[00118147]烟草工业生产执行系统研发与应用

一、项目背景 目前卷烟行业正在实行大企业、大品牌、大市场、科技兴烟战略。国家局提出了“两个十多个”的发展目标,对卷烟厂的信息化建设产生了重大影响。面对当前烟草行业发展形势,河南中烟提出了“建设智能化生产、数字化管理工厂,有效支撑河南中烟四个中心建设,提升企业核心竞争能力”的思想。 为了更好地支持四个中心的建设,做好河南卷烟工业排头兵,郑州卷烟于2008年10月开始建设生产执行系统（ZY-MES）。通过MES建设,打造卷烟数字化工厂,不断提升敏捷制造能力,不断加强工艺质量管理,以信息化促进管理提升,全力提升精细化管理水平,努力朝向“一流的同质化、柔性化生产基地”发展,实现企业持续、稳定发展。 二、任务来源 本项目来源为河南中烟工业有限责任公司信息化建设试点项目。 三、应用领域和技术原理 应用领域： 该项目属于技术开发和应用领域,项目研究成果应用于卷烟制造工厂智能化生产,数字化管理。 技术原理： 郑州卷烟厂生产执行系统（ZY-MES）借鉴美国生产执行系统协会（MESA）提出的ISA95标准,能够使各信息系统实现 “无缝”集成,实现ERP系统与自动控制系统之间的实时信息交换,使生产管理者能够及时掌握与生产有关的各种信息,并可以根据实时信息合理地解决生产过程中出现的问题,实现企业生产优化。 系统构建时,以SIMATIC IT Production Suite为基础,按照ISA95标准,建立卷烟制造企业从工厂到设备级的物理模型,建立生产调度、质量控制、物料收集等逻辑模型,实现多点加工产品与企业设备工艺的灵活匹配。基于中间件、OPC通讯协议,利用逻辑模型,下达计划、标准,采集实时数据,实现了上与中烟ERP、下与车间自动化系统的集成,实现并优化了生产流程的管理,保证了生产、工艺、质量、设备等信息反馈的及时性、全面性、准确性。完成了生产规范管理、生产计划管理、动态调度管理、生产跟踪、动态质量管理、材料成本统计、综合统计分析应用等功能,提升了企业数字化管理水平,提高了企业精细化管理能力。 四、成果的创新性、先进性 运用精益生产、敏捷制造思想开发MES系统,实现生产精细化、柔性化和成本核算的及时化。 运用数字化仿真技术,建立了动态卷烟工厂数字模型。 建立了两级生产技术标准。在集团标准的基础上细化生成厂级的《技术标准》和《检验规程》,统一生产标准管理平台,运用结构化数据技术,建立可控、可溯的二级生产工艺标准体系。 运用OPC、DIS、“2+1”工控网与Intranet隔离技术,实现工控网与信息网安全融合。 首次实践将生产标准融于工单调度中,在工单下发时按照工单所在工序绑定相应的生产标准,这样就屏蔽了工单下发后在人工干预的过程,减少人为干扰因素,促进生产标准管理扁平化,便于工艺技术部门对生产车间工艺执行的指导和监督。 运用数字化监录技术,实现生产全过程的物料、工艺数据、视频等录制和监控,实现了可视化调度。通过动态监视在线物料状态、设备运行数据、工艺质量指标、环境指标情况,提高了生产信息的准确度、及时性,促进了调度工作扁平化。 运用在线自动检测、自控技术、计算机网络、SPC等技术实现卷烟生产过程质量控制,把质量控制的重点转移到形成产品的过程。实现了由传统的“事后检验”转化为目前的“提前预测”和过程控制。 采用实时订单分类统计技术,根据不同的订单采用不同的排产策略和统计技术,以粗、中、细三层的数据结果展示企业生产绩效,逐层挖掘,分析问题成因,提高生产决策能力。 实现了喂丝机采集,为准确计量烟丝的消耗量提供了数据支撑;实现了制丝连批生产,自动分批算法,既保证生产连续,又保证了统计准确计量。 采用先进的Silver Light技术,界面友好,快速地进行实时数据的展示;实现以实时数据为基础的动态SPC,提高企业在线质量控制能力。 五、技术成熟度、适用范围和安全性 1.上世纪九十年代首次提出MES概念,定位于上层的计划管理系统与工业控制系统之间的面向车间层的管理信息系统,分为传统MES和可集成MES两个阶段。传统的MES（T-MES,Traditional MES）是在信息控制技术第一阶段上发展起来的信息系统,由于T-MES系统是基于预先设定的程式进行系统开发的,因此,开发此类系统成本高、效率低,稳定性差,并隐含着较大的风险。可集成MES（I-MES：Integratable MES）是将模块化应用组件技术应用到MES的系统开发中,是两类T-MES系统的结合。从表现形式上,它具有专用MES系统的特点,又具有集成的MES的特点,同时还能实现客户化、可重构、可扩展和互操作等特性,能方便地实现不同厂商之间的集成和遗传系统的保护以及即插即用等功能。在国际上西门子等公司是该领域的龙头企业。 