一、企业简介
北京印钞有限公司是隶属于中国印钞造币总公司的国家大型骨干印钞企业，始建于1908年，是中国近代第一家采用钢版雕刻凹印工艺印制钞票的官办印钞企业，也是中国最早采用钢版雕刻凹印工艺印制邮票的企业。在一个世纪的发展历程中，公司始终潜心于印钞技术、工艺的发展进步。新中国成立后，在中国人民银行、中国印钞造币总公司的领导下，先后参与了第一至五套人民币、中银港钞、澳钞和第一张人民币塑料钞——迎接新世纪纪念钞的设计与印制任务，承印了第29届奥运会奥运纪念钞、澳门生肖贺岁纪念钞等产品，为十多个国家和地区设计印制过钞票和有价证券。作为我国历史最长、规模最大的印钞企业，已经成为具有设计和印制货币、增值税专用发票、支票等有价证券及油墨制作、票证号码机制造、安全印务等综合生产能力的国家大型骨干印钞企业。
图1 北京印钞有限公司
二、企业信息化应用总体现状
目前，企业的信息化应用覆盖了公司生产经营管理的各个方面，使用的主要信息系统有Oracle ERP系统、MES系统、OA与邮件系统、物料条码系统等。其中Oracle ERP系统：2002年10月上线一期包括总账、资产、应收、应付、现金、采购、库存、销售八个模块，2004年12月上线二期继续实施ERP生产制造模块，并通过与自行开发的生产调度、车间信息采集系统及在制品立体库管理、物料条码管理系统的集成，实现了计划、生产、物流、财务管理的有效集成。2014年3月对Oracle ERP系统进行了软硬件升级，进一步加强和优化了ERP与MES、物料条码配送系统的集成。MES系统：基于WonderWare MES技术平台开发实施符合印钞生产特点的MES系统，主要包括详细排产、生产调度、生产执行、产品规范、生产资源、数据采集、性能分析、质量检验、生产消耗、设备运维、生产监视、生产绩效等功能，于2010年11月和2012年1月分两期完成基于在制品立体库和平面库的上线。
三、参评信息化项目详细情况介绍
1. 项目背景介绍
1）满足国家货币发行的新要求。利用信息化手段提高印钞柔性生产水平，提高企业生产效率、改善产品质量、降低生产消耗，强化印钞生产管理。
2）支撑企业发展战略和精准化管理要求。现代企业制度改革，提出 “信息化指挥、自动化生产、智能化控制、自主化管理”的企业信息化发展战略，结合印钞工艺优化与流程再造项目和生产机台自主化管理绩效评价项目实施，迫切需要与之相配套的信息化平台提供技术支撑。
3）解决企业生产领域管理中实际存在三方面问题：一是由于生产数据及信息没有有效的方式进行积累和科学的方法进行分析，导致企业的生产组织平均主义，任务分配和奖励机制不科学；二是由于以报表、报告为主的传统信息汇总方式使信息的交互滞后而不准确，生产各环节的情况难以全面掌握，致使管理以粗放为主，生产计划不精准，信息反馈不及时、生产协同困难，产能提升存在瓶颈；三是由于生产的绩效目标不能分解传递到企业生产的最基本细胞——机台，生产机台的指标完成情况也不能及时得到反馈，相应的激励自然与机台的业绩脱节，因而机台人员的主动性不强，生产能力不能有效发挥。借助MES实施正好是治愈这些问题的一剂良药。
4）整合提升原有信息化系统。采用国际通用MES平台，改造提升原有生产管理系统，增加适应于车间管理人员的工作界面，引入工控采集数据，模型化工艺设置，全面物料的批次管理与数字管理，扩充人员管理、设备管理、安全管理等信息采集。
2. 项目目标与实施原则
1）以MES理论为指导，以实现生产精准化、机台自主化、业务标准化管理为目标，充分吸收原生产管理系统的成功经验，引进现代生产管理理论与运作模式，完成北钞MES总体设计方案。
2）建立公司统一的MES平台，实现MES与ERP、在制品立体库、物料条码、机检核查等系统的集成，实现生产设备数据的自动采集，实现实时数据库与关系型数据库的集成。
3）通过统一的MES平台，支持企业两个生产区域即西区（在制品立体库管理）和东区（在制品平面库管理）两种生产组织模式，及时掌控生产、质量、物资、设备、人力、数管等专业现场情况，实现机台自主化管理和生产精准化管理目标。
3. 项目实施与应用情况详细介绍
1）总体架构
（1）功能架构
参照MESA MES功能模型，结合印钞生产实际需求，北钞MES功能如图2、3所示。
图2 北钞MES功能图
图3 北钞MES功能地图
（2）软件架构
根据《北钞制造执行系统（MES）规划》要求，北钞MES软件架构如图4所示，包括如下模块：
图4 北钞MES软件架构图
A、实时数据采集及管理组件。该组件提升系统实时性及快速反应能力，实现：存储、管理生产现场数据，包括产量、质检数据、物料数据等；内置实时规则引擎，实时进行数据过滤、分析、统计，以及报警等逻辑的推理；内置点表管理、通过组态的方法建立工厂逻辑映像，将物理测点与系统点表进行对应，并可进行在线扩展；采用规范的数采接口及信息发布接口，使得系统与过程控制系统、其它应用系统之间的耦合度降低；具备长周期历史压缩存储能力。
