【摘要】本文介紹了西門子MES核心產品SIMATIC IT HISTORIAN實時數據庫及客戶端工具在流程生產中的具體應用。被稱為“絲束管控系統”的應用項目以HISTORIAN為橋梁，向下連接PCS7控制系統，向上連接ERP。作為工廠區域性的MES局部應用內容，它的作用明顯，效果良好。
【關鍵詞】MES 醋酸纖維
1.項目背景
南通醋酸纖維有限公司（以下簡稱NCFC）是集熱電、化工、輕紡為一體的大型工業企業，生產區域按其功能分為3塊，即：絲束區域、醋片區域和公用工程區域，主要產品為煙用二醋酸纖維絲束及其原料二醋酸纖維素片。
2004年，NCFC開始四期擴建工程，擴建后的規模將是原來的一倍，絲束區域的擴建是四期工程的重要部分。絲束管控系統從提高車間生產的整體管理方面強化了PCS7控制系統的功能，它跟蹤并參與了整條流水線上各個環節的生產控制，使原料的化工反應到半成品的質量控制再到成品的打包入庫等整個產品形成過程實現了全集成自動化，它同時將相關數據信息提交到ERP系統。
2.系統架構
絲束生產過程是一個連續生產過程，其底層控制系統為SIEMENS PCS7。PCS7的HMI系統采用服務器客戶端方式，即由兩對互為冗余的WINCC SERVER和多個WINCC CLIENT組成，總的I/O數約1萬多點。絲束管控系統一方面通過OPC接口與PCS7系統通訊，獲取實時過程數據并進行歸檔；另一方面控制著業務流程的正確執行，保證了生產效率和質量。從功能上分，絲束管控系統包含工單管理、條碼標簽管理、物理化學檢驗、打包輸送調度、成品檢測入庫、過程數據報表、質量數據統計分析、綜合數據查詢等子系統。系統總體結構圖如下所示：
系統總體結構圖
3.功能簡介
3.1過程數據采集和歸檔
生產過程數據的采集是MES系統和廠級生產管理信息化系統（ERP/MIS）的信息來源和基礎，在本項目中，實現了對絲束生產過程中的制漿、紡絲、卷曲、烘干、擺絲、打包、輸送等完整地生產流程進行生產過程和工藝數據的采集（約3000點），對于無法從控制系統中直接獲得的設備維修、質量抽檢采樣等信息，則通過人工錄入方式，保證MES系統可以獲得完整的生產管理信息。在數據實時交互、數據存儲和后處理方面，絲束管控系統都有較高的要求：
·實時性
系統需要實時的與過程控制系統進行交互，例如：
1.通過過程信號觸發生成產品的流水包號（PackageID）。
2.某些實驗室數據需直接寫入過程控制系統作為控制的參考值。
3.需要根據生產情況對輸送系統進行調度。
·海量數據存儲和查詢
1.大量的過程數據需要壓縮歸檔。
2.用戶可以在最短的時間那獲得任意時間段的歷史數據。
·需要對數據作進一步的分析處理。
1.對質量數據進行進一步的分析處理，如質量穩定性分析、SPC分析等。
2.對設備的運行、備用和檢修時間進行統計，分析設備績效。
3.根據產品序號和工藝單對問題產品進行追溯。
SIMATIC IT HISTORIAN是我們一開始就在尋找的解決方案，在四期項目中我們用它取代了以往自行開發以上功能的方式，得到了非常好的效果。
3.2生產管理
·工單管理
工單定義了某種產品的規格和相關的工藝參數。工單由工藝工程師制定并由管理人員批準。工單是針對某條生產線執行的，工單執行后相應工藝參數被下發到過程控制系統，產品的規格和批號也由工單中定義的數據取代。有時，重大的工藝調整需要停車執行，這時可以設置一個工單預執行時間，系統會根據這個時間自動的微調各個生產單位的生產周期，使得在預執行時間附近，大部分生產單元都能完成當前周期，從而可大大減少了停車時間。
工單是聯系過程控制系統和管控系統的重要環節，通過每一個產品的產品序號都能查詢到所對應的工單從而獲得當時重要設備控制參數的數據，為質量追溯提供了依據。
從工單管理系統可以實時查詢各條生產線正在執行和將要執行的工單情況。
·條碼生成
絲束管控系統中的產品序號是以條碼的方式在業務流程中流轉的。條碼信息中包含了產品規格、批號（在工單中定義）、生產流水號、班號和生產日期。在一個產品開始生產時系統自動生成條碼并打印多份，一部分隨產品取樣送制實驗室以便實驗室系統讀取樣品的生產序號，一部分將隨產品送至后面的打包、水份檢測和入庫環節。
生產序號具有唯一性，它貫穿了從半成品到成品入庫的生產流程，是質量監控和跟蹤的關鍵索引。
·質量檢驗
