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MES系统中的生产运行管理系统

2008-05-07 17:36:40

    一、引言
    20世纪90年代,我国化工企业基础自动化建设与改造基本完成,部分企业还实施了 ERP (Enterprise Resource Planning,企业资源规划) ,但因缺乏将ERP和控制系统连通的桥梁——中间层,从而使ERP与控制系统之间形成断层,信息无法交互,使得ERP的实施效果受到了极大的限制。工厂制造执行系统(Manufacturing Execution System, MES)正是为了填充这一空白而诞生的。
    二、MES的概念
    MES 于1990年,由AMR组织提出并使用。MES处于企业信息系统ERP/SCM和过程控制系统DCS/PLC的中间位置。ERP作为业务管理系统,DCS/PLC作为控制系统,而MES则作为生产执行系统。MES与上层ERP等业务系统和底层DCS等生产设备控制系统一起构成企业的神经系统,一是把业务计划的指令传达到生产现场,二是将生产现场的信息及时收集、上传和处理。MES不单是面向生产现场的系统,而是作为上、下两个层次之间双方信息的传递系统,是连结现场层和经营层,改善生产经营效益的前沿系统。MES也不是一个特定行业的概念,而且应用于各种制造业的重要信息系统。MES主要负责车间生产管理和调度执行。一个设计良好的MES系统可以在统一平台上集成诸如生产调度、物料跟踪、物料平衡、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能,通过统一的数据集成平台可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。系统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,协助企业建立一体化和实时化的ERP/MES/SFC信息体系。
    三、生产信息系统在企业信息化系统中的位置
    企业生产信息化系统包括过程控制系统和MES系统,它和ERP系统构成整个企业的信息化系统, MES是连接底层控制系统与上层管理的桥梁,主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力,而生产运行管理系统是整个MES系统的基础子系统,也是其核心子系统。
    1.过程控制系统(DCS)
    要实现企业的数据采集和信息集成,就要求建立具有良好开放性和扩充性的企业主干网,实现整个企业计算机网络化。由于有了企业网,DCS可以与实时数据数据库进行数据交换,利用局域网互连技术与主机互连,达到共享资源和透明访问。
    上述装置通过各种型号的DCS实用接口,把现场的DCS数据通过W-CIMIO采集站(采集站为工控机,上面安装各种接口软件)进行数据采集,采集站再把DCS数据写入到实时数据库中。
生产过程数据采集和信息集成工作在整个信息化系统工程中属于基层平台,为后续工作创造条件.
    2.过程监控层
    在过程监控层,主要完成下面内容:
    · 流程图浏览
    用户可以在局域网、企业Intranet、国际互连网Internet上浏览企业的各个装置的流程图面,数据更新情况,了解现场生产情况。
    · 流程图组态
    可以根据装置情况,自由组态各种流程画面。
    · 实时数据查询
    可查看系统内的所有位号的生产过程实时数据及其静态详细信息,数据查询快速、准确,可选择特定位号快速查询,界面风格用户可自定义,为用户使用个性化界面提供可能。
    · 历史数据查询
    历史数据查询是客户端浏览查询实时数据库中的历史数据的程序,该程序负责查看历史数据并以曲线方式显示,机动灵活,可以同时查看多个位号信息。
    · 报警查询
    可对系统内的所有报警进行浏览和管理。 可选择特定位号, 可选择特定时间,并可用不同的颜色显示特性,从而对以往任何时间操作出现的报警做出方便,快速,准确的查询。
    3.生产调度层
