梁永宏

（廣州中浩控制技術有限公司，廣東廣州 510070）

日化行業(yè)MES系統(tǒng)研究與設計*

梁永宏

（廣州中浩控制技術有限公司，廣東廣州 510070）

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是改善車間管理的重要信息化手段，但不同行業(yè)MES系統(tǒng)存在較大差異。針對當前日化行業(yè)生產管理存在的問題，提出了日化行業(yè)MES系統(tǒng)建設目標，設計出一種適用日化行業(yè)的MES系統(tǒng)架構，闡述了MES系統(tǒng)下的車間作業(yè)流程，并對軟件功能模塊進行了總體設計。對系統(tǒng)的應用情況進行了分析，并對系統(tǒng)發(fā)展進行了展望。

制造執(zhí)行系統(tǒng)；日化行業(yè)；MES

0 前言

日化產品由日用化工原料組合生產，產品種類多，包括化妝品、洗滌用品、口腔用品、香味劑、除臭劑、驅蟲滅害產品和其他日化產品。日化行業(yè)屬于批次配方型生產模式，產品種類多，每個批次生產數(shù)量少，對產品質量和生產效率有較高要求。在整個生產過程中，原材料經(jīng)過稱料、配制、包裝等多個工序最終形成成品，其中稱料和配制對產品質量有決定性影響，在每個工序均需按照配方和SOP（標準作業(yè)程序）進行嚴格的控制。

目前很多日化產品生產企業(yè)已實施了ERP系統(tǒng)，用于對計劃、庫存、采購、銷售、財務等經(jīng)營活動進行管理。但在生產現(xiàn)場，由于缺乏車間層面的信息化系統(tǒng)，稱料和配制的工人仍然需要手持紙質的配方和工藝要求單進行生產，并手動填寫生產完成情況，生產的歷史數(shù)據(jù)全部由工人手動填寫在紙張記錄上。這樣在生產過程中，很難確保工人按SOP進行生產，工人很容易出現(xiàn)操作錯誤（如稱重錯誤、投料錯誤等），當出現(xiàn)質量問題時，QA通過手工填寫的紙質生產記錄很難準確判斷造成產品質量問題的根本原因。而管理人員難以了解生產現(xiàn)場的實際工單進度情況，生產報表只能依靠專人整理匯總，生產數(shù)據(jù)很難跟其他相關部門共享[1]。同時在日化生產中，比較注重生產工藝的持續(xù)改進，但由于缺乏傳統(tǒng)模式缺乏對工藝參數(shù)的連續(xù)記錄，很難對工藝的持續(xù)改進提供依據(jù)。

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）作為連接上層ERP系統(tǒng)和底層控制系統(tǒng)的中間層[2]，非常適合解決車間層面生產管理問題?；诖?，有必要研制一套適應日化行業(yè)管理需要的MES系統(tǒng)。MES具有鮮明的行業(yè)特色，因此系統(tǒng)的建設必須和日化行業(yè)的生產組織模式及工藝相吻合。

1 系統(tǒng)建設目標

基于此，一個日化行業(yè)MES系統(tǒng)的建設目標一般應包括：

（1）配方版本的集中控制；

（2）車間計劃的排定；

（3）加工批次實時進度的透明化；

（4）配方稱重；

（5）配制現(xiàn)場的作業(yè)指示；

（6）投料過程的精確控制；

（7）生產工藝參數(shù)的實時監(jiān)測及持續(xù)優(yōu)化；

（8）加工批次實時進度的透明化；

（9）權限控制；

（10）生產歷史的自動記錄及績效分析。

2 系統(tǒng)架構

基于以上系統(tǒng)目標和作業(yè)流程，整個日化行業(yè)MES系統(tǒng)的硬件和網(wǎng)絡架構一般應包含以下幾部分：

（1）歷史數(shù)據(jù)庫服務器：由于日化MES需要存儲連續(xù)的工藝、設備參數(shù)和加工歷史，需要設置專門的歷史數(shù)據(jù)庫服務器，并采用專業(yè)的工業(yè)數(shù)據(jù)壓縮技術，進行歷史數(shù)據(jù)的存儲；

（2）MES應用服務器：主要用于運行后臺處理程序，管理遠程客戶端鏈接，實現(xiàn)MES核心應用邏輯；

（3）Web服務器：遠程辦公電腦經(jīng)防火墻訪問Web服務器，查詢報表及統(tǒng)計數(shù)據(jù)；

（4）監(jiān)控終端：用于集中監(jiān)視各現(xiàn)場終端的任務完成情況、實際參數(shù)、報警情況等；

（5）工程師站：用于系統(tǒng)的整體維護、權限修改等；

（6）LED看板：用于顯示匯總生產信息；

（7）稱料站：在稱料區(qū)域，設置多個稱料站點。稱料站點可配置有電腦、電子稱、條碼打印機、條碼掃描槍等設備；

（8）現(xiàn)場操作站：在配制區(qū)每個反應釜旁，設置相應的現(xiàn)場操作站點?，F(xiàn)場操作站應配置工業(yè)觸摸屏電腦、條碼掃描槍，并與現(xiàn)場的控制系統(tǒng)進行通訊。

