鄒 波，侯淑媛，駱 旭，劉 娜，李 漢

和利時(shí)卡優(yōu)倍科技有限公司，北京 100176

0 引言

生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是面向車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程管理，解決車(chē)間生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行問(wèn)題[1]。乳品的完整生產(chǎn)鏈包含牧場(chǎng)奶牛養(yǎng)殖、原奶在途運(yùn)輸、工廠乳品生產(chǎn)、成品發(fā)貨運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)（圖1）。乳品MES以實(shí)現(xiàn)工廠產(chǎn)品數(shù)字化生產(chǎn)為重點(diǎn)，可以集成牧場(chǎng)管理系統(tǒng)、車(chē)輛運(yùn)輸管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)乳品完整生產(chǎn)鏈的數(shù)字化管理。

圖1 乳品生產(chǎn)全生命周期

利樂(lè)或GEA中控系統(tǒng)在前處理環(huán)節(jié)的應(yīng)用，自動(dòng)化包裝生產(chǎn)線、無(wú)人碼垛立體庫(kù)在灌包裝環(huán)節(jié)的應(yīng)用，極大提供了乳品整體生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從自動(dòng)化設(shè)備控制系統(tǒng)或自動(dòng)化產(chǎn)線中獲取數(shù)據(jù)，這些為推行乳品數(shù)字化工廠建設(shè)奠定了硬件基礎(chǔ)。

李鴻奎[2]簡(jiǎn)述了MES在嬰幼兒配方奶粉生產(chǎn)方面的作用；嵇海濤[3]闡述了利樂(lè)中控系統(tǒng)在質(zhì)量提升及質(zhì)量溯源方面的價(jià)值。對(duì)于MES在乳品工廠中的具體實(shí)現(xiàn)方式，以及在業(yè)務(wù)方面產(chǎn)生的量化價(jià)值，目前相關(guān)論文闡述較少。本文結(jié)合乳業(yè)MES產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和項(xiàng)目實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，闡述部分重點(diǎn)業(yè)務(wù)模塊，突出MES在提高乳品生產(chǎn)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)電子化報(bào)表，以及工廠側(cè)領(lǐng)導(dǎo)數(shù)字化決策等方面的價(jià)值。

1 MES整體設(shè)計(jì)

在乳品數(shù)字化工廠建設(shè)中，自下而上分為4 個(gè)層級(jí)：設(shè)備層、數(shù)據(jù)采集層、生產(chǎn)管控層、運(yùn)營(yíng)管理層。整體以MES為中心，打通設(shè)備層與運(yùn)營(yíng)管理層。設(shè)備層與數(shù)據(jù)采集層：包含中控系統(tǒng)管控的設(shè)備，如CIP清洗設(shè)備、UHT殺菌機(jī)、罐線閥陣等；多條灌包裝產(chǎn)線的多臺(tái)單包容量設(shè)備由1 套容量上位系統(tǒng)統(tǒng)一管理，多條灌包裝產(chǎn)線的多臺(tái)噴碼設(shè)備由1 套噴碼上位系統(tǒng)統(tǒng)一管理；設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集地磅設(shè)備、凈乳機(jī)、灌裝機(jī)，以及包裝產(chǎn)線信息。生產(chǎn)管控層：包含LIMS、EAM、MES、原輔料WMS、成品WMS；運(yùn)營(yíng)管理層：包含OA、ERP、售后服務(wù)系統(tǒng)、人力資源系統(tǒng)、智慧園區(qū)管理系統(tǒng)等（圖2）。