操作工可以事先定義好各種類型產品的檢驗項目和取樣時間。當取樣時間到達時系統會自動產生消息提示。實驗室人員對樣品進行檢驗后錄入或系統自動從實驗室設備采集試驗數據，并根據條碼掃描儀讀取的產品序號生成檢驗記錄。實驗室最新生成的檢驗數據能立即在各個客戶端上顯示，同時系統能夠自動判異，不合格的記錄將會產生報警，這樣處于生產一線的人員可以實時獲得質量信息，以便對生產做出及時調整。
·打包輸送
打包系統首先具有輸送調度的功能，它需要根據各條生產線上的產品生產進度自動生成或手動建立行車調度任務信息并寫入PCS7輸送系統。輸送系統將最先生產好或優先級最高的絲束送至指定打包機打包稱重。打包系統自動從稱重儀采集重量數據并根據條碼掃描儀讀取的產品序號生成產品出廠標簽。
·成品入庫
成品入庫系統是對絲束包進行最后的檢查，將成品絲束包數據移入成品庫并提交到ERP系統。成品庫具有以下功能：
1.提供庫位管理功能。絲束包入庫時對應存放的庫位，便于查找。可對庫位進行預定義，絲束包入庫時可自動對應適合存放的庫位。
2. 提供個性化挑包功能。絲束包出庫時，可根據用戶需要（包的品種、質量特性以及各特性的優先級等），自動選擇合適的絲束包，同時獲得這些包存放的庫位。
3.提供絲束包數據處理功能。可以用“數據修改”對選中的絲束包毛重、凈重進行修改，如修改出錯或其它一些原因；可以用“數據恢復”對選中的絲束包恢復毛重、凈重的原始數據。
4. 提供疑問包處理功能。可以用“疑問包設定”對選中的絲束包打上疑問包標志；用“疑問包處理”對已打上疑問標志的絲束包進行處理，其中可處理成正品或廢品；可以用“疑問包恢復”對選中的疑問包進行原始數據恢復。
5.提供試驗包處理功能。“試驗包申請”對選中的絲束包打上試驗包標志；“試驗包使用”對每次使用的試驗包進行記錄和凈重修改；“試驗包恢復”對選中的試驗包進行原始數據恢復。
3.3質量管理
絲束管控系統的理念體現為：將質量管理貫穿于產品“原料－制造－售后服務”始終，做到“源頭可預防，過程可監控，結果可分析”。也就是將絲束產品從生產到銷售的每一個環節的信息均進入管控系統，并受到管控系統的監控，對于任何產生的質量問題，可以由管控系統進行對過程的分析，查找問題的根源。
·源頭預防
在原料采購，輔助生產設施（公用工程），紡絲到成品的生產過程均有相應的車間作業子系統，這些子系統具有對特定環節的質量檢驗功能，可判別環節本身的質量是否符合要求，對可能影響產品質量的因素進行源頭預防。貫徹預防原則是現代質量管理的核心與精髓。
與此同時，這些子系統負責將檢測、采集的質量數據及關鍵工藝參數等信息保存到服務器，以便進行各種相關的質量分析。為確保原始數據的完整、準確，數據采集和輸入具有“手動/自動”兩種模式，可相互切換，一旦“自動”方式出現故障，可由操作員采用“手動”方式人工輸入數據。
·過程監控
車間作業各子系統除了完成本身的操作任務外，還負責對質量的監控。比如：斷絲報警系統、原材料檢測、公用工程重要參數、制漿/丙酮數據、物檢和化檢數據、擺絲中斷信息及包水份數據等，這些信息一方面在本地崗位實時地反映出來，另一方面，這些信息將被綜合在一起，實時地反映在中央控制室或其他指定的地點，使生產過程的質量得到全面的監控。
·結果分析
基于完整的過程數據和信息，質量分析手段和方法才是有效的。在源頭預防和過程監控得到保證的前提下，著重做好對質量結果的分析。為此，系統將提供多種質量統計分析報表及專業的質量分析方法，并提供相關多因素分析功能，使不同時間段的參數能在一起進行分析。
4. 小結
該系統已于2005年6月9日投入正常運行并得到了用戶的充分肯定。SIMATIC IT HISTORIAN的穩定和高效使我們在跟以往相比很短的時間內(從HISRORIAN產品到貨至項目竣工僅3個月)完成了絲束管控系統的應用開發。它真正的像一座橋，銜接著管理層和控制層，將過程數據報告第一時間反映到管理者的面前。同時開發人員也可以不在拘泥于具體的IT技術，而將精力集中于對業務流程的優化。
SIMATIC IT HISTORIAN僅僅是SIEMENS MES軟件家族的一個成員，SIMATIC IT 提供了一整套公司業務及生產流程的MES解決方案，我們相信SIMATIC IT MES一定會在中國制造型企業的信息化過程中占有一席之地，發揮其應有的作用。
原載于《MM現代制造》2006第18期 |
