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一、引言

　　20世紀(jì)90年代，我國化工企業(yè)基礎(chǔ)自動(dòng)化建設(shè)與改造基本完成，部分企業(yè)還實(shí)施了 ERP （Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源規(guī)劃） ，但因缺乏將ERP和控制系統(tǒng)連通的橋梁——中間層，從而使ERP與控制系統(tǒng)之間形成斷層，信息無法交互，使得ERP的實(shí)施效果受到了極大的限制。工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System, MES）正是為了填充這一空白而誕生的。

二、MES的概念

　　MES 于1990年，由AMR組織提出并使用。MES處于企業(yè)信息系統(tǒng)ERP/SCM和過程控制系統(tǒng)DCS/PLC的中間位置。ERP作為業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，DCS/PLC作為控制系統(tǒng)，而MES則作為生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)。MES與上層ERP等業(yè)務(wù)系統(tǒng)和底層DCS等生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)一起構(gòu)成企業(yè)的神經(jīng)系統(tǒng)，一是把業(yè)務(wù)計(jì)劃的指令傳達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場，二是將生產(chǎn)現(xiàn)場的信息及時(shí)收集、上傳和處理。MES不單是面向生產(chǎn)現(xiàn)場的系統(tǒng)，而是作為上、下兩個(gè)層次之間雙方信息的傳遞系統(tǒng)，是連結(jié)現(xiàn)場層和經(jīng)營層，改善生產(chǎn)經(jīng)營效益的前沿系統(tǒng)。MES也不是一個(gè)特定行業(yè)的概念，而且應(yīng)用于各種制造業(yè)的重要信息系統(tǒng)。MES主要負(fù)責(zé)車間生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的MES系統(tǒng)可以在統(tǒng)一平臺(tái)上集成諸如生產(chǎn)調(diào)度、物料跟蹤、物料平衡、質(zhì)量控制、設(shè)備故障分析、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表等管理功能，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)可以同時(shí)為生產(chǎn)部門、質(zhì)檢部門、工藝部門、物流部門等提供車間管理信息服務(wù)。系統(tǒng)通過強(qiáng)調(diào)制造過程的整體優(yōu)化來幫助企業(yè)實(shí)施完整的閉環(huán)生產(chǎn)，協(xié)助企業(yè)建立一體化和實(shí)時(shí)化的ERP/MES/SFC信息體系。

三、生產(chǎn)信息系統(tǒng)在企業(yè)信息化系統(tǒng)中的位置

　　企業(yè)生產(chǎn)信息化系統(tǒng)包括過程控制系統(tǒng)和MES系統(tǒng)，它和ERP系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)企業(yè)的信息化系統(tǒng)， MES是連接底層控制系統(tǒng)與上層管理的橋梁，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。它通過控制包括物料、設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有工廠資源來提高制造競爭力，而生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)是整個(gè)MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)子系統(tǒng)，也是其核心子系統(tǒng)。

　　1.過程控制系統(tǒng)（DCS）

　　要實(shí)現(xiàn)企業(yè)的數(shù)據(jù)采集和信息集成，就要求建立具有良好開放性和擴(kuò)充性的企業(yè)主干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化。由于有了企業(yè)網(wǎng)，DCS可以與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，利用局域網(wǎng)互連技術(shù)與主機(jī)互連，達(dá)到共享資源和透明訪問。

　　上述裝置通過各種型號的DCS實(shí)用接口，把現(xiàn)場的DCS數(shù)據(jù)通過W-CIMIO采集站（采集站為工控機(jī)，上面安裝各種接口軟件）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集站再把DCS數(shù)據(jù)寫入到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。

　　生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和信息集成工作在整個(gè)信息化系統(tǒng)工程中屬于基層平臺(tái)，為后續(xù)工作創(chuàng)造條件.

　　2.過程監(jiān)控層

　　在過程監(jiān)控層，主要完成下面內(nèi)容：

　　· 流程圖瀏覽

　　用戶可以在局域網(wǎng)、企業(yè)Intranet、國際互連網(wǎng)Internet上瀏覽企業(yè)的各個(gè)裝置的流程圖面，數(shù)據(jù)更新情況，了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況。

　　· 流程圖組態(tài)

　　可以根據(jù)裝置情況，自由組態(tài)各種流程畫面。

　　· 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢

　　可查看系統(tǒng)內(nèi)的所有位號的生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及其靜態(tài)詳細(xì)信息，數(shù)據(jù)查詢快速、準(zhǔn)確，可選擇特定位號快速查詢，界面風(fēng)格用戶可自定義，為用戶使用個(gè)性化界面提供可能。

