摘 要：以制造執行系統（MES）框架模型和思想理念為指導，結合染色車間管理現狀，建立基于MES的染色車間信息系統。該系統能彌補企業計劃層和生產控制層之間的斷層，提高生產效率、優化資源配置、降低物耗和能耗。然后較詳細地討論了MES系統中幾個主要部分:染色車間集中監控系統、生產作業調度系統、生產能耗管理和考核系統。其中染色車間集中監控系統已在某印染企業染色車間得到了應用，并取得了良好的效果。 關鍵字：MES 染色車間 集中監控系統 生產調度 生產能耗 一 前言 近年來，我國印染行業生產一直保持了快速增長勢頭，經濟效益顯著。但與發達國家相比，我國印染行業在軟硬技術以及加工工藝、產品能耗等重要方面還存在較大差距，印染業已成為我國紡織工業中的最薄弱環節。要運用高新技術和先進技術進一步改造和提升傳統產業川。 隨著印染企業信息化建設的不斷深人和發展，一般企業都已建立了自己的管理信息系統（如ERP）以及實現了企業對設備控制的基礎自動化和過程自動化，并且在此基礎上形成了相對獨立的系統，但這些系統都有各自的處理邏輯，數據庫，數據模型和通信機制，它們形成一個個“信息孤島”，缺乏必要的整合，缺乏信息資源的共享和生產過程的統一管理。在ERP所關注的各項資源中，生產過程信息在企業的管理系統中始終是“離線”的，始終不能連續、自動、完整地反映在企業管理系統中。這樣在管理信息系統和生產控制系統之間，存在一個信息流通上的斷層。這是影響印染企業信息化整體水平的。 另一方面印染是一個高能源消耗的行業，其生產需要消耗大量的水、電、和蒸汽。節約能源，提高能源利用率對企業發展是十分重要的。 為增強企業上層管理信息系統與底層過程控制系統的聯系，消除兩者之間的“鴻溝”，降低印染企業的能源消耗，進一步提高能源的利用率，將制造執行系統（MES）的框架模型和思想理念引人到印染行業的整個信息化體系中。可以有效解決當前印染企業在生產實際過程中面臨的問題。 二 制造執行系統（MES）簡介 執行制造系統（Manufacturing Execution System,MES）是現代集成制造系統中制造管理自動化領域的一項重要技術。MES是美國管理界20世紀90年代提出的新概念，MES國際聯合會（Manufacturing Execution System Association, MESA）對MES的定義是:"MES能通過信息傳遞，對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理。當工廠發生實時事件時，MES能對此及時做出反應、報告，并用當前的準確數據對它們進行指導和處理。 具體而言MES是處于管理信息系統與生產過程控制系統之間的執行層，主要負責生產管理和調度執行，如圖1所示。 美國ARC公司，專門做自動化應用的市場調查公司，做出調查統計:應用MES產品質量可以提高19。2%，勞動生產率提高13%，產量提高11%。如果我國能在產品質量提高10%，勞動生產率提高5%,對中國現階段的經濟水平的影響是非常巨大的，對國家能源、原材料消耗產值的影響也是巨大的。 三 MES在染色車間的應用 1 染色車間MES系統總體結構 將制造執行系統（MES）引人到印染行業的整個信息化體系中，構架MES為核心的連接上層企業資源計劃（ERP）和底層過程控制系統（PCS）之間的生產過程控制與管理的一體化結構體系。可以有效解決當前印染生產過程中面臨的問題。基于ERP/MES/PCS三層體系的信息系統框架如圖2所示 [align=center] 圖2 基于ERP/MES/PCS三層體系的信息系統框架[/align] MES在企業信息系統中起到“承上啟下”的作用，是生產管理系統的核心。它可看作是一個通訊工具，為其他各種企業應用系統提供現場的數據信息。一方面，MES向上層管理信息系統提交染缸設備運行狀況、車間人員情況、車間生產能力、能源消耗、染色工藝、實際定單執行情況等涉及生產運行的數據;向底層控制系統發布生產控制指令、染色工藝參數以及相關生產線運行的各種參數等。另一方面，MES也要從其他系統中獲取自身需要的數據，這些數據保證了MES在車間中的正常運行。ERP的計劃數據、物料采購和供應時間、以及產品交貨時間等都是MES進行生產調度的依據。 2 染色車間集中監控系統 實現染色車間染缸（染色機）集中控制，通過對每臺染色機的監控，集中控制室能完全掌握車間染色全過程，記錄染色全過程的數據。從而大大減少染色控制過程中人為因素造成的缸差、色差，預防因設備故障引起的質量事故和安全事故，能快速、有效地分析產品質量、生成統計報表、管理染色加工工藝等。