前言

    當前卷煙市場的競爭日益激烈, 要想贏得市場、贏得用戶就必須全面提高企業(yè)的綜合競爭力。信息集成和系統(tǒng)集成是信息時代提高企業(yè)競爭力的綜合性技術(shù)。雖然許多煙草企業(yè)通過不斷提高生產(chǎn)線自動化程度和引進先進的企業(yè)級管理信息系統(tǒng)（如MRPⅡ、ERP 等）, 使本企業(yè)的生產(chǎn)管理水平和市場競爭力有了一定的提高。但MRPⅡ/ERP 主要是針對企業(yè)資源計劃, 它不能全面、實時、準確地反映當前生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。同時, 現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)也不能將即時生產(chǎn)信息傳給上層信息管理系統(tǒng)。這種"信息孤島" 成了企業(yè)ERP 等上層管理系統(tǒng)順利實施的瓶頸, 企業(yè)難以實時反應, 導致企業(yè)上層計劃缺乏有效的下層實時信息支持、下層控制環(huán)節(jié)缺乏上層優(yōu)化的調(diào)度與協(xié)調(diào)[1]。如何將先進的生產(chǎn)線控制系統(tǒng)和企業(yè)級的生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)有效地結(jié)合起來, 在兩者之間搭起橋梁以提供信息的轉(zhuǎn)換,這是企業(yè)信息化建設(shè)迫切解決的問題。生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）恰好能解決這一難題。MES 是處于計劃層和車間層操作控制系統(tǒng)SFC 之間的執(zhí)行層, 主要負責生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。它使用全面實時精確的數(shù)據(jù), 優(yōu)化從定單到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)活動。煙草行業(yè)是一個典型的流程制造業(yè), 且設(shè)備自動化程度高。為了充分挖掘先進設(shè)備的生產(chǎn)能力, 優(yōu)化生產(chǎn)行為, 全面提高企業(yè)信息化管理水平, MES 的建設(shè)與應用尤為重要。本文正是基于這一思想, 根據(jù)煙草企業(yè)的信息化現(xiàn)狀及特點, 提出了煙草企業(yè)MES的構(gòu)建和應用。

　　1 煙草企業(yè)信息化和生產(chǎn)管理的現(xiàn)狀及特點

　　隨著煙草企業(yè)信息化建設(shè)的不斷深入和發(fā)展, "以信息化促進工業(yè)化" 成為煙草企業(yè)提高生產(chǎn)經(jīng)營水平的必然選擇。在管理信息化方面, ERP 等信息化管理軟件廣泛應用于企業(yè)管理中, 企業(yè)也因此取得了一定的管理效益。另外, 煙草企業(yè)整個生產(chǎn)過程自動化很高, 在長期的信息化應用過程中, 自動化技術(shù)十分廣泛,實現(xiàn)了基礎(chǔ)自動化和過程自動化, 并且在此基礎(chǔ)上形成了相對獨立的系統(tǒng)。但是每個系統(tǒng)都有各自的處理邏輯、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)模型和通信機制, 它們形成一個個"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。更重要的是, 以過程控制為核心、側(cè)重工藝參數(shù)優(yōu)化的生產(chǎn)制造過程信息, 遠沒有與以流程管理為核心、側(cè)重資源配置優(yōu)化的ERP 整合起來。ERP/MIS 系統(tǒng)經(jīng)常因缺乏準確與實時的數(shù)據(jù)而無法發(fā)揮作用, 從而使自動化系統(tǒng)的信息資源不能得到有效的利用。在ERP所關(guān)注的各項資源中, 生產(chǎn)過程信息在企業(yè)的管理系統(tǒng)中始終是"離線" 的, 生產(chǎn)過程信息始終不能連續(xù)、自動、完整的反映在企業(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, 存在一個信息流通上的斷層。在卷煙制造企業(yè)中, 這是影響企業(yè)信息化整體水平的"鴻溝"。

