【摘要】本文介紹了西門子MES核心產(chǎn)品SIMATIC IT HISTORIAN實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫及客戶端工具在流程生產(chǎn)中的具體應(yīng)用。被稱為“絲束管控系統(tǒng)”的應(yīng)用項(xiàng)目以HISTORIAN為橋梁，向下連接PCS7控制系統(tǒng)，向上連接ERP。作為工廠區(qū)域性的MES局部應(yīng)用內(nèi)容，它的作用明顯，效果良好。
【關(guān)鍵詞】MES 醋酸纖維
1.項(xiàng)目背景
南通醋酸纖維有限公司（以下簡(jiǎn)稱NCFC）是集熱電、化工、輕紡為一體的大型工業(yè)企業(yè)，生產(chǎn)區(qū)域按其功能分為3塊，即：絲束區(qū)域、醋片區(qū)域和公用工程區(qū)域，主要產(chǎn)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(kuò)建工程，擴(kuò)建后的規(guī)模將是原來的一倍，絲束區(qū)域的擴(kuò)建是四期工程的重要部分。絲束管控系統(tǒng)從提高車間生產(chǎn)的整體管理方面強(qiáng)化了PCS7控制系統(tǒng)的功能，它跟蹤并參與了整條流水線上各個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)控制，使原料的化工反應(yīng)到半成品的質(zhì)量控制再到成品的打包入庫等整個(gè)產(chǎn)品形成過程實(shí)現(xiàn)了全集成自動(dòng)化，它同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)信息提交到ERP系統(tǒng)。
2.系統(tǒng)架構(gòu)
絲束生產(chǎn)過程是一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)過程，其底層控制系統(tǒng)為SIEMENS PCS7。PCS7的HMI系統(tǒng)采用服務(wù)器客戶端方式，即由兩對(duì)互為冗余的WINCC SERVER和多個(gè)WINCC CLIENT組成，總的I/O數(shù)約1萬多點(diǎn)。絲束管控系統(tǒng)一方面通過OPC接口與PCS7系統(tǒng)通訊，獲取實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)并進(jìn)行歸檔；另一方面控制著業(yè)務(wù)流程的正確執(zhí)行，保證了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。從功能上分，絲束管控系統(tǒng)包含工單管理、條碼標(biāo)簽管理、物理化學(xué)檢驗(yàn)、打包輸送調(diào)度、成品檢測(cè)入庫、過程數(shù)據(jù)報(bào)表、質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、綜合數(shù)據(jù)查詢等子系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如下所示：
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
3.功能簡(jiǎn)介
3.1過程數(shù)據(jù)采集和歸檔
生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的采集是MES系統(tǒng)和廠級(jí)生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)（ERP/MIS）的信息來源和基礎(chǔ)，在本項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)絲束生產(chǎn)過程中的制漿、紡絲、卷曲、烘干、擺絲、打包、輸送等完整地生產(chǎn)流程進(jìn)行生產(chǎn)過程和工藝數(shù)據(jù)的采集（約3000點(diǎn)），對(duì)于無法從控制系統(tǒng)中直接獲得的設(shè)備維修、質(zhì)量抽檢采樣等信息，則通過人工錄入方式，保證MES系統(tǒng)可以獲得完整的生產(chǎn)管理信息。在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和后處理方面，絲束管控系統(tǒng)都有較高的要求：
·實(shí)時(shí)性
系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)的與過程控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，例如：
1.通過過程信號(hào)觸發(fā)生成產(chǎn)品的流水包號(hào)（PackageID）。
2.某些實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)需直接寫入過程控制系統(tǒng)作為控制的參考值。
3.需要根據(jù)生產(chǎn)情況對(duì)輸送系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。
·海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢
1.大量的過程數(shù)據(jù)需要壓縮歸檔。
2.用戶可以在最短的時(shí)間那獲得任意時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)。
·需要對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的分析處理。
1.對(duì)質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理，如質(zhì)量穩(wěn)定性分析、SPC分析等。
