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1 前言
許昌卷煙廠“九五”製絲線中控係統2000年設計，2001年12月投入正式運行。隨著新產品、新技術、新工藝的不斷發展，及新版工藝規範的推廣應用，目前在係統運行上存在很多不適應的情況。
（1）原yuan中zhong控kong係xi統tong為wei第di一yi代dai研yan製zhi產chan品pin。原yuan設she計ji的de各ge工gong序xu控kong製zhi模mo塊kuai間jian高gao度du關guan聯lian，整zheng個ge係xi統tong呈cheng鋼gang性xing結jie構gou，稍shao加jia改gai動dong，就jiu影ying響xiang整zheng個ge係xi統tong運yun轉zhuan。與yu現xian行xing的de高gao內nei聚ju、低偶合的設計思想完全相反。新增設備或工藝調度模式無法集成進MES係統。
（2）當時設計時為單批、單櫃操作調度，隨著我廠合並批次生產、分組加工、回絲摻配、煙絲轉存等多道工序改造的實施和應用，已使得其調度模式無法進行控製，多數生產操作隔離在調度係統之外，從MES係統看，已處於調度失控狀態。
（3）無法進行分組加工調度，使進出櫃和相關配比控製必須人工反複確認，操作高度緊張，壓力大，易出錯。
（4）實(shi)際(ji)批(pi)次(ci)信(xin)息(xi)也(ye)無(wu)法(fa)有(you)效(xiao)跟(gen)蹤(zong)。給(gei)批(pi)次(ci)生(sheng)產(chan)情(qing)況(kuang)數(shu)據(ju)追(zhui)溯(su)和(he)工(gong)藝(yi)數(shu)據(ju)的(de)批(pi)量(liang)分(fen)析(xi)帶(dai)來(lai)嚴(yan)重(zhong)負(fu)擔(dan)或(huo)漏(lou)洞(dong)。批(pi)量(liang)曆(li)史(shi)批(pi)次(ci)數(shu)據(ju)出(chu)現(xian)較(jiao)大(da)範(fan)圍(wei)內(nei)無(wu)法(fa)關(guan)聯(lian)問(wen)題(ti)。
基於解決以上問題，提出了本次製絲線中控係統改造項目。
2 係統總體設計
2.1 係統平台選擇
製造執行係統(Manufacturing Execution System，MES)是近10年來在國際上迅速發展、麵向車間層的生產管理技術與實時信息係統。GE 電氣公司的Proficy Plant Application（以下簡稱GE PA）xitongshiliyonglezuixinruanjianjishudepingtaihuafangan，shimuqianzidonghuayejiejichengduzuigao，kaifangxingheyiyongxingzuihaodechanpinpingtai。tajianlizaiweiruanxitongpingtaishang，yituoyuzuixinde Web 服務架構和.NET 技術。目前主要應用在煙草、汽車、零售、食品等行業。
2.2 係統總體結構
本項目以GE PA係統的平台為基礎，結合煙草行業的特點，利用.NET平台進行二次開發，設計出一套適合卷煙廠的MES係統。通過GE PA各種組件化應用模塊和係統連接器形成一個整體的解決方案，具有清晰的信息流和模塊構成。
係統功能模塊圖見下圖1係統整體解決方案，最下層為IFIX數據采集層，主要有製絲主線IO數據采集係統，HXD數據采集係統，采集數據中重要的參數保存到GE Proficy Historian (以下簡稱IH)數據庫中，用於MES層查詢統計分析等，ORALCE數據庫用來保存質量檢驗數據，質量統計數據以及設備管理等內容，通過GE PA各種組件化應用模塊和係統連接器與IH和ORACLE數據庫相連。許昌MES以GE PA平台為基礎，二次開發出適合於卷煙廠的MES服務層和客戶端。同時把PORTAL信息門戶也集成進MES客戶端，讓用戶可以從統一入口登陸MES平台和遠程監控WEB平台。
圖1係統總體結構圖
圖2 MES服務管理層
