MES应用案例-龙岩烟草工业有限责任公司制造执行系统

所属行业：制造业  烟草行业

项目名称：龙岩烟草工业有限责任公司制造执行系统

应用背景：

通过多年的技术改造和信息化建设，龙岩卷烟厂已建设建成现有生产线的生产调度系统、卷包集控系统、制丝集控系统等生产管理系统，实现了这些生产管理系统与企业MES系统、集控系统、动力能源系统等的有机集成，但是，随着“精品线”项目的启动，需要建设一套适应“精品线”分组加工和柔性制造、并确保现有系统与新建系统能够并存、过渡、整合的基础上，建设成“集成”、“协同”、“高效”的、整体实现从生产订单到产品交付全过程的自动化和信息化过程的MES系统。

该项目前期应用基础概要如下：

1）现有生产调度系统概况

在实施了自动化物流系统、制丝生产集控系统和动力能源系统的基础上，历时2年，开发实施了生产调度系统，目前该系统运转良好。

现有调度系统接受计划层的生产计划，生成制丝车间作业任务连同工艺技术指标一起下达给各生产车间，指挥自动化立库、动力车间、制丝车间、卷包车间的作业调度和操作，协调相互间的动作过程，提高作业效率，保证生产协调和顺利进行，并将生产过程的实时信息上传给计划层。

该系统主要包括：基础数据管理、工艺配方管理、生产计划管理、生产调度管理、生产过程监控、工艺质量统计、统计与报表、综合查询等模块。

2）现有卷包信息系统概况

卷包信息系统实现了车间生产设备、质检仪器及条码数据的采集，并将生产计划、进度安排、过程控制、质量管理、设备维护等集成在一起，该项目已经投运3年多，目前是车间指导生产的主要工具。

卷包信息系统主要包括如下功能模块：

• 生产配置管理子系统
• 生产作业控制子系统
• 现场作业管理子系统
• 生产数据采集子系统
• 生产作业查询子系统
• 生产作业分析子系统
• 工艺质量控制子系统
• 设备维护管理子系统

应用需求：

本项目应用需求包括用户功能需求和系统集成需求（MES系统与9套外部管理系统、集控系统之间的集成需求），简单描述如下：

1、 用户功能需求：

用户功能需求如下图所示，重点包括以下4个方面：

• 从订单到批次的高级优化排产
• 生产批次任务的作业调度及作业标准下达
• 生产批次数据的采集、反馈及批次数据追踪
• 生产作业数据的分析和改进

图1 龙烟MES  业务需求模型

2、 系统集成需求：

如下图所示，系统的集成需求主要包括以下几个方面：

• 与现有生产调度系统的集成
• 与现有卷包管理信息系统的集成
• 与现有MIS、数据仓库系统的集成
• 与新建PDM系统、统一编码系统的集成
• 与新线、老线的卷包集控系统的集成
• 与新线、老线的制丝集控系统的集成

图2 龙烟MES  业务集成模型

解决方案

通过对SIEMENS SIMATIC IT，GE Proficy Plant Applications及Wonderware MES平台的对比，结合龙岩卷烟厂实际应用基础情况，一致认可GE的Proficy Plant Applications平台在以下方面具有比较明显的优势：

• 支持图形化、结构化、对象化、集成化的工厂建模技术；
• 支持工厂建模、生产调度、质量控制、批次跟踪功能的快速组态和部署；
• 集成度高：高度集成的开发环境，更有利于系统的开发和部署；
• 易用性好：界面友好、操作简便，更加符合中国人的操作习惯；
• 性价比高；

鉴于GE Proficy MES产品的优势，及其集成度高、易用性好、性价比高的特点，本项目选用GE Proficy产品来进行本次项目的实施。

项目配置方案如下图所示，配置清单概要如下：

• Proficy Product Mang 、Proficy  Production Mang
• Proficy Quality Mang
• Batch Analysis Server
• Proficy Historian
• PA SDK Pack
• Proficy Portal
• Proficy Batch
• iFix

MES应用架构部署：

项目的系统应用部署如下图所示，产品体系围绕GE PA平台及ILOG PPO展开，通过微软的BizTalk平台进行系统集成，并较终通过 PPS＋MOSS进行分析和展现。

