摘要：塑胶原料生产是一个典型的批次生产过程，其MES系统的功能需求不同于离散工业和流程工业，有其行业的特殊性。本文借助英维思MES软件平台，通过对订单的跟踪管理和配方逻辑模型的再造，成功地实现了塑胶原料生产企业ERP（企业资源管理）与PCS(生产控制系统)的信息集成，为流程行业MES系统的实践提供了新的补充，取得了很好的效果。

 关键词：MES；批次流程；订单管理；配方管理；信息集成

   1 引言

   2009年，英维思受某材料科技公司（简称MSC）的委托，为其分布在全球的塑胶企业开发MES系统。塑胶原料生产企业属于典型的批次流程过程制造企业。批次流程过程MES的实践和理论都落后于离散工业和流程工业^[1，2]。批次流程既有流程工业生产的特点，又有离散工业生产的特点，从某种意义上讲，它是流程工业和离散工业的结合。其MES既有流程工业MES和离散工业MES的要素，又有不同的特点，需要适应于该特点的核心解决方案。

    市场需求变化越来越快，是否能快速生产出适应市场需要的产品，已经成为企业成败的关键，对MES系统的需求也日益增长^[3]。MSC公司明确要求为其塑胶原料生产基地，在SAP ERP系统和DCS/PLC 控制系统之间实现MES管理，包括生产订单管理、配方管理、设备和物料跟踪等，形成生产管理和控制的标准程序，并在其亚太区所有塑胶原料生产基地推广。

   2 MSC塑胶生产现状及其对MES系统的要求

   2.1 塑胶厂生产工艺及其管理流程

    MSC塑胶厂生产工艺，包括原料的准备和移动控制系统，聚合物单体和各种添加剂的混合控制系统、聚合反应生产线控制系统和包装工段等，其工艺总流程如图1所示：
  
                     
                                  图1 MSC塑胶厂工艺总流程

   MSC MES系统管理及工作的生产操作系统范围为预混料区域、存储区域、生产区域，以及和它们密切相关的实验室分析系统和称重系统。MSC塑胶厂的生产制造部分的业务流程大致如图2所示：
  
                     
                           图2 MSC塑胶厂生产制造业务流程

     2.2 MSC塑胶厂对MES系统的功能要求

    MSC塑胶厂在企业管理方面，已经采用的SAP R3系统、原料称重系统（Spending System）、产品检验系统（LIMS）和实时监控系统(OSI-PI& DeltaV)，具体情况如表1所示：

   在MES系统实施前，调度室的订单系统、实验室的实验室信息系统和生产现场的控制系统之间不能进行信息共享，各职能部门间信息交互滞后。各系统提供的数据和信息存在不一致，有时甚至是矛盾的情况。

    MSC塑胶厂对MES系统的功能要求，有非常明确的目的，那就是将订单生成系统（SAP系统）、质量检验系统（LIMS）系统和生产实时控制系统（OSI-PI& Delta V）集成为一个有机整体，高效、敏捷地实现生产系统的组织、管理和执行。

    3 英维思MES系统塑胶企业中的应用

   3.1 塑胶企业MES 业务模型设计

    通过以上对MSC塑胶厂业务的疏理，了解MSC MES系统业务模型设计的核心是生产执行方面的订单管理和配方管理。

   根据MSC塑胶厂生产制造的业务流程，在MES系统中为订单管理业务设计了一系列订单状态，MSC MES订单管理流程就是一个紧密衔接的订单状态改变的过程。概要地讲如图3所示：
        
                     
                              图3  MSC MES订单管理流程

    MSC MES系统通过对订单是从“计划”状态一步一步进行到最终的“存档”状态的管理，和提供相应的管理操作界面，为生产部门的最终用户提供订单管理相应的功能和操作。

    MSC MES系统中生产过程订单的完成，必须得到配方管理技术的支持，涉及的主要配方有三组，主配方包括等级主配方、颜色主配方，普通配方包括等级普通配方、颜色普通配方，实时配方包括实时等级配方、实时颜色配方和实时综合配方。这些配方与SAP的生产订单、生产线工艺参数、质量和称重数据有关，并帮助最终实现SAP订单所要求的批次产品。

