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    李泳湛，杜文雄，邵于寧李泳湛（1981－）
男，廣東佛山人，（廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，廣東  廣州  510006）,在讀碩士，研究方向?yàn)榭刂凭W(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)集成。

摘要：本文通過(guò)對(duì)某大型美資化裝美容品和日用洗滌用品廠的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)與需求的分析, 介紹了制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的概念、功能模型，以及MES與ERP及現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)之間的關(guān)系，并且描述了MES系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)與基本功能,提出MES在化妝品生產(chǎn)過(guò)程中的功能模塊的設(shè)計(jì)。MES通過(guò)強(qiáng)調(diào)制造過(guò)程的整體優(yōu)化來(lái)幫助企業(yè)實(shí)施完整的閉環(huán)生產(chǎn)，協(xié)助企業(yè)建立一體化和實(shí)時(shí)化的ERP/MES/SFC信息體系。

關(guān)鍵詞：制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）；企業(yè)資源管理計(jì)劃（ERP）；過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）

Abstract: This paper introduces the concept and function model of MES, and the connection between MES and ERP/SFC. The representative structure and function model are also described in this paper,. Finally, we put forward the design scheme of function modules in the production of cosmetic by analyzing the characteristics and requirement in the production process of a certain big commodity factory. It shows that MES is helpful for enterprises to build the concentrative and real time ERP/MES/SFC information system.

Key words: Manufacturing Execution System(MES) ；Enterprise Resourse Planning (ERP) ；Processing Control System(PCS)

1 引言

    中國(guó)的制造業(yè)企業(yè)面臨日益激烈的國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)，如何迅速提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，很重要的一點(diǎn)，就是以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，加快信息化進(jìn)程，走新型工業(yè)化道路，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展。 縱觀我國(guó)制造業(yè)信息化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，建設(shè)的重點(diǎn)普遍放在ERP管理系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)兩個(gè)方面。ERP位于企業(yè)上層計(jì)劃層，用于整合企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)資源，編制生產(chǎn)計(jì)劃。而在現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，主要采用自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、檢測(cè)儀器、物流搬運(yùn)儲(chǔ)存設(shè)備等解決具體生產(chǎn)(制程)的瓶頸，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化控制。 由于市場(chǎng)環(huán)境的變化和現(xiàn)代生產(chǎn)管理理念的不斷更新，一個(gè)制造型企業(yè)能否良性運(yùn)營(yíng)，關(guān)鍵是使“計(jì)劃”與“生產(chǎn)”密切配合，企業(yè)和車(chē)間管理人員需在最短時(shí)間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變化，作出準(zhǔn)確判斷和快速應(yīng)對(duì)措施，保證生產(chǎn)計(jì)劃得到合理而快速修正。雖然ERP和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象是企業(yè)管理的上層，一般對(duì)車(chē)間層的管理流程不提供直接的支持；而現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能主要在于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和工藝參數(shù)的監(jiān)控，而并非真正意義上的管理系統(tǒng)。所以，ERP系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)之間出現(xiàn)了管理信息方面的“斷層”，對(duì)于用戶(hù)車(chē)間層面的調(diào)度和管理要求，它們往往顯得束手無(wú)策或功能薄弱。以及由于產(chǎn)品行銷(xiāo)正在從生產(chǎn)導(dǎo)向快速地演變成市場(chǎng)導(dǎo)向、競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)向，因而也對(duì)制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管理和組織提出了挑戰(zhàn)，僅僅依靠ERP和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)往往無(wú)法應(yīng)付這新的局面。 工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System, MES)恰好能填補(bǔ)這一空白。

2 系統(tǒng)介紹

    2.1 系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    本系統(tǒng)硬件部分由兩個(gè)二級(jí)系統(tǒng)組成：收貨/稱(chēng)料子系統(tǒng)和補(bǔ)料/加料子系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和基于TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了工廠倉(cāng)庫(kù)管理與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理的融合，保證了系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)性、有效性和快速響應(yīng)性， 以下是系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