3係統詳細設計
本係統主要由係統管理、生產建模、生產管理、質量管理、設備管理、人員管理、報表管理等幾個子係統組成。其中各子係統又分別包括幾個功能模塊，各子係統之間相互關聯、相輔相成，它們之間的功能協作構成一個功能完備、性能可靠的製絲線製造執行係統。
3.1生產建模
3.1.1生產單元劃分
生產單元是整個工廠模型的基礎，因此對生產單元的劃分很重要。
（1）具體的生產單元劃分：
能獨立處理物料的最小工作單位，每段自己下發工藝參數，獨立的批號、牌號，單獨啟停，相鄰段不得存在不同牌號，作為工藝路線的基礎。
（2） 存儲單元：
存儲單元為一組貯櫃或者其他的大型存儲設備（主要是能保存一或幾批批物料，且保存至少幾個小時以上）可劃分成一個存儲單元，存儲單元是作為生產單元的源頭或者目的。因此和前生產單元或者後生產單元一塊控製。
圖3 製絲車間生產線生產單元劃分情況
3.1.2 生產設備建模
生產建模係統能夠根據車間的設備情況按照國際ISA95標準對車間的生產情況進行動態的數字建模，整個平台的數據以數字模型為基礎；當設備進行改動後，隻需在數字模型中對相應的設備進行改動就可，其他模塊會相應的自動改變。
工廠建模內容主要分為部門建模（負責車間的生產單元建模），公共信息（負責生產過程中的公共基礎信息建模），貯櫃信息和物料信息。詳細的結構樹內容見圖2.
圖4工廠建模主體頁麵
圖5工廠建模結構樹內容
3.1.3 生產事件的建模
生產事件建模對生產設備及路徑上發生的各種生產事件進行定義，主要是生產單元批次事件、設備運行事件、貯櫃狀態事件等。
3.2 產品管理係統
產品管理係統負責煙廠產品以及相關的工藝配方管理，產品可以根據不同的產品家族進行管理，比如全配方、分組加工煙牌，香料廚房香糖料等。
圖6 產品家族的詳細樹形結構
對於不同煙牌產品可能會經過不同的工藝設備，因此需要製定不同產品的工藝路線，工藝路線由工廠建模中的生產單元組成。
圖7生產路線管理界麵
圖8 生產路線的圖形標示
同時每個產品的工藝參數、配方參數、設(she)備(bei)參(can)數(shu)可(ke)以(yi)保(bao)存(cun)所(suo)有(you)做(zuo)過(guo)的(de)版(ban)本(ben)，可(ke)以(yi)很(hen)清(qing)楚(chu)的(de)知(zhi)道(dao)這(zhe)個(ge)煙(yan)牌(pai)的(de)參(can)數(shu)變(bian)更(geng)的(de)版(ban)本(ben)記(ji)錄(lu)，製(zhi)定(ding)參(can)數(shu)時(shi)可(ke)以(yi)從(cong)其(qi)他(ta)的(de)相(xiang)近(jin)的(de)煙(yan)牌(pai)引(yin)用(yong)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)製(zhi)定(ding)，增(zeng)加(jia)的(de)產(chan)品(pin)配(pei)方(fang)參(can)數(shu)維(wei)護(hu)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)；工藝參數由工藝製定後，車間隻能查詢不能修改，製定計劃時，工藝配方參數會隨著選定的煙牌下發到PLC去進行生產控製。
圖9 工藝配方管理
3.3 生產管理
shengchanguanlichengdanzhecongjihuadezhixingdaoxianchangcaozuodehenduozhongyaorenwu，qizhuyaogongnengshijianlizaishengchanpeizhijichushangde。tongguoduishengchanguochengjinxingtongchouanpai，tigongduishengchanguochengdezhidao，shengchanguochengzhongduigezhongshujudecaijiheluru，duishengchanshujujinxingfenleichucun、挖掘和分析，生成各種報告用以跟蹤和研究生產過程，提高對生產過程的控製力。
圖10 計劃處理流程
圖11 計劃調度畫麵
