左伟桓 孟伟东

（1.广东中烟工业责任有限公司，广东 广州 510610；2.铜陵学院，安徽 铜陵 244000）

1.引言

20世纪90年代以来，信息技术的发展极为迅速，经济全球化的趋势日益增加。面对激烈竞争，企业界的重要对策之一是技术和管理的高度融合[1]，即通过技术的支持来提高管理者的管理水平，因此生产透明化作为其中的关键因素，自然成为企业关注的重点。通过对生产过程信息的实时收集和存储，以表格数据、图形、图像等形式进行展示。在授权规定的范围内实现各项数据的透明化，主要体现在：（1）从使用者角度，透明化为企业的管理者、决策者、甚至操作人员提供全员的透明；（2）从时间维度，透明表现在历史情况、现在情况和未来发展趋势的全过程透明；（3）从业务维度，透明表现在生产进度、交货时间、产品质量情况、设备利用情况等，即生产经营的全景透明。管理者、决策者、甚至操作人员通过全面、及时、准确地了解生产经营的真实情况，分析未来可能的发展变化，变经验管理为科学管理，为企业在激烈竞争中处于不败之地提供管理上的保障。为此，MES（Manufacturing Execution System,制造执行系统）应运而生，该系统围绕着服务于管理的目标展开，在很大程度上实现了制造业生产的数字化和透明化，进而极大地提高了制造企业的整体效益和竞争力[2-3]。

2.系统总体设计

为实现做中国最具竞争力烟草企业的战略目标，广东中烟在各个生产点开展了MES建设，即生产厂MES，优化生产指挥与调度流程、质量保障与控制流程、生产消耗跟踪与控制流程、可视化及生产绩效管理流程，实现了生产点生产管理的流程化、精细化及数字化。并在此基础上建设中烟总部的生产指挥系统，即“中烟层”MES系统，在公司形成了集中的、一体化的生产管理调度平台，实现了各生产点生产过程在全公司范围内的透明化、可视化。系统模型如图1所示。

图1 MES系统模型

2.1 生产厂MES系统

广东中烟工业有限责任公司下属的每个生产厂，均是生产执行单位，其主要任务就是按订单要求完成生产任务，并保证产品质量要求，力求用最少的投入实现连续均衡化生产。因此生产厂MES系统紧紧围绕“服务于工厂、服务于生产”的目标来展开，通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力。

生产厂MES系统的总体定位是生产制造集成，同时该系统将成为 ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划）系统的延伸，并与生产现场控制系统集成，在业务范围上主要包括以下几个方面。

（1）生产调度线：通过与ERP系统和一号工程系统的集成，获得打码计划和生产物料清单BOM（Bill of Material，物料清单），在此基础上，计划排产和指挥调度模块根据各生产厂月度生产计划，即生产订单，结合生产线的生产能力、生产作息时间安排等因素进行详细的计划分解，最终获得已具体到生产线上每个生产执行单元（工序、机台等）的、细化到天和班组的生产作业任务。此后通过系统集成功能实时将作业任务下发到底层的自动化管控系统——制丝集控系统、卷包数据采集系统和动力能源中控系统，同时延伸到生产现场的MES操作终端，指导生产车间和各职能部门的具体生产作业安排。同时MES系统的现场管理模块会对生产现场的各项操作进行管理，收集离线管理数据，实现各项生产信息的数字化。

（2）标准质量线：用户通过生产标准维护模块接收、维护或制定产品在生产过程中的各项工艺指标要求，并随着生产指令一并下发到底层自动化系统；同时质量管理模块以在线自动采集和离线人工检验的方式，收集生产过程中的各项在线、离线检验数据，完成质量检验、判定和考核操作，为过程质量控制（SPC）提供数据源，最终完成产品质量统计分析工作，保证产品质量要求。

