制药企业生产车间自动化功能的设计

制药企业生产车间自动化功能的设计与实现
2010-4-26 15:13:10

制药企业是一特殊的行业，在无茵和洁净度方面有相当高的要求，需要尽可能减少车间工作人员与设备。致使无法对车间级的生产过程进行实时的调度安排．导致生产与计划相互脱节。本文为了解决这一矛盾，引入制造执行系统（MES）完成生产车间信息自动化。

制造执行系统MES是90年代由MESA提出的面向车间的管理信息系统，它的出现。在企业计划管理和车问生产控制之间架起了一座信息沟通和管理的桥梁，MES强调制造计划的执行和产品制造过程的控制，能够优化管理程序，强化管理过程，量化管理效能，提高管理的透明度和敏捷性。

随着企业计算机应用的不断推广，企业信息化应用水平逐渐提高，企业越来越需要车间执行层的管理信息系统。因此，如何深刻理解MES内涵。把握发展趋势，在我国企业中开发和应用好MES，对于提高企业竞争力。缩小与发达国家企业差距是迫在眉睫的事情，也将是企业信息化水平深层次推进的需要。制药企业在制造业中是一个特殊的行业，其特殊在于对无菌和洁净度方面的要求非常高，需要尽可能减少车间工作人员与设备，而由此导致无法对车间级的生产过程进行实时的调度安排，导致生产与计划相互脱节。本文引入了制造执行系统（MES）完成生产车间信息自动化，解决了上述矛盾。

二、生产车间信息系统

针对当前制药企业生产管理中普遍存在的问题，通过对MES功能本质的分析，笔者提出了以下三层结构——企业信息化（EIS）／制造执行系统（MES）／过程控制系统（PCS）、两级数据库平台（实时数据库、统计数据库）的信息化管理解决方案。

（1）控制层（PCS）

PCS层主要负责生产过程的自动控制与现场数据的采集与初步分析。以PLC作为过程状态和工艺、质量参数采集的基本单元，以AS2I总线和工业现场总线（ProfiBUS）构成基本网络（含I/O接口模块、传感器、开关、智能仪表、AS2I总线主站、计算机通讯接口程序等）；工业现场总线采用总线拓扑结构（ProfiBUS2DP），总线两端有终端电阻。这样结构使系统具有扩展性，维护方便；高性能的工业控制计算机和对成熟组态软件WinCC的二次开发形成车间现场数据的监控系统。

（2）执行层（MES）

MES层的主要功能是动态的生产调度、生产过程实时监控和现场数据的分析。MES系统主要由MES软件、MES数据库服务器、MES调度台、车间作业信息显示屏等构成，采用星型拓扑结构的工业以太网络联接；该网络连接集中于中央节点，便于网络维护和资源配置

，当网络中一个节点出现故障时，易于进行隔离检测和维护，不会对其他节点造成很大影响，不会导致整个网络的崩溃，同时网络节点的接线方式也便于系统的监控和管理。

（3）企业信息化层（EIS）

计划层即企业资源规划层（EIS），EIS层主要进行管理决策与生产计划，重点突出EIS管理平台的建设。目前，适于不同需求的EIS系统已较成熟，可直接用于计划层的信息管理。通过建立企业内部局域网（Intranet），实现计划层内部信息的传输及计划层、执行层之问信息的交互；并通过与互联网（Intemet）的连接，建立企业公共信息发布与电子商务的平台。

三、车间监控调度系统设计与开发

图4-3中的阴影部分主要位于MES层，是车间生产信息化管理方案的核心，即车间监控调度系统。它通过对制造过程的实时监控和动态调度，根据ERP下达的生产计划，利用车问的各种生产资源、生产方法和丰富的实时现场信息，快速、低成本地制造出高质量的产品。车间监控调度系统功能包括：从计划管理层获取日生产计划；对生产车间资源的管理，如任务订单、物料与在制品、生产设备、人员等；生产车间作业调度；车间生产过程监控：车间生产过程信息在线统计；主调度终端与各工序终端之间进行消息传递和数据库共享。

（1）系统数据库的建立

数据库结构设计以能够及时、准确、有效地满足系统功能为首要目标。在数据库建立时，需要将各种信息分类和归纳，通过建立不同功能的表和相应字段保障数据信息的完整性和有效性。以下数据库的设计以满足第三范式为标准，并严格遵守参照完整性规则。监控调度系统服务器是整个系统的数据交换中心，它的数据库结构和数据内容是系统其他终端模块建立的参照蓝本。根据车间调度系统的功能需要，以及数据实时统计和及时上报管理层的要求，调度系统服务器采用SQLServer2000数据库，分为统计数据库和实时数据库。

（2）监控调度系统设计

生产监控调度系统采用ARM＋WINDOWS CE瘦客户机／服务器（Thin-Client／Server）体系结构，将调度系统应用程序的配置、管理、维护和运行都放在调度系统服务器上完成，而Windowsdows终端只作为简化的人机接121界面为用户提供服务，从而极大地增强了系统的集成性和可维护性。

监控模块：主要包括设备状况监控和生产流程监控两个子功能模块。设备状况监控子模块，与系统控制层的PLC终端进行通信，用于对生产系统中各主要加工机床的运行状况进行在线监控。在被监控的设备出现故障时，自动报警。生产流程监控子模块与监

控层的Windows终端进行通信，用于对生产系统中各任务的加工进程进行在线监视。

作业调度模块：主要功能是进行车间的生产调度。该模块即可以采用基于瓶颈分析的启发式算法对整个生产系统进行自动的实时动态的生产调度；也可以由车间调度员，根据自己的经验和对车间生产状况的分析，采用调度模块提供的一些常用的调度规则对各工序分别进行排产。

数据统计模块：主要是针对生产系统和生产质量等方面信息的在线统计，如机床利用率、平均在制品库存、加权误期任务数等。长期的统计分析结果可以从管理层统计系统查询获得；短期的统计分析可以统计数据库与实时数据库中的数据作为数据源进行在线数据分析，为确定生产瓶颈和在线生产与质量提供依据。

对企业来说，能够实现所购买的ERP系统是前提，能稳健运作并发挥ERP系统的优势提高自己企业的竞争力更是关键。