2.對(duì)設(shè)備的運(yùn)行、備用和檢修時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析設(shè)備績(jī)效。
3.根據(jù)產(chǎn)品序號(hào)和工藝單對(duì)問題產(chǎn)品進(jìn)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(xiàng)目中我們用它取代了以往自行開發(fā)以上功能的方式，得到了非常好的效果。
3.2生產(chǎn)管理
·工單管理
工單定義了某種產(chǎn)品的規(guī)格和相關(guān)的工藝參數(shù)。工單由工藝工程師制定并由管理人員批準(zhǔn)。工單是針對(duì)某條生產(chǎn)線執(zhí)行的，工單執(zhí)行后相應(yīng)工藝參數(shù)被下發(fā)到過程控制系統(tǒng)，產(chǎn)品的規(guī)格和批號(hào)也由工單中定義的數(shù)據(jù)取代。有時(shí)，重大的工藝調(diào)整需要停車執(zhí)行，這時(shí)可以設(shè)置一個(gè)工單預(yù)執(zhí)行時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)這個(gè)時(shí)間自動(dòng)的微調(diào)各個(gè)生產(chǎn)單位的生產(chǎn)周期，使得在預(yù)執(zhí)行時(shí)間附近，大部分生產(chǎn)單元都能完成當(dāng)前周期，從而可大大減少了停車時(shí)間。
工單是聯(lián)系過程控制系統(tǒng)和管控系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，通過每一個(gè)產(chǎn)品的產(chǎn)品序號(hào)都能查詢到所對(duì)應(yīng)的工單從而獲得當(dāng)時(shí)重要設(shè)備控制參數(shù)的數(shù)據(jù)，為質(zhì)量追溯提供了依據(jù)。
從工單管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)查詢各條生產(chǎn)線正在執(zhí)行和將要執(zhí)行的工單情況。
·條碼生成
絲束管控系統(tǒng)中的產(chǎn)品序號(hào)是以條碼的方式在業(yè)務(wù)流程中流轉(zhuǎn)的。條碼信息中包含了產(chǎn)品規(guī)格、批號(hào)（在工單中定義）、生產(chǎn)流水號(hào)、班號(hào)和生產(chǎn)日期。在一個(gè)產(chǎn)品開始生產(chǎn)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)生成條碼并打印多份，一部分隨產(chǎn)品取樣送制實(shí)驗(yàn)室以便實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)讀取樣品的生產(chǎn)序號(hào)，一部分將隨產(chǎn)品送至后面的打包、水份檢測(cè)和入庫環(huán)節(jié)。
生產(chǎn)序號(hào)具有唯一性，它貫穿了從半成品到成品入庫的生產(chǎn)流程，是質(zhì)量監(jiān)控和跟蹤的關(guān)鍵索引。
·質(zhì)量檢驗(yàn)
操作工可以事先定義好各種類型產(chǎn)品的檢驗(yàn)項(xiàng)目和取樣時(shí)間。當(dāng)取樣時(shí)間到達(dá)時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生消息提示。實(shí)驗(yàn)室人員對(duì)樣品進(jìn)行檢驗(yàn)后錄入或系統(tǒng)自動(dòng)從實(shí)驗(yàn)室設(shè)備采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)條碼掃描儀讀取的產(chǎn)品序號(hào)生成檢驗(yàn)記錄。實(shí)驗(yàn)室最新生成的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)能立即在各個(gè)客戶端上顯示，同時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)判異，不合格的記錄將會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，這樣處于生產(chǎn)一線的人員可以實(shí)時(shí)獲得質(zhì)量信息，以便對(duì)生產(chǎn)做出及時(shí)調(diào)整。
·打包輸送
打包系統(tǒng)首先具有輸送調(diào)度的功能，它需要根據(jù)各條生產(chǎn)線上的產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度自動(dòng)生成或手動(dòng)建立行車調(diào)度任務(wù)信息并寫入PCS7輸送系統(tǒng)。輸送系統(tǒng)將最先生產(chǎn)好或優(yōu)先級(jí)最高的絲束送至指定打包機(jī)打包稱重。打包系統(tǒng)自動(dòng)從稱重儀采集重量數(shù)據(jù)并根據(jù)條碼掃描儀讀取的產(chǎn)品序號(hào)生成產(chǎn)品出廠標(biāo)簽。
·成品入庫
成品入庫系統(tǒng)是對(duì)絲束包進(jìn)行最后的檢查，將成品絲束包數(shù)據(jù)移入成品庫并提交到ERP系統(tǒng)。成品庫具有以下功能：
1.提供庫位管理功能。絲束包入庫時(shí)對(duì)應(yīng)存放的庫位，便于查找。可對(duì)庫位進(jìn)行預(yù)定義，絲束包入庫時(shí)可自動(dòng)對(duì)應(yīng)適合存放的庫位。