　　另外, 卷煙企業(yè)在生產(chǎn)管理上普遍存在著一些問題: 生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)組織隨市場需求波動大; 生產(chǎn)信息傳遞技術(shù)、手段落后, 信息反饋不及時; 生產(chǎn)信息錯、漏過多, 受控文件管理存在漏洞; 產(chǎn)品的可追溯性差等。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)[2], 是貫通兩者的信息橋梁和紐帶, 在煙草企業(yè)信息化中起著重要的作用。

　　2 煙草企業(yè)MES 的建設(shè)目標及其構(gòu)建

　　在煙草企業(yè), MES 的建設(shè)目標主要是:

　?。?） 建立統(tǒng)一的生產(chǎn)指揮調(diào)度平臺。
　?。?） 實現(xiàn)生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量的在線監(jiān)控,提高快速反應能力, 使生產(chǎn)管理由被動型向以預防為主、在線控制的主動實時型管理體系發(fā)展。
　?。?） 提供質(zhì)量在線跟蹤控制和預警提示, 促進質(zhì)量管理觀念的轉(zhuǎn)變, 使質(zhì)量管理模式由抽樣檢驗逐步過渡到預防為主、實時控制的模式。
　?。?） 促進質(zhì)量管理標準的優(yōu)化, 使質(zhì)量控制更趨精確。
　?。?） 加強統(tǒng)計分析方法及工具的運用, 更好地服務于各級管理。
　?。?） 實現(xiàn)與其它系統(tǒng)的集成。煙草企業(yè)在將MES 導入到企業(yè)的運作體系中時, 需要先完善管理基礎(chǔ), 根據(jù)自身情況選擇好"合身" 的MES 軟件系統(tǒng), 采用科學的實施方法, 才能保證MES 正常運行和發(fā)揮效用。

　　首先，企業(yè)需要健全自身的管理體系:

　?。?） 定置和改善車間環(huán)境。能工巧匠通過定置管理, 理順物流, 為MES 的實施提供良好的車間環(huán)境。
　?。?） 合理分工, 明確職責。對企業(yè)的業(yè)務流程進行合理重組, 除去重疊的職能部門, 減少無效勞動, 合理分工, 明確職責。這樣既可以簡化MES 軟件的權(quán)限設(shè)置和流程控制, 又能保證信息處理的及時性, 為MES 的實施提供組織保證。
　?。?） 提供人員保證。對相關(guān)人員進行足夠的培訓。

　　其次, 在硬件安裝完畢和運行MES 系統(tǒng)之前, 需要準備并錄入一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 還要對缺少或尚未明確規(guī)定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)做大量的分析研究工作。

　　再者, 在模擬運行、制定工作規(guī)程及錄入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上, 應對系統(tǒng)各模塊逐項試運行。試運行時既要按原來的手工管理模式進行操作, 又要按MES 的管理模式進行操作。

　　此外, 卷煙企業(yè)在建設(shè)MES 時還需要注意幾個問題: 要注重流程生產(chǎn)企業(yè)的特點; 要強調(diào)系統(tǒng)的整合性, 避免信息化孤島; 要注意相同模塊的不同側(cè)重點; 要做好MES 和ERP 的銜接工作; 要重視階段化的成果積累。

　　在妥善搞好MES 的前期工作之后, 根據(jù)煙草企業(yè)的特點, 構(gòu)建煙草企業(yè)MES 的功能模塊主要包括數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控與報警、生產(chǎn)計劃調(diào)度、設(shè)備維護管理、過程質(zhì)量控制、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和文檔管理、車間管理、物料追蹤及統(tǒng)計分析等9 大功能模塊。