3.4、質量管理：
質量管理是整個係統的重要模塊，能對各種質量參數進行統計分析，由於MES的數據以IH數據庫為主要數據源，IH數shu據ju庫ku能neng以yi百bai毫hao秒miao級ji的de粒li度du保bao存cun數shu據ju，保bao存cun隻zhi要yao硬ying盤pan足zu夠gou大da，可ke以yi保bao存cun很hen長chang時shi間jian的de數shu據ju，因yin此ci管guan理li係xi統tong能neng很hen方fang便bian的de取qu到dao所suo需xu要yao的de數shu據ju，用yong於yu各ge種zhong質zhi量liang分fen析xi。
以yi彩cai虹hong圖tu形xing式shi實shi時shi顯xian示shi主zhu要yao工gong序xu的de生sheng產chan數shu據ju，能neng對dui生sheng產chan數shu據ju有you一yi個ge直zhi接jie快kuai速su的de了le解jie，可ke以yi實shi時shi監jian控kong一yi個ge批pi次ci中zhong該gai參can數shu失shi控kong趨qu勢shi以yi及ji實shi時shi統tong計ji結jie果guo。
圖12 彩虹圖分析
對於檢驗數據，通過檢驗員錄入離線數據，輸入錄入時間後能和同時間的在線采集數據進行對比。
圖13 離線檢驗保存
圖14 離線檢驗查詢
對各個工段的參數進行實時SPC的X-R、X-S控製圖形分析，也可以查找曆史的數據進行相應的SPC控製圖形分析，真正的實現過程控製、分析以及預測，然後用於指導生產。
圖15 PORTAL上的X-R 與X-S實時控製圖主頁
圖16 加料機出口水分X-R圖
同時能對過程參數進行質量數據查詢、分析；同時能對一個工段內的多個參數進行同時分析，查找生產中異常的原因，有助於提高生產能力。
圖17 工藝參數統計分析
圖18 單個過程數據的曆史統計分析
圖19 多個過程數據的曆史統計分析
3.5、設備管理：
設備管理主要以以下幾個模塊為主：
工藝段效率管理主要記錄工藝段的總體運行時間、有效運行時間、故障運行時間，同時錄入故障時間和原因、是否造成該工藝段停產等，通過以上基礎數據等進行設備運行效率和故障分析。
設備檔案管理，把設備的資料統一管理起來，提高生產車間維護查詢設備資料的效率，能更加方便的查詢相應設備的相關資料。
shebeigenbanweixiu，keyiduiyigeweixiuguochengjinxingquanchenggenzongjilu，butongdejiaosedoukeyihenqingxidezhakandaoxiangyingdeweixiuguochengdezhuangkuang，zengjialegegefuzerenzhijianyijiandeshishichuandi，hendadetigaoleshebeigenbanweixiudexiaolv。
日(ri)常(chang)檢(jian)修(xiu)計(ji)劃(hua)指(zhi)對(dui)於(yu)現(xian)場(chang)的(de)一(yi)些(xie)已(yi)經(jing)出(chu)現(xian)的(de)問(wen)題(ti)，或(huo)者(zhe)潛(qian)在(zai)的(de)問(wen)題(ti)的(de)一(yi)種(zhong)維(wei)護(hu)性(xing)的(de)有(you)計(ji)劃(hua)的(de)檢(jian)查(zha)維(wei)修(xiu)。該(gai)計(ji)劃(hua)以(yi)任(ren)務(wu)的(de)形(xing)式(shi)製(zhi)定(ding)並(bing)下(xia)發(fa)，跟(gen)蹤(zong)維(wei)護(hu)。
設備點檢管理，沒很大程度提高了車間點檢管理效率。
3.7、生產人員管理：
對車間每個生產人員、每個崗位等進行維護管理，使車間管理人員可以實時了解整個車間的人員情況。
圖20 生產人員管理係統2
圖20 生產人員管理係統2
4項目特點
