摘 要：以制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）框架模型和思想理念為指導(dǎo)，結(jié)合染色車間管理現(xiàn)狀，建立基于MES的染色車間信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)能彌補(bǔ)企業(yè)計(jì)劃層和生產(chǎn)控制層之間的斷層，提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化資源配置、降低物耗和能耗。然后較詳細(xì)地討論了MES系統(tǒng)中幾個(gè)主要部分:染色車間集中監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)、生產(chǎn)能耗管理和考核系統(tǒng)。其中染色車間集中監(jiān)控系統(tǒng)已在某印染企業(yè)染色車間得到了應(yīng)用，并取得了良好的效果。 關(guān)鍵字：MES 染色車間 集中監(jiān)控系統(tǒng) 生產(chǎn)調(diào)度 生產(chǎn)能耗 一 前言 近年來，我國印染行業(yè)生產(chǎn)一直保持了快速增長勢頭，經(jīng)濟(jì)效益顯著。但與發(fā)達(dá)國家相比，我國印染行業(yè)在軟硬技術(shù)以及加工工藝、產(chǎn)品能耗等重要方面還存在較大差距，印染業(yè)已成為我國紡織工業(yè)中的最薄弱環(huán)節(jié)。要運(yùn)用高新技術(shù)和先進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)川。 隨著印染企業(yè)信息化建設(shè)的不斷深人和發(fā)展，一般企業(yè)都已建立了自己的管理信息系統(tǒng)（如ERP）以及實(shí)現(xiàn)了企業(yè)對(duì)設(shè)備控制的基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化，并且在此基礎(chǔ)上形成了相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)都有各自的處理邏輯，數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)模型和通信機(jī)制，它們形成一個(gè)個(gè)“信息孤島”，缺乏必要的整合，缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理。在ERP所關(guān)注的各項(xiàng)資源中，生產(chǎn)過程信息在企業(yè)的管理系統(tǒng)中始終是“離線”的，始終不能連續(xù)、自動(dòng)、完整地反映在企業(yè)管理系統(tǒng)中。這樣在管理信息系統(tǒng)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)之間，存在一個(gè)信息流通上的斷層。這是影響印染企業(yè)信息化整體水平的。 另一方面印染是一個(gè)高能源消耗的行業(yè)，其生產(chǎn)需要消耗大量的水、電、和蒸汽。節(jié)約能源，提高能源利用率對(duì)企業(yè)發(fā)展是十分重要的。 為增強(qiáng)企業(yè)上層管理信息系統(tǒng)與底層過程控制系統(tǒng)的聯(lián)系，消除兩者之間的“鴻溝”，降低印染企業(yè)的能源消耗，進(jìn)一步提高能源的利用率，將制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的框架模型和思想理念引人到印染行業(yè)的整個(gè)信息化體系中。可以有效解決當(dāng)前印染企業(yè)在生產(chǎn)實(shí)際過程中面臨的問題。 二 制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）簡介 執(zhí)行制造系統(tǒng)（Manufacturing Execution System,MES）是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中制造管理自動(dòng)化領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。MES是美國管理界20世紀(jì)90年代提出的新概念，MES國際聯(lián)合會(huì)（Manufacturing Execution System Association, MESA）對(duì)MES的定義是:"MES能通過信息傳遞，對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理。當(dāng)工廠發(fā)生實(shí)時(shí)事件時(shí)，MES能對(duì)此及時(shí)做出反應(yīng)、報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對(duì)它們進(jìn)行指導(dǎo)和處理。 具體而言MES是處于管理信息系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)之間的執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，如圖1所示。 美國ARC公司，專門做自動(dòng)化應(yīng)用的市場調(diào)查公司，做出調(diào)查統(tǒng)計(jì):應(yīng)用MES產(chǎn)品質(zhì)量可以提高19。2%，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高13%，產(chǎn)量提高11%。如果我國能在產(chǎn)品質(zhì)量提高10%，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高5%,對(duì)中國現(xiàn)階段的經(jīng)濟(jì)水平的影響是非常巨大的，對(duì)國家能源、原材料消耗產(chǎn)值的影響也是巨大的。 