圖2 MES整體業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

MES產(chǎn)品設(shè)計(jì)以乳品生產(chǎn)的協(xié)同業(yè)務(wù)場(chǎng)景為核心，以系統(tǒng)集成為支撐方式，可以有機(jī)串聯(lián)生產(chǎn)中的計(jì)劃、供應(yīng)、收奶、預(yù)處理、灌包裝、質(zhì)檢、成品發(fā)運(yùn)等不同工作。MES產(chǎn)品主要包含12 個(gè)業(yè)務(wù)模塊：排程管理、奶臺(tái)管理、預(yù)處理管理、灌包裝管理、質(zhì)量管理、成本管理、檢驗(yàn)管理、巡檢管理、異常管理、消息管理、文檔管理、系統(tǒng)配置。以下重點(diǎn)闡述收奶業(yè)務(wù)、質(zhì)量管理、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)決策系統(tǒng)。

2 收奶業(yè)務(wù)

收奶業(yè)務(wù)適用于生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中司磅員、收奶工、奶臺(tái)中控工。收奶業(yè)務(wù)基本流程為：奶車(chē)入廠→奶車(chē)外表面清洗→鉛封核對(duì)→原奶采樣檢驗(yàn)→奶車(chē)過(guò)磅，稱(chēng)量毛重→抽奶入暫存罐→凈乳后入奶倉(cāng)→奶車(chē)二次過(guò)磅，稱(chēng)量皮重→奶車(chē)內(nèi)部清洗→奶車(chē)出廠。

MES與ERP、LIMS、地磅稱(chēng)重設(shè)備（通過(guò)設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、智慧園區(qū)管理系統(tǒng)集成，收奶業(yè)務(wù)信息流如圖3所示。

圖3 MES收奶業(yè)務(wù)信息流

從ERP中獲取原奶MPO表，并據(jù)此核對(duì)奶車(chē)入廠信息，生成采購(gòu)訂單；MES與LIMS集成，自動(dòng)觸發(fā)原奶檢驗(yàn)任務(wù)，并同步LIMS檢驗(yàn)結(jié)果，判定原奶是否接收，如檢驗(yàn)合格則正常接收，在ERP中完成收奶業(yè)務(wù)過(guò)賬；MES為奶車(chē)分配清洗線，執(zhí)行CIP清洗；MES將奶車(chē)清洗完成的信息同步給智慧園區(qū)管理系統(tǒng)，園區(qū)車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別奶車(chē)車(chē)牌后，自動(dòng)放行出廠。MES可實(shí)現(xiàn)收奶業(yè)務(wù)過(guò)程透明化管控，如圖4所示。

圖4 MES中收奶過(guò)程完整管控

MES在收奶業(yè)務(wù)方面的價(jià)值如下：

（1）實(shí)現(xiàn)奶車(chē)在途、入廠、檢驗(yàn)、過(guò)磅、收奶、離廠狀態(tài)一張圖管理。

（2）鉛封核對(duì)在線記錄，CIP清洗記錄電子化，無(wú)需開(kāi)具洗車(chē)票。

（3）MES通過(guò)設(shè)備數(shù)據(jù)系統(tǒng)獲取奶車(chē)毛重、奶車(chē)皮重，通過(guò)園區(qū)車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)獲取奶車(chē)車(chē)牌號(hào)，并匹配原奶采購(gòu)訂單，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人司磅、自動(dòng)收奶。

（4）MES觸發(fā)質(zhì)檢任務(wù)，LIMS將檢驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)推送ERP和MES，可減少員工與司機(jī)查看質(zhì)檢結(jié)果的不方便。

（5）奶倉(cāng)超時(shí)或超溫時(shí)，可自動(dòng)提醒收奶員，并自動(dòng)觸發(fā)檢驗(yàn)任務(wù)。

3 質(zhì)量管理

質(zhì)量管理適用于生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中質(zhì)量、檢驗(yàn)的管理人員，包含業(yè)務(wù)功能有：質(zhì)量追溯、質(zhì)量巡檢、質(zhì)量變更、保溫樣管理、投訴管理、質(zhì)量報(bào)表。

生活質(zhì)量提高使消費(fèi)者對(duì)牛奶產(chǎn)品信息透明度提出更高要求，全程有序可追溯更能滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)自然原生需求和對(duì)品牌的信任度[4]。以下重點(diǎn)闡述MES在質(zhì)量追溯方面的業(yè)務(wù)，乳品生產(chǎn)質(zhì)量追溯原理如圖5所示。

