王曉東

1  前言
企業(yè)資源規劃（Enterprise Resources Planning，ERP）是當今企業(yè)信息化的重點(diǎn)。它是將企業(yè)所有資源進(jìn)行整合集成管理，簡(jiǎn)單的說(shuō)是將企業(yè)的三大流：物流、資金流、信息流進(jìn)行全面一體化管理的管理信息系統。在企業(yè)中，一般的管理主要包括三方面的內容：生產(chǎn)控制（計劃、制造）、物流管理（分銷(xiāo)、采購、庫存管理）和財務(wù)管理（會(huì )計核算、財務(wù)管理）。
生產(chǎn)控制管理模塊是ERP系統的核心所在，它將企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程有機的結合在一起，使得企業(yè)能夠有效的降低庫存，提高效率。同時(shí)各個(gè)原本分散的生產(chǎn)流程的自動(dòng)連接，使生產(chǎn)流程能夠前后連貫的進(jìn)行，而不會(huì )出現生產(chǎn)脫節，耽誤交貨時(shí)間。
生產(chǎn)控制管理模塊中的車(chē)間控制是將作業(yè)分配到各個(gè)車(chē)間，再進(jìn)行作業(yè)排序、作業(yè)管理、作業(yè)監控。這是隨時(shí)間變化的動(dòng)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(chǎn)車(chē)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(jìn)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(jìn)生產(chǎn)過(guò)程的解決方案，可以加速生產(chǎn)周期，縮短產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，執行嚴格的產(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、統計分析、產(chǎn)品追蹤、自動(dòng)化數據管理、資源管理、生產(chǎn)調度。應該說(shuō)MES并非一個(gè)新事物，與很多廠(chǎng)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(chǎn)統計功能，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(xiàn)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(shí)現了基本功能，實(shí)現了生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和生產(chǎn)信息管理系統功能的有機融合。下面就以實(shí)施完成的某卷煙廠(chǎng)制絲線(xiàn)管控系統為例進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
2  系統結構
從企業(yè)系統結構來(lái)看，整個(gè)企業(yè)從上到下分為四層：企業(yè)管理層、生產(chǎn)管理層、控制執行層、現場(chǎng)設備層，如圖1所示。制絲線(xiàn)管控系統位于生產(chǎn)管理層、控制執行層、設備層三層，實(shí)現了三層的基本功能，并為企業(yè)管理層提供了信息瀏覽工具和數據庫接口。
(1)  企業(yè)管理層 它是利用計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)把各部門(mén)、各車(chē)間的計算機聯(lián)網(wǎng)，并與生產(chǎn)線(xiàn)上的網(wǎng)絡(luò )聯(lián)通，以傳送它們之間的信息，從而進(jìn)行多方面的綜合管理。
(2)  生產(chǎn)管理層 由計算機、打印機構成。使用iFIX組態(tài)軟件和ORALCE數據庫，實(shí)現生產(chǎn)狀態(tài)監測、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、設備管理。該層通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )與企業(yè)管理層進(jìn)行數據通訊，向上級部門(mén)發(fā)布生產(chǎn)和工藝數據，為企業(yè)的決策提供依據，并接受企業(yè)的指令等；向下通過(guò)SIEMENS工業(yè)以太網(wǎng)與控制執行層進(jìn)行數據通訊。對車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行監控，以及對車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)下發(fā)生產(chǎn)任務(wù)、配方、工藝參數、控制參數等，以實(shí)現集中監控和管理。

