探析MES在生产行业发展及应用

2016-09-09 16:15:08 sophie

MES(英文Manufacturing Execution System的缩写),即生产执行系统,2014年2月27日,国家主席习近平在中央网络安全和信息化领导小组第一次会议上讲话,没有信息化就没有现代化,当今时代,以信息技术为核心的新一轮科技革命正在孕育兴起,信息化日益成为创新驱动发展的先导力量,深刻改变着人们的生产生活,有力推动着社会发展,我们更好的利用互联网,改造提升传统产业,培育发展新产业,新业态,推动经济提质增效升级,迈向中高端水平,近年来国内生产企业面临着更加严峻的形势与挑战,一方面生产效益发展空间有限,主要表现在国际商品货物竞争激烈,国内生产企业与国外的相比,存在着对环境的污染、能耗高、质量损失严重、资源利用率的不合理,并且生产安全稳定运行压力大;另一方面生产运行要求提高精细化管理水平,主要还是提高信息化建设的发展以及实现管理决策与生产过程的有效沟通和优化。MES在工业中是我国信息化发展的典型代表,未来几年是我国信息化发展的‘成型关键期’,企业的制度、物流和数据正在成为影响我国信息化发展的关键因素。MES将会成为我国最重要的战略新兴产业和信息时代的基础设施。

    作为企业稳定和安全生产的基础与前提,MES系统是生产制造企业实现安全长周期运行的基本保障,也是企业转变经济增长方式,提高精细化管理水平和实现可靠性管理理念的基本前提。随着商品的质量标准和环保要求不断提高,生产企业的改造压力逐步加大;生产环境苛刻,生产过程包含复杂的物理和化学过程及各种突变和不确定性因素,生产运行复杂艰巨,需要对物料和能量提供最佳控制策略,不仅要提高生产效率和降低生产成本,还要考虑节约能源、减少排放和污染。

一、MES的产生与发展

    据称上世纪80年代中期,美国先进制造研究机构(AMR)首先提出MES的概念,明确指出:MES是位于上层计划管理系统与底层工业控制之间、面向车间层的管理信息系统。它为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态信息。目前MES应用在欧美等发达国家处于一个蓬勃发展的阶段,在国内实施MES项目的企业的范围越来越广,目前在我国形成了炼油工业、化学工业、医药工业、食品工业、化纤纺织工业、机器制造业、汽车制造业、航空业、造船业、半导体制造业、冶金业、炼铝业等不同行业领域都应用了MES系统管理模式。特别是在石油、天然气、石油化工领域,过程控制非常必要。功能的扩展也越来越丰富。对于工厂底层数据的采集,处理和信息的展示,MES系统会通过最快的速度和最低的成本响应市场的需求,通过集成各单元数据,处理信息,统计管理业务,为企业生产统计及成本核算提供数据支持,助力企业的节能降耗实践。我国的许多高等院校、科研院所都在从事这方面的研究与应用开发工作,在理论研究方面,加入了并行、敏捷、网络化、可重构等一些先进思想;在系统设计方面,则采用面向对象、构件、代理等技术,取得了不少有益的成果。九五期间,清华大学、浙江大学、北京航空航天大学等单位在国家863计划资助下在MES理论与应用系统开发方面做了一定的研究工作。

    随着MES产品的日益成熟和国外石油化工公司MES系统建设的开展以及市场竞争的加剧,国内石油化工公司也逐步积极投人到MES系统的建设中,以实现生产过程优化、节能降耗等目标。

二、MES的产生与发展业务需求

    对企业的生产活动进行指导、协调、监督、服务,以促进“安、稳、长、满、优”的生产运营,并推动生产技术的进步与升级、提高生产技术经济指标,向国内、国际先进水平看齐。具体涉及的生产运行业务需求有,提高统筹管理生产运行能力,增强对生产制造企业实际生产数据的及时获取能力;协调保障企业的安全、平稳生产,强化生产指挥作用,全面了解企业生产、设备存在的问题,提高非正常生产情况下应变能力,实现生产批次信息的集成及产品质量问题的追溯;建立高效、准确的企业生产运行考核机制;实现对设备运行、故障、检修的数据及时获取和分析能力;建立基于状态监检测的设备可靠性管理机制;建立高效、准确的企业生产运行及设备运行考核。对于专项业务需求有跟踪新建、扩建、技术改造、检维修等工厂开工准备进度,实现开工方案的管理,对企业开工前的生产准备条件进行管理;及时准确了解企业的生产运行数据,包括原料进厂、生产、库存量、产品出厂、节能、、环保、开停工等信息;及时协调、处理各类非计划停工、设备抢修、检修等影响生产的突发事件;实现主要经济技术指标的对比分析;结合基于状态监测维修(CBM)的设备可靠性管理,通过对故障的分析、判断,辅助制定检修策略,实现对设备运行监控、维护保养和检修过程管理,保障设备平稳运行。信息化需求从制造企业的关键设备直接采集生产数据,集成现场工业监控视频,增强对工厂真实生产情况的实时、准确掌握能力;制造企业设备生产数据、库存数据、进出厂数据的自动逐级上报、汇总、检查,减少人为调整因素影响;采集制造企业的关键机组、机泵状态监测运行数据及设备腐蚀监测数据,实现设备采集数据的汇总、分析、诊断及报警;建立技术服务平台,实现工厂主要信息系统的集中监控和技术支持。

