基于MES的煙草企業信息化改造應用研究

李曉芬 曹曉冬 羅賽 王天祺 朱江

摘要：煙草行業在新的經濟形勢下，必須要考慮提升自身的競爭力，所以信息化改造是唯一的選擇。煙草企業的MES可以有效地提高企業的生產管理水平，同時提高信息化水平。在此基礎上，可以對生產管理進行優化，進而實現智能化生產。通過在實際企業的應用驗證，煙草MES可以提高企業的生產效率和產品質量水平，信息化改造是成功的。

關鍵詞：煙草;信息化;MES;生產管理;ISA95

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）36-0260-03

Abstract： In the new economic situation， the tobacco industry must consider improving its competitiveness， so information transformation is the only choice. The MES of tobacco companies can effectively improve the production management level of enterprises and improve the level of informationization. On this basis， production management can be optimized to achieve intelligent production. Through the application verification in actual enterprises， tobacco MES can improve the production efficiency and product quality level of enterprises， and information transformation is successful.

Key words： Tobacco; Information Technology; MES; Production Management; ISA95

1 概述

隨著我國經濟的高速發展，各行業的競爭日益激烈，企業的決策者需要將目光放得更長遠一些，同時努力提高企業的自身素質。提高企業的自身素質只有一個方法，就是技術升級和改造。近些年，越來越多的企業管理者和科研人員發現新技術的應用對企業生產和管理效率的提升有很大幫助。特別是自動化、信息化和智能化的改造[1][2]。目前，大多數的企業已經完成了第一輪的自動化升級改造，其中的大部分也開始或者已經開始進行信息化改造。信息化是“三化融合”的關鍵環節，能夠幫助企業切實的提升生產和管理環節的自動化水平和信息化程度。特別是在目前，信息化已經成為大趨勢，智能化已經嶄露頭角，企業也需要跟上這個大的形式，提升自身的信息化水平，才能不被市場所淘汰。

本文針對煙草企業的特點，基于目前主流的MES（Manufacturing Execution System，制造執行系統）技術，對煙草企業進行信息化改造，提升企業的生產和管理效率，解決企業的實際需求。

2 MES概述

MES（Manufacturing Execution System）即制造企業生產過程執行系統，是一套面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統[3]。MES 可以為企業提供包括制造數據管理、計劃排產管理、生產調度管理、庫存管理、質量管理、人力資源管理、工作中心/設備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項目看板管理、生產過程控制、底層數據集成分析、上層數據集成分解等管理模塊，為企業打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協同管理平臺[4]。

ISA95標準中，MES也已經被納入其中，在圖1所示的ISA95功能層次模型中，MES位于第3層，負責生產過程的管理。

ISA95 標準定義了企業商業系統和控制系統之間的集成，主要可以分成三個層次，即企業功能部分，信息流部分和控制功能部分[5]。企業功能基于 Pursue 大學當初建立的 CIM 功能模型;信息流部分基于 Pursue 大學的數據流模型圖和S88 批次標準，包括產品定義、生產能力、生產計劃和生產性能 4 種信息流;而其控制功能則基于 Pursue 和 MESA 的功能模型[6]。

3 煙草MES系統設計

對于煙草企業，MES的設計需要建立滿足企業生產實際需求的信息化系統。通過建立統一的生產指揮調度平臺，為公司信息化系統和生產現場提供實時的信息;實現生產過程、產品質量的在線監控和管理，使企業生產管理由被動型向預防為主、在線控制的主動實時型管理體系發展;優化質量管理體系，提高質量控制的精準化水平;充分挖掘設備的生產能力，優化現場生產行為。

基于煙草企業的實際情況，應該首先實現系統的關鍵功能，包括生產計劃、質量管理、庫存管理和原料管理，以及對關鍵的工序或者工段的生產管理。所以，系統的設計主要針對這些內容。

3.1 生產計劃

生產計劃的功能是完成公司月計劃的接收，并以此進行全廠生產計劃的分解，生成制絲批次計劃及卷包開臺計劃的排產與調度，指導和監督各生產車間展開生產。

目前大部分企業的生產計劃管理完全采取手工制定，生產計劃單通過OA系統，以協同方式下發。由于在制定生產計劃過程中需要了解大量的現場、實時信息，而目前沒有相應信息化系統予以業務支撐，使得工作量大、環節多、效率低、易出錯，而且各種數據實時變化較快，難以全部獲得實際數據。

