MES系統在TnPM管理過程的應用

汪浩洋，彭美富，曹 玉，谷 壘

（湖南中煙工業有限責任公司長沙卷煙廠，湖南長沙 410007）

0 引言

全面規范化生產維護TnPM（Total normalized Productive Maintenance），是在日本 TPM（Total Productive Maintenance）的基礎上，由我國設備管理研究機構提出，結合中國企業特點發展起來的設備管理體系。它以最高的設備綜合效率和完全有效生產率為目標，以系統化的檢維修模式為載體，以員工的行為規范為過程，以企業的全員參與為基礎，是目前國內設備管理領域具有代表性的高水平、綜合性的管理模式。我國工業企業近年來發展迅速，具有設備種類多樣，高速度、高精度的特點。在這樣的大背景下，長沙卷煙廠已逐步形成了一套基于現場總線網絡、集中監控層網絡以及數據管理系統為核心的信息化管理平臺，通過MES系統集合生產管理、設備維護、產品數據、文件管控等信息，對企業TnPM管理過程提供了有效支撐。

1 MES系統框架構建

MES（Manufacturing Execution System，制造執行系統），是一些能夠完成車間生產活動管理及優化的硬件和軟件的集合，這些生產活動覆蓋從訂單發放到成品出庫的全過程。它能夠收集和利用實時準確的制造信息，從而指導、傳遞、響應并報告車間發生的各項活動，同時向企業決策層提供有關信息，為生產活動的任務評價過程提供支撐。

工廠使用的MES系統是基于Oracle數據庫（甲骨文公司的一款關系數據庫管理系統）開發，包括質量管理、生產管理、設備管理、文件管理及相關子功能。其中，設備維護系統和生產管理系統作為2大功能核心，成為整個MES系統各項服務對象及銜接紐帶，為TnPM管理提供了便捷的流程和數據指導。基于崗位編號的人員管理系統，賦予生產操作、維修、工藝員、班組長、技術員及相關職能主管不同的權限，規范了不同責任主體在各板塊所擔負的職能，從車間管理層到生產一線的每個員工，都可以實時關注到現場設備的運行狀態和維護、保養情況，充分符合TnPM管理過程全員參與的理念。MES系統結構框架（圖1）。

2 設備維護管理

基于TnPM管理理念，MES系統以全方位的預防維修體制為載體，包含以下內容。

（1）設備維護管理包括日常維修管控、設備定期檢定項目維護、周期性計劃制定及執行，可對相同類別的故障現象進行維護，形成設備故障案例以供查詢，指導檢修工作的開展。

圖1 MES系統結構框架

設備日常維護任務來源：維修人員自行組織開展的維修工作；由班組制定的周期性維護項目；技術員安排的檢修任務；由異常信息反饋或日常檢查轉換生成的維修任務。設備管理子版塊功能結構（圖2）。

圖2 設備管理子版塊功能結構

維修任務生成后，參與維修的人員均需在MES系統中填寫設備維修記錄，包括設備名稱、設備定制號、維修時間、維修班組及成員等相關信息。此外，還需詳細錄入設備現狀、原因分析，檢修過程及處理措施，如果該故障為重復性故障或發生頻次較高時，還需提交整改及預防措施，納入維修經驗庫。由技術員或班組制定的維修計劃，在維修工填寫完維修記錄后，計劃制定人還需進行完工驗收。

周期性維護項目包括設備點檢及潤滑管理，內容管理由各分線技術員承擔、車間設備主管審核匯總，并提交錄入。潤滑項目囊括了全車間設備各部位所有的潤滑點；設備點檢根據內容細分為電氣設備、機械設備、電機、安全連鎖裝置及皮帶秤校驗，其中皮帶秤校驗為每周1次，安全連鎖裝置檢查周期為90天，大電機需每月執行1次，其余設備根據具體情況合理設定周期，相關責任人員需在執行完現場任務后在系統內錄入執行時間和執行情況，若檢查發現異常，則可在執行情況內選擇“異?！辈⒆詣愚D入維修計劃。

TnPM 的 6Z 活動（Zero Defec，零缺陷；Zero Inventory，零庫存；Zero Accident，零事故；Zero Mistake，零差錯；Zero Fault，零故障；Zero Waste，零浪費）中，對庫存管理提出了明確要求。自2015年開始，工廠的備件管理、申領和申報流程統一切換至ERP（Enterprise Resource Planning，企業資源計劃系統），并于同年完成了ERP與MES系統之間的對接，維修人員可利用MES賬號登入ERP外圍接口平臺，完成備件查詢、備件請領、請領單審批等工作，并在相應的維修記錄中導入備件領取記錄，錄入消耗信息。

MES利用車間豐富的實時現場物料信息和設備運行狀態，對生產活動做出快速反應。使設備管理人員能夠通過系統快速了解設備使用率、備件消耗、維修頻次、備件壽命，使備件計劃的下單量與車間需求的數量相匹配，實現備件的零庫存管理。

3 生產管理

對于設備系統而言，TnPM最為關注的是設備綜合效率的最大化；對于整個生產系統而言，TnPM的追求是實現最大的完全有效生產率。設備綜合效率的高低不僅是設備自身能力的體現，同時也反映了設備使用和維護機制是否完善、相關使用方和維修人員的素養，以及信息傳遞渠道是否準確和快速。

車間現場采用西門子公司生產的S7-300/400型號PLC（Programmable Logical Controller，可編程邏輯控制器），對生產過程數據進行實時采集，制絲線電控系統PLC使用CP443-1 Advanced通信模塊，通過其千兆接口連接自動化控制網交換機，與上位系統的WINCC（Windows Control Center，視窗控制中心）服務器進行數據交互，實現數據歸檔的MES系統通過Oracle（甲骨文公司的一款關系數據庫管理系統）與WINCC（Windows Control Center，視窗控制中心）服務器上的SQL Server（微軟公司推出的關系型數據庫系統）來進行數據交互。