（1）國內煙廠首先采用GE PA 係統平台搭建MES係統並正式上線運行，GE Proficy 解決方案的應用架構從設計到應用模塊上均參照 S95 標準的要求，其主要模塊質量，生產和效率（包括設備總體效率計算，跟蹤和生產統計）均與S95標準一致。在與ERP 係統連接上， Proficy 遵照了 S95 對象定義規範，通過目前流行的中間件方式連接各種主流ERP 關係數據庫，連接的模型對象支持 B2MML定義。
（2）采用了GE的 HISTORIAL實(shi)時(shi)曆(li)史(shi)數(shu)據(ju)庫(ku)，數(shu)據(ju)能(neng)以(yi)百(bai)毫(hao)秒(miao)級(ji)進(jin)行(xing)保(bao)存(cun)，由(you)於(yu)該(gai)實(shi)時(shi)曆(li)史(shi)數(shu)據(ju)庫(ku)采(cai)用(yong)了(le)螺(luo)旋(xuan)壓(ya)縮(suo)方(fang)式(shi)對(dui)采(cai)集(ji)到(dao)的(de)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)壓(ya)縮(suo)保(bao)存(cun)，可(ke)以(yi)使(shi)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)查(zha)詢(xun)和(he)分(fen)析(xi)到(dao)更(geng)長(chang)時(shi)間(jian)、更密集的原始數據，對於質量統計分析、實驗數據分析、錯誤過程分析等提供了強大的原始數據。
（3）本係統可以從多種類型的數據源采集數據，對於那些需要實時顯示的數據，可以直接從監控係統服務器或者客戶端的SCADA中采集數據點，對於大量的曆史數據可以從實時曆史數據庫中讀取數據，同時可以通過OPC等直接從控製層直接采集數據，豐富了係統的數據來源。
（4）製造執行係統(MES)軟件彌合了企業計劃層和生產車間過程控製係統之間的間隙，是製造過程信息集成的紐帶。但是控製層和MES怎麼最好的結合，本係統對於控製層和MES層采用相同最小的生產單元，將過去獨立的IT和自動化控製領域無縫融合在一起。控製層和MES層采用相同最小的生產單元,在MES以生產單元建模時能夠實際合理的反映自動化層的控製邏輯，真正的發揮MES的實際作用，並且可以很好的提高生產效率和降低設備能耗。
（5）獨特的過程參數分析係統和彩虹圖實時分析係統以及PA趨勢圖形顯示。通過過程參數在線統計分析、彩虹圖方式和PA趨qu勢shi圖tu形xing顯xian示shi，使shi重zhong要yao工gong序xu的de重zhong要yao參can數shu的de控kong製zhi過guo程cheng可ke視shi化hua，並bing實shi時shi的de統tong計ji出chu煙yan廠chang需xu要yao的de指zhi標biao值zhi，同tong時shi能neng對dui多duo個ge相xiang關guan參can數shu進jin行xing顯xian示shi分fen析xi，促cu進jin了le實shi時shi工gong藝yi水shui平ping、關鍵過程能力穩定。同時借助數據挖掘技術，有力支撐了工藝水平、過程控製的評價、分析、指導、kaohegongzuo。gaizhiliangxitongshiyonghuduicaijideshujujinxingshencengcideshujuchulihefenxi，youliyuyonghuhuoquyoujiazhidegongyicanshuheshengchanguilv，laizhidaoshengchan，tongshiyekeyiduishengchanjinxingduojiaodudekaohe，jinyibutigaoshengchanxiaolvheshengchanzhiliang。
（6）生產調度單製定，稍一疏忽就會引發生產事故。係統在輔助調度單製定的同時，增加了差錯提示；生產技術科調度單下發後，還要經過車間主任、中控室操作工兩層確認，從而杜絕了生產調度中可能出現的人為失誤。
關於GE智能平台
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