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MES在烟草行业中的应用
jiang_0514 发表于 2009/5/6 14:51:19 771 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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MES在烟草行业中的应用
摘要：分析了烟草行业信息化的特点，对企业实施制造执行系统（MES）的必要性进行了分析，并阐述了制造执行系统的原理，同时着重就烟草企业制造执行系统在信息化系统中的定位进行了探讨；以重庆烟草工业公司重庆分厂制造执行系统的实践情况为例，分析了烟草企业制造执行系统的设计原则、功能、实施要求和关键技术；实例表明：MES在烟草工业生产的综合自动化进程中具有较好的应用前景。
关键词：制造执行系统；数据采集系统； NET框架
Application of MES in tobacco industry
TANG Yi ，LIU Xi—yan
（1．College of Software Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China；
2．College of Computer Science and Information Engineering，Chongqing Technology and Business University，Chongqing 400067，China）
Abstract：This paper analyzed the information characters in tobacco field and the necessity for implementing MES for enterprises．Meanwhile，the paper ilustrated the principle of Manufacturing Execution System （MES） and discussed the inform ation orientation of MES in a tobacco company．By combining with the application of MES in Chongqing tobacco company，the design principle，the function，the requirement and the key technologyof MES in tobacco compan y were proposed．The result shows that MES has great appHcation prospect in tobaccoindustrial production comprehensive automatic process．
Keywords：Man ufacturing Execution System；data colection system；NET framework
制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）是美国管理界上世纪90年代提出的。美国先进制造研究机构AMR（Advanced Manufacturing Research）通过对大量企业的调查发现，现有的企业生产管理系统普遍由以ERP／MRPII为代表的企业管理软件，以SCADA、HMI（Human Machine Interface）为代表的生产过程监控软件和以实现操作过程自动化，支持企业全面集成的MES软件群组成[1,2]。由于MES强调控制和协调，使现代制造业信息系统不仅有很好的计划系统，而且能使计划落实到实处的执行系统；因此，MES在国外的企业中迅速推广开来，并给企业带来了巨大的经济效益[3]。企业认识到只有将数据信息从产品级取出，穿过操作控制级，送达管理级，通过连续信息流来实现企业信息全集成才能使企业在日益激烈的竞争中立于不败之地[4]。
1 烟草行业实施MES的必要性
1．1 烟草企业生产经营特点的需要
烟草行业国家实行专控，其生产总量由国家计划下达，烟草工业企业只能在国家计划的基础上，进行进一步分解，优化产品结构，降低成本，以此来满足消费者的需求。目前烟草工业企业生产计划受市场影响越来越大，大部分企业明显感到计划跟不上变化，面对销售部门对产品交货时间的严格要求，面对营销计划的不断调整和生产过程中品名的更换，造成了生产计划不断变更。