（3）统计分析线：通过系统集成，实时采集生产过程中的各项数据，包括原料耗用、材料耗用、物料产出、设备运转、工艺参数执行指标、质量完成、原料和材料库存等信息；生产结束后，一方面将投入、产出结果进行报工，及时反馈给上层ERP系统；一方面对收集到的原料和材料耗用、物料产出、设备运行、能源耗用、工艺执行、质量完成等数据进行处理，并进行统计分析，以生产报表、统计分析图等的形式进行展示。

2.2 中烟层MES系统

广东中烟工业有限责任公司作为生产管理单位，其主要任务是指挥并监视下属各个生产厂的生产情况，保证产品供应的及时性和高质量性。因此中烟层MES紧紧围绕“服务于公司、服务于管理”的目标来展开。总体目标是在生产点MES系统的基础上，构建公司集中的一体化生产管理调度平台。

中烟层MES系统的总体定位是生产管理集成，即构建透明化、均质化和敏捷高效的公司生产指挥系统，将全面支持公司的企业总体发展战略。在业务范围上主要包括以下几个层次。

（1）效能分析：系统的效能分析功能主要体现在以下几个方面：创优对标，系统提供了对标创优统计和分析功能，根据统计数据进行对标指标和创优指标在各生产点的对比，同时可以利用数学工具定量描述企业经营运行状况，分析影响因素，预测发展趋势。支持领导科学决策和企业创优活动；产销协同，系统根据销售计划、业务现状、趋势预测和约束条件，滚动生成生产计划；生产管理驾驶仓，为加强公司各部门与各厂间在生产调度与指挥层面的工作交流，系统定制了公告栏功能，方便发布各类制度、通知，并提供文档表格下发功能，用户登录后可进行在线阅读。

（2）业务管理：中烟层MES系统的业务管理主要包括生产规范、生产计划、生产跟踪、产品质量、统计分析五个方面。其中，生产规范主要完成产品质量标准和统计规范标准的制定和下发；生产计划主要完成年度生产计划、月度生产计划和月度备料调运计划的制定，并结合各生产点（含联营加工企业）的生产组织特点、产能及品牌适应性，进行生产排产优化，并在此基础上实现税利计算；生产跟踪主要实现对生产点生产现场实际生产情况的动态监视；产品质量主要实现技术中心的质量检验、生产点的质量检验、质量监督和质量分析功能；统计分析实现工厂统计报表查询、公司统计报表生成和各项统计分析功能。

3.两级MES系统的协作

生产厂MES系统和中烟层MES系统分别站在生产执行和生产管理的角度进行系统功能的设计和实现，同时两层系统之间互相协作，进行信息流、数据流的共享。

两级MES系统协同制造模型如图2所示。

图2 两级MES系统协同制造模型

（1）中烟层MES系统根据公司年度生产计划、月度生产计划、月度备料计划，结合各生产点（含联营加工企业）的生产组织特点，产能及品牌适应性，合理安排生产牌号及任务，并按照交货要求、设备使用效率要求等约束，以全中烟整体最优（即成本最低）为目标，形成各个生产点的月度生产计划，以及与之配套的物料备料、设备运行、质量检验、能源使用和安全生产计划，并下发到各个生产点（包括联营加工企业），指挥调度生产，实现中烟的计划集中管理。同时也实现了中烟生产计划及相关各方面信息在生产厂层次的透明化。

（2）生产厂MES系统接收到中烟下发的月度生产计划，综合考虑机台或工艺段的生产能力、车间工厂日历、工艺标准等因素，生成机台工单或工艺段工单，并下达到底层自动化管控系统。在生产过程中，实时采集生产过程数据，并在此基础上按照中烟规定的统计规范进行统计分析，同时将过程数据和统计分析数据通过集成接口反馈给中烟MES系统，实现中烟对各生产点的生产过程数据监控管理。

另外，中烟层MES系统对各生产点MES系统的生产动态监视画面进行集成，使得公司层面掌握生产点现场实际情况成为可能。生产过程监视信息包括MES现场信息和工业电视监控。MES现场信息显示生产点现场实时数据，包括生产安排、设备状态、产品质量、物资库存的现场信息；工业电视监控显示生产点现场实时画面，从而提高了总部对生产现场的感知能力和处理能力。

