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摘 要:隨著煙草行業(yè)分組加工模式的不斷引入和應用，各煙草生產(chǎn)企業(yè)對MES提出了更高的要求。本文基于GE的Proficy 軟件產(chǎn)品，提出適合煙草行業(yè)生產(chǎn)模式的獨特的“三三”MES解決方案框架，并將其應用到常德卷煙廠芙蓉王制絲專線項目中，從運行效果看，基于上述思想的MES系統(tǒng)真正實現(xiàn)了煙草行業(yè)所期望的“管控一體化”，搭建起常德煙廠“數(shù)字煙草”平臺。
1. 項目背景
國家局在《中國卷煙科技發(fā)展綱要》中明確提出：要以市場為導向，保持和發(fā)展中國卷煙的特色，大力發(fā)展中式卷煙。分組加工是發(fā)展中式卷煙的關(guān)鍵，為此需要在卷煙原料、產(chǎn)品設計、加工工藝、加香加料 、設備及控制等方面開展針對性的優(yōu)化和重整。實現(xiàn)產(chǎn)品設計系統(tǒng)化、加工精細化、控制智能化、生產(chǎn)集約化。
為此，煙草MES必須能夠滿足全配方、分組加工的要求，通過煙草MES，打造中式卷煙特色工藝，實現(xiàn)產(chǎn)品“個性化”、“差異化”，提升煙葉原料使用價值。
2.GE的Proify MES解決方案簡介
GE Proficy是GE 推出的擁有統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的綜合軟件解決方案品牌。 Proficy包括iFix HMI軟件、Historian 實時歷史數(shù)據(jù)庫、Plant Application 工廠應用模塊、Portal 企業(yè)門戶、DataMart 數(shù)據(jù)倉庫、Workflow等系列產(chǎn)品。Proficy通過持續(xù)提高實時企業(yè)的生產(chǎn)力、贏利能力和競爭優(yōu)勢為企業(yè)提供了一個真正綜合的、開放的商務解決方案。Proficy將 GE制造領(lǐng)域的專業(yè)經(jīng)驗和六個西格瑪方法相結(jié)合， 控制和優(yōu)化生產(chǎn)過程，采集、分析數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成信息，使得用戶能進行實時操作，確保生產(chǎn)流程順利、高效運轉(zhuǎn)，并得到更高的投資回報。
Proficy是市場上最好的工廠性能分析和生產(chǎn)執(zhí)行解決方案, 在打造煙草行業(yè)MES解決方案時，GE突破市場上現(xiàn)有的MES構(gòu)建模式，提出“三三”的構(gòu)架思想，真正實現(xiàn)“管控一體化”。“三三”是指“三模統(tǒng)一”、“三級協(xié)調(diào)”、“三級聯(lián)動”。
“三模統(tǒng)一”是指現(xiàn)場設備模型、生產(chǎn)執(zhí)行跟蹤模型和計劃調(diào)度模型是一致的。“三模統(tǒng)一”使得模統(tǒng)一”的思想突破了國內(nèi)現(xiàn)有MES的粗放的“金字塔”建設模式，使得MES系統(tǒng)的內(nèi)容和搭建更加清晰、全面。使得生產(chǎn)調(diào)度指令能夠細化到機臺、儲柜，生產(chǎn)執(zhí)行跟蹤模型能夠細化到工序、機臺工單，生產(chǎn)控制參數(shù)能夠直接下達到設備。
“三級協(xié)調(diào)”是物料管理在生產(chǎn)過程中不同階段的管理模式。在計劃階段，計劃調(diào)度層提供物料需求計劃給各高架庫、平庫以及糖香料廚房和配送中心;在生產(chǎn)前，執(zhí)行跟蹤層向各高架庫、平庫以及糖香料廚房和配送中心發(fā)出準備出料指令;在生產(chǎn)時，執(zhí)行跟蹤層向各高架庫、平庫以及糖香料廚房和配送中心的控制系統(tǒng)發(fā)出出庫指令。三級協(xié)調(diào)能夠保證物料及時準確地進行供應，保證現(xiàn)場生產(chǎn)。
“三級聯(lián)動”是指計劃調(diào)度層、執(zhí)行跟蹤層、過程控制層在生產(chǎn)過程中進行生產(chǎn)聯(lián)動。當計劃調(diào)度層下達指令后，執(zhí)行跟蹤層隨即根據(jù)指令下達相應的工藝控制參數(shù)的過程控制層。同時過程控制層反饋信息到執(zhí)行跟蹤層，執(zhí)行跟蹤層更新工單執(zhí)行狀態(tài)，并反饋給計劃調(diào)度層。計劃調(diào)度層在根據(jù)反饋狀態(tài)和訂單進行重新排程和滾動調(diào)度。“三級聯(lián)動”是實現(xiàn)生產(chǎn)自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵。通過“三級聯(lián)動”，可以進行高架庫的出料正確性檢驗，可以進行工單執(zhí)行的防錯聯(lián)鎖。并可以實現(xiàn)生產(chǎn)的“一鍵式”觸發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的“管控一體化”。
