MES 系统在MARKⅢ型薄膜陆地罐围护系统中的设计及应用

孙 剑，戚尔浩，管延敏，鲍星龙

（江苏科技大学 船舶与海洋工程学院，江苏 镇江）

LNG 陆地储罐在我国发展较晚，其当前的生产模式多采用传统的人工排产和人工调度的方法，加之围护系统生产工序繁多、信息交互存在较大的滞后性，无法满足现代化企业的需求。随着数字化、智能化技术的发展，薄膜罐围护系统生成管理模式应该不断向智能管理方向转变，运用科技使得薄膜罐整个生产过程中的资源配置、风险把控等都得到合理优化。因此，需要构建开发一款适合围护系统生产特点的生产管理软件，进一步提高企业管理效率和产品质量，降低生产成本，满足企业生产需求。

1 MARKⅢ型薄膜储罐内罐围护系统生产工艺及局限性分析

1.1 生产工艺流程概述

MARKⅢ薄膜型LNG 围护系统生产主要是对主次屏蔽[1]的生产作业。围护系统生产工艺可以划分为四大工种，即划线、安装、粘连、装焊。每个工种又可以划分为几个不同的工序，将复杂的围护系统生产拆分为多个独立的作业工序（见图1）。

图1 MARKⅢ型薄膜陆地罐围护系统生产流程

1.2 传统生产管理模式局限性分析

通过调查研究，对传统生产管理模式下围护系统的生产分析，发现有如下几个问题：

（1） 缺乏科学合理的排产和调度模式。传统生产模式下人员配置方式缺乏科学评价体系、易受人的主观意识影响[2]，且工班长对人员能力认识有限，无法实现人岗配置最优化[2]。

（2） 存在大量纸质化办公，生产数据缺乏“数字化移交”[3]。传统生产模式下缺乏有效的信息工具，大量纸质化办公会导致数据共享程度低下、生产执行效率不高，甚至会产生一定的人为误差等诸多问题。

（3） 没有统一可视界面，无法实时跟踪生产进度。传统生产模式下生产数据的获取主要依靠人工统计为主，无法实时反馈生产数据，从而影响下一步的生产计划安排，而且会造成追溯问题产品过程复杂化，甚至会造成生产重复施工，消耗大量的人力物力[4]。

2 MES 软件整体设计思路

2.1 项目需求功能分析

该项目为MARKⅢ型LNG 薄膜陆地罐围护系统生产管理信息化项目，具体需求应用场景：实现数据采集，整合计划管理系统、质量管理系统、物资管理系统等数据高效协同作业；生产可视化，对生产作业进度实时跟踪，从而可以科学合理地协调生产计划、库存计划, 并能在每一项生产计划完工时准时地通知管理人员；无纸化办公，MES 系统可以将工厂所有的纸质化单据进行数字化收集和存储，从而实现无纸化生产，不但能够节省印刷成本[5]，而且能使各部门之间的信息流更加通畅。

2.2 系统总体架构设计

MARKⅢ薄膜罐围护系统生产作业制造执行管理系统采用分层的三层架构模式，即表现层、业务逻辑层和数据访问层[6-8]。很多应用系统都采用三层架构模式（见图2），该模式可以将一个整体复杂的问题进行简单化的分层次处理，从而调高系统的逻辑性和合理性。

图2 层结构

表现层主要用于用户进行信息的录入和数据的显示，PC 客户端将用户输入的数据信息直接传递给下一层业务逻辑层进行数据信息处理，然后再将处理完成的数据显示在表现层，实际上就是为用户提供一种人机交互的操作界面。

业务逻辑层将从表现层传输过来的数据，按照实际的业务逻辑进行处理，然后在返回必要数据。业务逻辑层是系统的核心部分，它在整个体系架构中处于承上启下的位置，在表示层和数据访问层中间[9-10]。

数据访问层将所有处理过的数据进行存储、处理和维护，包括对数据的增添、删除、修改、查找等业务。数据层主要是采用SQLServer 数据库进行业务数据的存储管理，保持生产系统运行的高效率。

2.3 系统软件设计

为了MES 系统的安全性和可靠性，系统总体架构采用了服务器+客户的端运行方式（见图3），PC 服务器开发平台基于.NET Framework 3.0，使用C#开发语言编程软件。

图3 系统架构

2.4 系统功能模块设计

根据整体的设计原理，结合项目生产工艺，设计了MES 系统的软件结构，按照实现功能将其分成五大功能模块（见图4），分别为项目管理、看板管理、计划管理、质量管理和物资管理。为了重点突出生产可视化，结合项目实际施工要求，又将看板管理模块薄膜罐的底面和壁面划分为划线、安装、粘连、装焊四个子模块。

图4 MES 系统功能模块结构

2.4.1 项目管理模块

项目管理模块具体分为项目定义、成员管理和班组信息维护。项目定义包括当前在建项目管理和项目定义，在建项目包括当前正在施工的项目以及已完成的项目，对于还未投入生产的项目也可以创建一个新的项目管理。项目定义模块重在介绍当前项目具体的命名规则、施工原则等。班组信息维护模块是为在建项目所服务，介绍当前项目所包含的班组人员信息，包括当前项目所需班组类别、每个班组人员数量及具体信息等。成员管理模块则是为操作本软件的人员分配角色和权限。

2.4.2 看板管理模块

此模块共分为项目选择、划线状态信息、螺柱状态信息、安装状态信息、粘连状态信息、装焊状态信息管理等六个部分。由于在建项目可能存在多个项目同时施工的情况，可以通过项目选择模块来定位所需查看的具体项目。

