前言

    當前卷煙市場的競爭日益激烈, 要想贏得市場、贏得用戶就必須全面提高企業的綜合競爭力。信息集成和系統集成是信息時代提高企業競爭力的綜合性技術。雖然許多煙草企業通過不斷提高生產線自動化程度和引進先進的企業級管理信息系統（如MRPⅡ、ERP 等）, 使本企業的生產管理水平和市場競爭力有了一定的提高。但MRPⅡ/ERP 主要是針對企業資源計劃, 它不能全面、實時、準確地反映當前生產現場設備的狀態信息和生產數據。同時, 現場生產設備控制系統也不能將即時生產信息傳給上層信息管理系統。這種"信息孤島" 成了企業ERP 等上層管理系統順利實施的瓶頸, 企業難以實時反應, 導致企業上層計劃缺乏有效的下層實時信息支持、下層控制環節缺乏上層優化的調度與協調[1]。如何將先進的生產線控制系統和企業級的生產管理信息系統有效地結合起來, 在兩者之間搭起橋梁以提供信息的轉換,這是企業信息化建設迫切解決的問題。生產執行系統（MES）恰好能解決這一難題。MES 是處于計劃層和車間層操作控制系統SFC 之間的執行層, 主要負責生產管理和調度執行。它使用全面實時精確的數據, 優化從定單到產品完成的整個生產活動。煙草行業是一個典型的流程制造業, 且設備自動化程度高。為了充分挖掘先進設備的生產能力, 優化生產行為, 全面提高企業信息化管理水平, MES 的建設與應用尤為重要。本文正是基于這一思想, 根據煙草企業的信息化現狀及特點, 提出了煙草企業MES的構建和應用。

　　1 煙草企業信息化和生產管理的現狀及特點

　　隨著煙草企業信息化建設的不斷深入和發展, "以信息化促進工業化" 成為煙草企業提高生產經營水平的必然選擇。在管理信息化方面, ERP 等信息化管理軟件廣泛應用于企業管理中, 企業也因此取得了一定的管理效益。另外, 煙草企業整個生產過程自動化很高, 在長期的信息化應用過程中, 自動化技術十分廣泛,實現了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。但是每個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。更重要的是, 以過程控制為核心、側重工藝參數優化的生產制造過程信息, 遠沒有與以流程管理為核心、側重資源配置優化的ERP 整合起來。ERP/MIS 系統經常因缺乏準確與實時的數據而無法發揮作用, 從而使自動化系統的信息資源不能得到有效的利用。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, 生產過程信息始終不能連續、自動、完整的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。在卷煙制造企業中, 這是影響企業信息化整體水平的"鴻溝"。

　　另外, 卷煙企業在生產管理上普遍存在著一些問題: 生產計劃與生產組織隨市場需求波動大; 生產信息傳遞技術、手段落后, 信息反饋不及時; 生產信息錯、漏過多, 受控文件管理存在漏洞; 產品的可追溯性差等。制造執行系統（MES）是位于上層的計劃管理系統與底層的生產過程控制系統之間的面向車間層的管理信息系統[2], 是貫通兩者的信息橋梁和紐帶, 在煙草企業信息化中起著重要的作用。

　　2 煙草企業MES 的建設目標及其構建

　　在煙草企業, MES 的建設目標主要是:

　　（1） 建立統一的生產指揮調度平臺。
　　（2） 實現生產過程、產品質量的在線監控,提高快速反應能力, 使生產管理由被動型向以預防為主、在線控制的主動實時型管理體系發展。
　　（3） 提供質量在線跟蹤控制和預警提示, 促進質量管理觀念的轉變, 使質量管理模式由抽樣檢驗逐步過渡到預防為主、實時控制的模式。
　　（4） 促進質量管理標準的優化, 使質量控制更趨精確。
　　（5） 加強統計分析方法及工具的運用, 更好地服務于各級管理。
　　（6） 實現與其它系統的集成。煙草企業在將MES 導入到企業的運作體系中時, 需要先完善管理基礎, 根據自身情況選擇好"合身" 的MES 軟件系統, 采用科學的實施方法, 才能保證MES 正常運行和發揮效用。

　　首先，企業需要健全自身的管理體系:

　　（1） 定置和改善車間環境。能工巧匠通過定置管理, 理順物流, 為MES 的實施提供良好的車間環境。
　　（2） 合理分工, 明確職責。對企業的業務流程進行合理重組, 除去重疊的職能部門, 減少無效勞動, 合理分工, 明確職責。這樣既可以簡化MES 軟件的權限設置和流程控制, 又能保證信息處理的及時性, 為MES 的實施提供組織保證。
　　（3） 提供人員保證。對相關人員進行足夠的培訓。