染色車間集中監控系統基本框圖如圖3所示。 染色機控制單元構成一個閉環控制系統，實時監控染色機的運行情況，一旦染色機出現異常情況，系統會報警提示、若染色機故障可能引起嚴重的產品質量事故或人生安全事故，系統會停止染色機的運行。 在集中控制室，集中監控系統根據產品打樣結果從工藝數據庫中選出對應的染色工藝曲線，并依據生產作業調度系統的調度結果安排每臺染色機的生產任務。當車間染色機做好各項準備，發送信號到集中控制室，請求運行時，系統將工藝曲線每階段（前處理、染色升溫、染色降溫、染色保溫、后整理）的各參數（水量、溫度、時間、電機轉速、浴比等）傳到相應染色機的控制電腦中。染色機按預定的工藝曲線自動運行。 3 生產作業調度系統 在染色車間中，生產作業調度系統的主要任務是安排染色機生產計劃。也就是將來自企業ERP系統的訂單計劃細化，具體安排每臺染色機的生產任務。染色過程有許多工序構成，如煮練、漂白、絲光、清洗、染色等，但與一般的流程工業又有不同，在染色車間從紗或布人缸（染色機）到完成染色過程基本都在同一染色機中進行。染色也有其特點，影響因素比較多，主要有:訂單的交貨日期、客戶重要程度、當前染色機運行狀態、當前訂單印染顏色與前一次任務的顏色深淺相關程度、空閑染色機容量、當前訂單數量以及可能遇到的一些意外情況等。 生產作業調度系統要考慮的因素比較多，若遇到一些意外情況（染色機故障、產品需重新染色、停電等）必須重新安排染色機的生產任務。根據印染工藝和生產加工過程的特點，構建基于多Agent的車間生產調度模型，如圖4所示。 [align=center] 圖4 基于多Agent的車間生產調度模型[/align] 該模型將調度系統分為3類Agent:任務Agent，資源Agent和協調Agent，三者之間通過招標一投標制度進行任務競標，系統建立一定的獎罰制度，對加工完的任務進行評定，實現面向車間生產過程的“實時”調度。 任務 Agent:任務Agent是動態生存的，當MES從ERP系統中調人生產任務時，系統自動生成相應的任務Agent，當生產任務完成時，任務Agent自動消失，一方面，它能存儲生產任務的基本信息，例如:交貨日期、質量要求、客戶重要程度、訂單數量、訂單要求的顏色等;另一方面向資源Agent發出招標信息。 資源Agent:資源Agent對應染色車間的染色機，存儲染色機的容量、前一次任務的印染顏色、當前運行狀態等信息。每臺染色機對應一個資源Agent,資源Agent接收到招標書時，根據自身的各信息判斷是否有能力加工，然后進行投標，中標后進行加工。 協調Agent:主要任務是協調車間總體調度任務，它記錄每次調度的任務屬性，分配策略，評估值等信息，還存儲著調度規則，能夠根據資源Agent的投標書進行任務的分配。 4 生產能耗管理和考核系統 在能源日益緊張、能源價格不斷上漲的今天，節約能源，提高能源利用率在企業發展中已處于十分重要的地位。在染色車間建立科學、合理的能源管理系統是十分有必要的。生產能耗與考核管理系統結構如圖5所示。 [align=center] 圖5 生產能耗與考核管理系統結構[/align] 能源數據是與生產過程能耗相關的參數。與工藝能耗相關的數據主要是染色機容量、循環泵轉速、工藝要求的溫度、加工時間、浴比以及環境溫度等。與產量能耗相關的能源數據主要是產量、加工工藝等。 在染色車間建立工藝能耗可以為企業提供一個改進工藝的量化標準，即在不影響產品質量的前提下，企業不斷探索、改進、優化工藝，在建立每臺染色機的工藝能耗后，企業可以分析、總結，得出適合本企業最佳的加工工藝曲線，以不斷降低產品能耗。另一方面建立能源考核系統可以規范車間能源（水、電、汽）使用，不浪費能源，進一步可對能源回收利用。 四 結論 雖然一般印染企業都已建立了自己的管理信息系統和過程控制系統，也取得了一定的效益，但現有的信息系統缺乏必要的整合，它們形成了一個個“信息孤島”。隨著印染業市場競爭的加劇，企業希望通過信息技術進一步提高生產效率以及在市場中的競爭力。 引入MES的框架模型和思想理念，構架ERP/MES/PCS三層結構體系在染色車間的應用，能較好地解決當前印染企業在生產實際過程中面臨的問題。當然MES系統除了文中討論的染色車間集中監控系統、生產作業調度系統和生產能耗管理和考核系統，還應有染色工藝管理、人員管理和設備管理等模塊。其中染色車間集中監控系統已在某染色車間中得到了應用，取得了良好的效果。完成染色車間整個MES系統，可以提高印染企業整體信息化水平，為企業在節能、生產效率方面帶來更大的效益。