柔性制絲工藝在分組加工的基礎(chǔ)上，將自動化物流系統(tǒng)集成到制絲工藝過程中，應(yīng)用柔性物料傳送技術(shù)銜接各個加工處理單元，突破了傳統(tǒng)方式下各個制絲工序之間的剛性連接和約束，真正實現(xiàn)了各個制絲處理工序的“單元化”和“模塊化”，使企業(yè)可根據(jù)產(chǎn)品的特性靈活選擇和安排處理工序，拓寬了對于新產(chǎn)品的適應(yīng)性。但是，制絲工藝技術(shù)的具體實現(xiàn)離不開與之配套的過程控制系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的支撐，如何有效地建立產(chǎn)品配方及生產(chǎn)批次的管理模式，從而較好地應(yīng)對“模塊化加工、精確化控制”的工藝要求，是柔性制絲管理模式的重要挑戰(zhàn)：卷炯企業(yè)傳統(tǒng)制絲控制系統(tǒng)本身并不支持配方管理和批次控制模式，盡管常規(guī)系統(tǒng)中有一些配方管理功能，但大多是通過上位軟件與PLC拼湊而成，并不具備真正的配方管理和批次控制功能。近年來，通過定制化開發(fā)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES，Manufacturing Execution System)、制絲集控系統(tǒng)來實現(xiàn)配方及生產(chǎn)批次管理功能已有應(yīng)用，但在生產(chǎn)資源調(diào)整、協(xié)調(diào)上下游設(shè)備和適應(yīng)新產(chǎn)品研發(fā)等方面還存在一些問題。為此，在總結(jié)上述思路的基礎(chǔ)上，結(jié)合龍巖卷煙廠“精品線”技改項目的實踐，對批次定義、批次調(diào)度、批次控制等進(jìn)行了研究，并提出了基于ISA-SP95的柔性制絲批次管理模式，以滿足“模塊化加工、精確化控制”的工藝要求，解決生產(chǎn)過程中生產(chǎn)要素調(diào)整困難、新產(chǎn)品開發(fā)適應(yīng)性差等問題。

1 定義

1.1 批次的定義

    所謂批次，是按照特定管理需求對一組實物對象的標(biāo)識和區(qū)分。不同用途具有不同的定義、規(guī)則和區(qū)分方式，ISA-SP95定義了企業(yè)管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的集成規(guī)范。其中，2000年發(fā)布的SP95.01定義了企業(yè)管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交互時所采用的模型和術(shù)語，規(guī)定了生產(chǎn)過程中涉及到的所有資源信息及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2001年發(fā)布的SP95.02則對SP95.01定義的對象作了詳細(xì)規(guī)定和解釋，SP95.01和SP95.02 已經(jīng)被IEC(International Electrotechnical Commission)和ISO接受為國際標(biāo)準(zhǔn)(IEC62264)。本文在ISA．SP95標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，結(jié)合柔性制絲工藝的特征建立批次管理模型。按照制絲工藝的需要，將批次類型定義如下：

    原料批次：是對原料的標(biāo)識和區(qū)分，同一來源、同一規(guī)格、同一品種、同一標(biāo)識的來料，稱為同一原料批次。

    生產(chǎn)批次：是對生產(chǎn)過程的標(biāo)識和區(qū)分，同一組(臺)設(shè)備，在同一個班次內(nèi)，使用同一批來料(原料或半成品)，所生產(chǎn)的同一品種和規(guī)格的半成品或成品稱為一個生產(chǎn)批次。

    產(chǎn)品批次：是對出廠產(chǎn)品的標(biāo)識和區(qū)分，同一工廠所提供的同一品種、同一規(guī)格、同一標(biāo)識的成品稱為一個產(chǎn)品批次。

1.2 批次類型對應(yīng)關(guān)系的定義

    批次類型的對應(yīng)關(guān)系見圖1。其中，原料批次是生產(chǎn)批次的輸入，原料批次與生產(chǎn)批次的對應(yīng)關(guān)系有1：1，1：N，N：1 3種方式，不可以出現(xiàn)的關(guān)系是N：N。理論上，生產(chǎn)批次可以互為輸入，生產(chǎn)批次與生產(chǎn)批次的對應(yīng)關(guān)系有1：l，1：N，N：1 3種，同樣不能出現(xiàn)N：N方式。

    而生產(chǎn)批次是產(chǎn)品批次的輸入，由于產(chǎn)品批次與成品生產(chǎn)批次必須統(tǒng)一，并且產(chǎn)品批次號就是成品生產(chǎn)批次的實物標(biāo)簽，因此，生產(chǎn)批次與產(chǎn)品批次只能是一對一(1：1)關(guān)系，不能出現(xiàn)1：N，N：1方式。

圖1 原料批次-生產(chǎn)批次-產(chǎn)品批次的對應(yīng)關(guān)系

    根據(jù)這種定義，可以通過配方(控制配方)實現(xiàn)控制參數(shù)和實體設(shè)備的分離，能夠快速、靈活地定義工藝路徑及參數(shù)，通過建立產(chǎn)品的層次結(jié)構(gòu)，按照批次的模式組織和設(shè)計產(chǎn)品配方，實現(xiàn)批次任務(wù)在實際生產(chǎn)過程中的靈活調(diào)度，以較好地適應(yīng)精品“七匹狼”精細(xì)生產(chǎn)控制與質(zhì)量追溯的要求。

1.3 產(chǎn)品、配方、工序、工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系的定義

    通常所說的“產(chǎn)品”概念比較寬泛，既包含有產(chǎn)品的含義，又包含了半成品和成品的含義，為了統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化采用“物料”進(jìn)行代替。每種物料可對應(yīng)多個生產(chǎn)配方(但僅有一個配方為當(dāng)前配方)，每個配方可對應(yīng)多個生產(chǎn)工序(工序間可以有多種連接方式)，每個配方可對應(yīng)一種或多種需要消耗的物料(原料或半成品)。

