MES系统在连续过程生产企业中的应用

  1 MES的定义及功能

  随着信息化技术的发展,几乎任何一个行业都受到了它的深刻影响和渗透。连续化的过程生产企业如石化、轻工等行业也不例外。在这些企业的车间生产控制层中,过程控制本来就有着重要地位,从以前的分立单元控制仪表到现在的集散控制系统DCS以及现场总线控制系统FCS,可以说信息技术已经发挥着重要的作用;而我国加入WTO后,企业面临着日益激烈的国际化市场竞争,很多过程生产企业实施了以ERP(企业资源计划)为代表的计划层管理信息系统。

  ERP系统面向客户从整个企业的层面制定的生产计划需要根据工厂实际状况执行。目前,计划层的信息化以及生产控制层的自动化已经相当成熟,但由于ERP木身的限制及工厂层的动态变化性和生产过程中的大量不确定性使得管理计划常常和工厂层的实际情况相脱节,使整个企业的信息不能得到很好的集成。究其原因,往往是因为计划管理层系统不能够从生产层获取充足的第一手现场数据,使生产和管理无法紧密结合,产生“断层”,无法对企业生产过程的主体——生产现场进行有效的管理,从而导致管理信息系统的应用效果不够理想,甚至失败。

  MES就是为了解决这一问题而发展起来的,MES是面向执行的工厂层信息系统,MES作为生产与计划之间的信息纽带,为ERP系统和控制系统提供关键联接,将两者的信息有效连接起来,使整个企业有了一个自上而下无缝联接的信息平台,自动执行计划层制定的生产计划,从收集的实时数据中提取ERP系统所需的正确信息,使企业中需要相互联系的各信息系统和以产品生产为纽带的各部门紧紧联系、协作,使企业获得最大的效益,从而解决了生产与计划之间的“断层”问题。

  1 MES的定义及功能

  1.1 MES的定义

  制造执行系统MES(manufacturing execution system)是20世纪90年代开始出现的一种新型的企业生产管理系统。MES是一个常驻工厂层的信息系统,介于企业领导层的计一划系统与主生产过程的直接工业控制系统之间,它以当前视角向操作人员、管理人员提供生产过程中全部资源(包括人员、设备、材料、工具和客户要求等)的数据和信息。

  1.2 MES的功能

  如图1所示,企业信息化层次结构中各级系统的地位可以看出,MES起着承上启下的枢纽作用。它接受上级发布的生产计划,依据从车间获取的实时现场数据,为生产管理调度一级的管理人员提供大量丰富的生产调度信息。管理人员掌握了这些信息后,对车间生产层可下达切实可行的生产指令,对企业决策层可以汇报真实有据的生产情况。在这一信息流动过程中,涉及了企业的整个业务流程:计划任务、物料流动、库存跟踪、数据采集、质量控制、能源管理、设备管理等各个方面。

  图1 MES与其他系统的关系

  目前我国企业的信息化建设存在两头硬中间软的情况。在企业层的ERP方面,经过十几年的引进消化吸收,用友、浪潮、金蝶等国内软件已经占有很大的市场份额;控制层的PLC/DCS(FCS),也出现了新华、浙大中控、和利时和国外强手共争市场的局面。但是如果没有中间的一个生产执行系统将二者有机地联接起来,就会出现信息的断层,MES的产生正是弥补了这一缺陷,使企业能够有效地组织和控制生产,将实时的概念引人企业的生产和计划中。构建ERP/MES/底层控制系统的信息流,实现该信息流而建立的系统构架,建立了基于XML的ERP/MES/OPC共享信息组织结构,构造了面向OPC开放式软控制技术的MES/底层控制的对象模型。该集成系统以MES作为ERP和底层控制的桥梁,可以将实时采集的数据和工作状态自动反馈给ERP系统,使以天、周、月、年为时间因子的ERP系统达到实时,真正实现闭环的ERP,完成生产管理和调度执行,实现ERP系统不能实现的实时生产报表管理功能。每一级的管理者都能根据分配的权限及时跟踪自己所负责的生产单元。

