柔性制絲工藝在分組加工的基礎上，將自動化物流系統集成到制絲工藝過程中，應用柔性物料傳送技術銜接各個加工處理單元，突破了傳統方式下各個制絲工序之間的剛性連接和約束，真正實現了各個制絲處理工序的“單元化”和“模塊化”，使企業可根據產品的特性靈活選擇和安排處理工序，拓寬了對于新產品的適應性。但是，制絲工藝技術的具體實現離不開與之配套的過程控制系統和生產管理系統的支撐，如何有效地建立產品配方及生產批次的管理模式，從而較好地應對“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：卷炯企業傳統制絲控制系統本身并不支持配方管理和批次控制模式，盡管常規系統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，通過定制化開發制造執行系統(MES，Manufacturing Execution System)、制絲集控系統來實現配方及生產批次管理功能已有應用，但在生產資源調整、協調上下游設備和適應新產品研發等方面還存在一些問題。為此，在總結上述思路的基礎上，結合龍巖卷煙廠“精品線”技改項目的實踐，對批次定義、批次調度、批次控制等進行了研究，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，解決生產過程中生產要素調整困難、新產品開發適應性差等問題。
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識和區分。不同用途具有不同的定義、規則和區分方式，ISA-SP95定義了企業管理系統與控制系統之間的集成規范。其中，2000年發布的SP95.01定義了企業管理系統與控制系統之間進行信息交互時所采用的模型和術語，規定了生產過程中涉及到的所有資源信息及其數據結構。2001年發布的SP95.02則對SP95.01定義的對象作了詳細規定和解釋，SP95.01和SP95.02 已經被IEC(International Electrotechnical Commission)和ISO接受為國際標準(IEC62264)。本文在ISA．SP95標準基礎上，結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：是對原料的標識和區分，同一來源、同一規格、同一品種、同一標識的來料，稱為同一原料批次。
生產批次：是對生產過程的標識和區分，同一組(臺)設備，在同一個班次內，使用同一批來料(原料或半成品)，所生產的同一品種和規格的半成品或成品稱為一個生產批次。
產品批次：是對出廠產品的標識和區分，同一工廠所提供的同一品種、同一規格、同一標識的成品稱為一個產品批次。
1.2 批次類型對應關系的定義
批次類型的對應關系見圖1。其中，原料批次是生產批次的輸入，原料批次與生產批次的對應關系有1：1，1：N，N：1 3種方式，不可以出現的關系是N：N。理論上，生產批次可以互為輸入，生產批次與生產批次的對應關系有1：l，1：N，N：1 3種，同樣不能出現N：N方式。
而生產批次是產品批次的輸入，由于產品批次與成品生產批次必須統一，并且產品批次號就是成品生產批次的實物標簽，因此，生產批次與產品批次只能是一對一(1：1)關系，不能出現1：N，N：1方式。
圖1 原料批次-生產批次-產品批次的對應關系
根據這種定義，可以通過配方(控制配方)實現控制參數和實體設備的分離，能夠快速、靈活地定義工藝路徑及參數，通過建立產品的層次結構，按照批次的模式組織和設計產品配方，實現批次任務在實際生產過程中的靈活調度，以較好地適應精品“七匹狼”精細生產控制與質量追溯的要求。
1.3 產品、配方、工序、工藝參數標準關系的定義
通常所說的“產品”概念比較寬泛，既包含有產品的含義，又包含了半成品和成品的含義，為了統一化和標準化采用“物料”進行代替。每種物料可對應多個生產配方(但僅有一個配方為當前配方)，每個配方可對應多個生產工序(工序間可以有多種連接方式)，每個配方可對應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車間和不同加工模式下的生產要求，綜合MES多年來的設計及開發經驗，將物料的層次結構進行定義，見圖2。物料與物料通過配方進行銜接，以實現模塊化生產。該設計方式模糊了不同生產車間及加工方式的不同，以描述物料的關系為準則，實現同一產品多樣加工方式的產品層次結構設計。
圖2 通過配方銜接的物料組成關系
2 批次調度和控制功能實現
2.1 批次調度和控制模型建立
采用的生產調度系統的基礎數據模型為基于ISA-S95的工廠模型，是將整個生產線及其生產過程數字化、模型化、虛擬化的過程，包括生產設備和路徑建模、生產過程和事件建模、產品配方和工藝建模等。
制絲集控系統Batch(批次控制)軟件的基礎數據模型是基于ISA88標準的批次及配方數據模型，用于定義生產線的物理模型以及產品配方、工藝路徑、工藝標準，其作用在于根據詳細計劃進行精確化、智能化、規范化的批次控制。
為保證兩者的一致性，保證生產調度與過程控制的整體集成，通過專門定制開發的接口軟件，將上述生產調度系統的基礎數據模型與制絲集控系統的批次及配方數據模型進行有機集成，實現從生產調度系統向制絲集控系統傳遞配方和工藝參數標準的功能，保證生產調度與過程控制的整體集成。
2.2 實現批次調度功能
如圖3所示，采用“大MES、小集控”的方式實現MES系統與制絲集控系統的應用集成。由MES系統實現生產訂單錄入、生產排程、批次調度、批次跟蹤、批次監視、批次分析等功能，由制絲集控系統執行批次控制功能。MES向制絲集控系統下達制絲批次任務清單及工藝參數標準，制絲集控系統則控制相關設備執行相應的生產任務，并向MES系統反饋生產過程數據、批次歸檔數據以及傳輸過程監視畫面。
圖3 MES與制絲集控系統的集成
批次調度功能的實現流程見圖4。批次任務調度流程主要根據MES下達的批次任務計劃、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、工藝技術標準等下達到集控系統，進而按照下達的批次任務清單進行生產。
圖4 批次調度功能的實現流程
2.3 基于Batch技術實現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，同一設備可以生產幾種不同的產品，同一產品可以在不同的設備上生產，產品與工藝路線的關聯柔性較好。因此，生產過程通過批次加以區分，要求其相應的處理系統和加工設備按批次對產品進行加工和管理，并支持配方管理和相應的操控模式，使產品按配方進行加工。
根據上述批次模型設計，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，增強了產品與工藝路線之間的關聯彈性，實現了批次歸屬。同時，支持配方管理和相應的操控模式，加工設備按批次對產品進行處理和管理，成品或半成品在加工處理過程中通過批次加以區分，將產品配方、工藝技術參數執行、過程質量情況等要素有機集成一體，實現柔性制絲的精細化、智能化控制。
3 應用效果
通過柔性制絲批次管理模式的應用，在龍巖卷煙廠“精品線”的技改項目中建立了系統、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變，實現了柔性制絲線的批次調度功能，以及生產管理與過程控制的整體集成和融合應用，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中生產資源調整困難、上下游設備之間協調性差和新產品研發適應性差等問題。
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