　　· 歷史數(shù)據(jù)查詢

　　歷史數(shù)據(jù)查詢是客戶端瀏覽查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)的程序，該程序負(fù)責(zé)查看歷史數(shù)據(jù)并以曲線方式顯示，機(jī)動(dòng)靈活，可以同時(shí)查看多個(gè)位號信息。

　　· 報(bào)警查詢

　　可對系統(tǒng)內(nèi)的所有報(bào)警進(jìn)行瀏覽和管理。 可選擇特定位號, 可選擇特定時(shí)間,并可用不同的顏色顯示特性，從而對以往任何時(shí)間操作出現(xiàn)的報(bào)警做出方便，快速，準(zhǔn)確的查詢。

　　3.生產(chǎn)調(diào)度層

　　信息化系統(tǒng)調(diào)度層的實(shí)現(xiàn)，不再是從前的調(diào)度員只完成一些簡單的信息轉(zhuǎn)達(dá)，而是要及時(shí)了解生產(chǎn)的瓶頸，通過及時(shí)調(diào)度提高瓶頸的流通能力。這一部分工作內(nèi)容是，在原先數(shù)據(jù)采集和一次信息集成的基礎(chǔ)上，進(jìn)行相關(guān)的軟件開發(fā)工作;對原來采集到的溫度、壓力、流量、組分等信息，通過化工物料的物性計(jì)算，求取有關(guān)能量消耗、熱量平衡等二次信息，了解各個(gè)裝置的生產(chǎn)能力。

　　當(dāng)然針對調(diào)度層希望獲得當(dāng)時(shí)生產(chǎn)情況下的實(shí)時(shí)能量分布數(shù)據(jù)，這樣才可能做到及時(shí)調(diào)整，而不是等月報(bào)、年報(bào)等出來后的事后調(diào)整。調(diào)度層不僅要對下面生產(chǎn)裝置發(fā)出有關(guān)指令，而且要對上級管理層及時(shí)匯報(bào)生產(chǎn)裝置全面情況與接受上級管理層發(fā)出的計(jì)劃指令，完成上、下二層之間的有效連結(jié)。

　　其主要實(shí)現(xiàn)如下功能：

　　· 生產(chǎn)過程監(jiān)視

　　對全廠生產(chǎn)的主要工藝過程、一化肥、二化肥生產(chǎn)全流程、火炬系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖形顯示監(jiān)督，對主要工藝運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行安全監(jiān)督與事故報(bào)警。對全廠現(xiàn)場的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行圖形顯示監(jiān)督，包括質(zhì)量分析、生產(chǎn)溫度、壓力、流量的運(yùn)行狀態(tài)等，對各系統(tǒng)異常情況進(jìn)行事故報(bào)警。

　　· 事故報(bào)警處理

　　對于生產(chǎn)異常情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，盡快解決，保證生產(chǎn)正常、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。從全局角度對全廠性大、中型事故提出處理方案。對一些常規(guī)的處理過程，直接給出操作步驟，以輔助調(diào)度、提高應(yīng)變速度。對事故處理結(jié)果進(jìn)行記錄、以便查找分析原因。

　　· 工藝參數(shù)分析

　　可以對每一個(gè)工藝參數(shù)做出分析，查看一段時(shí)間內(nèi)的趨勢圖，求一段時(shí)間內(nèi)的平均值，合格率，平穩(wěn)率，偏差，最長超標(biāo)時(shí)間，累積超標(biāo)時(shí)間等分析數(shù)據(jù)。對控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)提取可選擇時(shí)間間隔。用戶可自由定義考核上限、下限、正常值，并可在其趨勢圖上繪出考核上限線、下限線、正常值線，以便于分析數(shù)據(jù)。當(dāng)用鼠標(biāo)在趨勢圖上點(diǎn)擊時(shí)，可列出鼠標(biāo)所指時(shí)間處的值及時(shí)間。當(dāng)取出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)后，能在該工具的界面上做部分?jǐn)?shù)據(jù)的修正。并且可以給高級用戶安全管理權(quán)限。同時(shí)能打印你所需的數(shù)據(jù)和趨勢圖。

　　· 事故追憶

　　以事故為單位組織數(shù)據(jù)，幫助查找事故原因;每一事故有一觸發(fā)條件，該條件能讓用戶自己組態(tài);每一事故的相關(guān)位號可自由組態(tài);當(dāng)一事故發(fā)生時(shí)，能記錄相關(guān)位號在半小時(shí)以前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及24小時(shí)的歷史數(shù)據(jù)，能記錄事故發(fā)生后相關(guān)位號在半小時(shí)內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及24小時(shí)的歷史數(shù)據(jù)，并可同時(shí)顯示在同一趨勢圖上。當(dāng)事故發(fā)生后，該事故的信息能永久保存，以便后來能再次分析。

