摘 要: 制造執(zhí)行系統(tǒng)MES是位于企業(yè)上層企業(yè)資源計(jì)劃ERP和底層設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)PCS之間，面向車間層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)。對(duì)現(xiàn)階段自動(dòng)化現(xiàn)狀及水泥生產(chǎn)流程特點(diǎn)做了簡(jiǎn)要闡述及分析, 提出一種面向水泥行業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu), 分析了相關(guān)子系統(tǒng)的功能，并以設(shè)備管理子系統(tǒng)為例,選用B/S三層體系結(jié)構(gòu), 具體討論了其實(shí)現(xiàn)過程. 關(guān)鍵詞: 制造執(zhí)行系統(tǒng) 體系結(jié)構(gòu) 水泥行業(yè) B/S 設(shè)備管理 1 引 言 　　制造執(zhí)行系統(tǒng)MES（Manufacturing Execution System）是位于企業(yè)上層生產(chǎn)計(jì)劃和底層工業(yè)控制之間, 面向車間層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實(shí)時(shí)信息系統(tǒng), 強(qiáng)調(diào)制造計(jì)劃的執(zhí)行,在計(jì)劃層和控制層之間架起了一座橋梁, 能夠通過信息傳遞對(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)作出反應(yīng)、報(bào)告,并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)進(jìn)行指導(dǎo)和處理。 　　現(xiàn)階段，大多數(shù)水泥企業(yè)在運(yùn)營中已經(jīng)應(yīng)用分布式控制系統(tǒng)（DCS）和信息管理系統(tǒng)（MIS），基礎(chǔ)自動(dòng)化程度較高，但生產(chǎn)管理、生產(chǎn)調(diào)度以及決策等方面基本還是人工管理，自動(dòng)化程度較低。企業(yè)的生產(chǎn)管理與過程控制之間相互分離，集成程度低，極大地制約了生產(chǎn)管理水平的提高。在CIMS的研究與發(fā)展中，對(duì)MES還沒有給予足夠的重視，導(dǎo)致針對(duì)水泥行業(yè)開發(fā)的MES軟件幾乎沒有，甚至這方面的研究文獻(xiàn)都很難見到。 2 水泥行業(yè)的特點(diǎn) 　　水泥生產(chǎn)工藝流程中存在著復(fù)雜的串并聯(lián)關(guān)系。從總的工藝流程看，物料是依次通過生料制備、熟料煅燒、水泥粉磨三個(gè)串聯(lián)階段，主要通過一些化學(xué)、物理化學(xué)變化實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的 　?。?）生料制備:石灰質(zhì)原料、黏土質(zhì)原料與少量鐵質(zhì)在破碎、烘干,按照一定的比例調(diào)配后,進(jìn)入生料磨進(jìn)行粉磨生成料粉。 　?。?）熟料燒成:從預(yù)熱器頂投料,生料粉依次通過多級(jí)預(yù)熱器,與熱氣流進(jìn)行熱交換后進(jìn)入分解爐。在分解爐內(nèi)生料經(jīng)過預(yù)煅燒,進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯。還有一部分生料直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯,在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)充分煅燒至部分熔融,得到水泥熟料。 　?。?）水泥粉磨:熟料添加適量石膏,有時(shí)還有一部分混合材料或外加劑,經(jīng)過配料進(jìn)入熟料磨進(jìn)行粉磨,共同磨細(xì)制成水泥。 　　與此同時(shí),在水泥生產(chǎn)過程中,依次穿插著各車間的生產(chǎn)調(diào)度、各職能部門的職能管理,乃至企業(yè)級(jí)的整體運(yùn)營決策等行為。 3 面向水泥行業(yè)MES體系結(jié)構(gòu) 　　具體到水泥企業(yè)背景，MES的研究重點(diǎn)以水泥熟料燒成及磨機(jī)車間（或分廠）的業(yè)務(wù)流程為基礎(chǔ) [align=center] 圖1 面向水泥行業(yè)MES體系結(jié)構(gòu)[/align] 　　進(jìn)行展開。MES執(zhí)行由ERP制定的計(jì)劃，并根據(jù)實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息調(diào)整生產(chǎn)作出調(diào)度，并將有關(guān)資源利用、庫存情況及生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)時(shí)完成情況準(zhǔn)確的反饋給ERP系統(tǒng)。