　　其次, 在硬件安裝完畢和運行MES 系統之前, 需要準備并錄入一系列基礎數據, 還要對缺少或尚未明確規定的基礎數據做大量的分析研究工作。

　　再者, 在模擬運行、制定工作規程及錄入基礎數據的基礎上, 應對系統各模塊逐項試運行。試運行時既要按原來的手工管理模式進行操作, 又要按MES 的管理模式進行操作。

　　此外, 卷煙企業在建設MES 時還需要注意幾個問題: 要注重流程生產企業的特點; 要強調系統的整合性, 避免信息化孤島; 要注意相同模塊的不同側重點; 要做好MES 和ERP 的銜接工作; 要重視階段化的成果積累。

　　在妥善搞好MES 的前期工作之后, 根據煙草企業的特點, 構建煙草企業MES 的功能模塊主要包括數據采集、實時監控與報警、生產計劃調度、設備維護管理、過程質量控制、基礎數據和文檔管理、車間管理、物料追蹤及統計分析等9 大功能模塊。

　　（1） 數據采集: 數據采集系統為MES 提供全面實時準確的現場數據, 同時各種標準文件、作業指導書、通知調度指令等通過MES 傳送到各設備現場, 指導現場的各種操作行為。
　　（2） 實時監控與報警: 以全廠數據采集為基礎, 通過一個高度集成的系統監控平臺, 實時監控各工序生產情況, 實現生產過程、產品質量、設備狀態的在線監控, 并且建立各種在線控制參數預防報警機制, 發現異常, 及時報警, 提高快速反應能力。
　　（3） 生產計劃調度: 根據產銷計劃, 實現生產能力平衡測算和報警、卷包作業計劃的自動生成和下達、制絲作業計劃的編制調整和下達, 保證生產計劃按時間、進度的要求順利實施。
　　（4） 設備維護管理: 設備維護管理包括設備運行管理、設備預防性維護管理、設備檢查（點檢） 管理、突發性維修管理、備件管理及備件耗用分析等。
　　（5） 過程質量控制: 根據質量標準, 對生產過程數據進行實時檢驗分析, 以保證產品的質量, 并將質量缺陷信息實時反饋到生產現場,以便卷包及時采取改進措施。具有質量數據跟蹤、管理和分析等功能。
　　（6） 基礎數據和文檔管理: 包括質量標準、工藝控制參數、維保項目、設備基本信息以及其它基礎數據的維護與查詢。
　　（7） 車間成本管理: 以采集數據為基礎,實現生產成本的考核與管理。
　　（8） 物料追蹤: 提供原輔料消耗及批次的追蹤功能。
　　（9） 統計分析: 以現場數據為基礎, 對生產、設備、質量、消耗等信息進行統計分析,不斷完善質量控制標準、優化生產組織、提供設備保障能力、降低原輔料消耗。

　　3 卷包設備數據采集技術分析

　　數據采集是MES 的主要功能基礎。針對各種卷包設備的不同特點, 我們采用不同的數據采集技術和方法。

　　（1） 對PROTOS 卷煙機, 在不改變目前的SRM 重量控制系統的前提下, 用工控機取代IT80 顯示器。系統采取從設備端子排上取信號和從工控機上提取數據相結合的技術, 不僅實現了原IT80 上各種數據的實時采集, 而且實現了嘴棒、盤紙、水松紙等消耗數據的采集, 同時, 對原有顯示終端上的各界面進行漢化。
　　（2） 對PASSIM70/PASSIM80 卷煙機, 一是生產數據采集: 由專用智能通信系統, 實時提取MAID-N 系統/工控機中的相關生產數據, 對MAID-N 系統/工控機中沒有采集的生產數據如盤紙, 嘴棒、水松紙等, 采用提取其對應傳感器信號的方式實現數據的完整采集。二是設備運行狀態采集: 設備運行狀態數據直接提取MAID-N 系統/工控機中統計的各項數據。
　　（3） 對PLC 控制方式的GDX2 包裝機, 設備本身具備數據采集功能人機交互終端OPC 上可以實時顯示各種現場數據。通過對GD 主控機與OPC 間通訊協議GDLAN 的解剖, 從GD 主控機（SERVER）上提取各種現場數據, 在不外加任何傳感器的前提下, 實現了設備主要產耗數據、設備狀態數據、故障停機原因、煙支（包）剔除等多種現場數據的實時采集, 采集數據齊全,具有較強的實時性。
　　（4） 對非PLC 控制的GDX2, 采取從設備端子排上取信號和從MICROⅡ網絡上提取數據相結合的技術, 實現現場數據的實時采集。
　　（5） 對GDX1（軟包機）, 利用PLC 采集相關傳感器信息或處理數字或脈沖信號, 建立相應數據處理模型, 從而獲取相應生產統計與設備運行狀態信息。
　　（6） 對B1 包裝機, 由于該設備本身不具備完善的數據采集功能, 為了實現生產數據采集,采用提取其部分傳感器信號和安裝外加傳感器的方式; 設備運行狀態的集方式: 一是對其電器柜中的顯示器進行漢化, 取出上面顯示的設備運行信息; 二是對其三個設備運行提示板上的指示燈信號進行采集, 統計其設備運行狀態。

