0 引言
近年来，企业信息化在各个领域有了长足地发展：一方面，企业ERP系统如火如茶，过程控制领域PLC、DCS在高效的车间级流程管理也得到大量应用。但是在工厂以及企业范围信息集成的实践过程中，仍这样的问题：在计划过程中无法准确及时地把握生产实际状况，另一方面则在生产过程中无法得到切实可行的作业计划做指导；在生产过程中难以跟踪产品的状态数据、不能有效地控制在制品库存等等。产生这些问题的主要原因仍然在于生产管理业务系统与生产过程控制系统的相互分离，计划系统和过程控制系统之间的界限模糊、缺乏紧密的联系。
针对这种状况，逐渐出现了一种新型的企业信息化结构模式，即三层应用体系结构。上层为ERP系统，中层为生产执行系统(MES)，有的将其称为制造执行系统。下层为生产自动化控制系统。MES处于ERP和生产过程控制系统之间，负责调度排程、资源(人和设备等)优化调度、物料管理、生产质量、工艺控制、能源供应控制、生产过程监控以及必要的数据信息转换等数据集成和应用。
因此，鉴于企业实际需求与先进管理思想的引进，青州卷烟厂在2009年--2010年实施了生产执行系统。为讲述方便，对青州卷烟厂的MES系统，以下简称QZMES。
1 系统实施目标
以MES理论为指导，将现代企业生产管理思想、理念引入企业生产管理，对企业生产管理流程进行重组和优化，推动生产管理信息化、自动化、数字化，提高企业的市场竞争力。
系统总体建设目标如下：①实现以市场为导向，按订单生产的快速响应机制；②整合可用资源，联接企业的计划层和操作层，整合信息孤岛；③优化生产流程，通过项目实施来梳理、优化现行生产业务流程；④完善管理手段，将制造过程中的生产计划、进度安排、物料流动、物料跟踪、过程控制等活动全面集成起来，有机协调这些活动的执行，提高精细化加工水平。
2 现状调研
2.1 主要生产过程
主要生产流程是，计划调度处制定生产任务，并向制丝车间、卷包车间下达；制丝车间根据生产指令，按照配方加工烟叶、烟梗，生成成品烟丝。卷包车间根据生产指令将烟丝进行卷接、包装，最后生成成品。主要生产任务，在ERP系统内制定；两个车间的生产控制，由制丝中控系统、卷包数采系统、物流系统支撑进行，但各系统之间数据缺乏信息集成。
2.2 生产调度
根据原辅材料供给情况以及工艺标准等，制定烟丝和成品的生产订单，主要面向制丝生产和卷包生产。
2.3 制丝生产
制丝车间生产，包括叶丝处理线：预混处理、一次加料、切丝、二次加料、平库处理、掺配加香、装箱入库；梗丝处理线：梗预处理、切梗加料、梗丝处理十个工序。
连续性生产由制丝中控系统控制执行；物料管理由物流系统进行管理；两个系统共同支撑制丝车间的生产过程。
2.4 卷包生产
卷包生产的由14套卷接包装机组进行生产。每套机组为连续性生产，各套之间为离散型生产。生产过程由卷包数采系统和物流系统共同毒撑。
3 需求分析
3.1 确定MES系统的主要任务
确定QZMES的主要任务是接收ERP系统的生产订单，按照生产工序／机台进行分解成工单，并向生产自动化系统下达；生产结束后，按照生产工单收集生产信息，汇总处理后向ERP系统反馈，完成从执行到信息反馈的闭环控制。
3.2 QZMES参与的生产业务流程
3.2.1 接收、分解订单
在ERP中制定制丝烟丝生产订单和卷包成品生产订单后，通过集成将订单传递到MES系统，MES系统根据两个车间的生产流程，分解为生产工单。
3.2.2 排产与生产执行
QZMES将分解后的生产工单，通过集成传递至生产自动化系统，自动化系统根据生产工单负责工序机台的运行，物流系统根据生产工单进行原辅材料的出库、半成品和成品的出入库等。
3.2.3 生产信息收集
生产结束后，生产自动化系统把生产信息反馈至QZMES，QZMES汇总处理后再向ERP系统反馈。从而完成生成完整的生产执行、生产信息反馈的流程。
3.3 技术路线
技术工具采用MES系统专用开发工具与现场开发两者结合的方式。专用工具采用西门子公司的SIMATICIT套件，具有与$95标准所规定的功能组件模块，提供图形化界面开发工具，结构清晰，将生产管理流程图形化，并且在国内有多家成功的应用。现场开发采用ASP.NET、C#技术。
3.4 确定数据集成架构
由于ERP系统、QZMES、自动化系统都是相互独立的系统，其技术架构都不同，因此，为了保证数据信息的正确、及时的进行流转，确定在QZMES中建立DIS服务器，所有信息都通它进行信息交换。
4 功能设计
根据需求分析结论、采用的技术实现方式、QZMES管理思想，从排产调度、制丝生产、卷包生产、集成等模块进行了详细的功能设计。