三 MES在染色車間的應(yīng)用 1 染色車間MES系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 將制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）引人到印染行業(yè)的整個(gè)信息化體系中，構(gòu)架MES為核心的連接上層企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）和底層過程控制系統(tǒng)（PCS）之間的生產(chǎn)過程控制與管理的一體化結(jié)構(gòu)體系。可以有效解決當(dāng)前印染生產(chǎn)過程中面臨的問題。基于ERP/MES/PCS三層體系的信息系統(tǒng)框架如圖2所示 [align=center] 圖2 基于ERP/MES/PCS三層體系的信息系統(tǒng)框架[/align] MES在企業(yè)信息系統(tǒng)中起到“承上啟下”的作用，是生產(chǎn)管理系統(tǒng)的核心。它可看作是一個(gè)通訊工具，為其他各種企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)提供現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息。一方面，MES向上層管理信息系統(tǒng)提交染缸設(shè)備運(yùn)行狀況、車間人員情況、車間生產(chǎn)能力、能源消耗、染色工藝、實(shí)際定單執(zhí)行情況等涉及生產(chǎn)運(yùn)行的數(shù)據(jù);向底層控制系統(tǒng)發(fā)布生產(chǎn)控制指令、染色工藝參數(shù)以及相關(guān)生產(chǎn)線運(yùn)行的各種參數(shù)等。另一方面，MES也要從其他系統(tǒng)中獲取自身需要的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)保證了MES在車間中的正常運(yùn)行。ERP的計(jì)劃數(shù)據(jù)、物料采購和供應(yīng)時(shí)間、以及產(chǎn)品交貨時(shí)間等都是MES進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度的依據(jù)。 2 染色車間集中監(jiān)控系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)染色車間染缸（染色機(jī)）集中控制，通過對(duì)每臺(tái)染色機(jī)的監(jiān)控，集中控制室能完全掌握車間染色全過程，記錄染色全過程的數(shù)據(jù)。從而大大減少染色控制過程中人為因素造成的缸差、色差，預(yù)防因設(shè)備故障引起的質(zhì)量事故和安全事故，能快速、有效地分析產(chǎn)品質(zhì)量、生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表、管理染色加工工藝等。染色車間集中監(jiān)控系統(tǒng)基本框圖如圖3所示。 染色機(jī)控制單元構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控染色機(jī)的運(yùn)行情況，一旦染色機(jī)出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警提示、若染色機(jī)故障可能引起嚴(yán)重的產(chǎn)品質(zhì)量事故或人生安全事故，系統(tǒng)會(huì)停止染色機(jī)的運(yùn)行。 在集中控制室，集中監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品打樣結(jié)果從工藝數(shù)據(jù)庫中選出對(duì)應(yīng)的染色工藝曲線，并依據(jù)生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度結(jié)果安排每臺(tái)染色機(jī)的生產(chǎn)任務(wù)。當(dāng)車間染色機(jī)做好各項(xiàng)準(zhǔn)備，發(fā)送信號(hào)到集中控制室，請(qǐng)求運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)將工藝曲線每階段（前處理、染色升溫、染色降溫、染色保溫、后整理）的各參數(shù)（水量、溫度、時(shí)間、電機(jī)轉(zhuǎn)速、浴比等）傳到相應(yīng)染色機(jī)的控制電腦中。染色機(jī)按預(yù)定的工藝曲線自動(dòng)運(yùn)行。 3 生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng) 在染色車間中，生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的主要任務(wù)是安排染色機(jī)生產(chǎn)計(jì)劃。也就是將來自企業(yè)ERP系統(tǒng)的訂單計(jì)劃細(xì)化，具體安排每臺(tái)染色機(jī)的生產(chǎn)任務(wù)。染色過程有許多工序構(gòu)成，如煮練、漂白、絲光、清洗、染色等，但與一般的流程工業(yè)又有不同，在染色車間從紗或布人缸（染色機(jī)）到完成染色過程基本都在同一染色機(jī)中進(jìn)行。染色也有其特點(diǎn)，影響因素比較多，主要有:訂單的交貨日期、客戶重要程度、當(dāng)前染色機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)前訂單印染顏色與前一次任務(wù)的顏色深淺相關(guān)程度、空閑染色機(jī)容量、當(dāng)前訂單數(shù)量以及可能遇到的一些意外情況等。 生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)要考慮的因素比較多，若遇到一些意外情況（染色機(jī)故障、產(chǎn)品需重新染色、停電等）必須重新安排染色機(jī)的生產(chǎn)任務(wù)。