三、数据来源

    实时数据通过生产专用网络范围内的生产过程自动化领域的集散控制系统DCS((Distributed Control System)或PLC控制系统(Programmable Logic Controller),还有已升级到OPC服务器的DCS接口,实时数据系统是应用与数据的集成平台,一个性能优良、能满足企业现在和将来需要的实时数据,为更多的应用提供统一的数据平台,基于统一的企业模型,为客户化的应用提供简单易组态的开发环境。目前实施数据系统具有统一的数据采集基础结构和连接多种系统的实时数据库的产品化接口(RDI),通过这些产品化RDI接口采集生产过程中的实时数据,通过对前期生产企业MES的实施经验进行总结,发现由于MES直接从生产控制层的DCS系统和化验设备中采集数据,数据采集频度达到了分钟级,因此系统数据信息具有较高的实效性。其次,MES的用户不仅覆盖了企业的生产管理层,而且也覆盖了企业的生产操作层,所有生产车间的操作人员都是MES的最终用户,因此具有用户数众多、数据访问量大等特点。再加之企业的生产对安全稳定性的要求极高,因此要求MES系统必须具有良好的稳定性和不可中断性。提供基于Web访问的管理平台,提供灵活直观的数据分析及图形展示。(数据库支持多个标准接口,同分散控制系统(DCS)、数据采集与监控系统(SCADA)以及关系型数据库或主要业务应用系统等实现数据交换。)

四、数据分析

    企业数据是企业的资源,好的企业数据对数据的集成、应用系统的集成和扩展都有着积极的意义,MES应用配套软件提供了如实时监视、数据报表、趋势分析等可视化工具,采用B/S 和C/S结合的方式,方便企业用户使用。比如,系统支持实时/历史数据的WEB页面编辑,从Client模块到Web浏览再到Office嵌入,真正实现了所见即所得。数据需求分析包括静态数据及动态数据两部分数据类型。

    4.1静态数据

    静态数据需求分析范围包括:企业或者企业区域编号及名称,物料的类别及名称,原料品种的编号及名称,产品编号及名称,设备编号及名称,设备故障编号及名称、产品质量指标编码及名称,设备技术参数分类编号及名称,采样点信息、样品等信息。

    4.2动态数据

    管理类数据,即:生产日、周、年等报表数据,设备负荷、质量化验数据,能耗数据,企业检修计划等指标分析数据等。实施类数据,即:实时能耗、实时状态监测、实时腐蚀测厚、实时数据传输状态,工艺指标、工艺流程图、设备负荷、设备能耗、生产视频、设备状态监测报警数据等实时信息。文档类数据,包括企业规章制度、工艺资料、设备资料、非计划停工资料、故障案例、典型事故案例、企业基础资料数据。

五、数据存储、共享、集成

    随着互联网快速普及,无论是电信运营商,还是各大银行,保险公司石油、化工,煤炭等领域都花费了巨额资金建立了自己的企业级数据仓库,具备了完整的数据库管理功能,具有数据的大量性,保存的持久性,可靠性,共享性特点,例如美国甲骨文公司的一款关系数据库管理系统(Oracle Database),在数据库领域处于地位很高的产品,针对大型企业在一定程度上解决了应用之间的数据共享和互通的问题,并为企业提供数据的决策支持。近年来各大企业把数据分为不同来源、不同的处理方式、不同质量的数据在逻辑上或者物理上有机的集中,从而为企业提供全面性质的数据共享,在企业数据集成领域,已经是很成熟框架模式了。

    大数据正在成为工业经济向知识经济转变的重要特征,成为新时代最关键的生产要素和产品形态,使人们可以利用各种数据创造新的机遇和挑战