贵阳卷烟厂MES系统设计构想

贵阳卷烟厂MES系统设计构想
制造执行系统(MES)在近年来得到了迅速的发展，MES系统是面向车间层的管理系统，并且位于工业控制和生产计划管理系统之间。

其目标是实现设备、物料、在制品和人在生产过程中的集成，然后进行有效的控制、跟踪和管理。

对于贵阳卷烟厂这样一个烟草企业来说，基本实现了底层过程控制系统的过程自动化和基础自动化，形成了相对独立的系统在制丝和卷包过程中，但是这些系统有着不同的处理逻辑，使得在通信机制、数据模型和数据库方面演变成了信息孤岛，在生产过程和信息资源共享方面缺乏的统一管理。

1 系统设计原则
(1)规范化和标准化原则
构建MES系统的需要对规范化和标准化加以强调，做到接口标准统一，连接通畅，界面友好、实用，使系统具有灵活性、完整性，为系统的扩展打下坚实的基础，以便于系统的有效集成。

(2)实用性、可靠性、先进性、经济性原则
实用性是指维护方便、操作简单、经济耐用，显示直观。

可靠性是指系统能长期无故障地工作；先进性是指为了今后系统的升级和扩展，应保证在技术上适当超前，并且具有先进性在一定时期内；经济性是指造价合理，能够对系统设计进行优化，从而使其具有较低的维护费用和较高的性价比；
(3)集成性的原则
MES系统中的各个子系统进行统一的设计、开发和分析、利用统一数据库系统和开发平台确保MES系统的集成性。

MES系统的集成性能够使各个功能的子系统避免成为信息孤岛，从而使各个单位和部门的信息能够进行共享和交流，实现基础信息资料共享和统一维护，从而充分利用信息的价值，提高资料的准确性，减少数据维护的工作量。

(4)安全性的原则
利用软硬件和管理相结合的多级安全机制的方法，确保MES系统的安全，为了保证数据的安全，需要进行严格的系统权限管理，使系统操作人员只能使用权限内的有关数据。

2 系统结构设计
2.1 系统总体结构
由于MES系统是面向制造过程的，所以需要与企业中的其它制造管理系统进行交互和共享信息。

MES系统需要接收制造管理系统中的各类信息，作为生产管理系统的核心，MES还提供现场的数据信息给企业其他的应用系统，以实现合理资源配置和优化调度。

贵阳卷烟厂MES考虑到系统集成的需要，设计了基于B/S架构的MES体系结构。

在贵阳卷烟厂MES系统的结构设计中采用了三层系统结构，使其能够单独加以实现，并且在逻辑上各自独立，分别是数据访问层、业务逻辑层、用户界面层。

局域网用户和互联网用户对贵阳卷烟厂的MES系统进行访问可以用浏览器来实现，通过对不同业务逻辑模块的访问对各自的业务进行处理；通过SQL方式业务逻辑模块把数据或其他资源的请求发送到数据
库服务器，经过处理后，客户端浏览器收到Web服务器返回的结果。

2.2 系统处理流程
设计的MES系统处理流程如图1所示。

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图1 系统总体处理流程
在公共基础数据进行维护的基础上，该系统进行生产标准制定，并且下发到生产自动化系统把制定好的生产标准，从而作为指导生产的作业规范。

根据物料、人员和工厂设备等情况，在公共基础数据维护的基础上，进行制丝和卷包的详细排产，然后下达各生产自动化系统的排产结果。

工单周期为一天生产工单下达到生产自动化系统，其包含了多个生产批次。

根据生产批次，生产自动化系统来安排生产，在生产过程中MES负责收集设备、物料、质量、工艺等状态信息，从而进行过程检验控制、物料跟踪、调度指挥、生产设备管理、设备状态监视和生产人员管理，并且统计和上报成本。

还需要进行生产统计报表分析和生成在生产班次、批次结束以后。

3 系统功能模块设计
贵阳卷烟厂MES系统在公共基础数据进行维护的基础上，该系统进行生产标准制定，并且下发到生产自动化系统把制定好的生产标准，从而作为指导生产的作业规范。

根据物料、人员和工厂设备等情况，在公共基础数据维护的基础上，进行制丝和卷包的详细排产，然后
下达各生产自动化系统的排产结果。

工单周期为一天生产工单下达到生产自动化系统，其包含了多个生产批次。

针对贵阳卷烟厂的实际现况，在MES系统的构建中，系统以集成系统模型为基础，将贵阳卷烟厂MES系统分为车间综合管理、生产排程管理、生产实时监控管理、报表管理、质量管理、设备管理和数据采集管理七个功能模块来进行构建。

如图2所示：
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图2 系统功能模块图
(1)车间综合管理
该模块能够把数据分析结果发送到管理层并接受反馈信息，还负责对生产线工作人员进行权限管理。

