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工业自动化向流程工业管控一体化发展 MES成热点

发表于:2019-07-03 09:11 作者:新闻小编 来源:新闻小编

  自1973年英国JHarrington博士提出CIMS计算机集成制造的概念以来,逐渐在机械工业及其它离散工业形成了CIMS计算机集成制造系统,在石油、化工、冶金、电力、建材、轻工、医药、食品等流程工业为主的行业形成了计算机集成生产系统(CIPS),一般人对此两者统称为CIMS。由于计算机技术、网络技术和现代企业管理科学的发展,CIMS中管理和控制两方面的软硬件中技术进一步集成,加之需求方的制造商和产品用户的利润和客户满意度等项指标的综合要求,都需要管理和控制一体化,所以管控一体化的提法,为更多的人们接受。大家意识到要使企业与市场经济接轨,要增强企业核心竞争力,管控一体化的建议是当务之急。

  表现得最为积极的当然属于工业自动化产品的供应商,这些年来,各相关公司提出了一系列的解决方案,下列均属于管控一体化的范畴:

  施耐德公司 透明工厂

  ABB公司 Industrial IT

  GE Fanuc公司 智能化生产管理(IPM)

  西门子公司 全集成自动化(TIA)

  罗克韦尔公司 电子化制造(e-Manufacturing)

  横河电机公司 企业技术解决方案(ETS、e-RM)

  Emerson公司 Plant Web系统

  Honeywell公司 Experion PKS系统

  Foxboro公司 I/A Series A2系统

  这些公司看上了中国的市场,由于中国经济持续稳定快速的发展,去年我国GDP为世界第七位,其中重工业尤为突出,去年以2.19亿吨的年产量的钢铁工业为首(世界第一),相应石油、化工、电力、建材等工业都由很大发展,加上节能、环保要求提高了,所以管控一体化市场为世人所青睐,据统计我国每年将有300家企业有这方面的实施需求,将形成一个年产值近3亿元人民币的市场。所以我们应抓住这个大好时机,促进管控一体化技术的发展。

  不用讳言,CIMS本来是由于机械制造业的CAD/CAM/CAPP的技术过关,其低层自动化由单机自动化(或生产线自动化),及柔性制造、精良制造、敏捷制造、快速重组制造、虚拟制造技术的发展等等因素而发展起来。而这些与流程工业的情况是有差异的。但是从管控一体化的角度看,从物质、能源和信息三大要素看,从企业获取利润要通过算账(包括预先算账)、要控制资金流向,要达到最佳的客户满意度等管理要素来看,又基本相同。

流程工业管控一体化的三层结构

  在管控一体化技术的发展过程中,体系机构经过了十多年的发展,流程工业中已由美国普渡大学的PURDUE企业参考体系的五层结构(经营决策层、企业管理层、生产调度层、过程优化层、过程控制层)过渡为三层结构,即BPS经营计划系统、MES制造执行系统、PCS过程控制系统。有鉴于BPS层是以ERP企业资源计划为主,通常三层结构表述为:ERP/MES/PCS,简称为计划层/执行层/控制层或管理层/生产层/控制层,这解决了企业管理和生产中一些共性的问题,也为管理和控制链接中各企业的个性问题提供了解决方法。

  ERP层是以财务分析/决策为核心的整体资源优化的技术,MES层是以生产综合指标为目标的生产过程优化控制、生产运行优化操作与优化管理的技术,PCS层是以产品的质量、数量和满足工艺要求为目标的以设备综合管理控制为核心的技术;ERP层强调了企业的计划性,MES层强调计划的执行,PCS强调设备的控制。

  三层结构在功能划分上虽有重叠,但各有侧重,如同是设备管理,PCS层注重设备监控(如采用现场总线技术则设备故障诊断信息更丰富),MES层注重设备管理,ERP层注重设备维修计划、备品备件、设备资产管理等。其它生产计划、调度、成本、物流等方面,三层对数据的应用上也与此类似。关于石化企业,多变量预测控制等先进控制功能模块,有些企业将其放在PCS层,也有些企业将其放在MES层。