2. 提供個(gè)性化挑包功能。絲束包出庫時(shí)，可根據(jù)用戶需要（包的品種、質(zhì)量特性以及各特性的優(yōu)先級(jí)等），自動(dòng)選擇合適的絲束包，同時(shí)獲得這些包存放的庫位。
3.提供絲束包數(shù)據(jù)處理功能。可以用“數(shù)據(jù)修改”對(duì)選中的絲束包毛重、凈重進(jìn)行修改，如修改出錯(cuò)或其它一些原因；可以用“數(shù)據(jù)恢復(fù)”對(duì)選中的絲束包恢復(fù)毛重、凈重的原始數(shù)據(jù)。
4. 提供疑問包處理功能。可以用“疑問包設(shè)定”對(duì)選中的絲束包打上疑問包標(biāo)志；用“疑問包處理”對(duì)已打上疑問標(biāo)志的絲束包進(jìn)行處理，其中可處理成正品或廢品；可以用“疑問包恢復(fù)”對(duì)選中的疑問包進(jìn)行原始數(shù)據(jù)恢復(fù)。
5.提供試驗(yàn)包處理功能。“試驗(yàn)包申請(qǐng)”對(duì)選中的絲束包打上試驗(yàn)包標(biāo)志；“試驗(yàn)包使用”對(duì)每次使用的試驗(yàn)包進(jìn)行記錄和凈重修改；“試驗(yàn)包恢復(fù)”對(duì)選中的試驗(yàn)包進(jìn)行原始數(shù)據(jù)恢復(fù)。
3.3質(zhì)量管理
絲束管控系統(tǒng)的理念體現(xiàn)為：將質(zhì)量管理貫穿于產(chǎn)品“原料－制造－售后服務(wù)”始終，做到“源頭可預(yù)防，過程可監(jiān)控，結(jié)果可分析”。也就是將絲束產(chǎn)品從生產(chǎn)到銷售的每一個(gè)環(huán)節(jié)的信息均進(jìn)入管控系統(tǒng)，并受到管控系統(tǒng)的監(jiān)控，對(duì)于任何產(chǎn)生的質(zhì)量問題，可以由管控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)過程的分析，查找問題的根源。
·源頭預(yù)防
在原料采購，輔助生產(chǎn)設(shè)施（公用工程），紡絲到成品的生產(chǎn)過程均有相應(yīng)的車間作業(yè)子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)具有對(duì)特定環(huán)節(jié)的質(zhì)量檢驗(yàn)功能，可判別環(huán)節(jié)本身的質(zhì)量是否符合要求，對(duì)可能影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素進(jìn)行源頭預(yù)防。貫徹預(yù)防原則是現(xiàn)代質(zhì)量管理的核心與精髓。
與此同時(shí)，這些子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將檢測(cè)、采集的質(zhì)量數(shù)據(jù)及關(guān)鍵工藝參數(shù)等信息保存到服務(wù)器，以便進(jìn)行各種相關(guān)的質(zhì)量分析。為確保原始數(shù)據(jù)的完整、準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)采集和輸入具有“手動(dòng)/自動(dòng)”兩種模式，可相互切換，一旦“自動(dòng)”方式出現(xiàn)故障，可由操作員采用“手動(dòng)”方式人工輸入數(shù)據(jù)。
·過程監(jiān)控
車間作業(yè)各子系統(tǒng)除了完成本身的操作任務(wù)外，還負(fù)責(zé)對(duì)質(zhì)量的監(jiān)控。比如：斷絲報(bào)警系統(tǒng)、原材料檢測(cè)、公用工程重要參數(shù)、制漿/丙酮數(shù)據(jù)、物檢和化檢數(shù)據(jù)、擺絲中斷信息及包水份數(shù)據(jù)等，這些信息一方面在本地崗位實(shí)時(shí)地反映出來，另一方面，這些信息將被綜合在一起，實(shí)時(shí)地反映在中央控制室或其他指定的地點(diǎn)，使生產(chǎn)過程的質(zhì)量得到全面的監(jiān)控。
·結(jié)果分析
基于完整的過程數(shù)據(jù)和信息，質(zhì)量分析手段和方法才是有效的。在源頭預(yù)防和過程監(jiān)控得到保證的前提下，著重做好對(duì)質(zhì)量結(jié)果的分析。為此，系統(tǒng)將提供多種質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表及專業(yè)的質(zhì)量分析方法，并提供相關(guān)多因素分析功能，使不同時(shí)間段的參數(shù)能在一起進(jìn)行分析。
4. 小結(jié)
該系統(tǒng)已于2005年6月9日投入正常運(yùn)行并得到了用戶的充分肯定。SIMATIC IT HISTORIAN的穩(wěn)定和高效使我們?cè)诟酝啾群芏痰臅r(shí)間內(nèi)(從HISRORIAN產(chǎn)品到貨至項(xiàng)目竣工僅3個(gè)月)完成了絲束管控系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)。它真正的像一座橋，銜接著管理層和控制層，將過程數(shù)據(jù)報(bào)告第一時(shí)間反映到管理者的面前。同時(shí)開發(fā)人員也可以不在拘泥于具體的IT技術(shù)，而將精力集中于對(duì)業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化。
SIMATIC IT HISTORIAN僅僅是SIEMENS MES軟件家族的一個(gè)成員，SIMATIC IT 提供了一整套公司業(yè)務(wù)及生產(chǎn)流程的MES解決方案，我們相信SIMATIC IT MES一定會(huì)在中國制造型企業(yè)的信息化過程中占有一席之地，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
原載于《MM現(xiàn)代制造》2006第18期 |
