邹 波，侯淑媛，骆 旭，刘 娜，李 汉

和利时卡优倍科技有限公司，北京 100176

0 引言

生产执行系统（MES）是面向车间生产过程管理，解决车间生产任务的执行问题[1]。乳品的完整生产链包含牧场奶牛养殖、原奶在途运输、工厂乳品生产、成品发货运输等环节（图1）。乳品MES以实现工厂产品数字化生产为重点，可以集成牧场管理系统、车辆运输管理系统，实现乳品完整生产链的数字化管理。

图1 乳品生产全生命周期

利乐或GEA中控系统在前处理环节的应用，自动化包装生产线、无人码垛立体库在灌包装环节的应用，极大提供了乳品整体生产的自动化程度，设备数据采集系统从自动化设备控制系统或自动化产线中获取数据，这些为推行乳品数字化工厂建设奠定了硬件基础。

李鸿奎[2]简述了MES在婴幼儿配方奶粉生产方面的作用；嵇海涛[3]阐述了利乐中控系统在质量提升及质量溯源方面的价值。对于MES在乳品工厂中的具体实现方式，以及在业务方面产生的量化价值，目前相关论文阐述较少。本文结合乳业MES产品开发和项目实施的经验总结，阐述部分重点业务模块，突出MES在提高乳品生产质量，实现业务电子化报表，以及工厂侧领导数字化决策等方面的价值。

1 MES整体设计

在乳品数字化工厂建设中，自下而上分为4 个层级：设备层、数据采集层、生产管控层、运营管理层。整体以MES为中心，打通设备层与运营管理层。设备层与数据采集层：包含中控系统管控的设备，如CIP清洗设备、UHT杀菌机、罐线阀阵等；多条灌包装产线的多台单包容量设备由1 套容量上位系统统一管理，多条灌包装产线的多台喷码设备由1 套喷码上位系统统一管理；设备数据采集系统采集地磅设备、净乳机、灌装机，以及包装产线信息。生产管控层：包含LIMS、EAM、MES、原辅料WMS、成品WMS；运营管理层：包含OA、ERP、售后服务系统、人力资源系统、智慧园区管理系统等（图2）。

图2 MES整体业务架构设计

MES产品设计以乳品生产的协同业务场景为核心，以系统集成为支撑方式，可以有机串联生产中的计划、供应、收奶、预处理、灌包装、质检、成品发运等不同工作。MES产品主要包含12 个业务模块：排程管理、奶台管理、预处理管理、灌包装管理、质量管理、成本管理、检验管理、巡检管理、异常管理、消息管理、文档管理、系统配置。以下重点阐述收奶业务、质量管理、生产运营决策系统。

2 收奶业务

收奶业务适用于生产运营中司磅员、收奶工、奶台中控工。收奶业务基本流程为：奶车入厂→奶车外表面清洗→铅封核对→原奶采样检验→奶车过磅，称量毛重→抽奶入暂存罐→净乳后入奶仓→奶车二次过磅，称量皮重→奶车内部清洗→奶车出厂。

MES与ERP、LIMS、地磅称重设备（通过设备数据采集系统）、智慧园区管理系统集成，收奶业务信息流如图3所示。

图3 MES收奶业务信息流

从ERP中获取原奶MPO表，并据此核对奶车入厂信息，生成采购订单；MES与LIMS集成，自动触发原奶检验任务，并同步LIMS检验结果，判定原奶是否接收，如检验合格则正常接收，在ERP中完成收奶业务过账；MES为奶车分配清洗线，执行CIP清洗；MES将奶车清洗完成的信息同步给智慧园区管理系统，园区车辆识别系统识别奶车车牌后，自动放行出厂。MES可实现收奶业务过程透明化管控，如图4所示。

图4 MES中收奶过程完整管控

MES在收奶业务方面的价值如下：

（1）实现奶车在途、入厂、检验、过磅、收奶、离厂状态一张图管理。

（2）铅封核对在线记录，CIP清洗记录电子化，无需开具洗车票。

（3）MES通过设备数据系统获取奶车毛重、奶车皮重，通过园区车辆识别系统获取奶车车牌号，并匹配原奶采购订单，可实现无人司磅、自动收奶。

（4）MES触发质检任务，LIMS将检验结果自动推送ERP和MES，可减少员工与司机查看质检结果的不方便。

（5）奶仓超时或超温时，可自动提醒收奶员，并自动触发检验任务。

3 质量管理

质量管理适用于生产运营中质量、检验的管理人员，包含业务功能有：质量追溯、质量巡检、质量变更、保温样管理、投诉管理、质量报表。

生活质量提高使消费者对牛奶产品信息透明度提出更高要求，全程有序可追溯更能满足消费者对自然原生需求和对品牌的信任度[4]。以下重点阐述MES在质量追溯方面的业务，乳品生产质量追溯原理如图5所示。

图5 MES中质量追溯原理

通过成品批次号可追溯到无菌罐罐号，从而查询对应时段半成品批次号；通过半成品批次号可查询奶仓号，进一步追溯原奶信息，并且延伸到原奶接收，包含收奶工、奶车信息、牧场信息，形成完整的质量追溯报告，如图6所示。

图6 MES中质量反向追溯

MES在质量管理方面的价值如下：

（1）系统可自动提示质检员乳品生产过程中质量巡检任务，消除员工主观原因漏检。

（2）发现质量异常后，可自动通知责任人，系统流程跟进，形成质量异常闭环管理。

（3）对质量巡检明细、保温样过程管控、质量变更等能完整电子化记录留痕，利于保存与质量追溯。

（4）可实现生产全过程质量追溯、质量分析，为生产运营决策提供数据支撑。

（5）质量相关文档集中管控，分配权限，提供在线存档、浏览，提高员工效率。

4 生产运营决策系统

生产运营决策系统为管理层提供数据分析与决策导向，从MES中抽取生产相关的重要指标，重点体现生产计划达成、生产成本分析、生产质量检验、产线运行效率等，并做业务的穿透分析。例如：奶仓储存超时率，可穿透到具体的超时奶仓编号、超时原因；另外，设计指标的数据来源以自动获取为主，减少人为录入干扰，真实反映生产实际情况。

生产运营决策系统以乳品生产流程为主线，包含六大功能模块：生产总览、奶车/原奶、生产执行、成品仓储、市场客诉、安全生产，其中生产总览是从后面5个模块抽取并归纳的统计指标（图7）。

图7 生产运营决策系统-生产执行

5 总结

乳品数字化工厂建设是一个整体规划的系统工程[5]，一般需自顶向下设计、自下而上分步实施。MES在乳品数字化工厂中打通了生产控制系统与运营管理层，横向集成了LIMS、WMS等；基于重点业务环节IOT高度集成、精益化与数字化结合等数字化手段，以乳品生产实际业务流为牵引，包含奶车在途、收奶、预处理、灌包装、成品发运等，可实现乳品生产全工段成本损失矩阵的自动核算、灌装机等重要设备运行记录自动化电子化、原辅料领料退料的透明执行、每日生产计划量与实际入库量的清晰对照等。