柔性制丝工艺在分组加工的基础上，将自动化物流系统集成到制丝工艺过程中，应用柔性物料传送技术衔接各个加工处理单元，突破了传统方式下各个制丝工序之间的刚性连接和约束，真正实现了各个制丝处理工序的“单元化”和“模块化”，使企业可根据产品的特性灵活选择和安排处理工序，拓宽了对于新产品的适应性。但是，制丝工艺技术的具体实现离不开与之配套的过程控制系统和生产管理系统的支撑，如何有效地建立产品配方及生产批次的管理模式，从而较好地应对“模块化加工、精确化控制”的工艺要求，是柔性制丝管理模式的重要挑战：卷炯企业传统制丝控制系统本身并不支持配方管理和批次控制模式，尽管常规系统中有一些配方管理功能，但大多是通过上位软件与PLC拼凑而成，并不具备真正的配方管理和批次控制功能。近年来，通过定制化开发制造执行系统(MES，Manufacturing Execution System)、制丝集控系统来实现配方及生产批次管理功能已有应用，但在生产资源调整、协调上下游设备和适应新产品研发等方面还存在一些问题。为此，在总结上述思路的基础上，结合龙岩卷烟厂“精品线”技改项目的实践，对批次定义、批次调度、批次控制等进行了研究，并提出了基于ISA-SP95的柔性制丝批次管理模式，以满足“模块化加工、精确化控制”的工艺要求，解决生产过程中生产要素调整困难、新产品开发适应性差等问题。
1 定义
1.1 批次的定义
所谓批次，是按照特定管理需求对一组实物对象的标识和区分。不同用途具有不同的定义、规则和区分方式，ISA-SP95定义了企业管理系统与控制系统之间的集成规范。其中，2000年发布的SP95.01定义了企业管理系统与控制系统之间进行信息交互时所采用的模型和术语，规定了生产过程中涉及到的所有资源信息及其数据结构。2001年发布的SP95.02则对SP95.01定义的对象作了详细规定和解释，SP95.01和SP95.02 已经被IEC(International Electrotechnical Commission)和ISO接受为国际标准(IEC62264)。本文在ISA．SP95标准基础上，结合柔性制丝工艺的特征建立批次管理模型。按照制丝工艺的需要，将批次类型定义如下：
原料批次：是对原料的标识和区分，同一来源、同一规格、同一品种、同一标识的来料，称为同一原料批次。
生产批次：是对生产过程的标识和区分，同一组(台)设备，在同一个班次内，使用同一批来料(原料或半成品)，所生产的同一品种和规格的半成品或成品称为一个生产批次。
产品批次：是对出厂产品的标识和区分，同一工厂所提供的同一品种、同一规格、同一标识的成品称为一个产品批次。
1.2 批次类型对应关系的定义
批次类型的对应关系见图1。其中，原料批次是生产批次的输入，原料批次与生产批次的对应关系有1：1，1：N，N：1 3种方式，不可以出现的关系是N：N。理论上，生产批次可以互为输入，生产批次与生产批次的对应关系有1：l，1：N，N：1 3种，同样不能出现N：N方式。
而生产批次是产品批次的输入，由于产品批次与成品生产批次必须统一，并且产品批次号就是成品生产批次的实物标签，因此，生产批次与产品批次只能是一对一(1：1)关系，不能出现1：N，N：1方式。
图1 原料批次-生产批次-产品批次的对应关系
根据这种定义，可以通过配方(控制配方)实现控制参数和实体设备的分离，能够快速、灵活地定义工艺路径及参数，通过建立产品的层次结构，按照批次的模式组织和设计产品配方，实现批次任务在实际生产过程中的灵活调度，以较好地适应精品“七匹狼”精细生产控制与质量追溯的要求。
1.3 产品、配方、工序、工艺参数标准关系的定义
