制藥企業(yè)生產(chǎn)車間自動(dòng)化功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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制藥企業(yè)是一特殊的行業(yè)，在無茵和潔凈度方面有相當(dāng)高的要求，需要盡可能減少車間工作人員與設(shè)備。致使無法對(duì)車間級(jí)的生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)度安排．導(dǎo)致生產(chǎn)與計(jì)劃相互脫節(jié)。本文為了解決這一矛盾，引入制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）完成生產(chǎn)車間信息自動(dòng)化。

一、引 言

制造執(zhí)行系統(tǒng)MES是90年代由MESA提出的面向車間的管理信息系統(tǒng)，它的出現(xiàn)。在企業(yè)計(jì)劃管理和車問生產(chǎn)控制之間架起了一座信息溝通和管理的橋梁，MES強(qiáng)調(diào)制造計(jì)劃的執(zhí)行和產(chǎn)品制造過程的控制，能夠優(yōu)化管理程序，強(qiáng)化管理過程，量化管理效能，提高管理的透明度和敏捷性。

隨著企業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷推廣，企業(yè)信息化應(yīng)用水平逐漸提高，企業(yè)越來越需要車間執(zhí)行層的管理信息系統(tǒng)。因此，如何深刻理解MES內(nèi)涵。把握發(fā)展趨勢(shì)，在我國(guó)企業(yè)中開發(fā)和應(yīng)用好MES，對(duì)于提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家企業(yè)差距是迫在眉睫的事情，也將是企業(yè)信息化水平深層次推進(jìn)的需要。制藥企業(yè)在制造業(yè)中是一個(gè)特殊的行業(yè)，其特殊在于對(duì)無菌和潔凈度方面的要求非常高，需要盡可能減少車間工作人員與設(shè)備，而由此導(dǎo)致無法對(duì)車間級(jí)的生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)度安排，導(dǎo)致生產(chǎn)與計(jì)劃相互脫節(jié)。本文引入了制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）完成生產(chǎn)車間信息自動(dòng)化，解決了上述矛盾。

二、生產(chǎn)車間信息系統(tǒng)

針對(duì)當(dāng)前制藥企業(yè)生產(chǎn)管理中普遍存在的問題，通過對(duì)MES功能本質(zhì)的分析，筆者提出了以下三層結(jié)構(gòu)——企業(yè)信息化（EIS）／制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）／過程控制系統(tǒng)（PCS）、兩級(jí)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫）的信息化管理解決方案。

（1）控制層（PCS）

PCS層主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與初步分析。以PLC作為過程狀態(tài)和工藝、質(zhì)量參數(shù)采集的基本單元，以AS2I總線和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線（ProfiBUS）構(gòu)成基本網(wǎng)絡(luò)（含I/O接口模塊、傳感器、開關(guān)、智能儀表、AS2I總線主站、計(jì)算機(jī)通訊接口程序等）；工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（ProfiBUS2DP），總線兩端有終端電阻。這樣結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)具有擴(kuò)展性，維護(hù)方便；高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和對(duì)成熟組態(tài)軟件WinCC的二次開發(fā)形成車間現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）執(zhí)行層（MES）

MES層的主要功能是動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析。MES系統(tǒng)主要由MES軟件、MES數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、MES調(diào)度臺(tái)、車間作業(yè)信息顯示屏等構(gòu)成，采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接；該網(wǎng)絡(luò)連接集中于中央節(jié)點(diǎn)，便于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和資源配置，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，易于進(jìn)行隔離檢測(cè)和維護(hù)，不會(huì)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)造成很大影響，不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的崩潰，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接線方式也便于系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。

（3）企業(yè)信息化層（EIS）

計(jì)劃層即企業(yè)資源規(guī)劃層（EIS），EIS層主要進(jìn)行管理決策與生產(chǎn)計(jì)劃，重點(diǎn)突出EIS管理平臺(tái)的建設(shè)。目前，適于不同需求的EIS系統(tǒng)已較成熟，可直接用于計(jì)劃層的信息管理。通過建立企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)（Intranet），實(shí)現(xiàn)計(jì)劃層內(nèi)部信息的傳輸及計(jì)劃層、執(zhí)行層之問信息的交互；并通過與互聯(lián)網(wǎng)（Intemet）的連接，建立企業(yè)公共信息發(fā)布與電子商務(wù)的平臺(tái)。

