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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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(shè)計、加工工藝、加香加料 、設(shè)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(shè)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(yīng)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(wù)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(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)，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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)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(luò)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(wù)器中。采用Stratus 容錯服務(wù)器作為MES的主服務(wù)器，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時單獨設(shè)立MES業(yè)務(wù)歷史數(shù)據(jù)庫用于存儲MES業(yè)務(wù)歷史數(shù)據(jù)，以減輕MES主服務(wù)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(luò)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(yīng)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(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)備廠商在設(shè)計和聯(lián)調(diào)時充分考慮和設(shè)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(yīng)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�？蛻魧φ麄�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(chǔ)。
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(yīng)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(yīng)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(wù)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(chǔ)，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(shè)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(wù)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。