MES在乳品數字化工廠中的應用

鄒 波，侯淑媛，駱 旭，劉 娜，李 漢

和利時卡優倍科技有限公司，北京 100176

0 引言

生產執行系統（MES）是面向車間生產過程管理，解決車間生產任務的執行問題[1]。乳品的完整生產鏈包含牧場奶牛養殖、原奶在途運輸、工廠乳品生產、成品發貨運輸等環節（圖1）。乳品MES以實現工廠產品數字化生產為重點，可以集成牧場管理系統、車輛運輸管理系統，實現乳品完整生產鏈的數字化管理。

圖1 乳品生產全生命周期

利樂或GEA中控系統在前處理環節的應用，自動化包裝生產線、無人碼垛立體庫在灌包裝環節的應用，極大提供了乳品整體生產的自動化程度，設備數據采集系統從自動化設備控制系統或自動化產線中獲取數據，這些為推行乳品數字化工廠建設奠定了硬件基礎。

李鴻奎[2]簡述了MES在嬰幼兒配方奶粉生產方面的作用；嵇海濤[3]闡述了利樂中控系統在質量提升及質量溯源方面的價值。對于MES在乳品工廠中的具體實現方式，以及在業務方面產生的量化價值，目前相關論文闡述較少。本文結合乳業MES產品開發和項目實施的經驗總結，闡述部分重點業務模塊，突出MES在提高乳品生產質量，實現業務電子化報表，以及工廠側領導數字化決策等方面的價值。

1 MES整體設計

在乳品數字化工廠建設中，自下而上分為4 個層級：設備層、數據采集層、生產管控層、運營管理層。整體以MES為中心，打通設備層與運營管理層。設備層與數據采集層：包含中控系統管控的設備，如CIP清洗設備、UHT殺菌機、罐線閥陣等；多條灌包裝產線的多臺單包容量設備由1 套容量上位系統統一管理，多條灌包裝產線的多臺噴碼設備由1 套噴碼上位系統統一管理；設備數據采集系統采集地磅設備、凈乳機、灌裝機，以及包裝產線信息。生產管控層：包含LIMS、EAM、MES、原輔料WMS、成品WMS；運營管理層：包含OA、ERP、售后服務系統、人力資源系統、智慧園區管理系統等（圖2）。

圖2 MES整體業務架構設計

MES產品設計以乳品生產的協同業務場景為核心，以系統集成為支撐方式，可以有機串聯生產中的計劃、供應、收奶、預處理、灌包裝、質檢、成品發運等不同工作。MES產品主要包含12 個業務模塊：排程管理、奶臺管理、預處理管理、灌包裝管理、質量管理、成本管理、檢驗管理、巡檢管理、異常管理、消息管理、文檔管理、系統配置。以下重點闡述收奶業務、質量管理、生產運營決策系統。

2 收奶業務

收奶業務適用于生產運營中司磅員、收奶工、奶臺中控工。收奶業務基本流程為：奶車入廠→奶車外表面清洗→鉛封核對→原奶采樣檢驗→奶車過磅，稱量毛重→抽奶入暫存罐→凈乳后入奶倉→奶車二次過磅，稱量皮重→奶車內部清洗→奶車出廠。

MES與ERP、LIMS、地磅稱重設備（通過設備數據采集系統）、智慧園區管理系統集成，收奶業務信息流如圖3所示。

圖3 MES收奶業務信息流

從ERP中獲取原奶MPO表，并據此核對奶車入廠信息，生成采購訂單；MES與LIMS集成，自動觸發原奶檢驗任務，并同步LIMS檢驗結果，判定原奶是否接收，如檢驗合格則正常接收，在ERP中完成收奶業務過賬；MES為奶車分配清洗線，執行CIP清洗；MES將奶車清洗完成的信息同步給智慧園區管理系統，園區車輛識別系統識別奶車車牌后，自動放行出廠。MES可實現收奶業務過程透明化管控，如圖4所示。

圖4 MES中收奶過程完整管控

MES在收奶業務方面的價值如下：

（1）實現奶車在途、入廠、檢驗、過磅、收奶、離廠狀態一張圖管理。

（2）鉛封核對在線記錄，CIP清洗記錄電子化，無需開具洗車票。

（3）MES通過設備數據系統獲取奶車毛重、奶車皮重，通過園區車輛識別系統獲取奶車車牌號，并匹配原奶采購訂單，可實現無人司磅、自動收奶。

（4）MES觸發質檢任務，LIMS將檢驗結果自動推送ERP和MES，可減少員工與司機查看質檢結果的不方便。

（5）奶倉超時或超溫時，可自動提醒收奶員，并自動觸發檢驗任務。

3 質量管理

質量管理適用于生產運營中質量、檢驗的管理人員，包含業務功能有：質量追溯、質量巡檢、質量變更、保溫樣管理、投訴管理、質量報表。

生活質量提高使消費者對牛奶產品信息透明度提出更高要求，全程有序可追溯更能滿足消費者對自然原生需求和對品牌的信任度[4]。以下重點闡述MES在質量追溯方面的業務，乳品生產質量追溯原理如圖5所示。

圖5 MES中質量追溯原理

通過成品批次號可追溯到無菌罐罐號，從而查詢對應時段半成品批次號；通過半成品批次號可查詢奶倉號，進一步追溯原奶信息，并且延伸到原奶接收，包含收奶工、奶車信息、牧場信息，形成完整的質量追溯報告，如圖6所示。

圖6 MES中質量反向追溯

MES在質量管理方面的價值如下：

（1）系統可自動提示質檢員乳品生產過程中質量巡檢任務，消除員工主觀原因漏檢。

（2）發現質量異常后，可自動通知責任人，系統流程跟進，形成質量異常閉環管理。

（3）對質量巡檢明細、保溫樣過程管控、質量變更等能完整電子化記錄留痕，利于保存與質量追溯。

（4）可實現生產全過程質量追溯、質量分析，為生產運營決策提供數據支撐。

（5）質量相關文檔集中管控，分配權限，提供在線存檔、瀏覽，提高員工效率。

4 生產運營決策系統

生產運營決策系統為管理層提供數據分析與決策導向，從MES中抽取生產相關的重要指標，重點體現生產計劃達成、生產成本分析、生產質量檢驗、產線運行效率等，并做業務的穿透分析。例如：奶倉儲存超時率，可穿透到具體的超時奶倉編號、超時原因；另外，設計指標的數據來源以自動獲取為主，減少人為錄入干擾，真實反映生產實際情況。

生產運營決策系統以乳品生產流程為主線，包含六大功能模塊：生產總覽、奶車/原奶、生產執行、成品倉儲、市場客訴、安全生產，其中生產總覽是從后面5個模塊抽取并歸納的統計指標（圖7）。

圖7 生產運營決策系統-生產執行

5 總結

乳品數字化工廠建設是一個整體規劃的系統工程[5]，一般需自頂向下設計、自下而上分步實施。MES在乳品數字化工廠中打通了生產控制系統與運營管理層，橫向集成了LIMS、WMS等；基于重點業務環節IOT高度集成、精益化與數字化結合等數字化手段，以乳品生產實際業務流為牽引，包含奶車在途、收奶、預處理、灌包裝、成品發運等，可實現乳品生產全工段成本損失矩陣的自動核算、灌裝機等重要設備運行記錄自動化電子化、原輔料領料退料的透明執行、每日生產計劃量與實際入庫量的清晰對照等。