4.生产透明化体现

4.1 生产厂MES系统

生产厂MES系统作为底层自动化管控系统和上层管理系统之间沟通的桥梁，是整个企业协同制造模型的核心系统，同时也是数字化协同制造企业的基础。主要在以下方面实现了生产的透明化、可视化。

（1）生产过程透明化：通过与底层自动化管控系统的集成，将生产指令实时下达给制丝集控、卷包数据采集等自动化控制系统，保证生产线按照预先设计的生产计划进行生产；同时在每个生产作业任务完成后，通过集成接口实时取得包括物料产出，原料、材料耗用在内的生产结束信息，保证生产数据收集的及时性和准确性。

另外，采用OPC（OLE for Process Control,用于过程控制的OLE）技术，实时采集生产过程信息，包括生产的完成情况，原料、材料耗用情况、设备运行情况、生产过程中关键参数数值的变化情况、能源耗用情况等，并通过可视化的用户界面进行实时刷新显示，实现了生产过程的透明化、可视化。

（2）品控管理透明化：通过生产标准管理制定生产过程中各工序的工艺参数和质量指标，并随着生产任务下发到生产线；同时在生产过程中，通过质量管理模块收集生产过程质量检验数据，并进行统计分析，连同采集的实时生产数据，提供给中烟技术中心、工厂工艺质量科和车间对在线工艺质量进行及时监控和分析。从而实现了品控管理的透明化、可视化。

（3）车间管理透明化：MES系统的车间管理模块实现了车间日常事务管理的数字化，例如工序生产日志、车间交接班记录，车间残存品收集、在制品结存情况、原料和材料的收发存查看等，并提供可视化的用户界面进行展示，从而实现了车间管理的透明化、可视化。

（4）统计数据透明化：生产统计模块对车间日常生产过程的原、材料耗用、成品产出等信息进行归集和处理、并进行统计分析，通过与上层管理系统如ERP系统的集成，将归集信息进行上报。同时以各种班报、日报、月报和过程报告的形式集中反映生产产出情况和资源消耗情况，从而实现了统计数据的透明化、可视化。

4.2 中烟层MES系统

生产管理信息的透明化是中烟生产指挥系统的管理目标之一，主要在以下几个方面实现了生产管理信息的透明化、可视化。

（1）生产计划透明化：通过生产计划管理功能制定公司的年生产计划、月度生产计划和月度备料调运计划；并结合各生产点（含联营加工企业）的生产组织特点，产能及品牌适应性，以全中烟整体最优（即成本最低）为目标，形成每个生产点月度生产进度计划，并通过集成报送到公司ERP系统进行计划审批流程。同时，生产计划综合查询功能实现了对公司各级生产计划执行结果的查询功能，从而实现了生产计划的透明化、可视化。

（2）生产规范透明化：系统提供公司中烟检验标准管理功能，内容包括原料检验标准、材料检验标准、制丝检验标准、卷包检验标准和滤棒成型检验标准，并将公司制定的版本依据工艺标准进行统一管理；同时提供公司和生产点（关于生产、物料、设备、能源、联营加工、试制等）统计报表的指标设定和计算口径等统计规范标准的审核维护、发布与版本控制功能，实现了生产标准和统计口径在全公司范围内的透明化、可视化。

（3）产品质量透明化：系统提供对公司产品质量进行统计、汇总和查询的功能，用户可以按月（或跨月）汇总公司质量信息，包括质量总体情况和分项情况。同时可以通过集成接口接收ERP等应用系统提交的送样单，并返回所需要的检验结果。从而实现了产品质量的透明化、可视化。

5.系统建设和应用效果

针对广东中烟MES解决方案，经过两年多的研发与实施，先后经历了烟草业务分析、信息化整体方案设计、软件系统开发与实施、系统集成、技术培训和运行维护等阶段，在实践中获得了良好的效果，同时项目建设达到了预期的目标。