 圖1  企業(yè)結構系統示意圖

(3)  控制執行層 該層由SIEMENS S7-400 PLC及現場(chǎng)操作終端組成。實(shí)現開(kāi)關(guān)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(kāi)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(jìn)行控制、監測等。在現場(chǎng)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(guān)的設備狀態(tài)和生產(chǎn)數據。
(4)  設備層 該層接受控制執行層的控制命令。通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)（如SIEMENS PROFIBUS-DP）與控制執行層通訊。通過(guò)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(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等)、智能單元來(lái)按控制程序(工藝)完成生產(chǎn)。
3  系統功能
制絲線(xiàn)管控系統可分為控制系統和生產(chǎn)管理系統兩部分。
(1)  控制系統根據生產(chǎn)指令和設備狀態(tài)自動(dòng)啟停設備，通過(guò)控制回路實(shí)現配方所要求的工藝參數和配比比例，并采集相關(guān)的生產(chǎn)數據（包括設備狀態(tài)、工藝參數、貯存信息、生產(chǎn)記錄）傳送給生產(chǎn)管理系統。生產(chǎn)管理系統監測所有設備狀態(tài)和工藝參數和控制系統的狀態(tài)、匯總生產(chǎn)記錄和貯存信息、管理配方和工藝參數表；制定生產(chǎn)計劃，并根據生產(chǎn)計劃向各控制子系統下發(fā)生產(chǎn)任務(wù)、配方、工藝參數，將工藝參數進(jìn)行歷史歸檔，并在此基礎上進(jìn)行質(zhì)量統計和質(zhì)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(xiàn)管控系統的管理功能包括生產(chǎn)統計、生產(chǎn)調度、質(zhì)量管理、設備管理等。
  生產(chǎn)統計是實(shí)現將生產(chǎn)記錄和庫存記錄存入數據庫，并根據生產(chǎn)類(lèi)別/牌號、班次、班別實(shí)現生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)數據統計，為生產(chǎn)調度提供數據基礎。
  生產(chǎn)調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(wù)和工藝參數。生產(chǎn)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(xún)、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、超限數據統計等)。
  設備管理包括報警記錄、生產(chǎn)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(shù)
在系統設計和實(shí)現方面采用了大量先進(jìn)技術(shù)，保證了管控系統的順利實(shí)施和功能的完整實(shí)現。
(1)  現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)
我們在現場(chǎng)I/O中，采用了PROFIBUS-DP技術(shù)。它具有配置方便，簡(jiǎn)單快速的起動(dòng)，生產(chǎn)中的高度靈活性，可靠和確實(shí)的診斷數據，可靠的數字傳輸技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。
(2)  PLC
采用SIEMENS S7-400 PLC，它不僅支持現場(chǎng)總線(xiàn)，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(luò )中采用了SIEMENS的工業(yè)以太網(wǎng)。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：
①  數據傳輸速率高，能提供足夠的帶寬；在整個(gè)管控系統中有大量的實(shí)時(shí)數據需要傳送，工業(yè)以太網(wǎng)為數據傳輸提供高速公路；
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(chǎng)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；
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(guò)E-mail、瀏覽器等鏈接到辦公室自動(dòng)化系統可以直接地將控制數據發(fā)送到管理網(wǎng)絡(luò )。
(4)  組態(tài)軟件
iFIX是過(guò)程監視及控制軟件，不僅支持報警和報警管理、實(shí)時(shí)和歷史趨勢，而且具有網(wǎng)絡(luò )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(shí)現數據庫的查詢(xún)、插入、刪除、修改，也可以使用iFIX內置的Visiconx來(lái)實(shí)現生產(chǎn)數據的查詢(xún)。
(5)  數據庫
選用了大型關(guān)系型數據庫ORACLE，其性能優(yōu)越，可管理性和安全性非常好，而且與ERP系統連接非常方便。
(6)  Web Server
Windows2000 Server中的IIS(Internet Information Server)提供了Web服務(wù)功能，采用ASP技術(shù)實(shí)現與ORACLE數據庫的鏈接。由此可對生產(chǎn)過(guò)程中的匯總數據歸檔，以及對報警紀錄進(jìn)行瀏覽。我們還使用了iWebServer，它可以方便地讀取iFIX中的實(shí)時(shí)數據。使用Web Server提供了廉價(jià)卻有效的生產(chǎn)查詢(xún)解決方案。
同時(shí)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(shù)。
5  系統實(shí)施
由于管控系統的復雜性，在實(shí)施中應注意以下幾點(diǎn)：
(1)  需求分析的重要性 在系統設計之前，必須深入了解用戶(hù)的需求。并不斷改進(jìn)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(hù)需求和功能的實(shí)現，更要考慮技術(shù)的可行性。
(3)  協(xié)調的重要性 系統不僅需要與機械、傳感器等廠(chǎng)家協(xié)調，而且需要與ERP系統連接，甚至系統中還包含其他廠(chǎng)商實(shí)現的子系統，所以必須將協(xié)調工作放在現場(chǎng)工作的首位，并最好由專(zhuān)人負責協(xié)調工作。
(4)  文檔的重要性 在系統實(shí)施中有大量的技術(shù)協(xié)議和數據定義文檔，而且隨時(shí)變化，必須有專(zhuān)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(wèn)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(xié)調一致。
(7)  技術(shù)問(wèn)題要盡可能在項目初期暴露和解決。
6  系統帶來(lái)的好處
(1)  將設備控制、生產(chǎn)執行、生產(chǎn)管理緊密地集成在一起，為生產(chǎn)決策提供了堅實(shí)的信息基礎和有力的生產(chǎn)手段，初步完成了現場(chǎng)數據向生產(chǎn)信息到管理決策的轉換。
(2)  轉換工廠(chǎng)數據變成工廠(chǎng)智能，真正將辦公室與現場(chǎng)連接起來(lái)，生產(chǎn)人員可使用客戶(hù)端工具或瀏覽器來(lái)監視、分析及報告其生產(chǎn)過(guò)程。
(3)  簡(jiǎn)化了復雜繁瑣的工作流程。
(4)  提高生產(chǎn)效率。
7  結語(yǔ)
通過(guò)制絲線(xiàn)管控系統的實(shí)施和用戶(hù)的反饋，我們認為系統的廣度可以再拓寬，如質(zhì)量在線(xiàn)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在聯(lián)系。這是需要我們長(cháng)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(gè)跨自動(dòng)化、計算機、管理、信息等多學(xué)科的系統科學(xué)，它的實(shí)現不僅需要技術(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(guān)念的轉變和配合。而且實(shí)施過(guò)程中更需要多方配合，要克服固有束縛，本著(zhù)一切為企業(yè)的信息集成服務(wù)的思想。企業(yè)信息化是永無(wú)止境的，它需要業(yè)內人士的不停探索和大膽嘗試。