制藥企業(yè)生產(chǎn)車間自動化功能的設計與實現(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高的要求，需要盡可能減少車間工作人員與設備。致使無法對車間級的生產(chǎn)過程進行實時的調(diào)度安排．導致生產(chǎn)與計劃相互脫節(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強調(diào)制造計劃的執(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)計算機應用的不斷推廣，企業(yè)信息化應用水平逐漸提高，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，在我國企業(yè)中開發(fā)和應用好MES，對于提高企業(yè)競爭力。縮小與發(fā)達國家企業(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的需要。制藥企業(yè)在制造業(yè)中是一個特殊的行業(yè)，其特殊在于對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備，而由此導致無法對車間級的生產(chǎn)過程進行實時的調(diào)度安排，導致生產(chǎn)與計劃相互脫節(jié)。本文引入了制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）完成生產(chǎn)車間信息自動化，解決了上述矛盾。

二、生產(chǎn)車間信息系統(tǒng)

針對當前制藥企業(yè)生產(chǎn)管理中普遍存在的問題，通過對MES功能本質(zhì)的分析，筆者提出了以下三層結構——企業(yè)信息化（EIS）／制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）／過程控制系統(tǒng)（PCS）、兩級數(shù)據(jù)庫平臺（實時數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫）的信息化管理解決方案。

（1）控制層（PCS）

PCS層主要負責生產(chǎn)過程的自動控制與現(xiàn)場數(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)場總線（ProfiBUS）構成基本網(wǎng)絡（含I/O接口模塊、傳感器、開關、智能儀表、AS2I總線主站、計算機通訊接口程序等）；工業(yè)現(xiàn)場總線采用總線拓撲結構（ProfiBUS2DP），總線兩端有終端電阻。這樣結構使系統(tǒng)具有擴展性，維護方便；高性能的工業(yè)控制計算機和對成熟組態(tài)軟件WinCC的二次開發(fā)形成車間現(xiàn)場數(shù)據(jù)的監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）執(zhí)行層（MES）

MES層的主要功能是動態(tài)的生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)過程實時監(jiān)控和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析。MES系統(tǒng)主要由MES軟件、MES數(shù)據(jù)庫服務器、MES調(diào)度臺、車間作業(yè)信息顯示屏等構成，采用星型拓撲結構的工業(yè)以太網(wǎng)絡聯(lián)接；該網(wǎng)絡連接集中于中央節(jié)點，便于網(wǎng)絡維護和資源配置，當網(wǎng)絡中一個節(jié)點出現(xiàn)故障時，易于進行隔離檢測和維護，不會對其他節(jié)點造成很大影響，不會導致整個網(wǎng)絡的崩潰，同時網(wǎng)絡節(jié)點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）

計劃層即企業(yè)資源規(guī)劃層（EIS），EIS層主要進行管理決策與生產(chǎn)計劃，重點突出EIS管理平臺的建設。目前，適于不同需求的EIS系統(tǒng)已較成熟，可直接用于計劃層的信息管理。通過建立企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)（Intranet），實現(xiàn)計劃層內(nèi)部信息的傳輸及計劃層、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)布與電子商務的平臺。

三、車間監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設計與開發(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)。它通過對制造過程的實時監(jiān)控和動態(tài)調(diào)度，根據(jù)ERP下達的生產(chǎn)計劃，利用車問的各種生產(chǎn)資源、生產(chǎn)方法和豐富的實時現(xiàn)場信息，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：從計劃管理層獲取日生產(chǎn)計劃；對生產(chǎn)車間資源的管理，如任務訂單、物料與在制品、生產(chǎn)設備、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；主調(diào)度終端與各工序終端之間進行消息傳遞和數(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)庫結構設計以能夠及時、準確、有效地滿足系統(tǒng)功能為首要目標。在數(shù)據(jù)庫建立時，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)庫的設計以滿足第三范式為標準，并嚴格遵守參照完整性規(guī)則。監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)服務器是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中心，它的數(shù)據(jù)庫結構和數(shù)據(jù)內(nèi)容是系統(tǒng)其他終端模塊建立的參照藍本。根據(jù)車間調(diào)度系統(tǒng)的功能需要，以及數(shù)據(jù)實時統(tǒng)計和及時上報管理層的要求，調(diào)度系統(tǒng)服務器采用SQLServer2000數(shù)據(jù)庫，分為統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫。

（2）監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設計

生產(chǎn)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)采用ARM＋WINDOWS CE瘦客戶機／服務器（Thin-Client／Server）體系結構，將調(diào)度系統(tǒng)應用程序的配置、管理、維護和運行都放在調(diào)度系統(tǒng)服務器上完成，而Windowsdows終端只作為簡化的人機接121界面為用戶提供服務，從而極大地增強了系統(tǒng)的集成性和可維護性。

監(jiān)控模塊：主要包括設備狀況監(jiān)控和生產(chǎn)流程監(jiān)控兩個子功能模塊。設備狀況監(jiān)控子模塊，與系統(tǒng)控制層的PLC終端進行通信，用于對生產(chǎn)系統(tǒng)中各主要加工機床的運行狀況進行在線監(jiān)控。在被監(jiān)控的設備出現(xiàn)故障時，自動報警。生產(chǎn)流程監(jiān)控子模塊與監(jiān)控層的Windows終端進行通信，用于對生產(chǎn)系統(tǒng)中各任務的加工進程進行在線監(jiān)視。

作業(yè)調(diào)度模塊：主要功能是進行車間的生產(chǎn)調(diào)度。該模塊即可以采用基于瓶頸分析的啟發(fā)式算法對整個生產(chǎn)系統(tǒng)進行自動的實時動態(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)驗和對車間生產(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)則對各工序分別進行排產(chǎn)。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊：主要是針對生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)質(zhì)量等方面信息的在線統(tǒng)計，如機床利用率、平均在制品庫存、加權誤期任務數(shù)等。長期的統(tǒng)計分析結果可以從管理層統(tǒng)計系統(tǒng)查詢獲得；短期的統(tǒng)計分析可以統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源進行在線數(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、結束語

對企業(yè)來說，能夠?qū)崿F(xiàn)所購買的erp系統(tǒng)是前提，能穩(wěn)健運作并發(fā)揮ERP系統(tǒng)的優(yōu)勢提高自己企業(yè)的競爭力更是關鍵。（萬方數(shù)據(jù)）