概要流程如下：

• 基于ILOG PPO进行优化排产
• 基于PA进行批次任务调度、作业参数下达
• iFix执行生产并将数据通过Historian进行采集、归档
• PA与Historian进行数据归集、形成批次报告和谱系追踪
• 基于Proficy Portal 进行远程监视
• PA数据和Historian归档到数据仓库
• PPS进行数据分析
• 基于MOSS进行应用展现

图3 龙烟MES  系统平台部署方案

系统总体实现方案：

系统核心业务流程：

Historian数据点配置：

在MES系统中，一方面是应用功能的规划和部署，另一方面是数据点（集控系统标签点）的规划和数据采集算法，龙岩卷烟厂制造流程简化模型如下图所示，图中箱式储丝为精品线的创新，即成丝由氮气封装后直接上物流高架库存储。

图4 烟草企业制造流程简化模型图

在这里，我们结合龙岩卷烟厂实际情况，给出卷烟厂的数据点配置的一个一般性建议：

制丝线

• 如图4所示，每条制丝线分3个工艺段，每段约采集30个工艺参数，下达和采集为不同的采集点，工艺参数点＝3*30*2＝180点；
• 关键设备运行状态数据点约为3*40＝120点；
• 业务数据如交接班、作业指令、设备故障、产量采集等约为3*30＝90点；
• 考虑到之后的扩展，每段留20点备用，备用点3*20＝60；
• 因此，每条生产线按3个大工艺段约为180＋120＋90＋60＝450点；
• 按2条制丝线、1条梗丝线、1条膨丝线计算，共需4*400＝1800点。

卷包机组

• 卷包机组中，所需数据主要是卷烟机的烟支质量、重量等数据；卷包机台的产量、消耗数据；设备的关键设备状态数据（如卷烟机的烙铁温度，生产速度等），以及设备报警数据（至少需采集故障、停机报警）等；
• 卷烟机烟支质量数据：每台15点；
• 卷烟机消耗数据（水松纸、烟丝、嘴棒）：每台3点；
• 卷烟机废品剔除数据（如烟丝空松、爆口、缺嘴棒等）：以Passim 8000为例，一般分10类废品，因此，每台10点；
• 包装机消耗：每台15点；
• 包装机剔除：每台15点；
• 报警，卷包机组，每组2*2点（共享Tag转换方式）；
• 业务数据如交接班、作业指令等约为2*20＝40点；
• 因此，单个卷包机组，合计＝15＋3＋10＋15＋15＋4＋40＝102点

成型机

• 成型机主要是醋酸纤维、甘油、盘纸、胶水等消耗以及设备报警；
• 消耗数据：每台6点；
• 产量（成品、剔除）：每台2点；
• 报警：2点；
• 业务数据如交接班、作业指令等约为20点；
• 合计：6＋2＋2＋20＝30点；

发射机

• 产量：每台1点；
• 报警：2点；
• 业务数据如交接班、作业指令等约为20点；
• 合计：1＋2＋20＝23点；

封箱机

• 产量：每台1点；
• 报警：2点；
• 业务数据如交接班、作业指令等约为20点；
• 合计：1＋2＋20＝23点；

项目受益：

通过对项目的实施，我们对该产品在MES这类项目的实施过程中有以下几个方面很值得一提：

• 快速部署：平台环境2天内即可部署完毕
• 快速实施：系统初始化数据支持从Excel导入功能以及标签点从集控系统自动导入功能，都为项目的实施工作立下汗马功劳
• 系统机构化功能比较强大，在工厂建模中，竟然意外的发现支持对象继承，这样，建模功能就大大简化了，只需对子类中差异的地方进行修改即可。
• 系统的集成度很高，在PA中只需简单配置即可实现PA与Historian、PA与集控Scada之间的系统间集成；同时，系统内部，同样通过简单配置就实现了批次跟踪和谱系分析功能。
• 系统与Excel的集成功能，比与系统配套SDK套件更加有效，实施人员提供Excel插件，对PA系统的数据访问是相当的Easy。

制丝线SPC应用效果图：

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