　　4 探討MES 的發展趨勢

　　4.1 實施MES 的效益

　　MES 是面向車間層的生產管理技術與實時信息系統, 是實施企業敏捷制造戰略、實現車間生產敏捷化的基本技術手段, 它的應用給企業帶來了巨大的經濟效益。以下若干統計數據是由國際MES 協會通過調查研究確定的, 具有充分的根據[3]: 平均減少制造周期時間45%; 一般減少數據輸入時間為75%; 平均減少半成品（WIP）24%; 平均減少為交班而準備的紙面工作61%; 平均減少引導時間27%; 平均減少紙面工作和設計藍圖所帶來的損失56%; 平均減少產品缺陷18%。

　　4.2 MES 面臨的挑戰

　　＊ 上MES 項目時如何使得公司和企業形成雙贏局面。
　　＊ 不同行業之間的MES 應用存在巨大差異。
　　＊ 對MES 系統維護的矛盾。
　　＊ 建立一種共同語言, MES 的整合不是輕而易舉的。
　　＊ 建立一種共同的通信協議書。
　　＊ 建立有效的管理改變機制。
　　＊ 正確地評估癥結所在。
　　＊ 對事務負荷和數據模型的要求做出定量分析和配置。

　　4.3 MES 的發展趨勢

　　隨著企業生產模式逐漸向敏捷制造發展,企業業務流程重組（BPR）的實施、企業環境的異構性以及企業間動態聯盟的組建等等都將對MES 提出更高的要求, 傳統的MES 解決方案難以適應敏捷制造的要求。同時, 信息技術的發展和制造企業的競爭需求也將帶動MES 應用技術的不斷進步。面向敏捷制造的MES 不僅要費用合理, 更要具有良好的可集成性（Integratability）、可配置性（Configurabilty）、可適應性Adaptability）、可擴展性（Extensibility）和可靠性（Rdliability）[4]。因此, 國外許多組織和研究機構已經開始研究面向敏捷制造的MES。

　　5 結束語

　　（1） MES 在整個企業信息集成系統中承上啟下, 是生產活動與管理活動信息溝通的橋梁。對于ERP, 脫離MES 將無法根據市場需求去組織、管理和優化生產。
　　（2） 要使企業信息技術網絡的投資迅速取得回報, 從MES 入手是一種明智的選擇。但MES 的實施需要恰當的規劃和細致的分析。
　　（3） MES 的發展和應用是一個漫長過程,要取得長期的成功, 要求改造制造環境, 要求獲得有組織的支持, 要求管理機制作適應性的改變。
　　（4） 隨著計算機支撐技術的發展, 開發更加模塊化、更具柔性的MES 成為了可能, 實施和維護MES 的成本大大降低。因此, MES 作為流程CIMS 的核心, 在流程工業企業的綜合自動化進程中有很好的應用前景。

　　參考文獻:

　　[1] 吳澄主編. 現代集成制造系統導論——-概念、方法、技術和應用[M]. 北京: 清華大學出版社, 施普林格出版社, 2002.6.
　　[ 2] MESA International. MES Explained: A High LevelVision[C]. MESA International White Paper6, 1997.
　　[3] Michael mcClellan. Applying Manufacturing ExecuionSystems[M]. US: CRC Press, 1997.
　　[4] 于海斌, 朱云龍. 可集成的制造執行系統[J]. 計算機集成制造系統CIMS, 2000, 6（6）: 1-6.