　　· 班組考核

　　主要功能是對車間班組的工藝操作水平做出合理及時(shí)的考核。主要包括四個(gè)方面，即工藝參數(shù)考核、報(bào)警考核、產(chǎn)量考核、收率考核。對班組各重要的工藝指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出科學(xué)公正的結(jié)果，能計(jì)算出各工藝參數(shù)的平均值，偏差、合格率、超標(biāo)時(shí)間等。對各重要的報(bào)警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)簡單的物料關(guān)系，計(jì)算出班組的產(chǎn)量，收率。最后按照用戶的考核要求，按一定的計(jì)算方法計(jì)算出班組的操作水平。

　　· 異常報(bào)警跟蹤

　　當(dāng)某一位號的當(dāng)前值在一段時(shí)間內(nèi)一直不變則提示報(bào)警，確認(rèn)后當(dāng)前值再等于該值時(shí)就不在報(bào)警。

　　· 生產(chǎn)利潤查詢

　　主要功能是以裝置的物料平衡為基礎(chǔ)，能累積算出某裝置的在線利潤。各裝置的有關(guān)利潤計(jì)算的位號能自由組態(tài)。對各位號的數(shù)據(jù)能進(jìn)行換算。能把已組織好的裝置按裝置名稱存取。用戶下次進(jìn)入時(shí)只需選擇裝置名稱即可查詢該裝置的在線利潤。

　　· 物料平衡

　　物料平衡程序是客戶計(jì)算物料平衡中裝置材料的進(jìn)出情況、產(chǎn)率情況及損耗情況的程序。該程序在線計(jì)算物料的輸入和輸出，提供準(zhǔn)確的參數(shù)，以物料平衡的名稱來組織數(shù)據(jù)，每一物料平衡可自由定義輸入和輸出，每一數(shù)據(jù)可自由換算。

　　· 設(shè)備隱患

　　查看或記錄裝置中設(shè)備使用過程中發(fā)生的故障情況。

　　· 綜合統(tǒng)計(jì)分析

　　根據(jù)廠領(lǐng)導(dǎo)、各部門和調(diào)度中心本身的需要，對全廠生產(chǎn)狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及數(shù)據(jù)分析，提供全廠生產(chǎn)系統(tǒng)、銷售系統(tǒng)、能耗系統(tǒng)及其他輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的每班、每日及月生產(chǎn)情況報(bào)表。定時(shí)進(jìn)行物料平衡、熱平衡計(jì)算，確定生產(chǎn)薄弱環(huán)節(jié)，找出原料與能量損耗不合理的原因。

四、生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)系統(tǒng)總體框架

　　生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)用于公司的日常生產(chǎn)調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)成本的實(shí)時(shí)控制與分析、調(diào)度管理的綜合分析和決策支持、工藝管理的綜合評價(jià)與及時(shí)記錄考核、各種事故下自動(dòng)彈出的事故處理預(yù)案以及綜合能耗控制等，從而提高生產(chǎn)效率，規(guī)范車間的各項(xiàng)正常管理、統(tǒng)一車間的信息化管理，加強(qiáng)操作的標(biāo)準(zhǔn)化程度和改善產(chǎn)品質(zhì)量。為實(shí)施MES打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　由于生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)主要面向生產(chǎn)層，它將隨著工藝流程以及管理方式的改變而變化，因此，為了使得該系統(tǒng)不但能夠滿足當(dāng)前的需要，還能適應(yīng)未來的發(fā)展，系統(tǒng)應(yīng)采用面向?qū)ο蟮慕M件式開發(fā)，在系統(tǒng)的技術(shù)框架中采用多層體系結(jié)構(gòu)，從而使系統(tǒng)具有業(yè)務(wù)變化的適應(yīng)性。

　　生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)總體框架由“一個(gè)中心、一個(gè)門戶、三個(gè)系統(tǒng)支撐平臺(tái)和兩個(gè)核心平臺(tái)”構(gòu)成。一個(gè)中心指數(shù)據(jù)中心;一個(gè)門戶指綜合信息門戶、三個(gè)系統(tǒng)支撐平臺(tái)指安全管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)交換平臺(tái)和系統(tǒng)監(jiān)控和管理平臺(tái);兩個(gè)核心平臺(tái)指基礎(chǔ)信息平臺(tái)和核心應(yīng)用平臺(tái)。

　　數(shù)據(jù)中心用來保存生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)。由于生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)資源類型復(fù)雜，包括關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、將來的遙感影像等多種類型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大、相關(guān)性強(qiáng)、一致性要求高。因此，要求建立信息標(biāo)準(zhǔn)來統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，并且在統(tǒng)一合理的數(shù)據(jù)庫規(guī)范基礎(chǔ)上，指導(dǎo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)。在建設(shè)數(shù)據(jù)倉庫的過程中，需定義出邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)、倉庫模型、融合策略、軟硬件環(huán)境、信息流程以及功能模塊和實(shí)現(xiàn)方法等。