在这种生产模式下，企业的销售部门需要对生产部门的情况非常了解，掌握生产线的实时数据，避免签订不合理合同，避免出现交货期根本无法保证等问题；而生产部门也需要及时掌握当前的各项订单情况、要能够及时掌握生产的历史情况和现时数据，快速准确地根据销售合同和调度计划制订科学合理的生产调度计划。要实现上述的功能要求，需要的不仅是先进的生产设备和能力，更重要的是保证从接单——编排生产计划——生产——控制——派送等一系列各个环节的信息畅通，在企业的计划层与生产控制层之间建立起“直通车”。
1．2 烟草行业发展的需要
全国烟草行业总体上是一个产大于销的状况，生产能力远远大于市场需求。找出影响产品质量和导致成本增加的因素，提高计划的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率已成为每个企业所关心的问题。烟草企业要达到成本和质量的双赢，必须严格控制产品生产的全过程和影响生产的各种因素。有效的方法就是加强对原材料和人员工时的全面监控与调度，对生产线上的各个点进行有效地监控和信息管理，加强生产资源综合调度管理，使之发挥最大效益。
1．3 烟草企业信息化的需要
目前，烟草企业整个生产过程集成化程度很高，自动化技术应用十分广泛，在长期的信息化应用过程中，实现了过程的自动化。在管理信息化方面，随着企业信息化建设的不断深入，ERP等信息化管理软件，逐渐为众多的企业所接受，并开始广泛应用于企业管理中，企业也因此取得了一定的管理效益。信息化可以把生产的高度自动化和管理现代化有效地结合起来。
“ 以信息化促进工业化”是制造业提高生产经营水平的必然选择，但是应当看到，烟草企业底层生产控制系统虽已基本实现了基础自动化和过程自动化，并且在此基础上形成了相对独立的系统，但是每个系统都有各自的处理逻辑、数据库、数据模型和通信机制，从而形成一个个信息孤岛，导致信息资源缺乏共享和生产过程的统一管理。同时，底层生产控制系统和上层的管理系统之间缺少一个中间层软件，这使得底层大量的数据闲置，不能为管理层提取出有建设性的信息。例如，重庆烟草公司涪陵分厂，有4个控制中心：制丝工段中控室和能源中控室、LGV中控室和卷接包数采控制室。虽然各个控制中心从硬件通讯上是相通的，但在软件上却相互独立，不能提供资源共享。同时各个控制中心都有各自的数据库，由于这些数据库相对独立，且数据库格式也不尽相同，与上层管理系统又缺少一个中间层软件的沟通，使得底层大量的数据闲置，不能为管理层提供有建设性的信息。
2 实例分析
以重庆烟草公司重庆分厂为例，以大型关系型数据库技术为基础，采用面向对象技术、软总线技术，建立开放的、敏捷的制造执行系统，从而实现对生产信息的监测、控制以及生产过程的优化管理。
2．1 关键技术
由于烟草企业制造集成系统是面向卷烟生产全过程，为实时生产管理服务的。因此，设计和实施重庆分厂制造执行系统（MES）必须根据实际，结合制造执行系统（MES）的发展趋势，采用以下关键技术：
（1）建立高通用性的构架。可以将分厂实施的制造执行系统的结构分为3个层次：领域层、对象层和基础架构层，3层之间相互独立，从而为MES的高度集成性实现提供了技术保证。基础架构层是基于CORBA、RMI（Remote Method Interface）和DCOM等公共标准规范而建立的，是一种理想的软总线，尤其CORBA的分布对象技术，可以通过装配或扩展对象实现一个特定的应用软件系统，对象可以在不影响系统中的其他对象交互关系的前提下被修改，真正实现软件构件的即插即用。
（2）提高可集成性。从技术发展角度和用户需求来看，软件结构本身应能与其他应用系统集成，做到信息共享和资源共享。因此，在进行软件结构的设计时，充分考虑到了这一点，不仅提高了企业MES中遗产系统的生命周期，降低对信息系统的投入，同时，也为目前及将来选择较为合适的各种软件提供了更大的空间。
（3）提高互操作性。采用SYBASE的PowerDesinger ll数据库，统一的数据库平台以及该平台的开放性保证可从不同的MES系统以及不同模块中裁剪不同的功能，以满足某个特定任务的需要，实现互操作。
（4）基于微软的．NET平台开发技术。．NET框架旨在实现下列目标：提供一个一致的面向对象的编程环境，而无论对象代码是在本地存储和执行，还是在本地执行但在Intemet上分布，或者是远程执行；提供了一个将软件部署和版本控制冲突最小化的代码执行环境；提供一个保证代码（包括由未知的或不完全受信任的第三方创建的代码）安全执行的代码执行环境；提供一个可 肖除脚本环境或解释环境的性能问题的代码执行环境；使开发人员的经验在面对类型不同的应用程序（如基于Windows的应用程序和基于Web的应用程序）时保持一致；按照工业标准生成所有通讯，以确保基于．NET框架的代码可与其他任何代码集成。