    為滿足同一牌號在不同生產(chǎn)車間和不同加工模式下的生產(chǎn)要求，綜合MES多年來的設(shè)計及開發(fā)經(jīng)驗，將物料的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行定義，見圖2。物料與物料通過配方進(jìn)行銜接，以實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)。該設(shè)計方式模糊了不同生產(chǎn)車間及加工方式的不同，以描述物料的關(guān)系為準(zhǔn)則，實現(xiàn)同一產(chǎn)品多樣加工方式的產(chǎn)品層次結(jié)構(gòu)設(shè)計。

圖2 通過配方銜接的物料組成關(guān)系

2 批次調(diào)度和控制功能實現(xiàn)

2.1 批次調(diào)度和控制模型建立

    采用的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型為基于ISA-S95的工廠模型，是將整個生產(chǎn)線及其生產(chǎn)過程數(shù)字化、模型化、虛擬化的過程，包括生產(chǎn)設(shè)備和路徑建模、生產(chǎn)過程和事件建模、產(chǎn)品配方和工藝建模等。

    制絲集控系統(tǒng)Batch(批次控制)軟件的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型是基于ISA88標(biāo)準(zhǔn)的批次及配方數(shù)據(jù)模型，用于定義生產(chǎn)線的物理模型以及產(chǎn)品配方、工藝路徑、工藝標(biāo)準(zhǔn)，其作用在于根據(jù)詳細(xì)計劃進(jìn)行精確化、智能化、規(guī)范化的批次控制。

    為保證兩者的一致性，保證生產(chǎn)調(diào)度與過程控制的整體集成，通過專門定制開發(fā)的接口軟件，將上述生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型與制絲集控系統(tǒng)的批次及配方數(shù)據(jù)模型進(jìn)行有機集成，實現(xiàn)從生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)向制絲集控系統(tǒng)傳遞配方和工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的功能，保證生產(chǎn)調(diào)度與過程控制的整體集成。

2.2 實現(xiàn)批次調(diào)度功能

    如圖3所示，采用“大MES、小集控”的方式實現(xiàn)MES系統(tǒng)與制絲集控系統(tǒng)的應(yīng)用集成。由MES系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)訂單錄入、生產(chǎn)排程、批次調(diào)度、批次跟蹤、批次監(jiān)視、批次分析等功能，由制絲集控系統(tǒng)執(zhí)行批次控制功能。MES向制絲集控系統(tǒng)下達(dá)制絲批次任務(wù)清單及工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制絲集控系統(tǒng)則控制相關(guān)設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)，并向MES系統(tǒng)反饋生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、批次歸檔數(shù)據(jù)以及傳輸過程監(jiān)視畫面。

圖3 MES與制絲集控系統(tǒng)的集成

    批次調(diào)度功能的實現(xiàn)流程見圖4。批次任務(wù)調(diào)度流程主要根據(jù)MES下達(dá)的批次任務(wù)計劃、投料計劃，檢查各個批次的物料是否滿足要求，并將批次任務(wù)、工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等下達(dá)到集控系統(tǒng)，進(jìn)而按照下達(dá)的批次任務(wù)清單進(jìn)行生產(chǎn)。

圖4 批次調(diào)度功能的實現(xiàn)流程

2.3 基于Batch技術(shù)實現(xiàn)柔性制絲線的批次控制

    精品“七匹狼”分組加工采用批次處理工藝，同一設(shè)備可以生產(chǎn)幾種不同的產(chǎn)品，同一產(chǎn)品可以在不同的設(shè)備上生產(chǎn)，產(chǎn)品與工藝路線的關(guān)聯(lián)柔性較好。因此，生產(chǎn)過程通過批次加以區(qū)分，要求其相應(yīng)的處理系統(tǒng)和加工設(shè)備按批次對產(chǎn)品進(jìn)行加工和管理，并支持配方管理和相應(yīng)的操控模式，使產(chǎn)品按配方進(jìn)行加工。

    根據(jù)上述批次模型設(shè)計，針對精品“七匹狼”專線模塊化“三頭兩尾智能多線”的柔性制絲加工工藝，采用GE Proficy Batch軟件，基于符合ISA88的批次控制模式，與MES無縫集成，增強了產(chǎn)品與工藝路線之間的關(guān)聯(lián)彈性，實現(xiàn)了批次歸屬。同時，支持配方管理和相應(yīng)的操控模式，加工設(shè)備按批次對產(chǎn)品進(jìn)行處理和管理，成品或半成品在加工處理過程中通過批次加以區(qū)分，將產(chǎn)品配方、工藝技術(shù)參數(shù)執(zhí)行、過程質(zhì)量情況等要素有機集成一體，實現(xiàn)柔性制絲的精細(xì)化、智能化控制。

3 應(yīng)用效果

    通過柔性制絲批次管理模式的應(yīng)用，在龍巖卷煙廠“精品線”的技改項目中建立了系統(tǒng)、完整、靈活的制絲批次管理模式，完成了從全配方到模塊化配方批次管理模式的過渡和轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了柔性制絲線的批次調(diào)度功能，以及生產(chǎn)管理與過程控制的整體集成和融合應(yīng)用，滿足了柔性制絲線分組加工、精確控制的工藝要求，較好地解決了原系統(tǒng)中生產(chǎn)資源調(diào)整困難、上下游設(shè)備之間協(xié)調(diào)性差和新產(chǎn)品研發(fā)適應(yīng)性差等問題。

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本文標(biāo)題：MES/ERP柔性制絲線批次管理模式的研究與應(yīng)用

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