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        基于GE PA的卷煙廠制絲線MES的設(shè)計

        2010-01-01 00:00:00孫書情陳志剛徐小光
        計算機(jī)時代 2010年1期

        摘要:分析了卷煙廠制造執(zhí)行系統(tǒng)的特點以及發(fā)展現(xiàn)狀。以PA平臺為基礎(chǔ)。設(shè)計了一套卷煙廠制絲線的制造執(zhí)行系統(tǒng),主要由系統(tǒng)管理、生產(chǎn)建模、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、人員管理等模塊組成。該系統(tǒng)的開發(fā)大大提高了卷煙廠制絲車間的生產(chǎn)管理水平。

        關(guān)鍵詞:GE PA;卷煙廠;制絲線;制造執(zhí)行系統(tǒng)

        0 引言

        煙草行業(yè)作為一種特殊行業(yè),兼有國家宏觀調(diào)控和市場經(jīng)濟(jì)的特征。目前,煙草企業(yè)間的競爭加劇,難以依靠傳統(tǒng)技術(shù)及改造提升其競爭力。通過引入信息技術(shù),全面實現(xiàn)企業(yè)信息化來提升企業(yè)綜合競爭力,已成為煙草工業(yè)企業(yè)贏得市場與利潤的有效手段。在煙草企業(yè)信息化中,制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)是一個分布式系統(tǒng),以管理、指揮、控制和協(xié)調(diào)生產(chǎn)為核心,在企業(yè)上層(決策管理層)和企業(yè)底層(生產(chǎn)過程控制層)間建立雙向信息交換通道,實現(xiàn)信息的縱向集成。

        制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System,MES)是近10年來在國際上迅速發(fā)展、面向車間層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實時信息系統(tǒng)。GE電器公司的PA(Plant Application)系統(tǒng)采用了最新軟件技術(shù)的平臺化方案,是目前自動化業(yè)界集成度最高,開放性和易用性最好的產(chǎn)品平臺。它建立在微軟系統(tǒng)平臺上,依托于最新的Web服務(wù)架構(gòu)和.NET技術(shù)。但是在國內(nèi)煙草行業(yè),GE PA系統(tǒng)平臺的應(yīng)用還很少,目前主要只應(yīng)用在汽車、零售、食品等少數(shù)行業(yè)。

        1 系統(tǒng)總體設(shè)計

        我們以許昌卷煙廠制絲車間為對象,以GE PA系統(tǒng)的平臺為基礎(chǔ),結(jié)合煙草行業(yè)的特點,利用NET平臺開發(fā)了一套適用于卷煙廠的MES系統(tǒng)。系統(tǒng)由各種組件化應(yīng)用模塊和系統(tǒng)連接器構(gòu)成,信息流清晰。

        系統(tǒng)功能模塊圖如圖1所示。系統(tǒng)從功能上可以分成四個部分,各種系統(tǒng)連接通過公共的系統(tǒng)連接服務(wù)實現(xiàn)。系統(tǒng)平臺包含了各種不同功能的后臺服務(wù),如信息傳遞、安全驗證、報警、工廠模型的建立等。所有實時信息、歷史信息、各種報表以及分析結(jié)果均可以通過實時信息門戶顯示。各個功能子系統(tǒng)均有自己的應(yīng)用模塊。應(yīng)用模塊利用工廠模型機(jī)制和實時數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)完成各種管理功能。

        2 系統(tǒng)模塊設(shè)計

        本系統(tǒng)主要由系統(tǒng)管理、生產(chǎn)建模、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、人員管理、報表管理等子系統(tǒng)組成,各子系統(tǒng)又包含幾個功能模塊。各予系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián),它們的功能協(xié)作構(gòu)成了一個功能完備、性能可靠的制絲生產(chǎn)線制造執(zhí)行系統(tǒng)。

        2.1 生產(chǎn)建模

        2.1.1 生產(chǎn)設(shè)備建模

        生產(chǎn)建模系統(tǒng)能夠根據(jù)車間的設(shè)備情況按照國際ISA95-標(biāo)準(zhǔn)對車間的生產(chǎn)情況進(jìn)行動態(tài)的數(shù)字建模。整個平臺的數(shù)據(jù)以數(shù)字模型為基礎(chǔ)。當(dāng)設(shè)備改動后,只需在數(shù)字模型中改動相應(yīng)的設(shè)備即可,其他模塊會相應(yīng)地自動改變。

