摘 要: 制造執(zhí)行系統(tǒng)MES是位于企業(yè)上層企業(yè)資源計劃ERP和底層設備自動控制系統(tǒng)PCS之間，面向車間層的生產(chǎn)管理技術與實時信息系統(tǒng)。對現(xiàn)階段自動化現(xiàn)狀及水泥生產(chǎn)流程特點做了簡要闡述及分析, 提出一種面向水泥行業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu), 分析了相關子系統(tǒng)的功能，并以設備管理子系統(tǒng)為例,選用B/S三層體系結(jié)構(gòu), 具體討論了其實現(xiàn)過程. 關鍵詞: 制造執(zhí)行系統(tǒng) 體系結(jié)構(gòu) 水泥行業(yè) B/S 設備管理 1 引 言 　　制造執(zhí)行系統(tǒng)MES（Manufacturing Execution System）是位于企業(yè)上層生產(chǎn)計劃和底層工業(yè)控制之間, 面向車間層的生產(chǎn)管理技術與實時信息系統(tǒng), 強調(diào)制造計劃的執(zhí)行,在計劃層和控制層之間架起了一座橋梁, 能夠通過信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理;當工廠發(fā)生實時事件時, MES能對此及時作出反應、報告,并用當前的準確數(shù)據(jù)進行指導和處理。 　　現(xiàn)階段，大多數(shù)水泥企業(yè)在運營中已經(jīng)應用分布式控制系統(tǒng)（DCS）和信息管理系統(tǒng)（MIS），基礎自動化程度較高，但生產(chǎn)管理、生產(chǎn)調(diào)度以及決策等方面基本還是人工管理，自動化程度較低。企業(yè)的生產(chǎn)管理與過程控制之間相互分離，集成程度低，極大地制約了生產(chǎn)管理水平的提高。在CIMS的研究與發(fā)展中，對MES還沒有給予足夠的重視，導致針對水泥行業(yè)開發(fā)的MES軟件幾乎沒有，甚至這方面的研究文獻都很難見到。 2 水泥行業(yè)的特點 　　水泥生產(chǎn)工藝流程中存在著復雜的串并聯(lián)關系。從總的工藝流程看，物料是依次通過生料制備、熟料煅燒、水泥粉磨三個串聯(lián)階段，主要通過一些化學、物理化學變化實現(xiàn)產(chǎn)品的 　?。?）生料制備:石灰質(zhì)原料、黏土質(zhì)原料與少量鐵質(zhì)在破碎、烘干,按照一定的比例調(diào)配后,進入生料磨進行粉磨生成料粉。 　?。?）熟料燒成:從預熱器頂投料,生料粉依次通過多級預熱器,與熱氣流進行熱交換后進入分解爐。在分解爐內(nèi)生料經(jīng)過預煅燒,進入回轉(zhuǎn)窯。還有一部分生料直接進入回轉(zhuǎn)窯,在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)充分煅燒至部分熔融,得到水泥熟料。 　?。?）水泥粉磨:熟料添加適量石膏,有時還有一部分混合材料或外加劑,經(jīng)過配料進入熟料磨進行粉磨,共同磨細制成水泥。 　　與此同時,在水泥生產(chǎn)過程中,依次穿插著各車間的生產(chǎn)調(diào)度、各職能部門的職能管理,乃至企業(yè)級的整體運營決策等行為。 3 面向水泥行業(yè)MES體系結(jié)構(gòu) 　　具體到水泥企業(yè)背景，MES的研究重點以水泥熟料燒成及磨機車間（或分廠）的業(yè)務流程為基礎 [align=center] 圖1 面向水泥行業(yè)MES體系結(jié)構(gòu)[/align] 　　進行展開。MES執(zhí)行由ERP制定的計劃，并根據(jù)實時生產(chǎn)信息調(diào)整生產(chǎn)作出調(diào)度，并將有關資源利用、庫存情況及生產(chǎn)計劃的實時完成情況準確的反饋給ERP系統(tǒng)。MES的調(diào)度指令還能將生產(chǎn)目標及生產(chǎn)規(guī)范自動轉(zhuǎn)化為過程設定值，并通過PCS 中的優(yōu)化軟件對應到閥門、泵等控制設備的參數(shù)設置。同時，MES將從DCS采集來的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與質(zhì)量指標進行對比和分析，可以提供閉環(huán)的質(zhì)量控制。水泥企業(yè)MES的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，其功能包括計劃分解、質(zhì)量管理、作業(yè)調(diào)度、物料平衡和庫存管理、設備運轉(zhuǎn)管理等模塊。 　　