通常所说的“产品”概念比较宽泛，既包含有产品的含义，又包含了半成品和成品的含义，为了统一化和标准化采用“物料”进行代替。每种物料可对应多个生产配方(但仅有一个配方为当前配方)，每个配方可对应多个生产工序(工序间可以有多种连接方式)，每个配方可对应一种或多种需要消耗的物料(原料或半成品)。
为满足同一牌号在不同生产车间和不同加工模式下的生产要求，综合MES多年来的设计及开发经验，将物料的层次结构进行定义，见图2。物料与物料通过配方进行衔接，以实现模块化生产。该设计方式模糊了不同生产车间及加工方式的不同，以描述物料的关系为准则，实现同一产品多样加工方式的产品层次结构设计。
图2 通过配方衔接的物料组成关系
2 批次调度和控制功能实现
2.1 批次调度和控制模型建立
采用的生产调度系统的基础数据模型为基于ISA-S95的工厂模型，是将整个生产线及其生产过程数字化、模型化、虚拟化的过程，包括生产设备和路径建模、生产过程和事件建模、产品配方和工艺建模等。
制丝集控系统Batch(批次控制)软件的基础数据模型是基于ISA88标准的批次及配方数据模型，用于定义生产线的物理模型以及产品配方、工艺路径、工艺标准，其作用在于根据详细计划进行精确化、智能化、规范化的批次控制。
为保证两者的一致性，保证生产调度与过程控制的整体集成，通过专门定制开发的接口软件，将上述生产调度系统的基础数据模型与制丝集控系统的批次及配方数据模型进行有机集成，实现从生产调度系统向制丝集控系统传递配方和工艺参数标准的功能，保证生产调度与过程控制的整体集成。
2.2 实现批次调度功能
如图3所示，采用“大MES、小集控”的方式实现MES系统与制丝集控系统的应用集成。由MES系统实现生产订单录入、生产排程、批次调度、批次跟踪、批次监视、批次分析等功能，由制丝集控系统执行批次控制功能。MES向制丝集控系统下达制丝批次任务清单及工艺参数标准，制丝集控系统则控制相关设备执行相应的生产任务，并向MES系统反馈生产过程数据、批次归档数据以及传输过程监视画面。
图3 MES与制丝集控系统的集成
批次调度功能的实现流程见图4。批次任务调度流程主要根据MES下达的批次任务计划、投料计划，检查各个批次的物料是否满足要求，并将批次任务、工艺技术标准等下达到集控系统，进而按照下达的批次任务清单进行生产。
图4 批次调度功能的实现流程
2.3 基于Batch技术实现柔性制丝线的批次控制
精品“七匹狼”分组加工采用批次处理工艺，同一设备可以生产几种不同的产品，同一产品可以在不同的设备上生产，产品与工艺路线的关联柔性较好。因此，生产过程通过批次加以区分，要求其相应的处理系统和加工设备按批次对产品进行加工和管理，并支持配方管理和相应的操控模式，使产品按配方进行加工。
根据上述批次模型设计，针对精品“七匹狼”专线模块化“三头两尾智能多线”的柔性制丝加工工艺，采用GE Proficy Batch软件，基于符合ISA88的批次控制模式，与MES无缝集成，增强了产品与工艺路线之间的关联弹性，实现了批次归属。同时，支持配方管理和相应的操控模式，加工设备按批次对产品进行处理和管理，成品或半成品在加工处理过程中通过批次加以区分，将产品配方、工艺技术参数执行、过程质量情况等要素有机集成一体，实现柔性制丝的精细化、智能化控制。
3 应用效果
通过柔性制丝批次管理模式的应用，在龙岩卷烟厂“精品线”的技改项目中建立了系统、完整、灵活的制丝批次管理模式，完成了从全配方到模块化配方批次管理模式的过渡和转变，实现了柔性制丝线的批次调度功能，以及生产管理与过程控制的整体集成和融合应用，满足了柔性制丝线分组加工、精确控制的工艺要求，较好地解决了原系统中生产资源调整困难、上下游设备之间协调性差和新产品研发适应性差等问题。
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