整個系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)為骨干網(wǎng)絡，以保證數(shù)據(jù)通訊的穩(wěn)定可靠。同時與ERP系統(tǒng)預留網(wǎng)絡接口，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互[3]。

整個系統(tǒng)的架構圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡架構示意圖

3 作業(yè)流程設計

MES系統(tǒng)作為管理信息系統(tǒng)，其系統(tǒng)設計、運行和現(xiàn)場的作業(yè)流程密切相關。在日化行業(yè)，操作人員既需要手工添加粉料和助劑等小料，有時也需要通過管道添加大劑量的水和液體料等大料。

整個MES系統(tǒng)的作業(yè)流程設計將以配方電子化、物料條碼化、操作規(guī)范化和記錄精準化為核心指導思想，實施MES后的整體作業(yè)流程說明如下：

（1）ERP系統(tǒng)將工單和配方數(shù)據(jù)自動下載配方管理系統(tǒng)；

（2）在稱料區(qū)域，工人按照工單和配方進行稱料作業(yè)，并對物料粘貼條碼；

（3）在現(xiàn)場觸摸屏電腦上，操作員選擇工單及對應的生產配方開始生產；

（4）對于大料，系統(tǒng)通過與底層PLC聯(lián)動，系統(tǒng)自動加料，當加料重量符合配方要求時，系統(tǒng)自動停止加料；

（5）對于小料，在觸摸屏上選擇快速投料，進行手動加料，利用掃描物料條碼進行記錄；

（6）根據(jù)工藝要求，可以記錄攪拌速度、時間等，并進行報警提示；

（7）系統(tǒng)對操作人員工作內容提示功能；

（8）系統(tǒng)進行配方跟蹤，產生各種生產報表。

4 軟件功能實現(xiàn)

基于以上的生產管理流程，整個系統(tǒng)的軟件包含以下一些功能模塊。

（1）配方管理

工廠可選擇從ERP、EXCEL文件或獨立的配方系統(tǒng)導入已有的產品配方，也可在系統(tǒng)中創(chuàng)建新的配方，并形成配方的不同版本，配方相關數(shù)據(jù)將統(tǒng)一存儲在MES數(shù)據(jù)庫中，在審核后可直接用于生產。

（2）生產計劃管理

系統(tǒng)可從ERP或EXCEL文件導入主生產計劃，或在系統(tǒng)中直接添加新的生產計劃。車間計劃員可以進一步對計劃進行分解，并在系統(tǒng)中進行車間層面的詳細排產，排定好的作業(yè)工單直接下達到稱重及配制現(xiàn)場的電腦終端。

（3）稱料管理

稱料管理系統(tǒng)支持移動稱料和固定站點稱料兩種不同的作業(yè)模式，可以與移動稱料小車集成。主要包含以下功能：

原材料條碼打?。簩τ趥}庫接收的原材料，可按照統(tǒng)一的格式打印條碼標簽進行物料標識。

稱料計劃管理：按照生產計劃和配方，系統(tǒng)可以產生相應的稱料任務，主管可以將稱料任務分配給不同的稱料人員，并查詢相應的稱料進度。

稱料作業(yè)：按照稱料任務要求，系統(tǒng)指導工人進行物料稱重，打印出小包裝物料條碼，系統(tǒng)詳細記錄稱料作業(yè)情況。

稱料防錯：在系統(tǒng)可利用條碼掃描，對物料種類進行核對防錯，并通過與電子稱的接口，嚴格控制稱重偏差。

條碼管理：系統(tǒng)可以對污損的條碼進行補打或重打，系統(tǒng)自動記錄補打過程。

（4）配制監(jiān)控系統(tǒng)

在主生產設備旁配制監(jiān)控系統(tǒng)，通過可視化界面指揮操作工人進行生產，并實時的記錄整個生產過程中的各參數(shù)變化、各項動作的具體操作時間等信息。主要包含以下功能：

1）生產任務指示：工人在生產現(xiàn)場的配制監(jiān)控工作站，按照系統(tǒng)提示的生產計劃進行加工生產；

2）投料控制：系統(tǒng)依據(jù)配方要求指導工人進行投料，對物料使用錯誤進行報警，詳細記錄投料過程；

3）工藝參數(shù)控制：對一些重要的過程參數(shù)如溫度、壓力、攪拌速度等進行監(jiān)測，并提供超限預警功能；

4）電子作業(yè)指導書：系統(tǒng)可以將SOP電子化，并在現(xiàn)場終端直接顯示相應的操作；

5）質檢結果：由于日化行業(yè)往往采用按批生產的模式，而每一批次均需在加工后進行檢驗，因此系統(tǒng)需要能訪問質檢的記錄結果，在質檢通過后，結束工單；

6）清洗記錄：用于管理反應釜的狀態(tài)及清洗記錄。

（5）集中監(jiān)視系統(tǒng)