        建模對象和層次為:

        車間->

        工藝段/生產(chǎn)單元/存儲單元->

        設(shè)備,主輔設(shè)備->

        生產(chǎn)檢測變量組,工序/工段->

        生產(chǎn)變量

        2.1.2 生產(chǎn)事件的建模

        定義生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)路徑上發(fā)生的各種生產(chǎn)事件,主要是生產(chǎn)單元批次事件、設(shè)備運行事件、貯柜狀態(tài)事件等。

        2.1.3 生產(chǎn)單元劃分

        生產(chǎn)單元是整個工廠模型的基礎(chǔ),因此對生產(chǎn)單元的劃分很重要。

        (1)生產(chǎn)單元

        能獨立處理物料的最小工作單位,可以自行下發(fā)工藝參數(shù),獨立的批號、牌號,單獨啟停,相鄰單元不得存在不同牌號。它是工藝路線的基礎(chǔ)元素。

        (2)存儲單元

        存儲單元為一組貯柜或者其他的大型存儲設(shè)備(主要是能保存一或幾批物料,且保存至少幾個小時以上)所劃分成的一個存儲單元。存儲單元是生產(chǎn)單元的源頭或者最終目標(biāo)。因此需要與前生產(chǎn)單元或者后生產(chǎn)單元一起控制。

        2.2 產(chǎn)品管理系統(tǒng)

        產(chǎn)品管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)煙廠產(chǎn)品以及相關(guān)的工藝配方管理。產(chǎn)品可以根據(jù)不同的產(chǎn)品家族進(jìn)行管理,比如全配方、分組加工煙牌,香料廚房香糖料等。

        不同煙牌產(chǎn)品可能要經(jīng)過不同工藝設(shè)備的處理,因此需要制定不同產(chǎn)品的工藝路線。工藝路線由工廠模型中的生產(chǎn)單元組成。

        保存每個產(chǎn)品的工藝參數(shù)、配方參數(shù)、設(shè)備參數(shù)的歷史版本,可以很清楚地掌握參數(shù)變更的記錄,制定參數(shù)時可以引用其他相近的煙牌參數(shù),使得新增加的產(chǎn)品配方參的數(shù)維護(hù)具有靈活性;工藝參數(shù)制定后,車間只能查詢不能修改。制定計劃時,工藝配方參數(shù)會隨著選定的煙牌下發(fā)到PLC去進(jìn)行生產(chǎn)控制。

        2.3 生產(chǎn)管理

        生產(chǎn)管理承擔(dān)著從計劃的執(zhí)行到現(xiàn)場操作等很多重要任務(wù),其主要功能包括:對生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)籌安排,提供對生產(chǎn)過程的指導(dǎo),采集和錄入生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù),對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類儲存、挖掘和分析,生成各種報告等。制絲車間計劃流程如圖2所示。

        2.4 質(zhì)量管理

        質(zhì)量管理是整個系統(tǒng)的重要模塊,能對各種質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,以彩虹圖形式實時顯示主要工序的生產(chǎn)數(shù)據(jù),可以實時監(jiān)控一個批次中某參數(shù)失控趨勢以及實時統(tǒng)計結(jié)果。

        在本模塊中,可對過程參數(shù)進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)查詢、分析;能對—個工段內(nèi)的多個參數(shù)進(jìn)行分析,查找生產(chǎn)中異常的原因。

        對于檢驗數(shù)據(jù),通過檢驗員錄入離線數(shù)據(jù),輸入錄入時間后能和同時間的在線采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

        可對各個工段的參數(shù)進(jìn)行實時SPC的X-R、X-S控制圖形分析,也可以查找歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的SPC控制圖形分析。

        2.5 設(shè)備管理

        設(shè)備管理主要由以下幾個模塊組成:

        工藝段效率管理。主要記錄工藝段的總體運行時間、有效運行時間、故障運行時間、故障原因、故障造成的后果等。利用以上基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可進(jìn)行設(shè)備運行效率和故障分析。