3.1 各模塊功能 　?。?）計劃分解 　　應以上層ERP系統(tǒng)所下發(fā)的生產(chǎn)計劃為核心，結(jié)合倉儲管理系統(tǒng)的信息，科學、合理地分解為不同車間與工段的月、日生產(chǎn)計劃，并為實現(xiàn)整個企業(yè)運營的全局優(yōu)化奠定基礎。 　　（2）質(zhì)量保證 　　以生、熟料化驗管理為核心，立足PCS提供的現(xiàn)場實時信息，結(jié)合水泥連續(xù)生產(chǎn)保證子系統(tǒng)確定的設備狀態(tài)及工藝狀態(tài)后，對PCS控制系統(tǒng)的生、熟料配料、均化，以及熟 　　料煅燒提出指導建議，最終達到穩(wěn)定水泥生產(chǎn)質(zhì)量的目的。 　　（3）作業(yè)調(diào)度 　　由于水泥生產(chǎn)中可能出現(xiàn)設備故障、原燃料成分波動、工況變化等，會導致優(yōu)化分解的產(chǎn)量質(zhì)量設定無法實現(xiàn)或不再滿足能耗最小目標。因此，需要采集工廠實際運行情況，通過實時優(yōu)化技術對各生產(chǎn)過程產(chǎn)量、質(zhì)量設定進行動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)全流程優(yōu)化調(diào)度，保證綜合能耗最小。通過預測模型，建立算法，優(yōu)化對生料制備、燒成系統(tǒng)、水泥制備等各環(huán)節(jié)的實時調(diào)度，科學、合理地組織與指揮生產(chǎn)，實現(xiàn)本分廠（車間）的局部優(yōu)化。 　?。?）物料平衡和庫存管理 　　主要由供應和倉庫管理系統(tǒng)完成，實現(xiàn)配合生產(chǎn)計劃進行物資發(fā)放（原料礦石、設備維護工具、配件）和半成品（生料、熟料）、成品（水泥）的入庫，實現(xiàn)庫存盤點、調(diào)撥以及物資的日常管理工作，并采用適當?shù)乃惴ɑ蚍绞竭M行損益管理。 　?。?）設備運轉(zhuǎn)管理 　　指導企業(yè)維護設備的工作以保證生產(chǎn)順利進行，并產(chǎn)生階段性、周期性和預防性的維護計劃，也提供對緊急問題的響應（報警）;保留過去所發(fā)生的事件和問題的歷史記錄有助于處理可能要出現(xiàn)的問題。 　　（6）過程成本管理 　　根據(jù)采集上來的數(shù)據(jù)或錄入的數(shù)據(jù)進行成本的計算，同時進行成本的動態(tài)發(fā)布和監(jiān)控，使成本控制發(fā)生在生產(chǎn)過程中，而不是在生產(chǎn)的完成后，以達到降低成本的目的;與企業(yè)資源管理中靜態(tài)的資產(chǎn)管理相連接,對生產(chǎn)過程的中間庫存和中間產(chǎn)品動態(tài)信息進行管理，提供成本和物流控制與管理的信息支持。 　?。?） 其他日常管理 　　主要完成分廠（車間）數(shù)據(jù)分析、文檔管理及人員調(diào)派等功能。 　　另外，ERP、MES、Controls三個系統(tǒng)的運行都依托于計算機網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，關系數(shù)據(jù)庫與實時數(shù)據(jù)庫通過集成平臺交換數(shù)據(jù)。 4 設備管理子系統(tǒng)功能設計與實現(xiàn) 　　4.1 需求分析 　　水泥生產(chǎn)屬于典型的流程制造，生產(chǎn)過程中，物料呈連續(xù)變化狀態(tài)通過整個生產(chǎn)流程。水泥生產(chǎn)的關鍵設備如生料磨、預熱器、回轉(zhuǎn)窯、水泥磨等都是以串聯(lián)的方式運行，一旦主要設備出現(xiàn)故障，就會造成全線停產(chǎn)。因此對設備進行有效的維護和管理是水泥企業(yè)生產(chǎn)活動的一個重要方面，也是保證生產(chǎn)能順利進行的關鍵。只有設備運行正常了，才能保證安全生產(chǎn)，使任務得以順利完成，才有可能創(chuàng)造出更長的安全生產(chǎn)記錄和經(jīng)濟效益，才能把設備管理工作推上新臺階。 　　在MES 中設備管理要能滿足以下主要功能需求: 　　（1） 預防性維護方面:能根據(jù)可自定義的保養(yǎng)規(guī)則和歷史保養(yǎng)記錄實現(xiàn)保養(yǎng)預警,自動生成保養(yǎng)計劃;同時也為車間設備調(diào)度提供支持。 　?。?） 