5.1 系统建设

在对生产厂和中烟公司各项业务需求充分了解的基础上，对系统进行了详细的功能设计和实现，生产厂MES系统基于.NET和C/S架构，以实时数据库InSQL和关系数据库SQL Server进行数据集成平台的开发，实现了异构数据源的集成；采用西门子平台实现工厂建模，进行业务模型和数据模型的组态；同时采用DIS和OPC技术与ERP系统、底层自动化管控系统进行集成，实现了数据信息的双向通讯。中烟层MES系统基于.NET和B/S架构，以关系数据库SQL Server进行数据的集成和存储，采用微软Biztalk实现与集团下属的卷烟生产点MES系统的集成，通过SharePoint展示生产业务关键信息，建立企业统一的信息门户。

对于广东中烟公司的下属生产厂，目前MES系统在湛江卷烟厂、梅州卷烟厂均已上线运行，在韶关卷烟厂和广州卷烟厂也即将上线。同时中烟层生产指挥系统通过与各个信息系统的集成，也已实现了各项数据的展示和分析。

5.2 应用效果

广东中烟两级MES系统的成功实施，实现了企业生产经营情况的透明化，大大提高了企业的管理水平，具体表现在以下几个方面：

（1）生产过程的统一监控：全公司各厂各单元生产信息、统计信息均在同一平台上进行监控，办公室更趋于现场。

（2）灵活及时的生产调度：通过实时收集实际生产数据，结合生产进度完成情况和计划变更情况及时调整生产安排，延长有效生产时间，提高产品产量。

（3）高效精细的成本核算：以生产现场的最小执行单元（工序、机台等）为单位，按班组、批次来进行产量和消耗信息的收集和统计汇总，缩短了成本的计算周期，将生产成本有效控制在生产的过程中。

（4）生产过程可重现：对物料移动进行跟踪，质量管理和事故追踪可塑性有了依据，帮助企业更高的总结经验教训，提高产品的一次合格率。

（5）三流合一：实现了企业物料流、信息流、资金流的三流合一，缩短了生产周期。

6.结论

MES最早的概念是面向制造车间级的管理与控制系统，自20世纪90年代引入我国以来，在国内得到了迅速发展。目前，MES不再是仅仅作为一个独立的现场管理系统而存在，我们必须站在企业经营的高度，自顶向下地来规划MES，使之适应企业之间协同制造的要求，满足构建数字化制造企业的要求[4-5]。

本文分别对两级MES系统的系统模型、透明化体现以及之间的协作进行了详细阐述。系统的实施提升了总部和生产点的指挥协调能力、订单响应能力、质量稳定能力和成本控制能力，并保证了总部对生产过程的监管能力，形成了上下贯通、左右协同的一体化数字工厂。

但是目前的透明化只是实现了省中烟公司范围内的透明化，这并不是透明化的终极目标，也仅仅是行业信息化道路的开始。以后的工作，我们将从深度和广度上进行展开。深度是指继续更深一层次的了解省中烟公司和各下属生产厂的需求，继续完善和细化现有系统，以更友好的方式将各项数据展现给用户；广度是指将现有业务范围、用户范围进行延伸，通过扩充现有系统或实现辅助系统的方式来将透明化、信息化延伸到省商业公司、国家烟草局等，最终实现整个行业内的透明化、信息化。

[1]丛力群,毕英杰.打造数字化协同制造企业——MES未来发展的新方向[J].自动化仪表,2010,(10).

[2]夏秀芳,彭威,吕希胜.卷烟厂制丝线生产过程建模与计划仿真[J].机械设计与制造.2009,(4).

[3]王万雷.制造执行系统（MES）若干关键技术研究[D].大连：大连理工大学硕士学位论文,2006.

[4]柴天佑,郑秉霖,胡毅,等.制造执行系统的研究现状和发展趋势[J].控制工程.2005,12(6).

[5]中村実,正田耕一.MES入门[M].东京:日本工业调查会,2000.