水泥生产制造执行系统的技术研究

水泥生产制造执行系统的技术研究孙莉王孝红济南大学控制科学与工程学院摘要：制造执行系统(MES)是连接上层企业资源计划(ERP)和底层过程控制系统(PCS)的桥梁，是基于ERP，MES，PCS三层结构的流程工业综合自动化系统的关键。针对水泥生产过程的特点，分析和探讨了水泥生产过程MES的体系结构和功能，提出了水泥生产过程MES的功能模块设计。关键词：水泥ERPMESPCSResearchonManufacturingExecutionSysteminCementProductionProcessSunLiWangXiaohongAbstract:Manufacturingexecutionsystemisthebridgeconnectingenterpriseresourceplanning(ERP)andprocesscontrolsystem(PCS),thekeyofintegratedautomationsystemofprocessindustrybasedonERP/MES/PCS.Accordingtotheproductioncharactersofcement,thearchitectureandfunctionofMESofcementproductionprocessareanalyzed,andfuctionmodulesaredesigned.Keywords:cementERPMESPCS1引言水泥行业作为国民经济支柱产业之一，在我国国民经济中占据重要地位。在新形势下，企业如何完善管理、优化资源、从而提高企业的竞争力，成为企业日益关注的问题。为实现我国建材行业“由大变强，靠新出强”的战略目标，使生产技术和产品质量再上一个新台阶，必须全面提高水泥企业制造信息化的技术水平[1]。水泥生产工艺复杂，各工序间调度难度大，实时性要求高。多数企业在运营中已经应用分布式控制系统（DCS）和信息管理系统（MIS），基础自动化程度较高，但生产管理、生产调度以及决策等方面基本还是人工管理，自动化程度较低。企业的生产管理与过程控制之间相互分离，集成程度低。制造执行系统（MES）是ERP和PCS之间的信息纽带，是整个水泥企业综合自动化生产与运营的核心环节，通过MES及相关技术，使下层生产的实时信息和上层企业资源管理的各类信息融合和贯通，实现水泥生产过程的优化控制、优化运行和优化管理的信息集成。2水泥生产过程制造执行系统的体系结构水泥MES执行由ERP制定的计划，根据实时生产信息调整生产做出调度，并将有关资源利用和库存情况的准确信息实时地提供给ERP系统。MES还能将生产目标和生产规范自动转化为过程设定值，并通过PCS中的优化软件对应到阀门、泵等控制设备的参数设置。同时，MES将从DCS采集来的生产数据与质量指标进行对比和分析，可以提供闭环的质量控制[2]。MES实现生产全过程的物流与设备的跟踪、调度、协调、运行和管理功能。它需要收集生产过程中大量的实时数据，并对实时事件及时处理。同时又与计划层和控制层保持双向通信能力，从上下两层接受相应数据并反馈处理结果和生产指令。实现水泥生产管理对生产计划与调度指令直接下达到水泥生产车间，生产业绩的日反馈，实现生产实时数据分级传递与监控，辅助生产决策，实现水泥生产的物料管理和物料平衡，水泥生产的能耗管理和能耗平衡，质量管理与控制，基于生产厂、作业区和工序的生产过程动态成本控制，实现水泥关键设备、工序的远程监控，生产信息的反馈。水泥生产过程MES在企业资源计划产生的计划数据指导下，根据底层过程控制系统中采集的与生产相关的实时数据，进行车间生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。结合水泥工业生产特点，MES的研究重点以水泥熟料烧成及磨机车间（或分厂）的业务流程为基础进行展开。水泥企业MES的体系结构如图1所示，其功能包括动态成本、生产调度管理、计划统计管理、设备管理、质量管理、库存管理和综合查询管理等子系统。图1水泥MES的体系结构2.1水泥生产过程MES的功能水泥MES通过对水泥生产过程的不断跟踪与监视，及时找出生产中的瓶颈和存在的问题，进行总的调度和控制，提取工况信息、设备状态、库存信息，按照生产计划（产量、质量）要求，实时安排单元加工任务，实现水泥全过程的不断改进，降低生产成本，提高劳动生产率。生产执行系统按照生产计划和设备的运行状况组织生产，通过生产调度管理实现对主体设备状态和生产工序工艺地再现，主要包括产量信息、质量检测信息、主要技术经济指标信息和成本监控信息，调度人员可以及时掌握生产现场的重要状况，以保证生产正常运行；给每个作业区下达作业计划，记录调度交接和指令，为管理人员和调度人员了解调度状况提供依据；设定经济技术指标和设备状态指标，同时监控各种指标的变化，以及时调整指标偏差，每天记录生产过程中各种设备的运行情况、质检结果、中间仓储量情况和产量信息，并且计算出相关的经济技术指标和设备状态指标整理出调度日报。