狀態(tài)監(jiān)控方面:能及時準確地將設備的基礎信息變動信息和當前運行狀態(tài)提供給管理層,為車間作業(yè)計劃管理或短期的調(diào)整提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)。 　?。?） 決策支持方面:自動分析設備當前和歷史運行記錄、維修數(shù)據(jù)和變動信息等,自動生成各類統(tǒng)計分析報表,完善設備的考核指標體系,為車間作業(yè)計劃長期修正提供依據(jù)。 　?。?） 備件庫存管理方面:實現(xiàn)備件的自動庫存預警功能, 保證故障維修或計劃檢修時“有件可換”;實現(xiàn)備件跟蹤和更換預警功能,減少故障停機次數(shù)。 　?。?） 設備維修方案和知識學習方面:通過對故障進行統(tǒng)計和分類,將成功的故障維修案例記錄到系統(tǒng)中,實現(xiàn)知識、經(jīng)驗的積累和繼承。建立推理機制, 根據(jù)故障屬性特征相似度快速得到具體的維修方案,對維修方案進行匹配、修改和優(yōu)化。 　　4.2 系統(tǒng)設計 　　4.2.1 數(shù)據(jù)庫設計 　　系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包括: 維修方案庫、規(guī)則庫和基礎信息庫: 　?。?） 維修方案庫維修方案庫就是維修知識庫,主要包括各類維修故障的典型維修案例。 　　（2）規(guī)則庫主要包括系統(tǒng)功能模塊的配置規(guī)則,如保養(yǎng)則、狀態(tài)檢測規(guī)則、潤滑規(guī)則、庫存預警規(guī)則和備件更換預警規(guī)則等。 　　（3）基礎信息庫主要包括設備信息庫、備件信息庫、故障代碼庫、維修記錄庫和運行臺時庫等。 　　4.2.2 功能設計 　　根據(jù)系統(tǒng)調(diào)研和實際功能需求, 將系統(tǒng)功能劃分為固定資產(chǎn)管理、運行管理、故障維修管理、預防維護管理、狀態(tài)檢測管理、備件管理和MES 接口等幾個主要功能模塊。 　　（1） 固定資產(chǎn)管理包括設備臺帳管理、設備變動和業(yè)務處理管理等。設備總臺帳管理, 建立設備卡片, 記錄設備詳細信息如: 設備編碼、設備名稱、型號、規(guī)格、原值、凈值、使用部門、資產(chǎn)類別、生產(chǎn)年月、安裝年月和功率等技術參數(shù)信息,并實現(xiàn)對設備總臺帳的自由復合查詢及設備分類統(tǒng)計匯總;業(yè)務變動包括設備新增、調(diào)撥、增值、減值、租賃、讓售和報廢等。 　?。?） 運行和故障維修管理故障維修是指當設備發(fā)生故障時, 對設備的使用功能進行修復, 并記錄故障維修信息, 如設備編號、設備名稱、故障發(fā)生時間、維修時間、故障描述、更換備件及維修人員等, 將這些數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)庫中管理, 統(tǒng)計故障頻次、分析故障原因及核算維修費用, 作為性能分析的數(shù)據(jù)來源。 　?。?） 預防維護管理具體功能包括一級保養(yǎng)、二級保養(yǎng)和計劃檢修。保養(yǎng)規(guī)則具有自定義功能,系統(tǒng)根據(jù)設備保養(yǎng)規(guī)則和歷史保養(yǎng)記錄自動生成保養(yǎng)計劃,車間則根據(jù)此保養(yǎng)計劃開展保養(yǎng)工作。保養(yǎng)計劃即為確保機器設備及其零部件高效而安全使用,規(guī)律性的按照某個時間間隔對設備進行分解檢查,預防設備故障發(fā)生。傳統(tǒng)的預防維護按照固定時間周期定期檢查,本系統(tǒng)將根據(jù)相應的可靠性參數(shù)等依據(jù), 動態(tài)設定預防維修周期。檢修計劃管理區(qū)別于保養(yǎng)計劃, 檢修計劃一般是偶然性的,沒有固定的檢測周期,一般作為預防維護的一種補充形式,基本上是安排在非生產(chǎn)時間執(zhí)行,如節(jié)假日。 　?。?） 狀態(tài)檢測管理是在故障發(fā)生前為避免故障發(fā)生所進行的工作,強調(diào)其“ 事前性”特征。通過檢測運行設備的狀態(tài)信息,獲取當前數(shù)據(jù),結(jié)合歷史數(shù)據(jù),獲取有用的信息,運用數(shù)學邏輯方法,進行相應的分析和診斷,以掌握設備實際的狀態(tài),并進行趨勢預測,根據(jù)分析和預測結(jié)果,確定采用何種維修類型、維修時間及所需維修資源等。 　?。?） 備件管理提供備件的入庫、出庫和庫存管理;根據(jù)最低庫存和安全庫存兩種方式實現(xiàn)庫存自動預警功能;根據(jù)備件更換記錄和使用周期提供備件自動更換預警功能。 　