MES的調(diào)度指令還能將生產(chǎn)目標(biāo)及生產(chǎn)規(guī)范自動(dòng)轉(zhuǎn)化為過程設(shè)定值，并通過PCS 中的優(yōu)化軟件對(duì)應(yīng)到閥門、泵等控制設(shè)備的參數(shù)設(shè)置。同時(shí)，MES將從DCS采集來的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比和分析，可以提供閉環(huán)的質(zhì)量控制。水泥企業(yè)MES的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，其功能包括計(jì)劃分解、質(zhì)量管理、作業(yè)調(diào)度、物料平衡和庫存管理、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)管理等模塊。 　　3.1 各模塊功能 　?。?）計(jì)劃分解 　　應(yīng)以上層ERP系統(tǒng)所下發(fā)的生產(chǎn)計(jì)劃為核心，結(jié)合倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的信息，科學(xué)、合理地分解為不同車間與工段的月、日生產(chǎn)計(jì)劃，并為實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)運(yùn)營的全局優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。 　?。?）質(zhì)量保證 　　以生、熟料化驗(yàn)管理為核心，立足PCS提供的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息，結(jié)合水泥連續(xù)生產(chǎn)保證子系統(tǒng)確定的設(shè)備狀態(tài)及工藝狀態(tài)后，對(duì)PCS控制系統(tǒng)的生、熟料配料、均化，以及熟 　　料煅燒提出指導(dǎo)建議，最終達(dá)到穩(wěn)定水泥生產(chǎn)質(zhì)量的目的。 　?。?）作業(yè)調(diào)度 　　由于水泥生產(chǎn)中可能出現(xiàn)設(shè)備故障、原燃料成分波動(dòng)、工況變化等，會(huì)導(dǎo)致優(yōu)化分解的產(chǎn)量質(zhì)量設(shè)定無法實(shí)現(xiàn)或不再滿足能耗最小目標(biāo)。因此，需要采集工廠實(shí)際運(yùn)行情況，通過實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)對(duì)各生產(chǎn)過程產(chǎn)量、質(zhì)量設(shè)定進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)全流程優(yōu)化調(diào)度，保證綜合能耗最小。通過預(yù)測(cè)模型，建立算法，優(yōu)化對(duì)生料制備、燒成系統(tǒng)、水泥制備等各環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)調(diào)度，科學(xué)、合理地組織與指揮生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)本分廠（車間）的局部?jī)?yōu)化。 　?。?）物料平衡和庫存管理 　　主要由供應(yīng)和倉庫管理系統(tǒng)完成，實(shí)現(xiàn)配合生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行物資發(fā)放（原料礦石、設(shè)備維護(hù)工具、配件）和半成品（生料、熟料）、成品（水泥）的入庫，實(shí)現(xiàn)庫存盤點(diǎn)、調(diào)撥以及物資的日常管理工作，并采用適當(dāng)?shù)乃惴ɑ蚍绞竭M(jìn)行損益管理。 　?。?）設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)管理 　　指導(dǎo)企業(yè)維護(hù)設(shè)備的工作以保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，并產(chǎn)生階段性、周期性和預(yù)防性的維護(hù)計(jì)劃，也提供對(duì)緊急問題的響應(yīng)（報(bào)警）;保留過去所發(fā)生的事件和問題的歷史記錄有助于處理可能要出現(xiàn)的問題。 　?。?）過程成本管理 　　根據(jù)采集上來的數(shù)據(jù)或錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行成本的計(jì)算，同時(shí)進(jìn)行成本的動(dòng)態(tài)發(fā)布和監(jiān)控，使成本控制發(fā)生在生產(chǎn)過程中，而不是在生產(chǎn)的完成后，以達(dá)到降低成本的目的;與企業(yè)資源管理中靜態(tài)的資產(chǎn)管理相連接,對(duì)生產(chǎn)過程的中間庫存和中間產(chǎn)品動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行管理，提供成本和物流控制與管理的信息支持。 　