　　基礎(chǔ)信息平臺(tái)是生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度人員進(jìn)行數(shù)據(jù)與信息管理的基礎(chǔ)平臺(tái)，負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)模型的維護(hù)、基礎(chǔ)信息的更新與管理。

　　數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)交換平臺(tái)與其它系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、交換，建立起一套完善的數(shù)據(jù)更新機(jī)制。

　　核心應(yīng)用平臺(tái)用于日常生產(chǎn)監(jiān)督、生產(chǎn)調(diào)度，生產(chǎn)計(jì)劃編制、計(jì)劃下達(dá)，成本核算以及統(tǒng)計(jì)分析等。

　　綜合信息門戶為系統(tǒng)內(nèi)外用戶提供了一致的信息訪問方式。生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)將形成用戶端、接入管理層、業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，在安全平臺(tái)提供的身份認(rèn)證服務(wù)的支持下，系統(tǒng)可通過不同渠道如內(nèi)部網(wǎng)站、客戶端、通信網(wǎng)關(guān)、呼叫中心等形式為各種用戶終端提供服務(wù)，從而保障同一身份的用戶從不同渠道進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，可獲得一致的信息。

　　系統(tǒng)監(jiān)控與管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性、開放性、規(guī)范性、安全性、可靠性等進(jìn)行維護(hù)管理。監(jiān)控是其關(guān)鍵應(yīng)用，可以分為系統(tǒng)級監(jiān)控（技術(shù)平臺(tái)、主機(jī)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用程序等）、應(yīng)用監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控、告警處理等幾個(gè)層次。

　　應(yīng)用系統(tǒng)的安全需要從多個(gè)角度進(jìn)行管理，如數(shù)據(jù)、訪問權(quán)限、功能權(quán)限、分析權(quán)限、數(shù)據(jù)交換、加密、身份認(rèn)證等。由于內(nèi)部涉及的多個(gè)子系統(tǒng)，外部未來也要與眾多的其他系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，在采用專門的安全平臺(tái)來保障整體安全的同時(shí)，還在應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)建立安全管理平臺(tái)，與系統(tǒng)監(jiān)控管理平臺(tái)配合，主要用于維護(hù)數(shù)據(jù)與應(yīng)用層面的安全，同時(shí)通過該平臺(tái)維護(hù)自身的安全參數(shù)，設(shè)置防護(hù)等級與加載常用安全措施。

五、生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)在MES系統(tǒng)中的地位

　　MES系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，涵蓋的內(nèi)容非常廣泛，它包括公司生產(chǎn)運(yùn)行管理、操作管理、生產(chǎn)計(jì)劃制定、輔助決策等，其中生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)是整個(gè)MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)子系統(tǒng)。太極計(jì)算機(jī)股份有限公司開發(fā)的生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)主要包括兩部分：一部分是構(gòu)建的基礎(chǔ)系統(tǒng)平臺(tái)，包括系統(tǒng)監(jiān)控與管理平臺(tái)，安全管理平臺(tái)，數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)交換平臺(tái)和基礎(chǔ)信息管理平臺(tái);另一部分是基于基礎(chǔ)系統(tǒng)平臺(tái)而開發(fā)的核心業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，包括：

　　1） 設(shè)備可靠性管理

　　2） 生產(chǎn)計(jì)劃管理

　　3） 成本核算

　　4） 物料平衡

　　5） 物料跟蹤

　　6） 事故預(yù)案管理

　　7） 班組管理

　　8） 工藝參數(shù)管理

　　9） 統(tǒng)計(jì)管理

　　10） 報(bào)表管理

　　11） 綜合查詢

　　其中，基礎(chǔ)系統(tǒng)平臺(tái)，尤其是數(shù)據(jù)中心，可以作為整個(gè)MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心，所開發(fā)的核心業(yè)務(wù)子系統(tǒng)是整個(gè)MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，所開發(fā)的核心業(yè)務(wù)子系統(tǒng)所計(jì)算、分析的結(jié)果數(shù)據(jù)可以直接提供給MES系統(tǒng)其它模塊使用。

六、結(jié)束語

　　綜上所述，MES的發(fā)展勢在必行，而其主要的核心系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)在MES中起著極其重要的作用，它是MES的基礎(chǔ)部分，生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對MES起著支撐的作用，隨著企業(yè)信息化的發(fā)展，必將出現(xiàn)以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走出一條科技含量高，經(jīng)濟(jì)效益好，資源消耗低，環(huán)境污染少，人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子，是企業(yè)提高對市場的影響能力，在市場競爭中立于不敗之地的必然選擇!