22 | 自动化前沿 2014年3月

制造执行系统在烟草工业

企业中的应用

浙江中烟工业有限责任公司　钱杰　季琦　徐进

罗克韦尔自动化　赵熙朝

一、背景

制造执行系统 ( m a n u f a c t u r i n g

execution system，简称MES)是美国AMR

公司在90年代初提出的，意在加强计划的

执行能力，把车间作业的控制系统，通过

MES联系起来。AMR将其定义为：“位于

上层的计划管理系统与底层的工业控制之

间的面向车间的管理信息系统”[1]MES为

操作人员、管理人员提供计划的执行、跟

踪及所有资源(人、设备、物料、客户需

求等)的当前状态信息[2]由此可知，MES

系统旨在加强生产计划的执行能力，是生

产计划和车间作业控制的纽带和桥梁，填

补上层通信和底层控制的信息断层。

虽然杭州卷烟厂经过多年的内部信

息化建设建立了以ERP为中心的信息化管

理系统，但是各部门之间的系统都是独立

的，这就造成了信息的封闭，而且数据缺

乏准确性和实时性。因此杭州卷烟厂迫

切需要实现系统集成，资源整合以及信息

共享，建立从物料管理，生产监控，质

量管理到出货管理的通畅的信息流，实

现卷烟生产过程的全过程监控与追溯。

在这个形势下，杭州卷烟厂于2008年启

动MES(manufacturing execution system，

制造执行系统)，已经于2012年上半年进

行项目验收。下文将结合杭州卷烟厂MES

项目，从设计模型，设计原则，功能模块

以及平台技术等角度来分析此项目和系统

功能。

二、MES的功能模块

2.1 系统架构

MES系统处于上层的ERP系统和下层

的自动化管控系统之间，因此，MES能够

获取包括制丝管控系统、卷包数字化管

理系统、物流管控系统、质量检测设备

和动力能源系统等在内的自动化管控系

统的数据，并能对这些数据进行分类、

管理和分析，实时、准确的生产数据采

集并实现集成应用是MES得以成功的重要

基础[3,4]。通过对数据集的分析，能够指

导生产设备的各种操作，同时可以把分

析结果传递给信息管理层，MES在烟草行

业中的应用已越来越多[5,6]。通过对生产

过程数据与工艺标准数据的比对分析，

可以产生出包括生产、质量、设备、绩

效、质量、消耗等在内的相关报表，通

过统计分析，达到改进质量标准、优化

生产组织，降低生产原辅料消耗，降低

过程中的半成品库存，以及提高设备备

件利用率的各种目标。如图1系统层级图

所示，MES接收ERP计划产量，PDM的工

艺标准，来指导卷烟厂生产执行操作，

然后将执行结果反馈给ERP和PDM，形成

整个生产的闭环。

杭州卷烟厂卷烟的工艺流程大体

上分为制丝和卷包两个流程，制丝过程

包括切片，切丝，混丝三大过程，卷包

过程包括卷接和包装两个主要程序，制

丝过程为流水作业过程，卷包过程属于

离散型作业，各机组都有独立的卷接

和包装设备。制丝和卷包有各自的集

中控制系统，分别为制丝集控和卷包数

采。系统间详细流程图如图2所示，MES

从ERP(Enterprise Resource Planning，

企业资源计划系统 )接收杭州卷烟厂卷

烟生产订单生成作业计划，同时接收

PDM(Product Data Management，产

品数据管理 )的工艺标准，质量标准，

物料主数据和 B O M ,生成作业执行计

划，指导杭州卷烟厂制丝集控，卷包

数采，动力能源和物流系统的执行，

根据采集的过程数据反馈，将计划执

行结果等数据反馈给E R P，关闭生产

订单。

2.2 功能模块

M E S主要由主数据管理、生产管

理、工艺质量管理、设备管理、车间管

理、实时监控、批次管理、动力能源以

及用户管理等九大功能模块组成，以生

产执行、工艺质量管理和设备管理三大

模块为主，其它六个模块为辅，实现了

将上层的计划及时准确的传达给车间生

系 统 解决方案

自动化前沿 2014年3月 | 23

产控制现场，并把车间生产控制现场的

生产数据及情况实时的反馈给计划层，

从而实现对整个生产过的统一指挥与调

度。下面着重介绍生产管理，工艺质量

管理，设备管理和主数据管理等与生产

密切相关的四个模块。

(1) 生产管理

生产管理的主要功能是生产计划

的调度，它是E R P生产计划的延伸和

发展，它能使制丝计划自动的分解生

产工单，通过人工调整和下发，使生

产现场能及时准确地进行生产作业，

系统需要保证卷烟成品的供应，满足

市场供货的需求。M E S中生产计划调

度的详细流程图如图3所示，结合杭州

卷烟厂的实际设备情况，本模块主要

分了制丝生产调度、制丝生产执行、

卷包生产调度和卷包生产执行四个功

能点。

a) 制丝调度

制丝调度主要是根据成品烟丝需求

以及高架库和远程库的库存情况，在用

户选择预约物料时自动推算出所需物料

的数量，并能在预约物料不够的情况下

给出替代方案，为了增加灵活性，还可

以通过手动编辑来修改替代方案。根据

各产线的产能设计、工艺逻辑和生产计

划生成详细的作业工单。

b) 制丝执行

制丝执行是将作业工单发送给制丝

集控系统，以及高架库系统、糖香料厨

房系统等配套系统，使系统按作业工单