在掌握生產實際進度方面，由于沒有信息化系統的支持，使得生產設備科要經常到現場查看生產任務的實際完成、儲絲柜狀態等情況，無法實時、準確地獲得計劃執行進度及完成情況，信息獲取滯后，管理決策被動。

在煙草MES中，生產計劃應當接收月度生產計劃，編制卷包、制絲滾動計劃（2-3天），將計劃分解為詳細卷包機臺排產計劃和制絲批次生產計劃，再分解生成制絲批次排產與調度計劃，分別下發到卷包及制絲車間，車間按照計劃組織生產。

3.2 質量管理

質量管理主要由質量管理部門及生產車間聯合管理，質量管理部門側重制絲、卷包質量的綜合管理與控制，以抽檢、理化檢驗及車間數采報告為主要檢驗方式;車間質量管理主要由工藝質量員進行，側重本車間過程質量檢驗，同時配合質量管理部門完成計量儀器校準及質量采集數據上報等任務。

目前大部分的煙草質量管理整體水平較低，基本處于人工錄入、手工統計階段，主要體現在：

（1） 過程檢驗數據量較大，人工錄入需要耗費大量時間，速度慢、效率低;

（2） 人工錄入的失誤導致數據準確性較差，統計出錯在所難免;

（3） 同車間及公司三級站在質量數據上缺乏共享與集成，管理和監控滯后，信息獲取不夠充分，缺乏數據的深度分析。

煙草MES中的質量管理應該具備以下的功能，提高企業的質量管理水平。

（1） 對于自動化數采數據及產品質量分析數據，通過系統整合到質量管理科，替代現有人工提取及報送的方式，變手動為自動、變滯后為實時，提高生產數據的統一性、共享性、準確性和實時性;

（2） 進一步規范質量考核的標準及方法，切實將質量控制與評價考核結合起來，落到實處;

（3） 建立質量預警系統，對于關鍵質量控制指標、采集參數的波動情況進行及時預警，提高質量預防維護水平;

（4） 實現三級站及綜合測試臺質檢數據的共享與集成，通過數據的對比統計，提高質量管理的整體分析能力。質量管理部門發現質量問題后，需要進行追溯，但由于難以通過信息系統獲取到三級站的原輔料檢驗數據，需要人工進行對應，很多情況下，這項工作實際上難以有效開展。質量管理部門和三級站的工作實際上是密不可分的：質量管理部門負責生產過程的質量控制和提升，因此需要將自己所采集的過程監控數據與三級站的成品檢測數據合并起來進行分析。目前，需要花費大量人工對兩部分數據進行對應和分析，影響了質量管理和改進的工作效率。

3.3 庫存管理

目前大部分煙草企業的倉儲在卷包車間設有臨時中轉庫，輔料大庫到車間中轉庫屬于移庫操作，中轉庫到車間的輔料配送及退料倉儲負責管理。而對于制絲車間、咀棒車間不存在倉儲管理的中轉庫，大庫出庫到車間屬于生產出庫，車間內物料使用由車間管理。

原輔料采購入庫起始于采購中心的采購訂單，倉儲依據采購訂單核對入庫物料的品種、規格及數量進行核對，而質檢科及三級站按照質量標準對入庫物料進行質量抽檢，兩方面檢查通過后即可完成入庫。

成品出庫起始于營銷中心的銷售訂單，倉儲依據成品調撥單核對出庫物料的品種、規格及數量進行核對，而質檢科及三級站按照質量標準對出庫物成品進行質量抽檢，兩方面檢查通過后倉儲對SAP中的銷售訂單做出庫確認，并生成自身的成品出庫單。

原輔料出庫主要面向制絲、卷包和咀棒車間，卷包車間由于輔料中轉庫的存在，大庫到中轉庫屬于移庫操作，從中轉庫到機臺的出庫為生產出庫，而到制絲和咀棒車間的出庫直接為生產出庫。

目前大部分的企業倉儲內部業務完全采用手工管理方式，沒有應用信息系統，導致工作效率低、易出錯等問題。

因此煙草MES的庫存管理應該實現倉儲內部入庫、出庫、移庫、調整、盤點等業務的信息化管理，并與廠級生產管理模塊及公司各業務模塊實現有效集成，全面提高倉儲管理的信息化水平。成立倉儲物流中心，組織模式隨之改變，需要對管理模式及流程進行全面梳理和優化，將輔料中轉庫納入卷包車間管理范疇，強化卷包車間的在制管理，進而簡化和提高現有管理效率。