B、建模组件。该组件建立、维护生产模型，提升系统对业务的适应性，实现：建立设备层次模型，形成现实物理对象在系统中的映射；各级设备对象中，建立对象操作模型，用于指导生产调度、生产跟踪、质量检验等业务活动。
C、业务功能服务组件。采用业务逻辑层与表现层分离的模式实现本组件。
D、用户界面。方便用户操作，各功能界面集成起来，形成一体化用户界面。根据用户操作特性的不同，用户界面可分为机台操作界面、职能管理级操作界面、领导查询操作界面。鉴于MES是面向实时性较强的生产管理业务，同时支持较大范围的信息发布与查询，采用C/S结构与B/S结构相结合的模式。
E、应用集成组件。通过应用集成组件，实现系统对外开放性,与企业其它信息系统实现松耦合集成。
（3）硬件架构
北钞MES的硬件架构如图5所示。
图5 北钞MES的硬件架构图
2）WonderWare MES平台应用
北钞MES采用的WonderWare MES平台软件包括：
(1)Operations：计划调度、工艺管理、现场机台终端、库存管理及系统的主要基础数据，全部基于该平台。
(2)SystemPlatform：作为一个数据采集的平台，对所有工控设备以及业务数据进行采集的配置及脚本的编写，是数据展现的基础。
(3)InSQL：是历史数据的归档软件，通过其独特的压缩算法，能够将大量的实时数据压缩归档，并提供有效的查询方式。
(4)InTouch：WonderWare平台中最主要的数据展现工具，它能够将SystemPlatform中配置的实时数据、关系数据库的业务数据、InSQL中的历史数据，以图文并茂的组态形式展现，生动、形象、直观。
3）关键业务与技术解决方案
（1）计划与调度支撑体系
北钞MES的计划与调度功能实现包括：
A、接收ERP的月度工序计划；
B、分解月度工序计划生成机台日计划；
C、创建、分解、下达离散计划；
D、根据机台日计划生成生产作业（生产工单）；
E、通过生产工单的产品状态、工艺状态变化来驱动工艺流转，并记录相关信息；
F、生产过程中提供库存信息和产量信息来辅助计划调度人员；
G、将生产反馈信息发送给ERP系统,从而形成信息闭环。
通过MES的计划调度功能，管理人员可以制订计划、了解计划执行情况、预估计划的合理性，为实现准确有效的计划调度提供技术支持。
（2）动态多工艺技术支持
根据印钞工艺要求，产品在加工中通常情况下，会出现变换选择后续工艺的情况。动态多工艺的技术是基于WonderWare平台，设计以产品等级（Grade）来标识不同工艺下的产成品，用不同的BOM版本来支持不同的产品等级（Grade），而在生产工序（Process）配置可以支持多个BOM，这样在生产计划中可以根据产品等级（Grade）来支持不同工艺路线，而调整配送件和装配件的产品等级（Grade）可以实现动态多工艺的业务要求。
（3）全面的生产过程管理
基于统一的MES平台，实现印钞生产全过程的横向集成，涵盖从白纸投入到成品装箱及其相关人、机、料、法等环节，相较针对单一专业实现单一功能的信息系统，集成范围更宽，功能更强大，从而更充分发挥MES的综合分析与控制作用。
（4）最小化机台操作支持
MES包括印钞生产过程中各个专业管理的业务，这些业务都需要机台人员的操作予以支持，而大量的操作会与机台正常生产产生矛盾。为此，MES中综合利用如下方式来支持机台便捷操作：
A、利用MES平台中工单状态周期，与电子标签应用相结合，在工单节点上读取电子标签驱动工单的状态变化。
B、根据当前的机台人员电子身份信息，自动控制操作人员的信息采集权限。
C、通过与其他系统集成，减少在不同系统的重复信息录入。
D、通过系统的支持，让机台人员尽可能在恰当的时机做合适的操作，减少无效信息录入并充分利用系统的自动化信息，使数据采集更为准确。
（5）综合信息分析与展示
MES汇集包括计划、工单、库存、设备、质量等各方面数据，以图表的形式展现给生产管理人员，提高生产透明度，为生产管理人员提供管理支持是本项目的重点
A、可视化调度员工作台
显示调度员所管辖机台和班组的设备运行状态、当日计划信息、立库呼叫情况、机台物料存量、机台请求、工单异常记录等，帮助调度人员做出及时有效的决定，支持调度人员合理安排计划执行，调度员在该界面中可根据权限进行日计划的调整以及对已产生的工单重新分配机台等操作。
B、生产监视
生产监视模块提供一个集成的信息展示平台，将生产相关的关键信息，如设备状态、工艺状态、物料状态、生产工单、产量、消耗等以直观、可视化的形式表现出来。为管理人员提供实时直观的生产信息，让管理人员了解设备、物料、库存和计划等综合的生产信息，掌握当前的生产执行情况。