　?。?） 數(shù)據(jù)采集: 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為MES 提供全面實時準確的現(xiàn)場數(shù)據(jù), 同時各種標準文件、作業(yè)指導書、通知調(diào)度指令等通過MES 傳送到各設(shè)備現(xiàn)場, 指導現(xiàn)場的各種操作行為。
　　（2） 實時監(jiān)控與報警: 以全廠數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ), 通過一個高度集成的系統(tǒng)監(jiān)控平臺, 實時監(jiān)控各工序生產(chǎn)情況, 實現(xiàn)生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)控, 并且建立各種在線控制參數(shù)預防報警機制, 發(fā)現(xiàn)異常, 及時報警, 提高快速反應能力。
　　（3） 生產(chǎn)計劃調(diào)度: 根據(jù)產(chǎn)銷計劃, 實現(xiàn)生產(chǎn)能力平衡測算和報警、卷包作業(yè)計劃的自動生成和下達、制絲作業(yè)計劃的編制調(diào)整和下達, 保證生產(chǎn)計劃按時間、進度的要求順利實施。
　　（4） 設(shè)備維護管理: 設(shè)備維護管理包括設(shè)備運行管理、設(shè)備預防性維護管理、設(shè)備檢查（點檢） 管理、突發(fā)性維修管理、備件管理及備件耗用分析等。
　?。?） 過程質(zhì)量控制: 根據(jù)質(zhì)量標準, 對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行實時檢驗分析, 以保證產(chǎn)品的質(zhì)量, 并將質(zhì)量缺陷信息實時反饋到生產(chǎn)現(xiàn)場,以便卷包及時采取改進措施。具有質(zhì)量數(shù)據(jù)跟蹤、管理和分析等功能。
　　（6） 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和文檔管理: 包括質(zhì)量標準、工藝控制參數(shù)、維保項目、設(shè)備基本信息以及其它基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的維護與查詢。
　?。?） 車間成本管理: 以采集數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),實現(xiàn)生產(chǎn)成本的考核與管理。
　?。?） 物料追蹤: 提供原輔料消耗及批次的追蹤功能。
　?。?） 統(tǒng)計分析: 以現(xiàn)場數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 對生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量、消耗等信息進行統(tǒng)計分析,不斷完善質(zhì)量控制標準、優(yōu)化生產(chǎn)組織、提供設(shè)備保障能力、降低原輔料消耗。

　　3 卷包設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)分析

　　數(shù)據(jù)采集是MES 的主要功能基礎(chǔ)。針對各種卷包設(shè)備的不同特點, 我們采用不同的數(shù)據(jù)采集技術(shù)和方法。

　　（1） 對PROTOS 卷煙機, 在不改變目前的SRM 重量控制系統(tǒng)的前提下, 用工控機取代IT80 顯示器。系統(tǒng)采取從設(shè)備端子排上取信號和從工控機上提取數(shù)據(jù)相結(jié)合的技術(shù), 不僅實現(xiàn)了原IT80 上各種數(shù)據(jù)的實時采集, 而且實現(xiàn)了嘴棒、盤紙、水松紙等消耗數(shù)據(jù)的采集, 同時, 對原有顯示終端上的各界面進行漢化。
　?。?） 對PASSIM70/PASSIM80 卷煙機, 一是生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集: 由專用智能通信系統(tǒng), 實時提取MAID-N 系統(tǒng)/工控機中的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù), 對MAID-N 系統(tǒng)/工控機中沒有采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)如盤紙, 嘴棒、水松紙等, 采用提取其對應傳感器信號的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整采集。二是設(shè)備運行狀態(tài)采集: 設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)直接提取MAID-N 系統(tǒng)/工控機中統(tǒng)計的各項數(shù)據(jù)。
　?。?） 對PLC 控制方式的GDX2 包裝機, 設(shè)備本身具備數(shù)據(jù)采集功能人機交互終端OPC 上可以實時顯示各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)。通過對GD 主控機與OPC 間通訊協(xié)議GDLAN 的解剖, 從GD 主控機（SERVER）上提取各種現(xiàn)場數(shù)據(jù), 在不外加任何傳感器的前提下, 實現(xiàn)了設(shè)備主要產(chǎn)耗數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障停機原因、煙支（包）剔除等多種現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集, 采集數(shù)據(jù)齊全,具有較強的實時性。
　?。?） 對非PLC 控制的GDX2, 采取從設(shè)備端子排上取信號和從MICROⅡ網(wǎng)絡上提取數(shù)據(jù)相結(jié)合的技術(shù), 實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集。
　?。?） 對GDX1（軟包機）, 利用PLC 采集相關(guān)傳感器信息或處理數(shù)字或脈沖信號, 建立相應數(shù)據(jù)處理模型, 從而獲取相應生產(chǎn)統(tǒng)計與設(shè)備運行狀態(tài)信息。
　?。?） 對B1 包裝機, 由于該設(shè)備本身不具備完善的數(shù)據(jù)采集功能, 為了實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集,采用提取其部分傳感器信號和安裝外加傳感器的方式; 設(shè)備運行狀態(tài)的集方式: 一是對其電器柜中的顯示器進行漢化, 取出上面顯示的設(shè)備運行信息; 二是對其三個設(shè)備運行提示板上的指示燈信號進行采集, 統(tǒng)計其設(shè)備運行狀態(tài)。

