日化行业MES系统研究与设计*

梁永宏

（广州中浩控制技术有限公司，广东广州 510070）

日化行业MES系统研究与设计*

梁永宏

（广州中浩控制技术有限公司，广东广州 510070）

制造执行系统（MES）是改善车间管理的重要信息化手段，但不同行业MES系统存在较大差异。针对当前日化行业生产管理存在的问题，提出了日化行业MES系统建设目标，设计出一种适用日化行业的MES系统架构，阐述了MES系统下的车间作业流程，并对软件功能模块进行了总体设计。对系统的应用情况进行了分析，并对系统发展进行了展望。

制造执行系统；日化行业；MES

0 前言

日化产品由日用化工原料组合生产，产品种类多，包括化妆品、洗涤用品、口腔用品、香味剂、除臭剂、驱虫灭害产品和其他日化产品。日化行业属于批次配方型生产模式，产品种类多，每个批次生产数量少，对产品质量和生产效率有较高要求。在整个生产过程中，原材料经过称料、配制、包装等多个工序最终形成成品，其中称料和配制对产品质量有决定性影响，在每个工序均需按照配方和SOP（标准作业程序）进行严格的控制。

目前很多日化产品生产企业已实施了ERP系统，用于对计划、库存、采购、销售、财务等经营活动进行管理。但在生产现场，由于缺乏车间层面的信息化系统，称料和配制的工人仍然需要手持纸质的配方和工艺要求单进行生产，并手动填写生产完成情况，生产的历史数据全部由工人手动填写在纸张记录上。这样在生产过程中，很难确保工人按SOP进行生产，工人很容易出现操作错误（如称重错误、投料错误等），当出现质量问题时，QA通过手工填写的纸质生产记录很难准确判断造成产品质量问题的根本原因。而管理人员难以了解生产现场的实际工单进度情况，生产报表只能依靠专人整理汇总，生产数据很难跟其他相关部门共享[1]。同时在日化生产中，比较注重生产工艺的持续改进，但由于缺乏传统模式缺乏对工艺参数的连续记录，很难对工艺的持续改进提供依据。

制造执行系统（MES）作为连接上层ERP系统和底层控制系统的中间层[2]，非常适合解决车间层面生产管理问题。基于此，有必要研制一套适应日化行业管理需要的MES系统。MES具有鲜明的行业特色，因此系统的建设必须和日化行业的生产组织模式及工艺相吻合。

1 系统建设目标

基于此，一个日化行业MES系统的建设目标一般应包括：

（1）配方版本的集中控制；

（2）车间计划的排定；

（3）加工批次实时进度的透明化；

（4）配方称重；

（5）配制现场的作业指示；

（6）投料过程的精确控制；

（7）生产工艺参数的实时监测及持续优化；

（8）加工批次实时进度的透明化；

（9）权限控制；

（10）生产历史的自动记录及绩效分析。

2 系统架构

基于以上系统目标和作业流程，整个日化行业MES系统的硬件和网络架构一般应包含以下几部分：

（1）历史数据库服务器：由于日化MES需要存储连续的工艺、设备参数和加工历史，需要设置专门的历史数据库服务器，并采用专业的工业数据压缩技术，进行历史数据的存储；

（2）MES应用服务器：主要用于运行后台处理程序，管理远程客户端链接，实现MES核心应用逻辑；

（3）Web服务器：远程办公电脑经防火墙访问Web服务器，查询报表及统计数据；

（4）监控终端：用于集中监视各现场终端的任务完成情况、实际参数、报警情况等；

（5）工程师站：用于系统的整体维护、权限修改等；

（6）LED看板：用于显示汇总生产信息；

（7）称料站：在称料区域，设置多个称料站点。称料站点可配置有电脑、电子称、条码打印机、条码扫描枪等设备；

（8）现场操作站：在配制区每个反应釜旁，设置相应的现场操作站点。现场操作站应配置工业触摸屏电脑、条码扫描枪，并与现场的控制系统进行通讯。

整个系统采用工业以太网为骨干网络，以保证数据通讯的稳定可靠。同时与ERP系统预留网络接口，以实现数据的交互[3]。

整个系统的架构图如图1所示。

图1 系统硬件及网络架构示意图

3 作业流程设计

MES系统作为管理信息系统，其系统设计、运行和现场的作业流程密切相关。在日化行业，操作人员既需要手工添加粉料和助剂等小料，有时也需要通过管道添加大剂量的水和液体料等大料。

整个MES系统的作业流程设计将以配方电子化、物料条码化、操作规范化和记录精准化为核心指导思想，实施MES后的整体作业流程说明如下：

（1）ERP系统将工单和配方数据自动下载配方管理系统；

（2）在称料区域，工人按照工单和配方进行称料作业，并对物料粘贴条码；

（3）在现场触摸屏电脑上，操作员选择工单及对应的生产配方开始生产；

（4）对于大料，系统通过与底层PLC联动，系统自动加料，当加料重量符合配方要求时，系统自动停止加料；

（5）对于小料，在触摸屏上选择快速投料，进行手动加料，利用扫描物料条码进行记录；

（6）根据工艺要求，可以记录搅拌速度、时间等，并进行报警提示；

（7）系统对操作人员工作内容提示功能；

（8）系统进行配方跟踪，产生各种生产报表。

4 软件功能实现

基于以上的生产管理流程，整个系统的软件包含以下一些功能模块。

（1）配方管理

工厂可选择从ERP、EXCEL文件或独立的配方系统导入已有的产品配方，也可在系统中创建新的配方，并形成配方的不同版本，配方相关数据将统一存储在MES数据库中，在审核后可直接用于生产。