集中監(jiān)視系統(tǒng)用于集中顯示所有現(xiàn)場站點的工藝參數(shù)變化情況、操作步驟等。

（6）LED看板

生產主管部門可以通過LED看板實時監(jiān)控各個工作站的生產計劃完成情況以及告警信息。

（7）工藝參數(shù)管理

日化行業(yè)由于產品種類多，整個生產過程中人工干預多，很難做到完全自動化生產，而實驗室預選給出的產品工藝參數(shù)往往不是最優(yōu)參數(shù)，因此存在工藝參數(shù)持續(xù)優(yōu)化的問題。

當質檢部門發(fā)現(xiàn)某批次的產品質量優(yōu)于現(xiàn)有標準時，工藝部門可以調取該批次的實際工藝參數(shù)變化曲線，并與標準參數(shù)曲線比對。審核通過后，可以直接設定該批次的工藝參數(shù)變化曲線設置為新的標準工藝曲線，指導工人按新的參數(shù)進行生產，從而實現(xiàn)工藝參數(shù)的持續(xù)優(yōu)化。

工藝參數(shù)的采集，在技術上采用OPC工業(yè)協(xié)議，與底層的PLC控制系統(tǒng)進行交互[4]。

（8）權限控制

系統(tǒng)的所有操作都需要授權并被詳細記錄，權限根據(jù)需要可以分為多個級別。

（9）報表統(tǒng)計

系統(tǒng)提供多種生產報表，包括稱料報表、批次生產記錄、日生產記錄、月統(tǒng)計記錄、班組生產記錄、報警記錄等。

5 結束語

本文介紹的日化行業(yè)MES系統(tǒng)，已在企業(yè)成功試用，系統(tǒng)基本達到了設計要求。由于針對日化企業(yè)的業(yè)務特點進行了專門設計，系統(tǒng)可以在根本上規(guī)范工人的現(xiàn)場操作，降低現(xiàn)場差錯率，實現(xiàn)物料的精準消耗，提升產品質量和作業(yè)效率。同時現(xiàn)場生產情況和報警的實時反饋，可以幫助管理人員及時對生產異常進行處理，生產調度更為順暢。而自動的生產數(shù)據(jù)記錄和分析，也大大節(jié)省了統(tǒng)計員的工作量。

事實上，依據(jù)配方進行加工的行業(yè)還有很多，但日化行業(yè)的加工工序相對較少，一般在單個操作單元內進行配制生產，因此本系統(tǒng)未過多涉及多工序間的協(xié)作和半成品控制，將來如果對這一部分功能加強，整個架構可進一步擴展到更多其他行業(yè)。

［1］沈怡.淺談MES系統(tǒng)在統(tǒng)計工作中的應用與不足［J］.中國西部科技，2011（04）：27-28.

［2］王新亭，張懷京.企業(yè)生產執(zhí)行系統(tǒng)的構建與實施［J］.軟件導刊，2012（01）：112-113.

［3］阮學斌.生產過程制造執(zhí)行系統(tǒng)的開發(fā)與應用［J］.江南大學學報：自然科學版，2010（10）：542-543

［4］王雪寒，輦玉玉，姚翠紅，等.實時數(shù)據(jù)采集技術在生產制造執(zhí)行中的應用［J］.工業(yè)控制計算機，2013（02）：18-19.

Research and Design of MES for Daily Chemical Industry

LIANG Yong-hong
（Guangzhou CH Control Technology Co.，Ltd，Guangzhou510070，China）

Manufacturing Execution System(MES)is an important method to improve management in workshop.But for MES,there is a big difference between different industries.Aimed to the management problems in workshop,It puts forward the main goal of building MES for Daily Chemical Industry,designs an architecture for MES,introduces the main workflow and the software functions.It also mentions the actual applications and future development.

manufacturing execution system；daily chemical industry；MES

TH166

：A

：1009－9492(2014)11－0059－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.11.016

梁永宏，男，1971年生，湖北襄陽人，碩士，系統(tǒng)分析師。研究領域：軟件工程，制造執(zhí)行系統(tǒng)，能源管理系統(tǒng)。已發(fā)表論文6篇。

(編輯：向 飛)

*廣東省現(xiàn)代信息服務業(yè)發(fā)展專項資金項目（編號：GDEID2011IS014）

2014－05－20