    2.1.1 收貨/稱(chēng)料子系統(tǒng)

    (1) 收貨功能的實(shí)現(xiàn)流程

    2.1.2 補(bǔ)料/加料子系統(tǒng)

    補(bǔ)料/加料子系統(tǒng)有兩個(gè)基本的功能：補(bǔ)料功能與加料功能。該大型美資化裝美容品和日用洗滌用品廠日常主要工作任務(wù)是把各種原材料經(jīng)過(guò)配制、混合、乳化等過(guò)程來(lái)生產(chǎn)產(chǎn)品的，所以各種生產(chǎn)鍋的加料動(dòng)作經(jīng)常發(fā)生.人手操作不但效率低,而且出現(xiàn)投錯(cuò)料和數(shù)據(jù)記錄錯(cuò)誤的可能性比較大。補(bǔ)料／加料子系統(tǒng)正是為了避免加料過(guò)程中人手操作出錯(cuò)的情況而提出的。

    (1) 補(bǔ)料功能的實(shí)現(xiàn)流程

    首先，PLC從PCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)讀到要補(bǔ)料的計(jì)劃和操作。PLC把數(shù)據(jù)信息處理好，通過(guò)條碼掃描器(人手操作)識(shí)別原料的編號(hào)是否符合。如果符合，PLC會(huì)自動(dòng)打開(kāi)閥門(mén)和啟動(dòng)液體泵把液體原料輸?shù)焦潭ㄔ瞎蘩铮琍LC實(shí)時(shí)地把流量計(jì)的數(shù)據(jù)記錄下來(lái),流量達(dá)到需要就會(huì)自動(dòng)停止補(bǔ)料動(dòng)作。PCS系統(tǒng)通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與PLC通信，實(shí)時(shí)地把補(bǔ)料過(guò)程的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)和控制補(bǔ)料過(guò)程，如圖2所示。

    (2)加料功能的實(shí)現(xiàn)流程

    首先,PLC從PCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)讀到要加料的計(jì)劃和操作。PLC把數(shù)據(jù)信息處理好,如果條件達(dá)到要求就可以進(jìn)行加料操作了。PLC啟動(dòng)固定原料罐的液體泵把原料抽到輸料管道（與各個(gè)生產(chǎn)鍋連接），然后打開(kāi)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)鍋上面輸料管的閥門(mén)和啟動(dòng)生產(chǎn)鍋的液體泵，進(jìn)行加料的動(dòng)作。 PLC實(shí)時(shí)地把流量計(jì)的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，流量達(dá)到需要就會(huì)自動(dòng)停止加料動(dòng)作。PCS系統(tǒng)通過(guò)TCP／IP網(wǎng)絡(luò)與PLC通信,實(shí)時(shí)地把加料過(guò)程的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)和控制補(bǔ)料過(guò)程，如圖3所示。

    2.2 系統(tǒng)軟件功能模塊

    本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)在Microsoft的.NET開(kāi)發(fā)環(huán)境與ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)下開(kāi)發(fā)與調(diào)試，主要應(yīng)用了.NET環(huán)境下的XML技術(shù)與ADO技術(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的要求，本軟件系統(tǒng)是一個(gè)以現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。在功能上可將系統(tǒng)劃分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，如圖4所示。 

圖4 系統(tǒng)功能模塊圖

    （1）“通信中心”為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)，主要功能是負(fù)責(zé)安全地、可靠地、準(zhǔn)確地接收PLC采集的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，具有良好的擴(kuò)展性，可靈活的增減需采集的設(shè)備的數(shù)目。

    （2）“數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”將完成系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)處理功能，即數(shù)據(jù)處理、分析和存儲(chǔ)，包括原始數(shù)據(jù)的工程換算、告警產(chǎn)生、向“實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)”和“工程師集中監(jiān)控系統(tǒng)”發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，還要完成告警入庫(kù)等功能。“數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”還可為模擬屏（大屏幕）生成Excel格式的顯示數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)的同時(shí)在大屏幕顯示。