3.基于“三三”的Proify解決方案在常德卷煙廠的應用
常德卷煙廠是全國的煙草生產(chǎn)重點企業(yè)，“芙蓉王”系列卷煙占據(jù)了中國高端煙草的主要市場。根據(jù)生產(chǎn)的需要，常德卷煙廠要新建一條 6000 公斤制絲生產(chǎn)線，生產(chǎn)線采用國內(nèi)領(lǐng)先的分組加工工藝，可以適應市場對小批量，多品種的需求。同時，為了提高生產(chǎn)管理的水平，提高整體生產(chǎn)自動化的能力，常德煙廠提出在傳統(tǒng)的制絲控制系統(tǒng)和監(jiān)控功能之上引入 MES 生產(chǎn)管理系統(tǒng)，旨在加強對分組加工生產(chǎn)的指揮作用并提高效益。
常德卷煙廠制絲專線MES系統(tǒng)根據(jù)功能可以劃分為下列幾個子系統(tǒng)：系統(tǒng)管理子系統(tǒng)，生產(chǎn)管理子系統(tǒng)、工藝管理子系統(tǒng)、質(zhì)量管理子系統(tǒng)、設備管理子系統(tǒng)、系統(tǒng)建模子系統(tǒng)以及報表子系統(tǒng)。
在硬件網(wǎng)絡架構(gòu)方面，采用iFix雙機冗余方式進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，并將實時歷史數(shù)據(jù)存放在單獨的Historian服務器中。采用Stratus 容錯服務器作為MES的主服務器，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時單獨設立MES業(yè)務歷史數(shù)據(jù)庫用于存儲MES業(yè)務歷史數(shù)據(jù)，以減輕MES主服務器的負荷。
采用控制網(wǎng)和MES的雙網(wǎng)架構(gòu)，以保證控制網(wǎng)的網(wǎng)絡安全， 控制網(wǎng)采用1000M的ProfiNet冗余環(huán)網(wǎng)。管理網(wǎng)通過防火墻向公網(wǎng)發(fā)布監(jiān)控畫面和WEB報表。
在應用“三三”架構(gòu)時，我們以下方面進行考慮和規(guī)劃。
1)計劃排程方面，為了實現(xiàn)工單和控制參數(shù)的一鍵下達，需要突破過去排產(chǎn)僅僅到工藝段的粗放模式，為此，在計劃排程的模型建立中，儲柜以及具體的加工設備都進行了建模。優(yōu)化排產(chǎn)時，系統(tǒng)自動優(yōu)化產(chǎn)生的工單細化到儲柜。同時，為了進行滾動調(diào)度，各儲柜的狀態(tài)也及時反饋的排產(chǎn)模型中。 2)生產(chǎn)協(xié)調(diào)方面，MES除要完成相應的功能之外，還需要相關(guān)的廠商進行配合。如物料信息在不同設備上位系統(tǒng)之間的傳遞。工單信息下達和工單執(zhí)行信息及時的反饋都需要設備廠商在設計和聯(lián)調(diào)時充分考慮和設計。
3)工單下達方面，和各系統(tǒng)集成商進行協(xié)調(diào)，規(guī)定相應的工單狀態(tài)字、控制通道號，使得工藝參數(shù)、控制工單能夠雖工單一同下達的生產(chǎn)現(xiàn)場。
整個項目于2009年8月投入試運行，2009年10月進行量產(chǎn)。目前，系統(tǒng)運行穩(wěn)定良好。客戶對整個系統(tǒng)的性能和作用給出高度評價。該項目的實施為常德卷煙廠打造“數(shù)字煙草”打下堅實的基礎。
4.總結(jié)與展望
本文針對煙草行業(yè)的分組加工模式，提出“三三”的MES架構(gòu)思想，并在常德卷煙廠芙蓉王制絲專線進行應用。從系統(tǒng)的運行效果看，實現(xiàn)了煙草加工“管控一體化”的目標。未來，在我們將和合作伙伴秦皇島煙機一起，為常德卷煙廠實施智能在線評估功能，將煙草MES的應用提升到新的高度。
關(guān)于GE智能平臺
GE智能平臺是一個提供高新技術(shù)的企業(yè)，它為世界各地的用戶提供用于自動化控制的軟件、硬件和技術(shù)服務以及嵌入式計算。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋�獨特的，靈活的，超可靠的技術(shù)基礎，使得他們在包括能源、水處理、消費品、國防和防御，以及通訊等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獲得持續(xù)的優(yōu)勢。GE智能平臺是一家總部設在美國弗吉尼亞州的夏洛茨維爾的全球性企業(yè)，是GE企業(yè)解決方案集團公司的一員。想獲取更多信息，請訪問：www.ge-ip.com。
關(guān)于GE企業(yè)解決方案
GE企業(yè)解決方案通過提供集成的解決方案幫助客戶提升生產(chǎn)力和收益，這些解決方案涵蓋了傳感器和無損檢測、安防和生命安全技術(shù)、電力系統(tǒng)保護和控制以及工廠自動化和嵌入式計算系統(tǒng)。企業(yè)解決方案的高科技、高增長的業(yè)務包括傳感與檢測技術(shù)，安防，數(shù)字能源和智能平臺。世界各地60多個國家的17000多名員工為客戶解決各種問題。