  流程工业由于连续长时间的生产,对设备管理、将低成本、配方及主、副产品管理应给予足够重视,又流程工业工艺过程比较固定,所以生产计划应以工艺为主线。

  由于互联网的普及,ERP层与企业外的联系加强了,所以供、销两方面的SCM供应链管理和CRM客户关系管理(或称SSM销售服务管理)得到加强,国家经贸委、信息产业部在2002年联合发布的大力推进企业管理信息化建设指导意见中,提到ERP、SCM、CRM三项为工业IT的综合性管理信息化系统,表示了对SCM、CRM在企业信息化建设中作用的重视。今后,SCM和CRM将与电子商务(EC)为现代企业的发展,开阔一个新天地。

  三层结构的确定,必然导致整个企业的业务流程,组织机构要经过改造与之相适应,企业管理制度、企业管理流程、业务报表等三项文件应作修改。

  管控一体化的实施是一项系统工程,应按总体规划在先,分布实施在后的方法进行。在总体规划阶段,如上述的组织机构变动等三项文件及基础数据、信息编码、动态数据等的准备工作是很重要的;分步实施的方法可以自下而上、自上而下或齐头并进,因为模块是有相对独立性的,可以用手工方法试运行,但一般以先启用基础管理模块如帐务管理、生产数据管理等模块为好,在此基础上再陆续启用其它外围模块;最终应通过绩效考核等模块的运行,使三层结构连成一体,起到管理决策效果,达到我们通常所说的向管理要效益。

MES形成了热点

  在ERP推行了一段时间之后,人们发现要实现企业综合自动化(即管控一体化),对于处于中间层的生产现场管理或所谓的车间层控制SFC是不可或缺的。

  20世纪90年代初美国管理界提出了MES层,MESA(Manufacturing Enterprise SolutionsAssociation)对MES作如下定义:MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时,MES能对此及时做出反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动,有效地指导工厂的生产运作过程,从而使其既能提高工厂及时交货能力,改善物料的流通性能,又能提高生产回报率,通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有效产品行为的关键任务信息。

  MES在国外企业中推广很快,据美国AMR(Advance ManufacturingResearch)调查,对系统的计划落实,实现操作过程自动化均很有利,能达到减少制造周期时间45%,减少数据输入时间75%,为交班而准备的纸面工作可减少61%以及减少产品缺陷18%。

  在流程工业中MES又称为生产过程运行优化层,因生产管理与企业内部生产管理经验关系较密切,各行业、各企业的个性化问题较多,所以通用的MES软件较少,或需要客户化定制,需要自生开发和合作开发的MES软件较多,系统集成中业务流程特殊要求较多。一般流程工业中主要技术有计划与调度技术、建模与流程模拟技术、实时优化技术、APC先进控制技术、故障诊断与维护技术、动态成本控制与管理技术、动态质量控制与管理技术、LIMS化验分析技术、数据校正技术、数据挖掘技术、数据仓库技术等。炼油石化企业还有油品调和技术、油品储运技术等。

  MESA归纳有11个功能模块,即资源分配和状态管理、工序详细调度、生产单元分配、文档控制、数据采集、人力资源管理、质量管理、过程管理、维护管理、产品跟踪和产品清单管理、产品性能分析。MES在ERP和PCS之间起到了信息管理集线器的作用,架起了桥梁,解决了企业内部信息瓶颈的问题。MES对来自ERP层的生产计划细化、分解,并会同质量、工艺、设备信息,从而生成操作指令,传递给PCS层;实现监控PCS层的运行状态,采集物料、工艺、质量、设备状态数据,经过分析、计算与处理,触发了新的事件,并将生产状态传递给ERP层,使管控一体化系统形成了一个有机的整体,所以说MES是实现企业综合自动化的关键。