    （3）“投料實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)”是運(yùn)行在各個(gè)配置工人工作臺(tái)中的觸摸屏計(jì)算機(jī)中的唯一程序，完成系統(tǒng)的投料跟蹤提示、參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、曲線(xiàn)顯示、報(bào)警提示和投料記錄生成功能。如果某些參數(shù)需要調(diào)整，管理人員可以根據(jù)權(quán)限在現(xiàn)場(chǎng)修正。因?yàn)橥读蠒r(shí)同一個(gè)工作臺(tái)的不同鍋（如油相鍋、水相鍋、乳化鍋等）有可能同時(shí)開(kāi)啟，但生產(chǎn)的產(chǎn)品不同。“投料實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)”可處理此異步過(guò)程。工作臺(tái)工作時(shí)，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)可以有一定的人機(jī)界面，如動(dòng)畫(huà)或顏色表示。

    （4）“工程師集中監(jiān)控系統(tǒng)”運(yùn)行在工程師工作站中，為工藝師和管理人員提供現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)參數(shù)、實(shí)時(shí)告警和當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)。該模塊也包括不同生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)的曲線(xiàn)對(duì)比、實(shí)時(shí)線(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程參數(shù)曲線(xiàn)的對(duì)比功能。

    （5）“管理配置報(bào)表系統(tǒng)”完成系統(tǒng)所有需配置、管理和查詢(xún)報(bào)表的功能，有權(quán)限的人員可以用它來(lái)設(shè)置產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)過(guò)程、查詢(xún)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和打印報(bào)表，包括配置記錄和生產(chǎn)報(bào)表。在此模塊中可設(shè)置生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程曲線(xiàn)，供其他模塊使用。

3 使用效果與總結(jié)

    3.1 使用效果

    (1) 系統(tǒng)與上層ERP達(dá)到數(shù)據(jù)共享，為管理層的各種決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

    (2) 系統(tǒng)既可幫助工人控制投料時(shí)間，亦可通過(guò)報(bào)警手段幫助其準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵溫度和轉(zhuǎn)速等參數(shù)的控制和記錄。

    (3) 系統(tǒng)還使管理人員可隨時(shí)方便的查看生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)時(shí)參數(shù)和生產(chǎn)進(jìn)展情況，自動(dòng)生成打印與生產(chǎn)和管理相關(guān)的報(bào)表，使工藝師和管理人員根據(jù)各自的權(quán)限隨時(shí)查找以往的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分析所有的生產(chǎn)過(guò)程。

    (4) 系統(tǒng)自動(dòng)準(zhǔn)確的記錄整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)參數(shù)和過(guò)程中的報(bào)警，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)的分析和比較，幫助工藝師發(fā)現(xiàn)最好的生產(chǎn)過(guò)程，從而使得同一產(chǎn)品的品質(zhì)得到統(tǒng)一的控制。

    (5) 系統(tǒng)既可幫助工人控制投料時(shí)間，亦可通過(guò)報(bào)警手段幫助其準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵溫度和轉(zhuǎn)速等參數(shù)的控制和記錄。

    3.2 總結(jié)

    利用現(xiàn)今提出的MES體系結(jié)構(gòu),針對(duì)不同的工廠自動(dòng)化要求,而開(kāi)發(fā)出的專(zhuān)業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)能夠成為企業(yè)上層信息管理與下層現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控執(zhí)行系統(tǒng)管理的一條強(qiáng)而有力的紐帶,為實(shí)現(xiàn)工廠企業(yè)的全面而有效的自動(dòng)化信息管理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

其它作者：

    杜文雄（1983-），男，廣東佛山人，在讀碩士，研究方向?yàn)槁毮芸刂萍夹g(shù)及其應(yīng)用；

    邵于寧（1981-），男，廣東佛山人，在讀碩士，研究方向?yàn)橹悄芙煌ā?/FONT>