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   摘要：塑膠原料生產是一個典型的批次生產過程，其MES系統的功能需求不同于離散工業和流程工業，有其行業的特殊性。本文借助英維思MES軟件平臺，通過對訂單的跟蹤管理和配方邏輯模型的再造，成功地實現了塑膠原料生產企業ERP（企業資源管理）與PCS(生產控制系統)的信息集成，為流程行業MES系統的實踐提供了新的補充，取得了很好的效果。

 關鍵詞：MES；批次流程；訂單管理；配方管理；信息集成

   1 引言

   2009年，英維思受某材料科技公司（簡稱MSC）的委托，為其分布在全球的塑膠企業開發MES系統。塑膠原料生產企業屬于典型的批次流程過程制造企業。批次流程過程MES的實踐和理論都落后于離散工業和流程工業^[1，2]。批次流程既有流程工業生產的特點，又有離散工業生產的特點，從某種意義上講，它是流程工業和離散工業的結合。其MES既有流程工業MES和離散工業MES的要素，又有不同的特點，需要適應于該特點的核心解決方案。

    市場需求變化越來越快，是否能快速生產出適應市場需要的產品，已經成為企業成敗的關鍵，對MES系統的需求也日益增長^[3]。MSC公司明確要求為其塑膠原料生產基地，在SAP ERP系統和DCS/PLC 控制系統之間實現MES管理，包括生產訂單管理、配方管理、設備和物料跟蹤等，形成生產管理和控制的標準程序，并在其亞太區所有塑膠原料生產基地推廣。

   2 MSC塑膠生產現狀及其對MES系統的要求

   2.1 塑膠廠生產工藝及其管理流程

    MSC塑膠廠生產工藝，包括原料的準備和移動控制系統，聚合物單體和各種添加劑的混合控制系統、聚合反應生產線控制系統和包裝工段等，其工藝總流程如圖1所示：
  
                     
                                  圖1 MSC塑膠廠工藝總流程

   MSC MES系統管理及工作的生產操作系統范圍為預混料區域、存儲區域、生產區域，以及和它們密切相關的實驗室分析系統和稱重系統。MSC塑膠廠的生產制造部分的業務流程大致如圖2所示：
  
                     
                           圖2 MSC塑膠廠生產制造業務流程

     2.2 MSC塑膠廠對MES系統的功能要求

    MSC塑膠廠在企業管理方面，已經采用的SAP R3系統、原料稱重系統（Spending System）、產品檢驗系統（LIMS）和實時監控系統(OSI-PI& DeltaV)，具體情況如表1所示：

   在MES系統實施前，調度室的訂單系統、實驗室的實驗室信息系統和生產現場的控制系統之間不能進行信息共享，各職能部門間信息交互滯后。各系統提供的數據和信息存在不一致，有時甚至是矛盾的情況。

    MSC塑膠廠對MES系統的功能要求，有非常明確的目的，那就是將訂單生成系統（SAP系統）、質量檢驗系統（LIMS）系統和生產實時控制系統（OSI-PI& Delta V）集成為一個有機整體，高效、敏捷地實現生產系統的組織、管理和執行。

    3 英維思MES系統塑膠企業中的應用

   3.1 塑膠企業MES 業務模型設計

    通過以上對MSC塑膠廠業務的疏理，了解MSC MES系統業務模型設計的核心是生產執行方面的訂單管理和配方管理。

   根據MSC塑膠廠生產制造的業務流程，在MES系統中為訂單管理業務設計了一系列訂單狀態，MSC MES訂單管理流程就是一個緊密銜接的訂單狀態改變的過程。概要地講如圖3所示：
        
                     
                              圖3  MSC MES訂單管理流程

    MSC MES系統通過對訂單是從“計劃”狀態一步一步進行到最終的“存檔”狀態的管理，和提供相應的管理操作界面，為生產部門的最終用戶提供訂單管理相應的功能和操作。

    MSC MES系統中生產過程訂單的完成，必須得到配方管理技術的支持，涉及的主要配方有三組，主配方包括等級主配方、顏色主配方，普通配方包括等級普通配方、顏色普通配方，實時配方包括實時等級配方、實時顏色配方和實時綜合配方。這些配方與SAP的生產訂單、生產線工藝參數、質量和稱重數據有關，并幫助最終實現SAP訂單所要求的批次產品。