?。?） 其他日常管理 　　主要完成分廠（車間）數(shù)據(jù)分析、文檔管理及人員調(diào)派等功能。 　　另外，ERP、MES、Controls三個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行都依托于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫通過集成平臺(tái)交換數(shù)據(jù)。 4 設(shè)備管理子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 　　4.1 需求分析 　　水泥生產(chǎn)屬于典型的流程制造，生產(chǎn)過程中，物料呈連續(xù)變化狀態(tài)通過整個(gè)生產(chǎn)流程。水泥生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備如生料磨、預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、水泥磨等都是以串聯(lián)的方式運(yùn)行，一旦主要設(shè)備出現(xiàn)故障，就會(huì)造成全線停產(chǎn)。因此對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的維護(hù)和管理是水泥企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的一個(gè)重要方面，也是保證生產(chǎn)能順利進(jìn)行的關(guān)鍵。只有設(shè)備運(yùn)行正常了，才能保證安全生產(chǎn)，使任務(wù)得以順利完成，才有可能創(chuàng)造出更長(zhǎng)的安全生產(chǎn)記錄和經(jīng)濟(jì)效益，才能把設(shè)備管理工作推上新臺(tái)階。 　　在MES 中設(shè)備管理要能滿足以下主要功能需求: 　?。?） 預(yù)防性維護(hù)方面:能根據(jù)可自定義的保養(yǎng)規(guī)則和歷史保養(yǎng)記錄實(shí)現(xiàn)保養(yǎng)預(yù)警,自動(dòng)生成保養(yǎng)計(jì)劃;同時(shí)也為車間設(shè)備調(diào)度提供支持。 　?。?） 狀態(tài)監(jiān)控方面:能及時(shí)準(zhǔn)確地將設(shè)備的基礎(chǔ)信息變動(dòng)信息和當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)提供給管理層,為車間作業(yè)計(jì)劃管理或短期的調(diào)整提供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。 　?。?） 決策支持方面:自動(dòng)分析設(shè)備當(dāng)前和歷史運(yùn)行記錄、維修數(shù)據(jù)和變動(dòng)信息等,自動(dòng)生成各類統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表,完善設(shè)備的考核指標(biāo)體系,為車間作業(yè)計(jì)劃長(zhǎng)期修正提供依據(jù)。 　?。?） 備件庫存管理方面:實(shí)現(xiàn)備件的自動(dòng)庫存預(yù)警功能, 保證故障維修或計(jì)劃?rùn)z修時(shí)“有件可換”;實(shí)現(xiàn)備件跟蹤和更換預(yù)警功能,減少故障停機(jī)次數(shù)。 　?。?） 設(shè)備維修方案和知識(shí)學(xué)習(xí)方面:通過對(duì)故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分類,將成功的故障維修案例記錄到系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的積累和繼承。建立推理機(jī)制, 根據(jù)故障屬性特征相似度快速得到具體的維修方案,對(duì)維修方案進(jìn)行匹配、修改和優(yōu)化。 　　4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　4.2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 　　系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包括: 維修方案庫、規(guī)則庫和基礎(chǔ)信息庫: 　?。?） 維修方案庫維修方案庫就是維修知識(shí)庫,主要包括各類維修故障的典型維修案例。 　?。?）規(guī)則庫主要包括系統(tǒng)功能模塊的配置規(guī)則,如保養(yǎng)則、狀態(tài)檢測(cè)規(guī)則、潤(rùn)滑規(guī)則、庫存預(yù)警規(guī)則和備件更換預(yù)警規(guī)則等。 　?。?）基礎(chǔ)信息庫主要包括設(shè)備信息庫、備件信息庫、故障代碼庫、維修記錄庫和運(yùn)行臺(tái)時(shí)庫等。 　　