C、指标统计和分析
MES指标统计和分析，基于各功能模块收集的物耗、成本、质量、生产、设备等信息记录，能在某时间跨度内提供绩效指标的展示，方便管理人员在生产过程中及时地发现并解决问题，保证日常的生产工作，从而进一步提高企业的生产管理水平。
D、生产跟踪
通过各专业数据的收集，以车号、工单为线索，能够查询每车在各工序的生产、质量、物耗、设备等情况，同时还能就产品加工过程中的特殊事务、兑换、拼数发生的车号转换进行追溯。
4）集成方案的设计
用来采集印钞生产全过程的各种数据和状态信息。MES定位在ERP与控制层之间的一个中间层，实现在ERP和控制层之间传递信息的作用。MES作为桥梁，将ERP与底层控制系统有机衔接，实现管理信息化和生产自动化的融合。
北钞MES与其它相关系统集成的信息流程如图6所示。
图6 北钞MES集成体系架构逻辑图
北钞MES与相关应用系统集成的具体思路为：
（1）全面分析MES与ERP系统、物料条码系统、立库系统的交互数据，确定集成采用的技术；
（2）全面梳理ERP系统、物料条码系统、立库系统接口表、当前接口流程，明确在不改变当前系统运行的基础上的接口规范。
4. 效益分析
1）经济效益
A、项目实施后促进库存大幅下降，减少资金占压显著。MES自动采集生产现场的各种数据，使整个生产过程透明化，计划完成情况、在制品库存情况实时可知，有力地支撑了计划调度人员对生产的均衡化管理和在制品库存的合理控制。以在制品立体库为例，MES上线以来，立体库在制品库存占库率由过去长期在96%以上逐步稳定在80%左右，在制品库存资金节约显著。据核算，2011年至2013年公司累计节约在制品库存资金7727.54万元。
B、项目实施后促进了营运费用降低，加班工时减少显著。MES投入使用后，促进了公司各类营运费用的显著降低，其中制作部加班工时大幅降低，2011年至2013年公司各工序加班工资累计减少148.12万元。
C、项目实施后促进有效产出提升，产品作废明显降低。北钞MES的应用有力地促进了北钞各品种有效产出的逐年大幅提升，增加了生产质量的透明度，促进了生产质量的提高，有效地缩短了作废反馈时间，产品作废显著下降，2011年至2013年因作废下降节约成本约426.91万元。
2）社会效益
A、企业从2004年自主研制生产管理系统到2012年再次在印钞行业率先建设基于国际先进MES软件平台的印钞MES，为MES在行业生产领域的应用进行了再一次的成功尝试。为总公司于2011年3月启动的行业MES预研项目做出了积极贡献，提供了成功的印钞MES案例。
B、新一代MES自投入使用以来，经受住了时间的考验，其生产效率效果的快速提升、生产管理水平的迅速提高和企业经营绩效的大幅改进有目共睹，其实际应用效果获得了企业、行业的高度认可，增强了行业对MES应用的信心和动力，带动了MES在行业的推广应用。
C、通过对已经实施的MES的功能、技术等进行归纳、整理和泛化，形成了印钞MES规范和印钞MES数据采集规范。这两个规范在符合企业对MES需求的基础上，也兼顾我国印钞企业的共同要求，可供行业实施和推广MES的企业参考和借鉴。
D、通过建立公司统一的基于MES的生产精准化管理平台，消除了生产领域的信息孤岛和信息烟囱，取消了生产管理的各种纸质原始记录和手工报表台账，实现了生产相关信息的全面共享。
E、项目的实施带动和加速了生产领域智能化控制及自动化生产的步伐，MES和立体库系统、AGV小车有机结合，实现了在制品物流的自动化配送和智能化控制；MES和大张喷识码系统、自动抽样机构有机结合，正将单机在制品在线清数拓展到产品线在线清数，大大减少甚至取消产品过数，省人省地省设备；MES和机检核查系统有机结合，可实现工艺的动态调整和生产的灵活组织；MES使一个个单机质检系统联合形成为一个有机整体，推进了质量和工艺的自动化、智能化；各种设备工控自动化、智能化系统也因MES平台的建立有了更宽广的应用空间，促使了自身不断发展。
F、MES的应用已经在生产管理的各个方面形成了良好的信息化应用生态，生产调度通过实时库存查询及时平衡着在制品库存；制作部第一时间通过机台原始记录全面掌握机台生产情况，机台留言真实纪录了生产中的各种动态；质量作废和物料消耗数据不在只是管理部门关注的指标，从机长到制作部主任，从职能人员到公司领导，全都一目了然；管理人员日常的一些工作被系统替代，如何适用信息化潮流，人们已经开始思考和行动；数据真正成为了资源，人们已经开始适应信息化环境下的工作，思维习惯和思想观念有了很大变化和进步。
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