        設(shè)備檔案管理。設(shè)備資料統(tǒng)一管理,可提高生產(chǎn)車間維護(hù)查詢設(shè)備資料的效率。

        設(shè)備跟班維修??梢詫S修過程進(jìn)行全程跟蹤記錄、不同角色都可以查看到相應(yīng)的維修過程的狀況,提高了設(shè)備跟班維修的效率。

        日常檢修計劃。對現(xiàn)場出現(xiàn)的問題,或者潛在的問題制定檢查維修計劃,該計劃以任務(wù)的形式下發(fā)。

        設(shè)備點檢管理。本模塊的運行很大程度提高了車間點檢的管理效率。

        2.6 生產(chǎn)人員管理

        車間管理人員可以實時了解整個車間的人員情況。

        3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

        (1)在國內(nèi)煙廠中,我們是首先采用GE PA平臺搭建MES系統(tǒng)的。GE Proficy解決方案遵照$95標(biāo)準(zhǔn),包括設(shè)備總體效率計算,跟蹤和生產(chǎn)統(tǒng)計在內(nèi)的主要模塊的設(shè)計均與$95標(biāo)準(zhǔn)一致。在與ERP系統(tǒng)連接上,Proficy遵照了$95對象定義規(guī)范,通過目前流行的中間件方式連接各種主流ERP關(guān)系數(shù)據(jù)庫,連接的模型對象支持B2MML定義。

        (2)采用了GE的HISTORIAL實時歷史數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)能以百毫秒級進(jìn)行保存。由于該實時歷史數(shù)據(jù)庫采用了螺旋壓縮方式對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮保存,使系統(tǒng)能夠查詢和分析更長時間、更密集的原始數(shù)據(jù),為質(zhì)量統(tǒng)計分析、實驗數(shù)據(jù)分析、錯誤過程分析等提供了強大的數(shù)據(jù)支持。

        (3)本系統(tǒng)可以從多種類型的數(shù)據(jù)源采集數(shù)據(jù)。對于需要實時顯示的數(shù)據(jù),可以直接從監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器或者客戶端的SCADA中采集數(shù)據(jù);對于歷史數(shù)據(jù)可以從實時歷史數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)。同時通過OPC等可以從控制層直接采集數(shù)據(jù)。

        (4)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)彌合了企業(yè)計劃層和生產(chǎn)車間過程控制系統(tǒng)之間的間隙,是制造過程信息集成的紐帶。本系統(tǒng)對于控制層和MES層采用相同的生產(chǎn)單元,將過去獨立的IT和自動化控制領(lǐng)域無縫地融合在一起。控制層和MES層采用相同的生產(chǎn)單元,在MES中以生產(chǎn)單元建模時,能夠?qū)嶋H合理地反映自動化層的控制邏輯,真正的發(fā)揮MES的實際作用,并且可以很好地提高生產(chǎn)效率和降低設(shè)備能耗。

        (5)利用過程參數(shù)在線統(tǒng)計分析和彩虹圖,實時統(tǒng)計出煙廠需要的指標(biāo)值,使重要工序的重要參數(shù)的控制過程可視化,提高了實時工藝水平,保證了關(guān)鍵過程能力的穩(wěn)定。借助數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),有力支撐了工藝水平、過程控制的評價、分析、指導(dǎo)、考核。該質(zhì)量系統(tǒng)使用戶可對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的處理和分析,以獲取有價值的工藝參數(shù)和生產(chǎn)規(guī)律,來指導(dǎo)生產(chǎn),同時也可以對生產(chǎn)進(jìn)行多角度的考核,進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

        (6)系統(tǒng)在輔助調(diào)度單制定的同時,增加了差錯提示,生產(chǎn)技術(shù)科調(diào)度單下發(fā)后。還要經(jīng)過車間主任、中控室操作工兩層確認(rèn),從而杜絕了生產(chǎn)調(diào)度中可能出現(xiàn)的人為失誤。

        (7)維護(hù)人員只需要打開瀏覽器進(jìn)行本系統(tǒng)的安裝。系統(tǒng)升級時,客戶端軟件會自動檢測到新軟件,進(jìn)行自動升級,維護(hù)人員的工作量大為減少。

        4 結(jié)束語

        基于GE PA平臺的制絲車間制造執(zhí)行系統(tǒng),已在許昌卷煙廠投入運行。實踐表明,車間生產(chǎn)管理能力得到了很大的提高。

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