4.1 排产调度模块
排产调度业务，是QZMES业务实现的关键所在。该模块担负着接收ERP生产诬单，根据生产车间各工序或机台生产能力及换牌时间等参数，将生产订单按照工序和机台进行分解，并在QZMES自动计算各工单的计划开始时间，最后生成符合生产实际需求的生产工单。QZMES再将工单通过接口下达给制丝中控、卷包数采、物流等生产自动化系统，以控制生产。
调度人员可以根据实际需求，调整自动生成的工单。包括工单蕨序、生产起止时间等，然后根据实际生产安排，选定工单向底层系统进行下发。
4.2 制丝、卷包生产模块
根据生产流程，结合自动化系统指导生产所需的生产信息，以及ERP系统生产订单的详细内容，研究制定了以下内容：①QZMES生产工单信息详细内容：包括ERP生产订单号、QZMES生产工单号、生产牌号、批次、生产工序(机台)、生产班次、生产起止时间等内容；②工单与各系统之间的关联关系：QZMES与ERP以ERP生产订单号进行关联，与自动化系统以工单号进行关联；③生产信息反馈机制：生产信息反馈，以工单为单位，在工单结束时由底层系统向QZMES进行反馈；QZMES以订单为单位向ERP系统进行反馈。
4.3 集成
在QZMES范围内搭建DIS服务器，各系统安装客户端。在DIS服务器中配置各系统的传输通道及接口数据信息内容。
5 开发实施
5.1 基础数据模块
5.1.1 设备模型
针对车间工序、卷接机、包装机、装封箱机、喂丝机等设备，在SIMATIC IT Framework图形化组件中进行了详细的模型设计，将工序和机台的生产能力、换牌时间等信息进行了详细开发和定义。
5.1.2 班组管理
生产班次、班组采用SIMATIC IT套件中Shift Calendar组件进行开发，定义了白班、上半夜、下半夜3个生产班次，甲、乙、丙、丁4个班组。
5.1.3 工厂日历
结合Shift Calendar组件以及C8语言现场开发结合，根据实际需求自动按照班次与班组顺序进行生成任意时间段的工厂日历。
5.2 工单管理模块
5.2.1 订单分解
QZMES接收ERP系统的生产订单之后，按照设计工序和机台模型数据，采用估算法和二分法相结合的数学算法，结合实际生产需求(卷包机组齐开或齐停原则)，在系统内把生产订单进行分解，生成具体的生产工单。
5.2.2 工单执行
在工单与底层系统指导生产过程中，MES采用1+1(生产+预备)工单生产指导，由中控系统在每个工艺段发出工单申请，QZMES收到工单申请信号后，若满足条件，则将生产工单下达到生产自动化系统。
5.2.3 工单信息反馈
各系统将生产结束的生产信息，包含产量及消耗，以工单为单位，将数据信息打包，传递到DIS服务器。QZMES接收后，以工单号为主信息，将生产信息汇总并打包，按订单传到ERP系统。
6 系统试运行
在测试稳定的基础上，QZMES进行了上线试运行，将功能交与了最终用户的业务使用。系统试运行主要内容包括生产订单的分解排产、工单的下达及执行、生产信息的归集及上报。在运行过程中验证了功能的完整性及流程的合理性、数据的准确性。
7 效果
7.1 系统技术创新性
7.1.1 生产建模的运用
QZMES利用SIMATIC IT Framework图形化的生产建模工具，将生产企业中的生产资源、生产操作流程进行对象化的设计，来实现各种生产业务流程，并通过系统集成实现模型与外部系统的交互、协调和调用。
7.1.2 闭环的应用集成
QZMES是集成制造的关键应用，通过集成实现协同制造。ERP、MES、自动化系统三层高度融合，形成RE—PAC闭环。
7.2系统管理创新性
本企业QZMES在对从订单下达开始到产品完成的整个生产过程进行优化管理，有效的支持各个关键业务管理以及业务集成，降低了管理成本，提高工厂精细化管理水平。
7.3 系统扩展性
QZMES采用的建模平台，由模型驱动优化排产、指挥调度、质量管理、设备管理等关键业务。而当生产工艺及管理业务发生变化时，只需修改相应的模型即可。这种基于模型的新型系统架构是系统具有良好扩展性的保证。
8 结束语
总体来讲，QZMES项目的建成，将使山东中烟青州卷烟厂的制造业信息化建设在技术平台上实现一次大的飞跃，由此还将带来应用功能上的增强，精细化加工水平的提高，从而进一步提高企业的竞争力。
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本文标题：企业生产执行系统MES的构建与实施
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