（2）生产计划管理

系统可从ERP或EXCEL文件导入主生产计划，或在系统中直接添加新的生产计划。车间计划员可以进一步对计划进行分解，并在系统中进行车间层面的详细排产，排定好的作业工单直接下达到称重及配制现场的电脑终端。

（3）称料管理

称料管理系统支持移动称料和固定站点称料两种不同的作业模式，可以与移动称料小车集成。主要包含以下功能：

原材料条码打印：对于仓库接收的原材料，可按照统一的格式打印条码标签进行物料标识。

称料计划管理：按照生产计划和配方，系统可以产生相应的称料任务，主管可以将称料任务分配给不同的称料人员，并查询相应的称料进度。

称料作业：按照称料任务要求，系统指导工人进行物料称重，打印出小包装物料条码，系统详细记录称料作业情况。

称料防错：在系统可利用条码扫描，对物料种类进行核对防错，并通过与电子称的接口，严格控制称重偏差。

条码管理：系统可以对污损的条码进行补打或重打，系统自动记录补打过程。

（4）配制监控系统

在主生产设备旁配制监控系统，通过可视化界面指挥操作工人进行生产，并实时的记录整个生产过程中的各参数变化、各项动作的具体操作时间等信息。主要包含以下功能：

1）生产任务指示：工人在生产现场的配制监控工作站，按照系统提示的生产计划进行加工生产；

2）投料控制：系统依据配方要求指导工人进行投料，对物料使用错误进行报警，详细记录投料过程；

3）工艺参数控制：对一些重要的过程参数如温度、压力、搅拌速度等进行监测，并提供超限预警功能；

4）电子作业指导书：系统可以将SOP电子化，并在现场终端直接显示相应的操作；

5）质检结果：由于日化行业往往采用按批生产的模式，而每一批次均需在加工后进行检验，因此系统需要能访问质检的记录结果，在质检通过后，结束工单；

6）清洗记录：用于管理反应釜的状态及清洗记录。

（5）集中监视系统

集中监视系统用于集中显示所有现场站点的工艺参数变化情况、操作步骤等。

（6）LED看板

生产主管部门可以通过LED看板实时监控各个工作站的生产计划完成情况以及告警信息。

（7）工艺参数管理

日化行业由于产品种类多，整个生产过程中人工干预多，很难做到完全自动化生产，而实验室预选给出的产品工艺参数往往不是最优参数，因此存在工艺参数持续优化的问题。

当质检部门发现某批次的产品质量优于现有标准时，工艺部门可以调取该批次的实际工艺参数变化曲线，并与标准参数曲线比对。审核通过后，可以直接设定该批次的工艺参数变化曲线设置为新的标准工艺曲线，指导工人按新的参数进行生产，从而实现工艺参数的持续优化。

工艺参数的采集，在技术上采用OPC工业协议，与底层的PLC控制系统进行交互[4]。

（8）权限控制

系统的所有操作都需要授权并被详细记录，权限根据需要可以分为多个级别。

（9）报表统计

系统提供多种生产报表，包括称料报表、批次生产记录、日生产记录、月统计记录、班组生产记录、报警记录等。

5 结束语

本文介绍的日化行业MES系统，已在企业成功试用，系统基本达到了设计要求。由于针对日化企业的业务特点进行了专门设计，系统可以在根本上规范工人的现场操作，降低现场差错率，实现物料的精准消耗，提升产品质量和作业效率。同时现场生产情况和报警的实时反馈，可以帮助管理人员及时对生产异常进行处理，生产调度更为顺畅。而自动的生产数据记录和分析，也大大节省了统计员的工作量。

事实上，依据配方进行加工的行业还有很多，但日化行业的加工工序相对较少，一般在单个操作单元内进行配制生产，因此本系统未过多涉及多工序间的协作和半成品控制，将来如果对这一部分功能加强，整个架构可进一步扩展到更多其他行业。

［1］沈怡.浅谈MES系统在统计工作中的应用与不足［J］.中国西部科技，2011（04）：27-28.

［2］王新亭，张怀京.企业生产执行系统的构建与实施［J］.软件导刊，2012（01）：112-113.

［3］阮学斌.生产过程制造执行系统的开发与应用［J］.江南大学学报：自然科学版，2010（10）：542-543

［4］王雪寒，辇玉玉，姚翠红，等.实时数据采集技术在生产制造执行中的应用［J］.工业控制计算机，2013（02）：18-19.

Research and Design of MES for Daily Chemical Industry

LIANG Yong-hong
（Guangzhou CH Control Technology Co.，Ltd，Guangzhou510070，China）

Manufacturing Execution System(MES)is an important method to improve management in workshop.But for MES,there is a big difference between different industries.Aimed to the management problems in workshop,It puts forward the main goal of building MES for Daily Chemical Industry,designs an architecture for MES,introduces the main workflow and the software functions.It also mentions the actual applications and future development.

manufacturing execution system；daily chemical industry；MES

TH166

：A

：1009－9492(2014)11－0059－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.11.016

梁永宏，男，1971年生，湖北襄阳人，硕士，系统分析师。研究领域：软件工程，制造执行系统，能源管理系统。已发表论文6篇。

(编辑：向 飞)

*广东省现代信息服务业发展专项资金项目（编号：GDEID2011IS014）

2014－05－20