实现对各种经济指标的计算；及时收集生产过程的生产信息；监控各种设备的运行情况；及时处理可能发生的断料情况；协调各工序之间可能出现的问题，以保证生产连续、稳定、顺利进行。包括动态成本控制子系统、生产调度管理子系统、计划统计管理子系统、设备管理子系统、质量管理子系统、库存管理子系统和综合查询子系统。2.2成本控制子系统根据采集上来的数据或录入的数据进行成本的计算，同时进行成本的动态发布和监控，使成本控制发生在生产过程中，而不是在生产的完成后，以达到降低成本的目的；与企业资源管理中静态的资产管理相连接,对生产过程的中间库存和中间产品动态信息进行管理，提供成本和物流控制与管理的信息支持[3]。包括成本预测模块、成本计划模块、成本核算模块、成本监控模块、成本分析模块、成本考核模块、基础信息模块和系统维护模块。2.3生产调度管理子系统保证生产正常运行和产品质量，同时对主体设备状态和相关指标进行监控，通过预测模型，建立算法，优化对生料制备、烧成系统、水泥制备等各环节的实时调度，科学、合理地组织与指挥生产，实现本分厂（车间）的局部优化。包括信息监控模块、调度信息管理模块、生产经营管理模块、基础信息模块和系统维护模块。2.4计划统计管理子系统实现年度和月份的生产经营计划、作业计划、设备运行计划生产组织计划等相关生产计划，同时进行生产计划的统计分析和管理，还要完成与调度系统的交接管理，包括计划管理模块、统计管理模块、经营分析模块和系统维护模块。2.5设备管理子系统设备维护管理系统基于设备的基础信息，根据生产过程实时信息，对设备运行状态进行在线或离线诊断，产生并传递即时的影响生产的有关维护信息，指导设备维护管理，保存历史事故和故障信息，提供故障诊断库，对异常事故提出报警和分析处理[4]。包括设备档案管理模块、设备运行管理模块、设备检修管理模块、备件材料管理模块、综合统计管理模块和系统维护模块。2.6质量管理子系统以生、熟料化验管理为核心，立足PCS提供的现场实时信息，结合水泥连续生产的设备状态及工艺状态后，对PCS控制系统的生、熟料配料、均化，以及熟料煅烧提出指导建议，最终达到稳定水泥生产质量的目的。将实验室数据为原料采购、生产过程控制与管理、生产技术管理、产品销售等活动所共享，完成样品管理、样品跟踪、实验数据采集、质量标准管理等。包括基础信息管理模块、质量统计模块、质量分析模块、质量规程管理模块和系统维护模块。2.7库存管理子系统主要由供应和仓库管理系统完成，实现配合生产计划进行物资发放（原料矿石、设备维护工具、配件）和半成品（生料、熟料）、成品（水泥）的入库，实现库存盘点、调拨以及物资的日常管理工作，并采用适当的算法或方式进行损益管理。主要功能模块包括：原辅材料、设备的检验、原辅材料的检斤、物料流程变动监控、物料库存监控等。2.8综合查询管理子系统在上述子系统的基础上，主要对各种生产情况，技术经济指标、设备运行情况、能源消耗进行综合查询，便于管理人员及时准确的了解各种信息，为管理人员提供决策和计划的依据。水泥生产过程MES是建立在水泥生产过程控制系统基础上的生产执行系统，通过计算机网络实现信息的集成，一般可利用OPC和ODBC等技术，通过自主开发外挂程序实现各子系统的数据互联与共享[5]。水泥MES各子系统模块功能通过网络与数据库相互传递信息，实现了MES的高度集成，加快了信息传递速度，大大提高了企业的竞争力。3结语水泥MES是水泥工业信息集成的关键环节，下层生产过程的实时信息和上层企业管理等信息都在这个层次里融合、贯通，并通过信息集成形成优化控制、优化调度和优化决策等的判断和指令。企业生产过程的连续、稳定、低耗、优质、高产目标的实现，企业内部物流的控制与管理、生产过程成本控制与管理等生产管理活动等都在这个层次完成，是生产活动和管理活动信息集成的重要桥梁和纽带。水泥生产过程MES是以信息技术为支撑，实现了物流、价值流、信息流的集成。参考文献1庄春来,刘作毅.水泥工业2004年经济运行情况分析及2005年展望[J].中国水泥,2005,1:17–212刘秀彬,栾玉梅.流程工业综合自动化系统的核心MES系统[J].应用能源技术,2003(4):47-493纪志祥.流程工业管控一体化的关键—制造执行系统[J].山东纺织经济,2006(1):71-724柴天佑,金以慧,任德祥等.基于三层结构的流程工业现代集成制造系统[J].控制工程,2002,9(3):1-65王孝红,于洪亮,徐心和.水泥企业CIMS关键技术分析[J].控制与决策,2005,20(8):927-930