现代国内企业信息化建设逐渐向管控一体化目标迈进。有色企业的管控一体化总体结构可以分成ERP(企业资源企划)层、MES(生产过程制造执行系统)层、PCS(过程控制系统)层3层体系结构。其中,MES层起到承上启下的关键作用,它提供为优化从订单投入到产品完成的生产活动所需的信息,运用及时、准确的信息,指导、启动、响应并记录工厂活动,从而能够对条件作出快速的响应,减少非增值活动,提高工厂运作过程的效率,使管控一体化系统形成具有合力的整体。
某企业为省部级重点有色加工企业,已经形成以新能源材料、电子信息材料、功能结构材料为主要特色,集技术开发与集成、新产品研发及产业化为一体的产业基地。
企业发展规模的不断壮大与经营范围的日益拓展,对企业整体信息化水平提出了更高要求。各车间内部虽已具备PLC/DCS自控系统,但车间之间生产信息孤立,形成孤岛。生产信息的传递,生产调度的指挥管控主要为传统的电话、人工、纸质模式。生产信息化的现状已无法满足业务发展的实际需求,分厂级层面上的两化融合问题成为亟待解决的战略性问题,非常有必要研发一套具备生产实时监控与调度等功能的生产制造执行系统,为公司的管理和决策提供真实、准确、及时的参考信息。应该企业要求,笔者所在单位承担了该企业生产信息化项目建设的整体规划与具体实施。
1 项目目标
通过高速局域网络实现各级生产管理部门对生产信息的监控。建立生产指挥中心,以生产网络及数据库系统(实时、关系)为支撑,通过对各车间生产数据的实时采集和历史存储,实现生产信息的集成共享,并对生产中产生的动态海量数据进行长周期保存和多手段呈现,建立生产实时监控系统。同时,开发生产调度管理软件。以生产运行管理为核心,以基于关系数据库的数据集成平台为支撑,存储并管理生产过程历史数据以及生产计划、物料消耗、产品质量、库房盘点、金属平衡等数据,与实时监控系统一起,构建集物料管理、生产运行管理、质量管理等为一体的生产执行系统(MES)。系统总体架构,如图1所示。
图1 系统总体架构图
建设目标包括:
①基础设施:设计建设具备管理与控制网络安全数据传递以及数据库集成功能,可靠的生产数据集成信息通道。
②实时监控:建设跨流程多控制系统的生产信息集成。建设生产车间及其辅助流程的实时数据共享平台,实现生产实时信息集成共享,并开发实时监控平台,实现客户端模式下的图形化实时监控平台,为调度指挥中心提供直观、全面、准确、及时的生产运行数据。
③调度管理:设计研发生产调度管理软件,对各类物料的计划、进出、消耗、库存实绩以及金属平衡、产品质量等进行集成管理。
④数据支撑:为上层管理系统ERP、CRM等提供基础的生产数据信息。
2 网络及数据库系统设计
网络和数据库系统是企业生产信息化系统的基础和载体,通过建立生产管理监控网络,以实时数据库为基础支撑,集成各车间的生产实时数据,实现生产过程信息的集成与共享;以关系数据库为平台,存储并管理生产计划等生产经营管理数据,与实时数据库一起构建企业生产管理数据库系统。
2.1 数据采集网络设计
数据采集网络设计采用星型拓扑结构,将各车间的DCS操作站通过集线器汇聚至对应车间的数采机,数采机进行网络隔离后连接中心交换机,从而构成星型树的拓扑结构。结构示意图如图2所示:
图2 数据采集网络结构图
2.2 实时数据库系统设计
实时数据库就是数据和事务都有硅式实时限制的数据库,在时间的约束条件下保证共享数据的一致性,数据的正确性不仅依赖于逻辑结果,而且依赖于逻辑结果的产生时间和导出结构所使用数据的时间一致性。
根据在工业自动化领域的经验及项目实际情况,充分利用之前已购买的数据库平台——北京三维力控pSpace5.0企业级实时历史数据库,只对其进行必要的升级即可满足本项目的应用需求,即节约了资金又避免了重复投资。
pSpace企业级实时历史数据库为完全的分布式结构。支持C/S和B/S应用;可提供丰富的企业级信息系统客户端应用和工具;大容量支持企业级应用,内部实现高数据压缩率,可实现历史数据的大量存储。
2.3 关系数据库系统设计
关系数据库就是基于关系模型的数据库,它是当前应用最广、技术最成熟的一种数据库,也是目前各类数据库中最重要、最流行的数据库。
在开发的系统中,关系数据库的主要功能是:①存储生产数据;②为系统提供统一的数据源;③保证数据的一致性和准确性;④为数据的后续应用提供保障。本方案中采用的关系数据库是功能强大的企业级关系型数据库引擎Oracle9i。