致成本增加的因素，提高计划的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率已成为每个企业所关心的问题。烟草企业要达到成本和质量的双赢，必须严格控制产品生产的全过程和影响生产的各种因素。有效的方法就是加强对原材料和人员工时的全面监控与调度，对生产线上的各个点进行有效地监控和信息管理，加强生产资源综合调度管理，使之发挥最大效益。
2．2 系统结构与组成
在烟草企业信息化过程中，MES是生产自动化与管理信息化之间的重要桥梁，根据烟草行业的自身特点，即混合模式的生产方式；生产计划变动频繁；较高的生产预测性要求；设备需要维护量大，生产工艺柔性小，维护频繁等，烟草工业企业的MES系统模型的构建应注重从生产计划下达到成品产出的生产优化信息，即对上层计划管理是执行，对下层控制系统是指挥。除此之外，设计和建立MES系统的必要条件是建立完备的数据采集系统，MES需要的数据直接来源于生产过程控制系统，监控系统和数据采集系统采集的实时数据经过处理后，生成生产过程信息，供MES系统使用。烟草企业MES系统可以实现以下功能：生产调度、生产查询、生产过程监控、质量控制、物流跟踪、物耗成本、安全消防监控、能源动力管理、设备维护以及人力资源管理。图l是了重庆分厂的MES与管理信息系统、底层生产控制系统的相互关系与数据传递情况。
2．3 系统目标
该系统根据多年的烟草行业经验设计，企业重点突出了生产、质量、设备管理的三条主线，围绕它们进行设计、开发，以适应重庆分厂生产的实际情况，也满足了现场生产管理的需要。该厂的MES是建立在完善的工商数据采集系统、能源管理数据采集系统、一号工程数据采集系统等各类数据采集系统上的，把数据采集用于生产的实时指挥、质量的在线控制、设备的预防维修上，由此为烟草企业提供了一种全新的生产管理模式，使烟草企业的生产管理上升到全新的管理水平，具体实施要求如下：
（1）利用数据采集系统所获取的实时数据实现生产过程、产品质量的在线监控，提高快速反应能力，促进生产管理由被动指挥型向以预防为主、在线控制的主动实时指挥型管理体系发展。
（2）工商数据采集需要填报的各类报表都涉及卷烟、单位或者烟叶代码，决策管理系统基础代码体系采用的是国家局标准代码，但是大多数烟草企业多年来的业务或者统计系统都是用企业自编的代码。虽然工商数据采集报表中的代码都使用国家的统一代码，但数据采集系统为了方便用户，系统支持用户沿用以往的编码习惯，实现的过程是填报报表，用户填写自己企业的自编码，然后再数据审核，系统利用预先维护好的代码对应表进行自动转换，把本地代码（自编代码）转化成国家标准代码。为了识别不同业务系统的基础数据，必须进行企业自编的本地代码和国家代码的一对一或多对一的映射。
（3）利用能源数据采集所获取的相关数据，监视企业内部各公用工程生产和消费情况；分析各部门资源利用效率和节能潜力；监控设备运行、能耗状况；统计各部门、各车间能源消耗状况；实时监测产品能源单耗、各工序能耗、大耗能设备的能源利用。另外通过数据采集，还可以与生产调度系统密切结合，实现对企业内部水、电、气等公用资源进行管理；完成生产与能源的协调管理。合理利用资源，为企业信息系统提供包括企业能耗成本、企业能耗定额的管理。
3 结束语
制造执行系统软件弥合了企业计划层和生产车间过程控制系统之间的间隔，是制造过程信息集成的纽带。MES通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，同时也为敏捷制造企业的实施提供了良好的基础。深刻理解MES这一先进的管理思想，把握它的发展趋势，对于如何研究和推广MES应用具有重要的理论和应用价值。以往MES通常是一个很大的整体软件系统，其定制和维护的成本很高。随着计算机支撑技术的发展，开发更加模块化、更具柔性的MES系统成为可能，实施和维护MES的成本大大降低。因此，MES作为流程CIMS的核心，在烟草工业生产的综合自动化进程中有好的应用前景。
参考文献
[1]李平，杨春节，宋执环．制造执行系统体系结构中功能模型的研究[J]．信息与控制，2005，35（10）：199-201
[2]王凌，金以慧，金以慧．MES一流程工业CIMS发展的关键[J]．化工自动化及仪表，2001（28）：4
[3]孙宇，蒋晓春．略论制造执行系统研究[J]．高技术通讯，1999（9）：39—41
[4]楼佩煌，蒋凌燕．基于WEB的制造执行系统实现技术研究[J]．机械制造与自动化，2002，45（1）：83—87
[5]许晓栋，邹泽明．制造执行系统与企业信息系统的集成研究[J]．机床与液压，2003，18（3）：24