    信息化系统调度层的实现,不再是从前的调度员只完成一些简单的信息转达,而是要及时了解生产的瓶颈,通过及时调度提高瓶颈的流通能力。这一部分工作内容是,在原先数据采集和一次信息集成的基础上,进行相关的软件开发工作;对原来采集到的温度、压力、流量、组分等信息,通过化工物料的物性计算,求取有关能量消耗、热量平衡等二次信息,了解各个装置的生产能力。
    当然针对调度层希望获得当时生产情况下的实时能量分布数据,这样才可能做到及时调整,而不是等月报、年报等出来后的事后调整。调度层不仅要对下面生产装置发出有关指令,而且要对上级管理层及时汇报生产装置全面情况与接受上级管理层发出的计划指令,完成上、下二层之间的有效连结。
其主要实现如下功能:
    · 生产过程监视
    对全厂生产的主要工艺过程、一化肥、二化肥生产全流程、火炬系统进行实时的图形显示监督,对主要工艺运行参数进行安全监督与事故报警。对全厂现场的生产运行状态进行图形显示监督,包括质量分析、生产温度、压力、流量的运行状态等,对各系统异常情况进行事故报警。
    · 事故报警处理
    对于生产异常情况进行实时调整,尽快解决,保证生产正常、安全、稳定运行。从全局角度对全厂性大、中型事故提出处理方案。对一些常规的处理过程,直接给出操作步骤,以辅助调度、提高应变速度。对事故处理结果进行记录、以便查找分析原因。
    · 工艺参数分析
    可以对每一个工艺参数做出分析,查看一段时间内的趋势图,求一段时间内的平均值,合格率,平稳率,偏差,最长超标时间,累积超标时间等分析数据。对控制点的数据提取可选择时间间隔。用户可自由定义考核上限、下限、正常值,并可在其趋势图上绘出考核上限线、下限线、正常值线,以便于分析数据。当用鼠标在趋势图上点击时,可列出鼠标所指时间处的值及时间。当取出实时数据库中的数据后,能在该工具的界面上做部分数据的修正。并且可以给高级用户安全管理权限。同时能打印你所需的数据和趋势图。
    · 事故追忆
    以事故为单位组织数据,帮助查找事故原因;每一事故有一触发条件,该条件能让用户自己组态;每一事故的相关位号可自由组态;当一事故发生时,能记录相关位号在半小时以前的实时数据及24小时的历史数据,能记录事故发生后相关位号在半小时内的实时数据及24小时的历史数据,并可同时显示在同一趋势图上。当事故发生后,该事故的信息能永久保存,以便后来能再次分析。
    · 班组考核
    主要功能是对车间班组的工艺操作水平做出合理及时的考核。主要包括四个方面,即工艺参数考核、报警考核、产量考核、收率考核。对班组各重要的工艺指标进行统计分析,得出科学公正的结果,能计算出各工艺参数的平均值,偏差、合格率、超标时间等。对各重要的报警信息进行统计,根据简单的物料关系,计算出班组的产量,收率。最后按照用户的考核要求,按一定的计算方法计算出班组的操作水平。
    · 异常报警跟踪
    当某一位号的当前值在一段时间内一直不变则提示报警,确认后当前值再等于该值时就不在报警。
    · 生产利润查询
    主要功能是以装置的物料平衡为基础,能累积算出某装置的在线利润。各装置的有关利润计算的位号能自由组态。对各位号的数据能进行换算。能把已组织好的装置按装置名称存取。用户下次进入时只需选择装置名称即可查询该装置的在线利润。
    · 物料平衡
    物料平衡程序是客户计算物料平衡中装置材料的进出情况、产率情况及损耗情况的程序。该程序在线计算物料的输入和输出,提供准确的参数,以物料平衡的名称来组织数据,每一物料平衡可自由定义输入和输出,每一数据可自由换算。
    · 设备隐患
    查看或记录装置中设备使用过程中发生的故障情况。
    · 综合统计分析
    根据厂领导、各部门和调度中心本身的需要,对全厂生产状况进行数据统计及数据分析,提供全厂生产系统、销售系统、能耗系统及其他辅助生产系统的每班、每日及月生产情况报表。定时进行物料平衡、热平衡计算,确定生产薄弱环节,找出原料与能量损耗不合理的原因。
    四、生产运行系统系统总体框架
    生产运行管理系统用于公司的日常生产调度管理,实现对生产成本的实时控制与分析、调度管理的综合分析和决策支持、工艺管理的综合评价与及时记录考核、各种事故下自动弹出的事故处理预案以及综合能耗控制等,从而提高生产效率,规范车间的各项正常管理、统一车间的信息化管理,加强操作的标准化程度和改善产品质量。为实施MES打下坚实的基础。