国内外情况

  现代化的企业管理经历了MIS、CIMS直至现今的管控一体化三个阶段,ERP的应用(包括早期的MRP、MRP-Ⅱ等)已有20多年历史,1997年世界市场营业额约68亿美元,ERP产品已做到大型化、特色化、支持多种行业和各种类型企业,有多种版本,有基于Internet的ERP解决方案。应用的效果可以ARC调查报告为证。ARC调整后得出结论为:流程工业管控一体化技术可获得如下经济效益:产品质量提高19.2%、劳动生产率提高13.5%、产量提高11.5%,所以国外应用很广,尤以ERP为主,MES近10年也逐渐普及。

  国外有多家从事流程工业管控一体化软件开发的工程公司,ERP方面有SAP、BANN、PEOPLE SOFT、ORACLE、GARTNERGROUP等公司,MES方面有ASPENTECH、CAMSTAR SYETEM、MOUNTAINSYETEM等公司;另有一类原来生产DCS、PLC、HMI等PCS产品的公司也开发了管控一体化的产品或在自动化系统中兼有管控一体化功能的产品,如Honeywell、ABB、SIEMENS、横河及GEFanuc(含Intellution)、Rockwell、Wonderware等公司。SAP公司的R/3财务管理系统应用很广,在全世界已有120多个国家采用此系统。

  国内对ERP、MES等方面的软件需求很旺盛,所以外国相关公司均在国内设有办事处,或与中方合作,而且也陆续推出中文版软件。国内原来搞财软件公司和搞自动化、计算机的公司也扩展了这方面的业务,较有名的有用友、金蝶、和利时、浙大中控、太极等公司。

  国内在应用方面自1981年沈阳第一机床厂从德国引进第一套MRPⅡ以来,已有700多家开展管控一体化的应用工作,流程工业中应用较好的有华北制药集团倍达合资公司(日本),它与和利时公司合作,取得了一定的经济效益。钢铁冶炼企业有宝钢、天津大无缝、酒泉钢铁公司、贵溪冶炼厂等企业。炼油石化企业实行管控一体化的企业较多,齐鲁石化公司、福建炼油厂等企业进行CIMS建设较早。由有关年鉴得知,在中石化总公司的组织下,先行在镇海炼化股份有限公司、仪征化纤股份有限公司、江苏石油公司、天津石油公司4家进行试点,以后再逐渐全面铺开。这4家公司在总体规划下,采用SAP公司的mySAP.com软件包,实施咨询顾问为埃森哲公司(ACCENTURE),2002年完成了企业ERP的初步设计、详细设计、运行环境准备、系统配置、数据准备和转换、集成测试、用户测试、人员培训等工作,目前运行良好,运行模块列表如附表所示。

结束语

  国内应用正处在MES推广阶段,它将对管控一体化产生效益起到推动作用,所以我们应该一如继往的热情支持它,让现代企业能够做到年有目标,季有计划、月有重点、日有调整,让设定、优化、监督、调整、跟踪、记录和绩效考核等项做到顺畅而高效的运转。

  管理是科学,管理的实质是负责某项工作使之顺利进行,所以现代企业管理也应在计算机这个有力的工具的帮助下,做到使工作顺利进行。这是管控一体化的灵魂,我们的任务就是要在结合中国实际的基础上,把这个管控一体化的技术工具用好。随着客观事物的变化,管控一体化技术还要不断改进,才能满足企业和社会的需要。

  鉴于信息的重要型,应该对其进行必要的疏理,不然将陷数据多、信息有、知识少、有用情报生成慢的泥潭中。管控一体化就是要解决生产数据如何沉淀为信息、信息如何精炼为情报的问题。

  实施管控一体化,一定要在标准化上下功夫,应密切注意国际上的动向,积极参加标准化活动,如MES方面就有NIIP/SMART(国际工业/信息技术/MES适合的可复制的技术)组织,我们如参加其活动,这就可以为开发流程工业各相关行业的MES模块创造有利的环境。

  实施管控一体化是企业行为。关键是要解决实际问题,横河公司在ARC白皮书(2003年10月)中说:对于先进控制(APC)而言,如果不能削减成本提高产量确保效益的话,那么先进控制也就一钱不值了。对先进控制如此,对管理一体化也是如此。我们搞管理一体化,要切忌花架子,不能只满足于上网,视频会议等等。让这项事业健康的发展,应是我们从业人员的共识。

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