   圖4大致表達了各配方模型之間的邏輯關系，即來自SAP系統的等級訂單，通過MES產生一個等級主配方（MGR），等級主配方產生若干個普通組分配方和普通顏色配方，并提供缺省配方模板以在MES配方庫中建立從訂單到配方的過程；在MES的訂單執行過程，實時綜合配方，綜合了實時工藝參數、資源、生產線和生產控制系統，最終完成訂單的執行。
  
                    
                                 圖4  各配方模塊之間的邏輯結構

   3.2 MES系統架構設計

   根據對MSC塑膠廠業務的探討和MSC公司對MES系統的功能要求，根據對英維思MES系統軟件的了解，英維思提出了以下的MES系統架構，如圖5所示：
  
                      
                               圖5  Invensys MES系統架構

   3.3 MES系統實施效果

   本系統涵蓋了原料準備、配方管理、計劃調度、生產流程和產品統計所涉及的所有模塊。系統上線后，MSC各生產部門的業務流程處理節奏明顯加快。例如：借助本系統，生產計劃的下達由調度員手工下票、電話通知方式轉變為在MES系統中實時確認的方式，整個管理執行時間縮短了一半以上。配方管理和訂單管理頁面，使調度員在調度室就可直接下達新的計劃；組分管理和訂單運行管理頁面，讓調度人員可以根據現場情況，及時合理地調整配方成分、作業計劃等，減少了調度員的工作負擔和人力需求。管理部門可以通過電子記錄查閱過往訂單的產品檢驗信息、實際生產配方和生產運行參數，實現了方便快捷的產品跟蹤。即使在其他國家的辦公室里，公司上層的管理人員也可以通過內部網絡訪問到MES系統界面，掌握每個工廠生產運行狀態的第一手資料。

   本系統是對流程工業MES系統實踐的一個補充，較好地實現了MSC對MES的功能要求。在第一個試點廠，本系統從開工到系統投用，周期為一年，而在推廣企業，僅用了兩個月的時間即完成了所有的項目實施工作。

   4 總結

   本文通過解剖塑膠生產這種批次流程的特點，提出訂單和配方管理為主線的MES業務模型，解決了塑膠生產中主配方模型、普通配方模型、實時綜合配方模型，以及各配方模型之間的邏輯關系在MES系統中表征的問題，采用英維思公司成熟的MES軟件平臺和專業技術，實現了ERP系統的料表（BOM）和訂單（UPO）與實時生產過程的集成，大大加快了訂單敏捷生產的節奏。這種基于配方管理的MES系統，為生產企業帶來了比傳統管理更加科學的管理，也為其它批次流程企業的MES系統的開發提供了一條可供借鑒的經驗。

   隨著制造企業信息化管理的推進，越來越多不同批次流程制造企業，將會加入到推廣MES的需求范圍中來。對不同的工藝和管理要求，MES需要并針對這些需求提出自己的解決方案。但是訂單與配方管理，依然是批次流程工業管理的主線。我們將努力完善已有的工作成果，并將之實現為更容易使用和維護的模塊化、組態化平臺。最終目標是在批次流程工業MES系統的實施過程中，能像DCS系統技術供應商為過程控制系統所提供的平臺一樣，建立企業的一體化解決方案。

   參考文獻：

   [1]王華. 煉油化工生產執行系統(MES)綜述[A]. 第五屆工業儀表與自動化學術會議論文集[C]. 上海:2004.

   [2]鐘潤陽. MES在離散制造業中的應用研究[D].廣東:廣東工業大學,2009.

   [3]許風云,王為建. MES系統—化工企業信息化發展的關鍵[J]. 數字石油和化工,2007,(01).

   張弛（1983-）

   男，福建寧德人，碩士，畢業于北京化工大學計算機技術專業，現任英維思公司MES項目實施顧問，主要研究方向為計算機技術應用。