圖5 MES中質(zhì)量追溯原理

通過(guò)成品批次號(hào)可追溯到無(wú)菌罐罐號(hào)，從而查詢(xún)對(duì)應(yīng)時(shí)段半成品批次號(hào)；通過(guò)半成品批次號(hào)可查詢(xún)奶倉(cāng)號(hào)，進(jìn)一步追溯原奶信息，并且延伸到原奶接收，包含收奶工、奶車(chē)信息、牧場(chǎng)信息，形成完整的質(zhì)量追溯報(bào)告，如圖6所示。

圖6 MES中質(zhì)量反向追溯

MES在質(zhì)量管理方面的價(jià)值如下：

（1）系統(tǒng)可自動(dòng)提示質(zhì)檢員乳品生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量巡檢任務(wù)，消除員工主觀原因漏檢。

（2）發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常后，可自動(dòng)通知責(zé)任人，系統(tǒng)流程跟進(jìn)，形成質(zhì)量異常閉環(huán)管理。

（3）對(duì)質(zhì)量巡檢明細(xì)、保溫樣過(guò)程管控、質(zhì)量變更等能完整電子化記錄留痕，利于保存與質(zhì)量追溯。

（4）可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過(guò)程質(zhì)量追溯、質(zhì)量分析，為生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)決策提供數(shù)據(jù)支撐。

（5）質(zhì)量相關(guān)文檔集中管控，分配權(quán)限，提供在線存檔、瀏覽，提高員工效率。

4 生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)決策系統(tǒng)

生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)決策系統(tǒng)為管理層提供數(shù)據(jù)分析與決策導(dǎo)向，從MES中抽取生產(chǎn)相關(guān)的重要指標(biāo)，重點(diǎn)體現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃達(dá)成、生產(chǎn)成本分析、生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)、產(chǎn)線運(yùn)行效率等，并做業(yè)務(wù)的穿透分析。例如：奶倉(cāng)儲(chǔ)存超時(shí)率，可穿透到具體的超時(shí)奶倉(cāng)編號(hào)、超時(shí)原因；另外，設(shè)計(jì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)來(lái)源以自動(dòng)獲取為主，減少人為錄入干擾，真實(shí)反映生產(chǎn)實(shí)際情況。

生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)決策系統(tǒng)以乳品生產(chǎn)流程為主線，包含六大功能模塊：生產(chǎn)總覽、奶車(chē)/原奶、生產(chǎn)執(zhí)行、成品倉(cāng)儲(chǔ)、市場(chǎng)客訴、安全生產(chǎn)，其中生產(chǎn)總覽是從后面5個(gè)模塊抽取并歸納的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)（圖7）。

圖7 生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)決策系統(tǒng)-生產(chǎn)執(zhí)行

5 總結(jié)

乳品數(shù)字化工廠建設(shè)是一個(gè)整體規(guī)劃的系統(tǒng)工程[5]，一般需自頂向下設(shè)計(jì)、自下而上分步實(shí)施。MES在乳品數(shù)字化工廠中打通了生產(chǎn)控制系統(tǒng)與運(yùn)營(yíng)管理層，橫向集成了LIMS、WMS等；基于重點(diǎn)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)IOT高度集成、精益化與數(shù)字化結(jié)合等數(shù)字化手段，以乳品生產(chǎn)實(shí)際業(yè)務(wù)流為牽引，包含奶車(chē)在途、收奶、預(yù)處理、灌包裝、成品發(fā)運(yùn)等，可實(shí)現(xiàn)乳品生產(chǎn)全工段成本損失矩陣的自動(dòng)核算、灌裝機(jī)等重要設(shè)備運(yùn)行記錄自動(dòng)化電子化、原輔料領(lǐng)料退料的透明執(zhí)行、每日生產(chǎn)計(jì)劃量與實(shí)際入庫(kù)量的清晰對(duì)照等。