通过该功能系统管理员能够对系统多项功能进行设置，主要包括权限管理、系统用户管理、公共信息管理、系统备份管理和部门管理。

按照企业的需求能够动态、方便的对系统的各项功能进行设置。

(2)生产排程管理
该模块负责对厂各车间的生产计划进行查询、分发生成、归档、编辑，系统根据销售部门的业务订单信息，对生产计划的落实情况进行监控，然后报送到生产管理部门。

(3)生产实时监控管理
MES系统总生产实时监控是属于核心的部分。

在生产指挥活动中生产实时监控负责集中统一指挥，并且传达管理指令，作为一个生产职能机构进行指挥和和生产调度，在生产过程中不断获取产生的各种信息，然把既定的生产作业计划和这些信息进行比较，如果有异常情况和偏差发生，为了确保生产过程按标准和计划进行，需要及时的发出调度指令来进行调节。

生产调度机构采用三级配置，生产管理部门由厂长进行设置，厂长指令由生产管理部门负责传达，生产管理部门主要负责指挥和协调工作，日常生产活动的组织，车间调度室由制造工程师领导，主要负责执行厂总调度室命令，协调和组织车间生产活动，对各车间下达调度指令。

生产车间的调度工作又领班和线长负责。

该功能模块主要执行的任务包括以下方面：
(1)及时补充知识与规划，对生产调度知识库进行维护，以适应生产调度需要。

(2)当发生异常情况时，及时向上级反映，并进行指挥。

(3)当生产情况正常时，协训各生产线的生产工作，并且提前下达各车间的生产计划。

(4)报表管理
该模块的主要功能是报表统计生产的历史和实时数据，比如在制品数量、产品的实时产出、各线产出、合格率、产量月报和日报等信息，从而是相关部门和工程师能够进行查询。

作为计算生产任务成本的数据依据，分析和统计的结果能够得出需要改进的方向。

(5)质量管理
在加工过程中该模块通过离线的分析统计和在线的质量检验来分析、跟踪和记录产品工序的质量状况，在控制范围内保证产品的质量，并提供质量分析报告给相关人员。

(6)设备管理
该模块负责对于管理所有的生产设备，包括维修记录管理和设备运行状况等。

设备管理可以让有关部门和企业管理层能够掌握生产设备的运行效率和运行状况。

(7)数据采集管理
数据采集是MES系统的一个重要组成部分，其应用目标正是要实现企业整个生产制造信息流的全面集成，也就是建立全厂性的生产数据公用平台，统一向企业信息化系统提供完整生产数据信息。

4 系统物理架构设计
贵阳卷烟厂MES系统的设计需要对技术的可用性、可靠性、成熟性、安全性、开放性、先进性、可管理性、标准化等问题加以考虑，并且还要把现有的软件系统的信息集成问题考虑进去。

根据贵阳卷烟厂的实际情况，对MES系统的物理架构进行了设计，如图3所示：
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图3 系统物理拓扑图
数据传输在控制执行层和生产管理层之间是十分关键的问题。

本文提出了MES系统的四层体系结构来实现信息传输，如图4所示。

实时数据库系统是数据服务层的核心，主要包括客户访问层、实时数据服务层、设备接口层、物理设备层。

通过这些数据来进行柱状图显示、历史曲线和动态监测等，从而使现场情况更加直观。

通过数据采集管理人员还可以对卷烟生产设备进行管理和状态监测。

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图4 数据采集系统的物理架构图
(1)客户访问层
在实时数据服务时该层负责对实时的对设备进行数据查询软件、报表生成软件、监控的状态软件等建立应用。

(2)实时数据访问层
通过通信管道网络协议和API实时数据库服务器可向用户和上层应用提供实时的统一数据平台。

状态界面可以通过图形化提供便捷、直观的数据监控实时系统。

在实时数据库中历史数据除了可以进行存放外，关系数据库中也可以定期进行存放。

(3)设备接口层
该层在数据库系统中是不同设备进入的桥梁，并且能够读取物理设备信息从不同的物理设备，维护设备和数据库服务器之间的通信。

实时数据库服务器和下层设备站点之间采用B/S架构实现数据库的连接管理。

(4)物理设备层
物理设备层由要进行管理和监控的，并且在不同控制总线上、PLC和不同物理设备所挂接的设备所构成。

5 结语
贵阳卷烟厂MES系统是结构复杂、规模较大的系统项目，其设计构想必须遵循《卷烟工业企业生产执行系统(MES)建设规范》。

根据卷烟制造企业的特点，计算机软件开发规范、系统功能需求等相关技术规程，结合贵阳卷烟厂的实际情况，才能确保各项任务和预期目标的实现。