3 调度管理软件设计
3.1 软件功能设计
依据实施规划及需求方要求,除组织机构管理、用户日常管理、软件日常维护等常用功能外,其它主要有:
①生产基本信息。基本物料及其属性、化验指标及其属性、物料指标编码等。
②生产日常维护。物料及化验指标指派等。
③生产数据录入。生产计划与实绩录入。物料投入、产出、出入库信息录入,包括物料基本属性、化验指标、包料、批号等。
④生产数据查询依不同检索条件(物料名称、录入频次、类别、状态、部门、时间、时间段、统计类型、批号等)实现自动检索;依不同排序规则实现自动排序。
⑤质量数据管理。首先建立全局质量指标库,完善数据统一与共享,其次设计实现质检数据与物料实体的灵活匹配,然后开发质检数据人工录入界面。考虑需求的多样化,采用多种数据呈现方式与查询方式。实现质检报表的在线浏览与数据下载。
⑥金属平衡管理。物料的收入、付出、结存按日期检索录入、数据自动显示、统计计算等功能。应用户对该类数据的要求,数据一经确认,便永久保存、不得更改。
⑦设备运行管理。设备实时监控与设备运行维修管理等。
⑧生产库存盘点。生产库存自动计算,实时盘点。每年、月盘库余量自动作为库存基量参与后期库存计算。
⑨文时报表查看。报表完全采用Excel格式,便于查看、修改。展示形式灵活、修改简便,只需EXCEL基本技能即可,同时可自动生成各式在线图表。
3.2 软件架构设计
软件架构采用基于MVC架构的拓展N-Tier流行架构模式。将传统MVC 3层架构细化为界面显示层—WebUI层—业务逻辑层—实体层—数据访问抽象工厂层—数据访问实现层等N-Tier架构。较之传统三层架构,较好地降低了系统耦合性,简化了体系开发难度,提高了系统安全性、易用性、可拓展性,更适合于团队协作开发模式。详细架构如图3所示。
图3 软件架构设计模式示意图
3.3 开发工具选择
实时数据库选用三维力控pSpace,软件开发平台选用基于.net Framework框架平台,历史及关系数据库选用Oracle9i数据库平台;开发工具选用Star UML系统建模、Power Designer数据库建模、Visual Studio 2008集成环境、Toad for Oracle中间件,持久化工具选择EntLib类库插件,报表生成选用基于.net平台的行业报表插件;代码生成工具选用CodeSmith软件;运行测试工具选择Spot Light on Oracle等性能测试工具。
4 项目实施步骤
项目严格按照信息化项目管理的一般规范进行。采取总体规划、分步实施的原则,由信息系统项目管理师指定详细建设计划,网络规划设计师规划总体网络架构,系统分析师制定软件需求、架构及详细设计计划。详细实施步骤包括网络基础建设、数据采集系统实施、实时监控系统实施、生产调度软件开发、系统功能整体测试、系统试运行与用户培训直至产品正式交付用户使用。整个系统建设用时13个月,企业生产网络覆盖所有生产车间及辅助工艺,完成各车间约2万个实时位号数据采集,编写软件代码15万行以上,向用户如期交付了满意的产品。
5 实施效果
系统交付至今,运行情况稳定,数据采集准确率达100%。大计算量数据统计操作在用户访问量低的凌晨时间由系统自动处理完成。数据响应时间5s以内,报表在线生成时间5s以内。
系统投运后,实现了生产信息实时共享与各车间调度相互协调。为生产调度管理提供了准确及时的过程工艺参数和关键生产数据。综合查询及各类生产报表的应用,改变了旧有生产管理模式,实现了数据一次采集,全厂共享。保证了数据准确性和及时性。为企业生产数据综合分析、全局决策提供了重要的数据依据。减轻了操作下及生产调度的劳动强度,极大提高了生产管理效率,具有良好的经济、社会效益与推广前景。
6 结语
本系统的研发与应用,大大增强了企业生产管理水平,优化了生产操作,提高了生产能力、降低了生产成本、产生良好的经济与社会效益,所采用的技术路线及关键问题的处理具备一定行业特点及通用性,具有较好的参考借鉴意义及应用推广价值。
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本文标题:有色企业生产信息化系统研究与实施