2.4.3 计划管理模块

计划管理模块主要分为总体建筑计划、月计划、周计划和日计划。建造计划只有管理人员具有相应的权限来进行编制和修改，月度计划由分区作业长或生产部长进行编制，周计划和日计划则由生产小组组长进行编制。通过可视化界面显示当日生产状况和生产计划进程，从而方便对后续的生产工作安排进行及时的调整和改善。

2.4.4 质量管理模块

质量管理模块主要是对施工完成后的产品进行质量检查。对围护系统建造而言，由于施工工艺要求高，建造难度大，所以无论是划线、安装、粘连还是装焊，每一道工序都必须严格把控质量。为了提高整体效益，在质量管理模块开发在线质检功能，并通过施工组自我检验、不同工种互相检验、外单位最终检验三种依次在线质检方式，保证产品的质量，力求品质效率最大化

2.4.5 物资管理模块

物资管理模块是项目的物质基础，影响着整个项目的进程是否顺利。同时物资管理是否合理，直接影响着生产效率和整体成本管控。围护系统生产过程中，物料管理存在几个关键问题:a.入库的多种物料往往识别不清，很容易混在一起，很难跟踪；b.交付的数量经常与供应商的发票不匹配，这使得很难跟踪正确的所需数量。此外，材料可能会丢失，导致订单延误，损失更为严重。所以系统中加入物资管理模块是非常有必要的。

2.5 生产主流程设计

结合MARKⅢ维护系统生产工艺流程，可以将生产主流程分为计划下发、划线作业、安装作业、粘连作业和装焊作业（见图5）。每个作业工序相对独立，但其内在逻辑又紧密相连。

（1） 计划下发。在生产初期，根据生产订单由计划人员将相关信息录入MES 中，包括项目信息、生产种类、所属工序、生产人员、生产计划的开始时间和结束时间等。当计划下发后，由生产调度人员结合生产状况进行安排。

（2） 划线作业。在MES 系统中录入划线作业状态信息，包括划线工序、每道工序当前进展状态，作业区域、作业时间、作业班组、作业完成状态等。

（3） 安装作业。安装工序开始作业是在该区域的划线工作完成并报验成功之后。结合每个区域划线的完成时间进行无缝衔接安装作业，在系统中录入该区域的绝热板型号、批次、作业负责人、作业时间等，给后续质量检验工作提供信息支持。

（4） 粘连作业。粘连作业涉及的设备和物料自动粘连机器人、热压板、PU 胶水等，工艺要求高。在生产作业过程中，系统会实时采集作业区域，自动记录作业情况，包括该区域是人工粘连还是自动粘连机器人作业、作业时间、质量状况等。

（5） 装焊作业。经过划线、安装、粘连等一系列作业之后，需要对波纹板进行预制以供后续装焊工序的作业。在系统中录入装焊作业需要进行的几道小工序，每道工序所涉及的作业人员和班组信息，从而自动生成作业信息，由调度员下发派工单。

3 MES 系统开发与实现

3.1 用户权限功能

将不同的操作用户分为不同的操作等级，指定不同的权限管理（见表1），从而使每个操作者只能在自己权限范围内进行操作，提高软件的安全性。成员管理模块则是为操作人员分配角色和权限。系统管理员负责对整个系统的维护，账号管理以及每个账号权限的分配。

表1 角色及权限分配

3.2 围护系统区域设计

薄膜罐的技术支持是法国GTT 公司，参照其薄膜罐建造标准，将圆形罐底分为BA、BB、BC、BD 四个扇区，壁面分为WA、WB、WC、WD 四个区域，每个区域又按照生产要求划分为7 个部分（见图6），根据薄膜罐的设计模型通过代码编写将其按一定比例缩小显示在另一个Panel 控件中，由于薄膜罐围护系统生产工艺复杂、作业面积大，若将整个罐底显示在一个页面当中会显得十分拥挤，所以添加ComboBox 控件将BA、BB、BC、BD 区域进行分割（壁面同理）。这样无论是管理者还是作业人员都可以对整个生产工艺流程和生产进度有更加直观和全面的了解。

图6 围护系统区域划分

3.3 数据库搭建

SQLServer 是一个关系数据库管理系统，为关系型数据和结构化数据提供了安全可靠的存储功能。因此将SQLServer2012 数据库作为数据存储和逻辑处理的主要工具，后台人员录入薄膜罐、生产区域、物料等基础信息，提交订单。生产管理人员根据订单请求，分解订单然后再生成相关生产计划。作业人员接收相关职责范围内的派工单，并按照计划完成生产。

围护系统的生产过程中每一道工序都伴随着大量数据的更新和存储，根据划线、安装、粘连、装焊及其施工状态在数据库中创建了多个表、视图，每个表之间使用外键相连，可以实现数据的快速保存和查询，从而实现MES 系统的业务逻辑。根据薄膜罐的模型设计和作业要求，按照罐底作业区域划分为区域号和面号，壁面分为区域号和层号（见图7（a）），再根据作业日期、完工日期（见图7（b））等设计每张表的内容。

图7

结束语

通过对MARKⅢ薄膜型储罐围护系统建造工艺和实际生产需求的研究与调研，采用以数据库技术和.NET framwork 框架为基础，使用C#语言基于winform窗体结构开发了MARKⅢ型薄膜储罐围护系统生产管理MES 系统。它有效地满足了LNG 储罐建造领域的实际需求，填补了该领域多年来缺乏生产管理软件的空白，大大提高了生产调度的自适应性和管理水平，实现了MARKⅢ薄膜型储罐围护系统生产管理信息化及生产效能的提升。