根據(jù)印染工藝和生產(chǎn)加工過程的特點(diǎn)，構(gòu)建基于多Agent的車間生產(chǎn)調(diào)度模型，如圖4所示。 [align=center] 圖4 基于多Agent的車間生產(chǎn)調(diào)度模型[/align] 該模型將調(diào)度系統(tǒng)分為3類Agent:任務(wù)Agent，資源Agent和協(xié)調(diào)Agent，三者之間通過招標(biāo)一投標(biāo)制度進(jìn)行任務(wù)競標(biāo)，系統(tǒng)建立一定的獎(jiǎng)罰制度，對(duì)加工完的任務(wù)進(jìn)行評(píng)定，實(shí)現(xiàn)面向車間生產(chǎn)過程的“實(shí)時(shí)”調(diào)度。 任務(wù) Agent:任務(wù)Agent是動(dòng)態(tài)生存的，當(dāng)MES從ERP系統(tǒng)中調(diào)人生產(chǎn)任務(wù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成相應(yīng)的任務(wù)Agent，當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)完成時(shí)，任務(wù)Agent自動(dòng)消失，一方面，它能存儲(chǔ)生產(chǎn)任務(wù)的基本信息，例如:交貨日期、質(zhì)量要求、客戶重要程度、訂單數(shù)量、訂單要求的顏色等;另一方面向資源Agent發(fā)出招標(biāo)信息。 資源Agent:資源Agent對(duì)應(yīng)染色車間的染色機(jī)，存儲(chǔ)染色機(jī)的容量、前一次任務(wù)的印染顏色、當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)等信息。每臺(tái)染色機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)資源Agent,資源Agent接收到招標(biāo)書時(shí)，根據(jù)自身的各信息判斷是否有能力加工，然后進(jìn)行投標(biāo)，中標(biāo)后進(jìn)行加工。 協(xié)調(diào)Agent:主要任務(wù)是協(xié)調(diào)車間總體調(diào)度任務(wù)，它記錄每次調(diào)度的任務(wù)屬性，分配策略，評(píng)估值等信息，還存儲(chǔ)著調(diào)度規(guī)則，能夠根據(jù)資源Agent的投標(biāo)書進(jìn)行任務(wù)的分配。 4 生產(chǎn)能耗管理和考核系統(tǒng) 在能源日益緊張、能源價(jià)格不斷上漲的今天，節(jié)約能源，提高能源利用率在企業(yè)發(fā)展中已處于十分重要的地位。在染色車間建立科學(xué)、合理的能源管理系統(tǒng)是十分有必要的。生產(chǎn)能耗與考核管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。 [align=center] 圖5 生產(chǎn)能耗與考核管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[/align] 能源數(shù)據(jù)是與生產(chǎn)過程能耗相關(guān)的參數(shù)。與工藝能耗相關(guān)的數(shù)據(jù)主要是染色機(jī)容量、循環(huán)泵轉(zhuǎn)速、工藝要求的溫度、加工時(shí)間、浴比以及環(huán)境溫度等。與產(chǎn)量能耗相關(guān)的能源數(shù)據(jù)主要是產(chǎn)量、加工工藝等。 在染色車間建立工藝能耗可以為企業(yè)提供一個(gè)改進(jìn)工藝的量化標(biāo)準(zhǔn)，即在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，企業(yè)不斷探索、改進(jìn)、優(yōu)化工藝，在建立每臺(tái)染色機(jī)的工藝能耗后，企業(yè)可以分析、總結(jié)，得出適合本企業(yè)最佳的加工工藝曲線，以不斷降低產(chǎn)品能耗。另一方面建立能源考核系統(tǒng)可以規(guī)范車間能源（水、電、汽）使用，不浪費(fèi)能源，進(jìn)一步可對(duì)能源回收利用。 四 結(jié)論 雖然一般印染企業(yè)都已建立了自己的管理信息系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)，也取得了一定的效益，但現(xiàn)有的信息系統(tǒng)缺乏必要的整合，它們形成了一個(gè)個(gè)“信息孤島”。隨著印染業(yè)市場競爭的加劇，企業(yè)希望通過信息技術(shù)進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率以及在市場中的競爭力。 引入MES的框架模型和思想理念，構(gòu)架ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)體系在染色車間的應(yīng)用，能較好地解決當(dāng)前印染企業(yè)在生產(chǎn)實(shí)際過程中面臨的問題。當(dāng)然MES系統(tǒng)除了文中討論的染色車間集中監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)和生產(chǎn)能耗管理和考核系統(tǒng)，還應(yīng)有染色工藝管理、人員管理和設(shè)備管理等模塊。其中染色車間集中監(jiān)控系統(tǒng)已在某染色車間中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果。完成染色車間整個(gè)MES系統(tǒng)，可以提高印染企業(yè)整體信息化水平，為企業(yè)在節(jié)能、生產(chǎn)效率方面帶來更大的效益。