三、車間監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

圖4-3中的陰影部分主要位于MES層，是車間生產(chǎn)信息化管理方案的核心，即車間監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)。它通過對(duì)制造過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)度，根據(jù)ERP下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃，利用車問的各種生產(chǎn)資源、生產(chǎn)方法和豐富的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)信息，快速、低成本地制造出高質(zhì)量的產(chǎn)品。車間監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)功能包括：從計(jì)劃管理層獲取日生產(chǎn)計(jì)劃；對(duì)生產(chǎn)車間資源的管理，如任務(wù)訂單、物料與在制品、生產(chǎn)設(shè)備、人員等；生產(chǎn)車間作業(yè)調(diào)度；車間生產(chǎn)過程監(jiān)控：車間生產(chǎn)過程信息在線統(tǒng)計(jì)；主調(diào)度終端與各工序終端之間進(jìn)行消息傳遞和數(shù)據(jù)庫共享。

圖4-3 基于MES和生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地滿足系統(tǒng)功能為首要目標(biāo)。在數(shù)據(jù)庫建立時(shí)，需要將各種信息分類和歸納，通過建立不同功能的表和相應(yīng)字段保障數(shù)據(jù)信息的完整性和有效性。以下數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)以滿足第三范式為標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格遵守參照完整性規(guī)則。監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中心，它的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)內(nèi)容是系統(tǒng)其他終端模塊建立的參照藍(lán)本。根據(jù)車間調(diào)度系統(tǒng)的功能需要，以及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和及時(shí)上報(bào)管理層的要求，調(diào)度系統(tǒng)服務(wù)器采用SQLServer2000數(shù)據(jù)庫，分為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

（2）監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

生產(chǎn)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)采用ARM＋WINDOWS CE瘦客戶機(jī)／服務(wù)器（Thin-Client／Server）體系結(jié)構(gòu)，將調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用程序的配置、管理、維護(hù)和運(yùn)行都放在調(diào)度系統(tǒng)服務(wù)器上完成，而Windowsdows終端只作為簡(jiǎn)化的人機(jī)接121界面為用戶提供服務(wù)，從而極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的集成性和可維護(hù)性。

監(jiān)控模塊：主要包括設(shè)備狀況監(jiān)控和生產(chǎn)流程監(jiān)控兩個(gè)子功能模塊。設(shè)備狀況監(jiān)控子模塊，與系統(tǒng)控制層的PLC終端進(jìn)行通信，用于對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)中各主要加工機(jī)床的運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)控。在被監(jiān)控的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)報(bào)警。生產(chǎn)流程監(jiān)控子模塊與監(jiān)控層的Windows終端進(jìn)行通信，用于對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)中各任務(wù)的加工進(jìn)程進(jìn)行在線監(jiān)視。

作業(yè)調(diào)度模塊：主要功能是進(jìn)行車間的生產(chǎn)調(diào)度。該模塊即可以采用基于瓶頸分析的啟發(fā)式算法對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)調(diào)度；也可以由車間調(diào)度員，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)車間生產(chǎn)狀況的分析，采用調(diào)度模塊提供的一些常用的調(diào)度規(guī)則對(duì)各工序分別進(jìn)行排產(chǎn)。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊：主要是針對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)質(zhì)量等方面信息的在線統(tǒng)計(jì)，如機(jī)床利用率、平均在制品庫存、加權(quán)誤期任務(wù)數(shù)等。長(zhǎng)期的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可以從管理層統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)查詢獲得；短期的統(tǒng)計(jì)分析可以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行在線數(shù)據(jù)分析，為確定生產(chǎn)瓶頸和在線生產(chǎn)與質(zhì)量提供依據(jù)。

四、結(jié)束語

對(duì)企業(yè)來說，能夠?qū)崿F(xiàn)所購買的erp系統(tǒng)是前提，能穩(wěn)健運(yùn)作并發(fā)揮ERP系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)提高自己企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力更是關(guān)鍵。（萬方數(shù)據(jù)）