3.4 關鍵生產環節

卷包車間和咀棒車間是煙草企業的最關鍵生產環節，需要對其生產流程進行詳細的調研，將生產的全過程進行控制。保證生產的順利進行，提高生產效率以及產品質量。

卷包車間以技術分中心制定的卷接包工藝標準（BOM）為標準依據，以生產設備科下達的卷包機組調度計劃為排產依據，車間根據卷接機組設備能力情況組織卷接包生產，當機組能力不足時，將進行計劃的調整。

煙草MES中，對于卷包車間的生產環節，應建立卷包設備控制和數據采集系統，實現生產狀態實時跟蹤與監控，實現設備運行數據、卷煙質量數據和產量數據的自動采集。在集控和數采系統的基礎上，建立卷包車間生產管理系統，全面實現卷包生產過程的精細化管理。

為與卷包車間生產協調一致，咀棒車間以月度生產計劃及卷包車間生產進度為依據，提前一天做好咀棒的準備，由于沒有和卷包車間對接，咀棒需要通過倉儲輔料庫做中轉，再配送到卷包車間;咀棒生產的主要輔料由倉儲提供，主要包括絲束、成型紙、熱熔膠、增塑劑等;咀棒生產工藝標準由企業的技術中心提供。

咀棒車間以技術分中心制定的咀棒工藝標準（BOM）為生產標準，以生產設備科下達的月度生產計劃和卷包車間實時生產進度為排產依據，組織輔料備料和咀棒生產。生產過程中由車間在線質檢員負責在線質量抽檢，生產結束后成品沒有質量問題后配送倉儲輔料倉庫，在倉儲輔料倉庫入庫前，由質量管理部門做入庫成品質量抽檢，合格后入庫。

與卷包車間對應，煙草MES的咀棒車間與卷包車間對接，采用咀棒發射生產模式的基礎上，建立成型機數據采集系統，實現生產狀態實時跟蹤與監控，實現設備運行數據、在線質量數據和產量數據的自動采集。在數采系統的基礎上，建立咀棒車間生產管理系統，全面實現咀棒生產過程的精細化管理。

4 系統的實現

在完成煙草MES的關鍵功能設計后，需要對設計進行實現。目前系統的實現主要分為.NET和JAVA，數據庫多采用ORACLE和SQL Server，本文以.NET和SQL Server為例，對MES進行實現。

4.1 產品工藝管理

煙草的工藝為企業產品的核心，不同的香煙對應不同的工藝，在生產的時候，需要根據不同的工藝要求進行生產，所以工藝管理是非常重要的。產品工藝管理界面如圖2所示。

4.2 生產管理

生產管理的核心就是生產跟蹤，基于生產過程采集的數據，監控和記錄產品生產的全過程。圖3為制絲車間的生產管理界面。

5 結論

本文針對煙草行業的生產特點，結合MES的架構，設計并開發了煙草MES系統，解決煙草企業的信息化改造問題。目前，本系統的基礎功能和關鍵的功能模塊已經在實際的煙草企業部署應用，通過企業的實際應用效果來看，能夠有效地提高企業的信息化水平，同時，將生產各個環節的數據信息化，由MES統一管理。管理者能夠對生產進行有效和及時的管理。

但是，煙草MES的后續開發還需要結合新技術的應用，例如大數據、人工智能等。在提高了企業信息化水平后，還應該考慮生產管理的智能化，這也是未來的主要發展方向。

參考文獻：

[1] 王國濤. 企業實現工業信息化改造的討論[J]. 現代工業經濟和信息化，2018，8（12）：54-55.

[2] 陳臘兵. M照明公司公用系統信息化規劃研究[D].吉林大學，2018.

[3] 武韶敏，胡曉兵，王江武. 基于MES無縫集成的FMS生產管理技術研究[J]. 制造業自動化，2016，38（03）：11-14.

[4] 伍雪丹. 某電力企業生產管理系統的設計與實現[D].電子科技大學，2018.

[5] 王明福. OB公司精益生產優化研究[D].山東大學，2018.

[6] 曾鵬飛，任凱斌，張星，史春景，郝永平. 面向精益生產的集成化車間生產管理系統開發[J]. 沈陽理工大學學報，2018，37（01）：51-57.

[通聯編輯：梁書]