    由于生产运行管理系统主要面向生产层,它将随着工艺流程以及管理方式的改变而变化,因此,为了使得该系统不但能够满足当前的需要,还能适应未来的发展,系统应采用面向对象的组件式开发,在系统的技术框架中采用多层体系结构,从而使系统具有业务变化的适应性。
    生产运行管理系统总体框架由“一个中心、一个门户、三个系统支撑平台和两个核心平台”构成。一个中心指数据中心;一个门户指综合信息门户、三个系统支撑平台指安全管理平台、数据交换平台和系统监控和管理平台;两个核心平台指基础信息平台和核心应用平台。
    数据中心用来保存生产运行管理系统中的所有数据。由于生产运行管理系统所设计的数据资源类型复杂,包括关键生产设备数据、生产运行数据、将来的遥感影像等多种类型数据,数据量大、相关性强、一致性要求高。因此,要求建立信息标准来统一进行数据管理,并且在统一合理的数据库规范基础上,指导基础数据库建设。在建设数据仓库的过程中,需定义出逻辑结构、物理结构、仓库模型、融合策略、软硬件环境、信息流程以及功能模块和实现方法等。
    基础信息平台是生产运行调度人员进行数据与信息管理的基础平台,负责对数据中心数据模型的维护、基础信息的更新与管理。
    数据通过数据交换平台与其它系统进行数据共享、交换,建立起一套完善的数据更新机制。
    核心应用平台用于日常生产监督、生产调度,生产计划编制、计划下达,成本核算以及统计分析等。
    综合信息门户为系统内外用户提供了一致的信息访问方式。生产运行管理系统将形成用户端、接入管理层、业务逻辑层与数据存储层,在安全平台提供的身份认证服务的支持下,系统可通过不同渠道如内部网站、客户端、通信网关、呼叫中心等形式为各种用户终端提供服务,从而保障同一身份的用户从不同渠道进入系统时,可获得一致的信息。
    系统监控与管理平台实现对系统的稳定性、可扩展性、开放性、规范性、安全性、可靠性等进行维护管理。监控是其关键应用,可以分为系统级监控(技术平台、主机、数据库、网络、应用程序等)、应用监控、数据传输监控、告警处理等几个层次。
    应用系统的安全需要从多个角度进行管理,如数据、访问权限、功能权限、分析权限、数据交换、加密、身份认证等。由于内部涉及的多个子系统,外部未来也要与众多的其他系统进行信息交换,在采用专门的安全平台来保障整体安全的同时,还在应用系统内建立安全管理平台,与系统监控管理平台配合,主要用于维护数据与应用层面的安全,同时通过该平台维护自身的安全参数,设置防护等级与加载常用安全措施。
    五、生产运行系统在MES系统中的地位
    MES系统主要负责生产管理和调度执行,涵盖的内容非常广泛,它包括公司生产运行管理、操作管理、生产计划制定、辅助决策等,其中生产运行管理系统是整个MES系统的基础子系统。太极计算机股份有限公司开发的生产运行管理系统主要包括两部分:一部分是构建的基础系统平台,包括系统监控与管理平台,安全管理平台,数据中心,数据交换平台和基础信息管理平台;另一部分是基于基础系统平台而开发的核心业务子系统,包括:
    1) 设备可靠性管理
    2) 生产计划管理
    3) 成本核算
    4) 物料平衡
    5) 物料跟踪
    6) 事故预案管理
    7) 班组管理
    8) 工艺参数管理
    9) 统计管理
    10) 报表管理
    11) 综合查询
    其中,基础系统平台,尤其是数据中心,可以作为整个MES系统的基础数据中心,所开发的核心业务子系统是整个MES系统的基础业务子系统,所开发的核心业务子系统所计算、分析的结果数据可以直接提供给MES系统其它模块使用。
    六、结束语
    综上所述,MES的发展势在必行,而其主要的核心系统生产运行系统在MES中起着极其重要的作用,它是MES的基础部分,生产系统的数据对MES起着支撑的作用,随着企业信息化的发展,必将出现以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,走出一条科技含量高,经济效益好,资源消耗低,环境污染少,人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子,是企业提高对市场的影响能力,在市场竞争中立于不败之地的必然选择!

 

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