中国最早的MES是20世纪80年代宝钢建设初期从SIEMENS公司引进的。目前国内仍然以提升工厂自动化水平和由开发MIS转向推广普及ERP为主,MES仍然是断层、残缺环和狭缝。虽然一些国内IT厂商在MES理论与应用系统开发方面做了一定的工作,但目前还存在着很多问题,一是可集成性差、集成技术单一;二是缺乏智能性和敏捷性;三是缺乏对MES海量数据的再运用。 郑州卷烟厂生产执行系统就是针对以上问题研发的,特别是该系统借鉴了西门子实施MES的成功经验,独立自主地进行各业务模块的开发,有效地克服了单纯在国内产品上受制于人且难以适应国内现实需求的状况。特别是在近年来,随着市场竞争压力越来越大,企业对市场反应速度大幅提升,精细化管理需求不断增加,各级信息透明化要求大幅增加。为了适应当前发展,该系统在二级标准体系、可视化调度、创优对标、信息钻取分析、全面生产跟踪、SPC应用等方面进行了尝试和研究,并取得了可喜的效果,填补了目前烟草工业MES系统的多处空白,为建设数字烟草企业,实现精细化管理,提升烟草企业基础管理上水平等提供了优秀的实践路径。 2.目前烟草行业改革与重组明显深化,内部竞争更为激烈,加快推进信息化建设对于“卷烟上水平”有着十分重要的意义。根据2010年中国烟草行业信息化建设与IT应用趋势研究报告,今后几年,MES将在烟草工业信息化市场中占据重要份额,是实现烟草工业基础管理上水平的关键,也是加快技术创新上水平和管理创新上水平的必经之路。因此该项目在烟草工业具备很广的推广范围。同时该项目在技术采用上和设计上,汲取了精细化管理的思想和烟草企业管理重点,联合开发单位在烟草行业信息化建设,特别是烟草制造业的丰富经验和技术积累,系统的实用性、稳定可靠性和可扩展性上都很强,因此推广条件限制少。该研究成果已在安阳卷烟厂推广实施,行业内多家烟厂也先后到我厂学习考察,同时河南中烟工业有限责任公司也已决定下一步要在本省内其他烟厂推广使用。 六、应用情况及存在问题 生产执行系统是实现企业战略经营管理和生产目标的重要工具和管理手段,它的经济效益不仅仅体现在短期内的降低生产管理费用、提高工作效率和劳动生产率等,更重要的是通过提升企业的市场竞争能力来创造综合效益,增强企业的应变能力和抵御风险的能力。郑州卷烟厂MES系统于2009年9月投入试运行至今,对企业发挥的作用和意义在于： 郑州卷烟厂MES系统通过优化整合技术标准、计划调度、工艺质量、消耗统计等业务流程,以生产订单和工序作业工单为主轴把生产部门紧密联系起来,加速了生产现场信息反馈,减少了生产协调的环节和时间,提高了企业管理效率。同时MES系统有效集成各管理系统和底层自控系统,起到上承公司下接车间的承上启下的作用,实现企业生产管理的闭环控制。 该项目自投入使用以来,不但为企业生产经营的快速发展提供了良好的技术保证,而且为企业的精细化管理提供技术支撑,同时提高了企业数字化管理能力和生产制造能力,提高了企业整体效率和核心竞争力,有效支撑了河南中烟四个中心的建设。对企业的管理创新上主要体现为： 一是建立了集约式调度模式和面向订单的敏捷化生产模式; 二是建立了两级标准管理体系和流程驱动型的过程质量管理体系,实现了精益化生产要求; 三是通过系统自动采集并管理物料流动的实时信息,细化统计粒度,建立了班清班结的消耗成本透明化管理; 四是对生产过程中的生产、质量、物料消耗等实际完成情况提供多层次、多角度、全方位决策支持,提升企业综合决策能力。 项目的社会效益也随着该项目的推广和应用价值得到初步体现。自2009年9月系统运行以来,行业内宁波卷烟厂、兰州卷烟厂、南昌卷烟厂等兄弟厂,以及行业外南京造币厂等多家企业先后到我厂学习考察,并且该研究成果已在安阳卷烟厂等省内三家烟厂推广实施。 在具体应用过程中,存在的问题和需要改进的意见主要有： 1、生产仿真与自动排产进一步优化 现代的工厂管理越来越将仿真作为计划和调度之外的第三个重要职能,如果系统大面积推广,特别是在复杂的生产环境下,更需要通过MES系统进行生产仿真,对工厂运作系统进行持续不断的分析、诊断和改善,在生产周期、资源利用和管理模式方面进一步扩大经济效益和社会效益。 2、对绿色生产管理进一步完善与探索 按照我国可持续发展战略要求,以节能降耗为主题的绿色生产已成为当今社会的一大热点,应该通过MES对提供精准的能源开动计划,与能源管控系统形成管控一体化,缩短生产过程中的能耗准备时间和能源关闭时间,在节能降耗上进行一步体现社会效益和经济价值。 3、基于丰富基础数据的数据挖掘功能进一步提升 系统已经收集了大量的数据,通过对生产、设备、流程等主题进行数据挖掘。进一步建立生产、质量、设备、流程、材料的关系分析,找出生产动态瓶颈、进一步优化工艺与生产流程,将是该项目进一步发挥重要作用的努力方向。