?。?） MES接口設備管理是MES 解決方案的重要內(nèi)容之一, 與制造執(zhí)行系統(tǒng)各子系統(tǒng)發(fā)生大量數(shù)據(jù)交換,如設備生產(chǎn)能力、物料消耗和訂單完成情況等,具體信息交互見圖2。 [align=center] 圖2 信息交互[/align] 　　4.3 系統(tǒng)開發(fā) 　　4.3.1 系統(tǒng)實現(xiàn) 　　系統(tǒng)采用B/S（Browse/Server）體系結(jié)構(gòu)。前臺開發(fā)工具使用PowerBuilder9.0, 后臺服務器使用SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫。B/S 結(jié)構(gòu)特點表現(xiàn)易維護、易升級和易實施, 只需維護服務器端, 無需開發(fā)客戶端程序。系統(tǒng)架構(gòu)三層體系結(jié)構(gòu)為客戶應用層、中間層（ 業(yè)務邏輯層）、數(shù)據(jù)庫服務層。客戶層方便用戶的信息查詢、更新和維護;中間層是系統(tǒng)的主體部分, 提供Web服務和DCOM組件服務,為客戶層服務;數(shù)據(jù)庫服務層的主要功能是響應請求,為中間邏輯層提供數(shù)據(jù)支持。 　　4.3.2 應用開發(fā) 　　某水泥公司長期以來公司一直延用手工管理方式, 設備管理水平比較落后, 工作效率低下, 已遠遠不能滿足當前設備管理的要求。通過實施設計開發(fā)的設備管理決策支持系統(tǒng), 極大的提高了設備管理的準確性、靈活性和及時性, 形成了一套有效的設備管理制度體系,系統(tǒng)運行界面如圖3所示客戶端用戶界面分為菜單區(qū)、工具欄區(qū)、導航窗口區(qū)、工作區(qū)幾個部分。其中工具欄和導航窗口提供了用戶進入某個模塊的具體功能的快捷途徑。根據(jù)用戶的個人習慣，工具條可以?？吭谟脩舸翱诘捻敳?、底部、左側(cè)和右側(cè)，也可以浮動在窗口中。工具欄可以是單獨的按鈕的形式，也可以是按鈕+文字的更為直觀的形式。另外本系統(tǒng)是多文檔的工作模式，用戶在使用時可以打開多個窗口以便于對不同的工作進行處理和對所需數(shù)據(jù)進行查詢。 [align=center] 圖3 設備管理子系統(tǒng)運行界面[/align] 5 總結(jié) 　　通過分析水泥行業(yè)生產(chǎn)管理的特點，提出了以計劃調(diào)度為主線、成本控制為核心的制造執(zhí)行系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能，進一步闡述了設備管理子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。介紹的設備管理系統(tǒng)能有效解決設備管理問題, 顯著提升設備管理水平、生產(chǎn)能力和對生產(chǎn)過程的控制能力;同時也為生產(chǎn)管理、車間計劃調(diào)度、庫存控制和性能分析等MES中其它子系統(tǒng)提供詳實的數(shù)據(jù)信息,保證其它系統(tǒng)的正常運行。 參考文獻 　　[1] 謝星岸,王志新.B/S在水泥企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES中的應用[J].微計算機信息，2006,22（71）:148-150. 　　[2] 劉秀彬,欒玉梅.流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的核心MES系統(tǒng)[J].應用能源技術,2003（4）:47-49. 　　[3] 黃河清,俞金壽.面向流程工業(yè)的MES及其關鍵技術[J].自動化儀表,2004,25（1）:11-15. 　　[4] 于宏亮,郝麗娜,王孝紅,等.中小型水泥企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].東北大學學報（ 自然科學版）,2006,27（6）:619-622. 　　[5] 孫連三.巧用PowerBuilder和EAServer架構(gòu)企業(yè)Web應用[M]. 人民郵電出版社, 北京, 2002. 　　[6] 夏翔,軼翔,慶星,等.水泥廠設備管理多層分布系統(tǒng)及優(yōu)化設計的實現(xiàn)[J].四川大學學報（自然科學版）,2003,2（40）:252-255. 　　[7] 張茜,張銀福. 基于Web 服務器的設備管理技術研究與實現(xiàn).計算機工程與應用, 2003（24）.