进行作业，生产结束后，对制丝集控系

统、高架库系统和糖香料厨房系统的生

产结果进行统计，以报表的形式展示给

终端用户。在作业过程中，可根据实时

监控情况对生产工单进行暂停、继续运

行以及中止等操作，操作人员对未下发

生产的作业工单可以进行修改。

c) 卷包调度

卷包调用主要根据从ERP计划生成喂

丝机工单和卷包机生产工单。

d) 卷包执行

与制丝执行类似，卷包执行也是

将作业工单下发给高架库系统和卷包数

采系统，高架库系统根据喂丝机工单将

相应的成品烟丝量发送至对应的喂丝机

台，喂丝机将烟丝输送至相应的卷接包

机组。

通过MES的生产管理功能保证了批

次任务之间的相互衔接和上下游工序的

执行，并且能够实现生产计划层与生产

车间控制现场的及时沟通。

(2) 工艺质量管理

质量管理主要是根据ISO9000质量管

理体系的要求，建立快速、高效、全过程

的质量反馈、质量处理和质量跟踪机制。

本模块根据主数据管理模块的工

艺质量标准，对生产过程中的数据进行

检验分析，以确保产品的质量。通过检

验批次的建立能实现生产数据的追踪和

管理，并能把生产过程中的异常数据反

馈到生产现场，从而能够对生产进行及

时的调整与改进。并能对某些数据进行

报警提示，使得用户可以更快的发现问

题，制定解决措施，进一步保证产品

质量。

本 模 块 的

另一个重要功能

是 过 程 质 量 评

测，过程质量评

测是对某个周期

内 生 产 的 牌 号

根 据 《 浙 江 中

烟 生 产 过 程 质

量 测 评 方 案 》

的 标 准 进 行 评

测，如工段、工

序段以及工序的N Y值和δ值以及工艺

质量参数的D P M O值、Q值、均值和

方差。

(3) 设备管理

设备管理包括设备润滑、设备维护

保养以及设备维修及停开机。系统能自

动提醒需要周期性维护的设备，使设备

能及时的得到保养和维护。统计设备维

修情况，对设备在维护、保养以及停机

检修的开始时间、停机时长、停机原因

等信息进行统计，用户通过报表可以清

晰的得到备件耗用情况，设备运行效率

和故障分析统计等信息。

(4) 主数据管理

MES从PDM得到BOM生效规则和工

艺质量参数等数据，并对各数据提供查

询、新建、生效和归档等功能，保证生

产按照相应的工艺标准进行生产。

三、平台技术

杭州卷烟厂MES系统的开发平台为

罗克韦尔自动化的FactoryTalk Production

Center平台。该平台可以将生产中的流程

抽象成不同的对象，从而为开发提供了

方便，对于数据库表的操作也是通过对

象来完成，减少了开发的难度，而且该

平台能使MES与企业的其它应用系统及底

系 统 解决方案

24 | 自动化前沿 2014年3月

层设备高效的集成。

FactoryTalk Production Center平台是

一个关键任务平台，特别针对于需要进

行实时生产管理的工业型应用。该平台

可以保证实时生产数据和企业管理信息

(如ERP、PDM等)的同步，也能保证意外

情况下车间生产的持续运转。

FactoryTalk Production Center平

台采用的3层 J 2 E E架构，可以独立于

Windows、Solaris或者Linux操作系统运

行，并支持当前主流的数据库平台。该

平台可灵活配置适用于各种类型复杂的

工厂企业，满足工厂级或者企业级应用

要求。

生产和质量管理构成了FactoryTalk

Production Center的核心平台，可以灵

活地创建复杂的实时生产环境，帮助企

业跟踪和提高产品质量，实时监控生产

速度和控制损耗，从而提高企业管理能

力，有效缩短生产周期。

FactoryTalk Production Center平台同

时支持Java和http/https客户端程序和脚

本，可同时适用于高速和缓慢的网络及

便携式设备。利用FactoryTalk面向服务的

架构(SOA)，可以非常容易地与其他支持

FactoryTalk的应用软件和硬件共享信息资

源，也可以轻松地实现与第三方系统的

数据共享。

FactoryTalk Production Center平台

是一个推进制造业走向成熟的企业级信

息解决方案，它将每天的生产数据自动

记录并进行转换，将设备资产、生产资

源、供应商和质量信息与跟踪机制相结

合，以实现真正可视化与完善的制造过

程控制。

四、结束语

杭州卷烟厂MES目前很好的支持了

全配方生产模式，进行了分组加工生产

模式的系统测试。MES是制造过程中的

上层计划和下层生产现场之间的纽带和

桥梁，把ERP、PDM等计划层和制丝集控

系统、高架库系统、糖香料厨房系统以

及卷包数采系统等底层控制系统连接起

来，通过信息的准确、快速下达和生产

数据的及时反馈，避免了生产过程中的

信息孤岛。通过MES的实施，将会把卷烟

厂的各个系统采集的数据实现集中，实

现生产制造的精细化、柔性化，提高了

烟草行业生产的现代化、信息化和管理

水平，真正实现以信息化促进工业化的

整体目标。在全球化竞争的今天，帮助

企业在竞争日益激烈的国际市场上取得

竞争优势。

系 统 解决方案