   图4大致表达了各配方模型之间的逻辑关系，即来自SAP系统的等级订单，通过MES产生一个等级主配方（MGR），等级主配方产生若干个普通组分配方和普通颜色配方，并提供缺省配方模板以在MES配方库中建立从订单到配方的过程；在MES的订单执行过程，实时综合配方，综合了实时工艺参数、资源、生产线和生产控制系统，最终完成订单的执行。
  
                    
                                 图4  各配方模块之间的逻辑结构

   3.2 MES系统架构设计

   根据对MSC塑胶厂业务的探讨和MSC公司对MES系统的功能要求，根据对英维思MES系统软件的了解，英维思提出了以下的MES系统架构，如图5所示：
  
                      
                               图5  Invensys MES系统架构

   3.3 MES系统实施效果

   本系统涵盖了原料准备、配方管理、计划调度、生产流程和产品统计所涉及的所有模块。系统上线后，MSC各生产部门的业务流程处理节奏明显加快。例如：借助本系统，生产计划的下达由调度员手工下票、电话通知方式转变为在MES系统中实时确认的方式，整个管理执行时间缩短了一半以上。配方管理和订单管理页面，使调度员在调度室就可直接下达新的计划；组分管理和订单运行管理页面，让调度人员可以根据现场情况，及时合理地调整配方成分、作业计划等，减少了调度员的工作负担和人力需求。管理部门可以通过电子记录查阅过往订单的产品检验信息、实际生产配方和生产运行参数，实现了方便快捷的产品跟踪。即使在其他国家的办公室里，公司上层的管理人员也可以通过内部网络访问到MES系统界面，掌握每个工厂生产运行状态的第一手资料。

   本系统是对流程工业MES系统实践的一个补充，较好地实现了MSC对MES的功能要求。在第一个试点厂，本系统从开工到系统投用，周期为一年，而在推广企业，仅用了两个月的时间即完成了所有的项目实施工作。

   4 总结

   本文通过解剖塑胶生产这种批次流程的特点，提出订单和配方管理为主线的MES业务模型，解决了塑胶生产中主配方模型、普通配方模型、实时综合配方模型，以及各配方模型之间的逻辑关系在MES系统中表征的问题，采用英维思公司成熟的MES软件平台和专业技术，实现了ERP系统的料表（BOM）和订单（UPO）与实时生产过程的集成，大大加快了订单敏捷生产的节奏。这种基于配方管理的MES系统，为生产企业带来了比传统管理更加科学的管理，也为其它批次流程企业的MES系统的开发提供了一条可供借鉴的经验。

   随着制造企业信息化管理的推进，越来越多不同批次流程制造企业，将会加入到推广MES的需求范围中来。对不同的工艺和管理要求，MES需要并针对这些需求提出自己的解决方案。但是订单与配方管理，依然是批次流程工业管理的主线。我们将努力完善已有的工作成果，并将之实现为更容易使用和维护的模块化、组态化平台。最终目标是在批次流程工业MES系统的实施过程中，能像DCS系统技术供应商为过程控制系统所提供的平台一样，建立企业的一体化解决方案。

   参考文献：

   [1]王华. 炼油化工生产执行系统(MES)综述[A]. 第五届工业仪表与自动化学术会议论文集[C]. 上海:2004.

   [2]钟润阳. MES在离散制造业中的应用研究[D].广东:广东工业大学,2009.

   [3]许风云,王为建. MES系统—化工企业信息化发展的关键[J]. 数字石油和化工,2007,(01).

   张弛（1983-）

   男，福建宁德人，硕士，毕业于北京化工大学计算机技术专业，现任英维思公司MES项目实施顾问，主要研究方向为计算机技术应用。