干個(gè)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(guò)程；在MES的訂單執行過(guò)程，實(shí)時(shí)綜合配方，綜合了實(shí)時(shí)工藝參數、資源、生產(chǎn)線(xiàn)和生產(chǎn)控制系統，最終完成訂單的執行。
  
                    
                                 圖4  各配方模塊之間的邏輯結構

   3.2 MES系統架構設計

   根據對MSC塑膠廠(chǎng)業(yè)務(wù)的探討和MSC公司對MES系統的功能要求，根據對英維思MES系統軟件的了解，英維思提出了以下的MES系統架構，如圖5所示：
  
                      
                               圖5  Invensys MES系統架構

   3.3 MES系統實(shí)施效果

   本系統涵蓋了原料準備、配方管理、計劃調度、生產(chǎn)流程和產(chǎn)品統計所涉及的所有模塊。系統上線(xiàn)后，MSC各生產(chǎn)部門(mén)的業(yè)務(wù)流程處理節奏明顯加快。例如：借助本系統，生產(chǎn)計劃的下達由調度員手工下票、電話(huà)通知方式轉變?yōu)樵贛ES系統中實(shí)時(shí)確認的方式，整個(gè)管理執行時(shí)間縮短了一半以上。配方管理和訂單管理頁(yè)面，使調度員在調度室就可直接下達新的計劃；組分管理和訂單運行管理頁(yè)面，讓調度人員可以根據現場(chǎng)情況，及時(shí)合理地調整配方成分、作業(yè)計劃等，減少了調度員的工作負擔和人力需求。管理部門(mén)可以通過(guò)電子記錄查閱過(guò)往訂單的產(chǎn)品檢驗信息、實(shí)際生產(chǎn)配方和生產(chǎn)運行參數，實(shí)現了方便快捷的產(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(guò)內部網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)到MES系統界面，掌握每個(gè)工廠(chǎng)生產(chǎn)運行狀態(tài)的第一手資料。

   本系統是對流程工業(yè)MES系統實(shí)踐的一個(gè)補充，較好地實(shí)現了MSC對MES的功能要求。在第一個(gè)試點(diǎn)廠(chǎng)，本系統從開(kāi)工到系統投用，周期為一年，而在推廣企業(yè)，僅用了兩個(gè)月的時(shí)間即完成了所有的項目實(shí)施工作。

   4 總結

   本文通過(guò)解剖塑膠生產(chǎn)這種批次流程的特點(diǎn)，提出訂單和配方管理為主線(xiàn)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(shí)時(shí)綜合配方模型，以及各配方模型之間的邏輯關(guān)系在MES系統中表征的問(wèn)題，采用英維思公司成熟的MES軟件平臺和專(zhuān)業(yè)技術(shù)，實(shí)現了ERP系統的料表（BOM）和訂單（UPO）與實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程的集成，大大加快了訂單敏捷生產(chǎn)的節奏。這種基于配方管理的MES系統，為生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了比傳統管理更加科學(xué)的管理，也為其它批次流程企業(yè)的MES系統的開(kāi)發(fā)提供了一條可供借鑒的經(jīng)驗。

   隨著(zhù)制造企業(yè)信息化管理的推進(jìn)，越來(lái)越多不同批次流程制造企業(yè)，將會(huì )加入到推廣MES的需求范圍中來(lái)。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(xiàn)。我們將努力完善已有的工作成果，并將之實(shí)現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系統的實(shí)施過(guò)程中，能像DCS系統技術(shù)供應商為過(guò)程控制系統所提供的平臺一樣，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)執行系統(MES)綜述[A]. 第五屆工業(yè)儀表與自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì )議論文集[C]. 上海:2004.

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

   [3]許風(fēng)云,王為建. MES系統—化工企業(yè)信息化發(fā)展的關(guān)鍵[J]. 數字石油和化工,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(zhuān)業(yè)，現任英維思公司MES項目實(shí)施顧問(wèn)，主要研究方向為計算機技術(shù)應用。