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【转载】基于DCS/MES/ERP集成系统在水泥企业的研究与应用

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水泥企业建立基于DCS/MES/ERP的集成系统,可以实现业务管理层与生产现场的信息互通和数据共享,并有效实施管控一体,极大提高企业的自动化水平和管理效率。一方面,MES系统制定的工作计划能及时下达到生产现场控制生产;另一方面,生产现场的数据能及时反馈到信息管理系统提供决策支持。

    现阶段,大多数水泥企业在运营中已经应用DCS(分散控制系统)和ERP(信息管理系统),基础自动化程度较高,但生产管理、生产调度以及决策等方面基本还是人工管理,自动化程度较低。DCS系统的生产数据只能通过纸质报表传递,由相关使用人员手动录入到ERP系统。同样,ERP系统的生产计划等数据也不能自动传递而是纸质方式传递到DCS系统。这种方式严重影响了数据的准确性和实效性。

    随着企业间竞争性日趋剧烈,市场开拓、生产计划、制造过程、企业管理、资源共享、售后服务等运营环节愈来愈要求看作统一整体来考虑。在此背景下,通过信息互通和数据共享,实施管控一体的综合自动化工程成为信息技术改造传统水泥产业的关键。因此,以DCS、MES(生产执行系统)、ERP管理系统的协同管理集成应用成为了水泥企业信息化与工业化融合的突破口,也是优化生产过程、降低企业成本提高企业管理水平,为实现企业发展战略和实施区域市场布控战略提供有力的管理支持与管理手段。

1 DCS、MES、ERP的含义及应用

    DCS(Distributed Control System)是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,综合了计算机(computer)、通讯(communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术,其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS系统主要面向生产作业现场,对现场设备进行控制并提供最直接的生产实时数据,从而实现对生产过程的控制、监视、管理和决策。不同型号的DCS可以互连进行数据交换,并可通过以太网将DCS系统和工厂管理网相连,实现实时数据上网。

    ERP(Enterprise Resource Planing)系统通过标准化的业务流程和标准化的信息数据将企业各个方面的资源(人力、资金、物料、设备、时间、方法等方面)进行整合。它集信息技术与先进的管理思想于一身,为企业提供决策、计划、控制与经营业绩评估的全方位和系统化的管理平台。其核心目标是实现对整个供应链的有效管理,满足企业合理调配资源、提升内部运营的效率和整体的经营水平、最大化地创造社会财富的要求。

    MES(Manufacturing Execution System) 是连接底层控制系统与上层管理的桥梁,主要负责生产管理和调度执行。MES与上层ERP等业务系统和底层DCS等生产设备控制系统一起构成企业的神经系统,一是把业务计划的指令传达到生产现场,二是将生产现场的信息及时收集、上传和处理。MES系统可以在统一平台上集成诸如生产调度、物料跟踪、物料平衡、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能,通过统一的数据集成平台可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。

2 基于DCS/MES/ERP三层架构的系统集成

    ERP/MES/Dcs的时间因子及数据流见图1。ERP系统基于事务处理,从管理层角度关注客户订单、销售预测、物料需求等信息。ERP系统根据市场需求和销售计划制定工作计划,并下达至相应的车间的MES,工作计划中包含物料种类、生产数量、完工日期、标准物料BOM、标准生产工艺、设计文档等信息,根据这些信息MES产生更为详细的资源分配、控制参数、工序和生产调度并形成工作指令下达到控制层的DCS系统。DCS接受到MES下达的工作指令则控制相应设备完成相应工序。DCS在工作的同时将生产信息实时地反馈给MES,这些信息既包括实时生产信息,如起止时间、等待时间、实际工作时间、完成数量等,又包括作业、任务状态以及底层设备人工状态;MES在反馈的底层信息基础上,对某些信息进行处理并反馈给ERP系统,如工作订单状态、完成情况、起止时间、实际的物料BOM、实际的生产工艺、WIP信息、实际库存状态等。这些反馈信息对ERP系统至关重要:①使ERP中的物料BOM、生产工艺根据反馈数据得以调整,从而使物料BOM、生产工艺更为准确;②实时信息的反馈使成本计算、WIP状态、库存状态更加可靠。

 图1 ERP/MES/DCS的时间因子及数据 

图1 ERP/MES/DCS的时间因子及数据

    由此可见,ERP/MES,DCS信息流的下达和反馈保证了ERP系统信息的实时性。此外,ERP系统基于事务处理,其工作是以天、周、月、年为时段,即100x时间因子。MEs的职责是执行产品制造以及相应的作业,MES工作于较短的时间范围,通常以天、小时、分钟或秒为时段,即10x时间因子。Dcs以实时方式工作,时间因子为1X(秒或更小的工作单位)。因而,从DCS、MES到ERP构成了从实时、秒、分、时、天、周、月、年完整的信息管理、控制时段,覆盖了从上层计划到车间执行的整个过程,实现实时的企业管理。

    构建ERP/MES/DCS集成系统的关键技术之一是XML的信息表示和集成。XML提供统一的方法来描述和交换独立于应用程序或供应商的结构化数据。采用XML既利于ERP/MES/DCS间信息流的可理解性和统一性,又利于不同数据库的易集成性,还能根据特定需要获得信息视图。另一关键技术是OPC技术的集成控制。OPC是一套基于微软的OLE/COM标准接口协议,其目的在于建立一个有效实现数据交换的接口,提高底层设备的通信能力,从而提高制造业和过程控制工业的各种自动化应用。

3 在水泥企业中的集成应用

    对湖南某水泥企业进行调研,其组织结构包括:生产部、销售部、供应部、质管部、设备部、工艺部、人事部、财务部、企管部等部门。部门之间的独立性较强且部门内部的业务处理非常集中,结合水泥流程行业的特点,ERP子系统的划分为生产管理、销售管理、供应管理、质量管理、设备管理、人事管理、财务管理、生产监控。MEs系统主要实现的是对生产作业的管理和调度及双向传递信息,功能模块包括计划分解、质量管理、作业调度、物料平衡和库存管理、设备运转管理等。DcS在水泥生产过程中实现各生产设备之间的通信和生产过程的监控,主要设有生料控制回路、窑尾控制回路、窑头控制回路和煤粉制备控制回路。

    通过分析,设计出ERP/MES/DCS集成系统的主要结构见图2。

 图2 面向水泥企业的ERP-MES-DCS集成系统结构 

图2 面向水泥企业的ERP-MES-DCS集成系统结构

    以湖南某水泥企业的数据为基础,在ERP系统中添加生产订单见图3。MEs系统周期性读取ERP系统数据库的生产订单,后台自动根据标准物料BOM分析计算得出各种原料的需求量,自动生成领料单,并将工作指令下达给DCS系统。生产部门据此领料单到生产部门领取原料进行生产。图4是领料单生成窗口。DCS系统根据工作指令控制和监控生产设备的运作。

 图3 生产订单生成界面 

图3 生产订单生成界面

 图4 领料单生成窗口 

图4 领料单生成窗口

4 结论

    在水泥企业中,基于ERP/MES/DCS的集成系统可以对信息进行有效采集、实时传递和充分共享,从而实现生产现场、业务管理及领导决策三层信息的上下贯通与流程控制,能有效解决目前水泥企业存在的主要问题如基础数据的命名或编码不一致、生产调度信息不全面、信息反馈滞后等。企业管理者只需登录信息管理系统就可在权限范围内解企业的整体生产、经营情况,从而对生产、销售等过程的产、供、销、人、财、物进行全面有效管理。

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