　　4 探討MES 的發(fā)展趨勢

　　4.1 實施MES 的效益

　　MES 是面向車間層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實時信息系統(tǒng), 是實施企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略、實現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化的基本技術(shù)手段, 它的應用給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。以下若干統(tǒng)計數(shù)據(jù)是由國際MES 協(xié)會通過調(diào)查研究確定的, 具有充分的根據(jù)[3]: 平均減少制造周期時間45%; 一般減少數(shù)據(jù)輸入時間為75%; 平均減少半成品（WIP）24%; 平均減少為交班而準備的紙面工作61%; 平均減少引導時間27%; 平均減少紙面工作和設(shè)計藍圖所帶來的損失56%; 平均減少產(chǎn)品缺陷18%。

　　4.2 MES 面臨的挑戰(zhàn)

　?。?上MES 項目時如何使得公司和企業(yè)形成雙贏局面。
　?。?不同行業(yè)之間的MES 應用存在巨大差異。
　?。?對MES 系統(tǒng)維護的矛盾。
　?。?建立一種共同語言, MES 的整合不是輕而易舉的。
　　＊ 建立一種共同的通信協(xié)議書。
　?。?建立有效的管理改變機制。
　?。?正確地評估癥結(jié)所在。
　?。?對事務負荷和數(shù)據(jù)模型的要求做出定量分析和配置。

　　4.3 MES 的發(fā)展趨勢

　　隨著企業(yè)生產(chǎn)模式逐漸向敏捷制造發(fā)展,企業(yè)業(yè)務流程重組（BPR）的實施、企業(yè)環(huán)境的異構(gòu)性以及企業(yè)間動態(tài)聯(lián)盟的組建等等都將對MES 提出更高的要求, 傳統(tǒng)的MES 解決方案難以適應敏捷制造的要求。同時, 信息技術(shù)的發(fā)展和制造企業(yè)的競爭需求也將帶動MES 應用技術(shù)的不斷進步。面向敏捷制造的MES 不僅要費用合理, 更要具有良好的可集成性（Integratability）、可配置性（Configurabilty）、可適應性Adaptability）、可擴展性（Extensibility）和可靠性（Rdliability）[4]。因此, 國外許多組織和研究機構(gòu)已經(jīng)開始研究面向敏捷制造的MES。

　　5 結(jié)束語

　?。?） MES 在整個企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下, 是生產(chǎn)活動與管理活動信息溝通的橋梁。對于ERP, 脫離MES 將無法根據(jù)市場需求去組織、管理和優(yōu)化生產(chǎn)。
　　（2） 要使企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡的投資迅速取得回報, 從MES 入手是一種明智的選擇。但MES 的實施需要恰當?shù)囊?guī)劃和細致的分析。
　　（3） MES 的發(fā)展和應用是一個漫長過程,要取得長期的成功, 要求改造制造環(huán)境, 要求獲得有組織的支持, 要求管理機制作適應性的改變。
　　（4） 隨著計算機支撐技術(shù)的發(fā)展, 開發(fā)更加模塊化、更具柔性的MES 成為了可能, 實施和維護MES 的成本大大降低。因此, MES 作為流程CIMS 的核心, 在流程工業(yè)企業(yè)的綜合自動化進程中有很好的應用前景。

　　參考文獻:

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