  下面将根据一个具体的案例介绍MES系统在过程生产企业的实际应用。

  2应用案例

  河南天冠燃料乙醇有限公司是我国车用燃料乙醇的主要生产企业,年产燃料乙醇30万吨。该公司有原料、谷阮粉、乙醇、饲料等主车间及热电、公用工程、环保等多个辅助车间,所用DCS有国内的新华,国外西门子PLC、艾默生Deltav等。MES系统由和利时工程股份有限公司实施。

  天冠燃料乙醇的MES系统采用B/S架构,配置9台网关机采集14套DCS数据。从功能上看,主要包括实时监控、生产计划与统计、质量管理、能源管理、安全环保、效益评估六大功能模块。

  2.1 网络架构

  如图2所示,MES系统的网络架构可分为数据采集、功能应用、ERP接口三部分。

  2.1.1 数据采集

  数据采集部分通过网关机接入下层的DCS/PLC层,网关机设有两个网段,一段接入DCS控制网,一般通过OPC或DDE接u读取控制系统的实时数据,然后通过另一网段经边缘交换机接入MES系统核心交换机。实时数据库服务器也接人核心交换机将各网关机传输的不同DCS/PLC系统实时数据采入。网关机采用两个不同的网段可起到将MES和DCS系统隔离作用,防止上层信息对控制系统的干扰。

  图2 MES系统网络架构

  2.1.2 功能应用

  由于天冠MES系统采用B/S结构,所以在核心交换机中另接入一Web服务器,其服务器端程序在Microsoft Visual Studio.net平台开发。管理网段的客户端经由它的边缘交换机接人核心交换机对Web服务器进行访问。

  2.1.3 ERP接口

  ERP系统经一路硬防火墙直接接人MES的Web服务器,并且防火墙设置中只打开了80和1433端口,仅对MES系统进行http和Sql的单向访问,最大限度避免ERP外网对MES系统的病毒感染和恶意攻击。

  2.2 系统功能

  实时监控系统以流程图、趋势图、数据表的形式将生产各装置的工艺数据展示给各级生产管理人员,生产管理人员可以在同一时间获取全厂重要工艺参数,对涉及各生产单位的公共参数如蒸汽、水管网压力、温度等及时调配。避免因信息获取不足或时效性差而产生的停车事故。

  生产计划与统计下达生产计划,按照公司、分公司、分厂、车间、装置、班组、操作单元统计生产中的原料、能源消耗情况和产品的产量及中间品的产量,使各级管理人员了解操作单元、生产装置、车间、分厂、公司内的能量平衡和物料平衡情况;通过原料、能源消耗和产量的实际值和计划值的比较,可以使各级管理人员及时掌握生产实际情况和计划的偏差,及时纠正偏差。

  质量控制统计分析生产过程中原料、中间产品及产品的质量情况,包括生产产品质量的统计,各班组、装置、车间、分厂、公司的原料、中间品、产品的质量分析数据报表。强大的数据共享能够使工艺人员及时了解本工段的产成品质量,并根据指标情况及时调控生产单元,保证最大限度的产品合格率。

  能源管理统计各部门、各车间能源消耗状况;监控设备运行耗能状况;提供产品能源单耗、各工序能耗、大能耗设备的能源利用实时监控等。

  效益评估效益评估是对投入产出比概略性的计算。每一阶段原料、能耗和产品都有市场价格估算,通过投入产出价格的比较能够使企业管理层对生产层有一个宏观的掌握,为企业决策提供依据。

  安全环保将安全环保的安全连锁信号、环保监测数据(如污水排放指标等)接入系统,使各级管理人员能及时了解生产中的安全事故隐患和环保排放情况,及时采取措施,杜绝生产事故和污染环境的事件,保证企业的正常生产。

  天冠集团MES系统自投运以来,运行稳定,方便了各级管理人员了解生产运行情况,达到了稳定生产的作用。有效地避免了事故和意外事件的发生,为生产管理提供一个有效的平台,使企业管理效率有了进一步提高。

  3 结 语

  敏捷化、智能化和集成化为重要发展趋势的MES系统是实现车间生产管理敏捷化的基本技术手段,是企业信息化建设的中间环节,起到承上启下的重要作用,为企业提高效益打下坚实的基础,达到精细化管理的日标,最终增强企业竞争力。

时间: 2014-12-11

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