生產管理系統根據數據庫中統計的質量基礎數據和物料基礎數據，形成各牌號產品的生產模型，結合原料庫存情況，實現生產計劃高級排產，并及時對物資配送部門提出物料需求。

基于MES系統產生的排產計劃，車間可根據工序批次任務進行合理調度，生產班組合理安排人員進班和設備保養，工藝線根據多牌號、大批量的調試數據，形成工藝文件，對各項指標參數提出明確要求并在MES系統中設置預警條件。生產模型（圖3）。

4 完善的異常情況處置流程

通過生產過程監控采集到的數據一旦滿足預先設置的報警條件，將會在“過程數據管理”中產生相關設備段的異常報警信息，同時中控操作界面將產生一條待錄入的設備異常反饋信息，生產批次、控制段、異常狀態起止時間由系統自動生成，當班的相關工序段中控操作工填寫異常發生前后的設備運行情況及故障現象；此外，當設備存在不正常現象但未引起相關指標報警的情況下，操作工可根據情況自行錄入設備異常反饋信息，保存提交后，信息將反饋至車間設備線。設備異常信息處置界面（圖4）。

圖3 生產模型

圖4 設備異常信息處置界面

異常信息提交后，設備維修計劃管理界面將出現紅色字樣的“維修請求”，包括條目數量信息，在人工確認前保持閃爍提示。

維修工可點擊進入信息列表，查看與本維修組相關的信息并做出響應，填寫檢修過程及處理措施并初步分析異常產生的原因，由技術員進行確認，技術員可將此信息轉入維修計劃，進入設備維修管理流程，由維修工執行維修任務并填寫維修過程記錄。

異常信息處理完成后，將由提交人在系統內進行最終確認，確保設備異常運行情況已充分得到消除，證實針對該故障原因采取的一系列技術措施切實有效。

TnPM體系中，現場管理4要素通過MES系統得到了充分應用：通過建立異常信息的反饋機制，不斷提高操作工與維修人員的自我管理意識，通過TnPM自主維護活動和檢維修體系的不斷優化，建立自主維護和標準化的維修規范，通過維修資源的合理優化和分配，建立從操作工到維修工、技術員乃至全員之間的信息溝通渠道，從而實現由自主維護到專業維修再到主動預防的閉環管理機制。

TnPM的6大支柱之一，即小組自主維護和自主管理：當現場操作工和維修人員難以解決發現的問題時，則跳出自主維護的環節，進入“異常反饋—診斷—維修—試驗驗證—收集反饋”的專業維修閉環，從而形成2套閉環系統的完整作業體系。只要該體系運行順暢，設備管理團隊就可以隨時收集、記錄日常的微小故障和故障隱患，為集中檢修和維保工作打下堅實基礎。

5 生產過程監控

生產過程監控是基于底層網PLC提供的數據，通過數據采集服務器與生產管理服務器的數據庫通信，對車間各加工工序在批次生產過程中的設備運行狀態及主要參數進行收集，實現跨網段的實時監控。此外，系統還能夠根據工藝線的要求生成相應的報表，為生產管理提供服務。生產過程監控（圖5）。

圖5 生產過程監控

車間各層級的員工可通過個人賬號登陸MES系統，基于各自的權限查詢當前生產信息，信息涵蓋了高架庫、糖香料房、配葉線、切炒線、梗線在內的制絲線全線設備，設備管理人員和維護人員可根據設備運行趨勢圖，生產、工藝報警信息，斷流信息判斷設備在相應周期內的運行情況，必要時還可調取設備運行參數信息，在異常處理模塊中，可查看維修、技術人員的做出的響應及處理辦法，設備管理員可基于設備在一定周期內的異常統計報表、運行情況信息制定相應的計劃，為建立設備長效維護機制提供了有力支撐。

包括TnPM在內的很多管理模式中，單點課程OPL（One Point Lesson）和單點提案 OPS（One Point Suggestion）都是包含在其中的重要工具，在該管理模式的推進過程中，這2種工具也得到了廣泛使用。來自生產、設備、質量、安全、環境和成本等各個領域的文檔資料，都可以作為OPL和OPS的題材來使用和推廣。

在工廠的MES系統中，可查詢的文檔包括制度文件、工藝質量資料、安全資料、設備技術消化資料、OPL單點課、設備操作規程等，設備操作規程和技術消化資料結合了設備平面布置圖，在相應的機種圖標上設置超鏈接，用戶可以非常直觀地獲取想要了解的設備信息，員工可以通過查閱文件快速掌握相關崗位的操作指南、維修檢定方法、工藝規范，有效地提升了人員整體技能水平。

6 結語

TnPM的評價體系和激勵機制，對企業的生產、維修管理具有重大的指導意義，引導企業向世界級的制造企業不斷邁進。在工業4.0時代，伴隨著技術以及生產過程的轉變，整個管理和組織結構也需要隨之調整，在這樣的大背景下，MES系統將會給企業帶來至關重要的作用，不僅彌合了企業計劃層和生產車間過程控制系統之間的間隙，也為企業提供了一個快速反應、有彈性、精細化的制造業環境，幫助企業降低成本，按期交貨，提高產品及服務質量。未來，伴隨著工業互聯網的不斷完善和設備智能化水平的逐步提高，MES系統在智能制造方面將不限于收集、分析與展現，而將進一步實現現場實時分析、協同智能決策，及時調整制造執行過程，為企業最終實現智能化生產和打造智慧工廠貢獻力量。