4.2.2 功能設(shè)計(jì) 　　根據(jù)系統(tǒng)調(diào)研和實(shí)際功能需求, 將系統(tǒng)功能劃分為固定資產(chǎn)管理、運(yùn)行管理、故障維修管理、預(yù)防維護(hù)管理、狀態(tài)檢測(cè)管理、備件管理和MES 接口等幾個(gè)主要功能模塊。 　?。?） 固定資產(chǎn)管理包括設(shè)備臺(tái)帳管理、設(shè)備變動(dòng)和業(yè)務(wù)處理管理等。設(shè)備總臺(tái)帳管理, 建立設(shè)備卡片, 記錄設(shè)備詳細(xì)信息如: 設(shè)備編碼、設(shè)備名稱、型號(hào)、規(guī)格、原值、凈值、使用部門、資產(chǎn)類別、生產(chǎn)年月、安裝年月和功率等技術(shù)參數(shù)信息,并實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備總臺(tái)帳的自由復(fù)合查詢及設(shè)備分類統(tǒng)計(jì)匯總;業(yè)務(wù)變動(dòng)包括設(shè)備新增、調(diào)撥、增值、減值、租賃、讓售和報(bào)廢等。 　?。?） 運(yùn)行和故障維修管理故障維修是指當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí), 對(duì)設(shè)備的使用功能進(jìn)行修復(fù), 并記錄故障維修信息, 如設(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱、故障發(fā)生時(shí)間、維修時(shí)間、故障描述、更換備件及維修人員等, 將這些數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)庫中管理, 統(tǒng)計(jì)故障頻次、分析故障原因及核算維修費(fèi)用, 作為性能分析的數(shù)據(jù)來源。 　?。?） 預(yù)防維護(hù)管理具體功能包括一級(jí)保養(yǎng)、二級(jí)保養(yǎng)和計(jì)劃?rùn)z修。保養(yǎng)規(guī)則具有自定義功能,系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備保養(yǎng)規(guī)則和歷史保養(yǎng)記錄自動(dòng)生成保養(yǎng)計(jì)劃,車間則根據(jù)此保養(yǎng)計(jì)劃開展保養(yǎng)工作。保養(yǎng)計(jì)劃即為確保機(jī)器設(shè)備及其零部件高效而安全使用,規(guī)律性的按照某個(gè)時(shí)間間隔對(duì)設(shè)備進(jìn)行分解檢查,預(yù)防設(shè)備故障發(fā)生。傳統(tǒng)的預(yù)防維護(hù)按照固定時(shí)間周期定期檢查,本系統(tǒng)將根據(jù)相應(yīng)的可靠性參數(shù)等依據(jù), 動(dòng)態(tài)設(shè)定預(yù)防維修周期。檢修計(jì)劃管理區(qū)別于保養(yǎng)計(jì)劃, 檢修計(jì)劃一般是偶然性的,沒有固定的檢測(cè)周期,一般作為預(yù)防維護(hù)的一種補(bǔ)充形式,基本上是安排在非生產(chǎn)時(shí)間執(zhí)行,如節(jié)假日。 　　（4） 狀態(tài)檢測(cè)管理是在故障發(fā)生前為避免故障發(fā)生所進(jìn)行的工作,強(qiáng)調(diào)其“ 事前性”特征。通過檢測(cè)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)信息,獲取當(dāng)前數(shù)據(jù),結(jié)合歷史數(shù)據(jù),獲取有用的信息,運(yùn)用數(shù)學(xué)邏輯方法,進(jìn)行相應(yīng)的分析和診斷,以掌握設(shè)備實(shí)際的狀態(tài),并進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè),根據(jù)分析和預(yù)測(cè)結(jié)果,確定采用何種維修類型、維修時(shí)間及所需維修資源等。 　?。?） 備件管理提供備件的入庫、出庫和庫存管理;根據(jù)最低庫存和安全庫存兩種方式實(shí)現(xiàn)庫存自動(dòng)預(yù)警功能;根據(jù)備件更換記錄和使用周期提供備件自動(dòng)更換預(yù)警功能。 　　（6） MES接口設(shè)備管理是MES 解決方案的重要內(nèi)容之一, 與制造執(zhí)行系統(tǒng)各子系統(tǒng)發(fā)生大量數(shù)據(jù)交換,如設(shè)備生產(chǎn)能力、物料消耗和訂單完成情況等,具體信息交互見圖2。 [align=center] 圖2 信息交互[/align] 　　4.3 系統(tǒng)開發(fā) 　　4.3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 　　系統(tǒng)采用B/S（Browse/Server）體系結(jié)構(gòu)。前臺(tái)開發(fā)工具使用PowerBuilder9.0, 后臺(tái)服務(wù)器使用SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫。B/S 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表現(xiàn)易維護(hù)、易升級(jí)和易實(shí)施, 只需維護(hù)服務(wù)器端, 無需開發(fā)客戶端程序。系統(tǒng)架構(gòu)三層體系結(jié)構(gòu)為客戶應(yīng)用層、中間層（ 業(yè)務(wù)邏輯層）、數(shù)據(jù)庫服務(wù)層。客戶層方便用戶的信息查詢、更新和維護(hù);中間層是系統(tǒng)的主體部分, 提供Web服務(wù)和DCOM組件服務(wù),為客戶層服務(wù);數(shù)據(jù)庫服務(wù)層的主要功能是響應(yīng)請(qǐng)求,為中間邏輯層提供數(shù)據(jù)支持。 　　4.3.2 應(yīng)用開發(fā) 　　某水泥公司長(zhǎng)期以來公司一直延用手工管理方式, 設(shè)備管理水平比較落后, 工作效率低下, 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前設(shè)備管理的要求。通過實(shí)施設(shè)計(jì)開發(fā)的設(shè)備管理決策支持系統(tǒng), 極大的提高了設(shè)備管理的準(zhǔn)確性、靈活性和及時(shí)性, 形成了一套有效的設(shè)備管理制度體系,系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖3所示客戶端用戶界面分為菜單區(qū)、工具欄區(qū)、導(dǎo)航窗口區(qū)、工作區(qū)幾個(gè)部分。其中工具欄和導(dǎo)航窗口提供了用戶進(jìn)入某個(gè)模塊的具體功能的快捷途徑。根據(jù)用戶的個(gè)人習(xí)慣，工具條可以?？吭谟脩舸翱诘捻敳俊⒌撞?、左側(cè)和右側(cè)，也可以浮動(dòng)在窗口中。工具欄可以是單獨(dú)的按鈕的形式，也可以是按鈕+文字的更為直觀的形式。另外本系統(tǒng)是多文檔的工作模式，用戶在使用時(shí)可以打開多個(gè)窗口以便于對(duì)不同的工作進(jìn)行處理和對(duì)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。 [align=center] 圖3 設(shè)備管理子系統(tǒng)運(yùn)行界面[/align] 5 總結(jié) 　　通過分析水泥行業(yè)生產(chǎn)管理的特點(diǎn)，提出了以計(jì)劃調(diào)度為主線、成本控制為核心的制造執(zhí)行系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)一步闡述了設(shè)備管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。介紹的設(shè)備管理系統(tǒng)能有效解決設(shè)備管理問題, 顯著提升設(shè)備管理水平、生產(chǎn)能力和對(duì)生產(chǎn)過程的控制能力;同時(shí)也為生產(chǎn)管理、車間計(jì)劃調(diào)度、庫存控制和性能分析等MES中其它子系統(tǒng)提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)信息,保證其它系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 謝星岸,王志新.B/S在水泥企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES中的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006,22（71）:148-150. 　　[2] 劉秀彬,欒玉梅.流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的核心MES系統(tǒng)[J].應(yīng)用能源技術(shù),2003（4）:47-49. 　　[3] 黃河清,俞金壽.面向流程工業(yè)的MES及其關(guān)鍵技術(shù)[J].自動(dòng)化儀表,2004,25（1）:11-15. 　　[4] 于宏亮,郝麗娜,王孝紅,等.中小型水泥企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（ 自然科學(xué)版）,2006,27（6）:619-622. 　　[5] 孫連三.巧用PowerBuilder和EAServer架構(gòu)企業(yè)Web應(yīng)用[M]. 人民郵電出版社, 北京, 2002. 　　[6] 夏翔,軼翔,慶星,等.水泥廠設(shè)備管理多層分布系統(tǒng)及優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2003,2（40）:252-255. 　　[7] 張茜,張銀福. 基于Web 服務(wù)器的設(shè)備管理技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn).計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2003（24）.