制藥企業(yè)生產車間自動化功能的設計與實現

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制藥企業(yè)是一特殊的行業(yè)，在無茵和潔凈度方面有相當高的要求，需要盡可能減少車間工作人員與設備。致使無法對車間級的生產過程進行實時的調度安排．導致生產與計劃相互脫節(jié)。本文為了解決這一矛盾，引入制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）完成生產車間信息自動化。

一、引 言

制造執(zhí)行系統(tǒng)MES是90年代由MESA提出的面向車間的管理信息系統(tǒng)，它的出現。在企業(yè)計劃管理和車問生產控制之間架起了一座信息溝通和管理的橋梁，MES強調制造計劃的執(zhí)行和產品制造過程的控制，能夠優(yōu)化管理程序，強化管理過程，量化管理效能，提高管理的透明度和敏捷性。

隨著企業(yè)計算機應用的不斷推廣，企業(yè)信息化應用水平逐漸提高，企業(yè)越來越需要車間執(zhí)行層的管理信息系統(tǒng)。因此，如何深刻理解MES內涵。把握發(fā)展趨勢，在我國企業(yè)中開發(fā)和應用好MES，對于提高企業(yè)競爭力。縮小與發(fā)達國家企業(yè)差距是迫在眉睫的事情，也將是企業(yè)信息化水平深層次推進的需要。制藥企業(yè)在制造業(yè)中是一個特殊的行業(yè)，其特殊在于對無菌和潔凈度方面的要求非常高，需要盡可能減少車間工作人員與設備，而由此導致無法對車間級的生產過程進行實時的調度安排，導致生產與計劃相互脫節(jié)。本文引入了制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）完成生產車間信息自動化，解決了上述矛盾。

二、生產車間信息系統(tǒng)

針對當前制藥企業(yè)生產管理中普遍存在的問題，通過對MES功能本質的分析，筆者提出了以下三層結構——企業(yè)信息化（EIS）／制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）／過程控制系統(tǒng)（PCS）、兩級數據庫平臺（實時數據庫、統(tǒng)計數據庫）的信息化管理解決方案。

（1）控制層（PCS）

PCS層主要負責生產過程的自動控制與現場數據的采集與初步分析。以PLC作為過程狀態(tài)和工藝、質量參數采集的基本單元，以AS2I總線和工業(yè)現場總線（ProfiBUS）構成基本網絡（含I/O接口模塊、傳感器、開關、智能儀表、AS2I總線主站、計算機通訊接口程序等）；工業(yè)現場總線采用總線拓撲結構（ProfiBUS2DP），總線兩端有終端電阻。這樣結構使系統(tǒng)具有擴展性，維護方便；高性能的工業(yè)控制計算機和對成熟組態(tài)軟件WinCC的二次開發(fā)形成車間現場數據的監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）執(zhí)行層（MES）

MES層的主要功能是動態(tài)的生產調度、生產過程實時監(jiān)控和現場數據的分析。MES系統(tǒng)主要由MES軟件、MES數據庫服務器、MES調度臺、車間作業(yè)信息顯示屏等構成，采用星型拓撲結構的工業(yè)以太網絡聯接；該網絡連接集中于中央節(jié)點，便于網絡維護和資源配置，當網絡中一個節(jié)點出現故障時，易于進行隔離檢測和維護，不會對其他節(jié)點造成很大影響，不會導致整個網絡的崩潰，同時網絡節(jié)點的接線方式也便于系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。

（3）企業(yè)信息化層（EIS）

計劃層即企業(yè)資源規(guī)劃層（EIS），EIS層主要進行管理決策與生產計劃，重點突出EIS管理平臺的建設。目前，適于不同需求的EIS系統(tǒng)已較成熟，可直接用于計劃層的信息管理。通過建立企業(yè)內部局域網（Intranet），實現計劃層內部信息的傳輸及計劃層、執(zhí)行層之問信息的交互；并通過與互聯網（Intemet）的連接，建立企業(yè)公共信息發(fā)布與電子商務的平臺。

三、車間監(jiān)控調度系統(tǒng)設計與開發(fā)

圖4-3中的陰影部分主要位于MES層，是車間生產信息化管理方案的核心，即車間監(jiān)控調度系統(tǒng)。它通過對制造過程的實時監(jiān)控和動態(tài)調度，根據ERP下達的生產計劃，利用車問的各種生產資源、生產方法和豐富的實時現場信息，快速、低成本地制造出高質量的產品。車間監(jiān)控調度系統(tǒng)功能包括：從計劃管理層獲取日生產計劃；對生產車間資源的管理，如任務訂單、物料與在制品、生產設備、人員等；生產車間作業(yè)調度；車間生產過程監(jiān)控：車間生產過程信息在線統(tǒng)計；主調度終端與各工序終端之間進行消息傳遞和數據庫共享。

圖4-3 基于MES和生產信息管理系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)數據庫的建立

數據庫結構設計以能夠及時、準確、有效地滿足系統(tǒng)功能為首要目標。在數據庫建立時，需要將各種信息分類和歸納，通過建立不同功能的表和相應字段保障數據信息的完整性和有效性。以下數據庫的設計以滿足第三范式為標準，并嚴格遵守參照完整性規(guī)則。監(jiān)控調度系統(tǒng)服務器是整個系統(tǒng)的數據交換中心，它的數據庫結構和數據內容是系統(tǒng)其他終端模塊建立的參照藍本。根據車間調度系統(tǒng)的功能需要，以及數據實時統(tǒng)計和及時上報管理層的要求，調度系統(tǒng)服務器采用SQLServer2000數據庫，分為統(tǒng)計數據庫和實時數據庫。

（2）監(jiān)控調度系統(tǒng)設計

生產監(jiān)控調度系統(tǒng)采用ARM＋WINDOWS CE瘦客戶機／服務器（Thin-Client／Server）體系結構，將調度系統(tǒng)應用程序的配置、管理、維護和運行都放在調度系統(tǒng)服務器上完成，而Windowsdows終端只作為簡化的人機接121界面為用戶提供服務，從而極大地增強了系統(tǒng)的集成性和可維護性。

監(jiān)控模塊：主要包括設備狀況監(jiān)控和生產流程監(jiān)控兩個子功能模塊。設備狀況監(jiān)控子模塊，與系統(tǒng)控制層的PLC終端進行通信，用于對生產系統(tǒng)中各主要加工機床的運行狀況進行在線監(jiān)控。在被監(jiān)控的設備出現故障時，自動報警。生產流程監(jiān)控子模塊與監(jiān)控層的Windows終端進行通信，用于對生產系統(tǒng)中各任務的加工進程進行在線監(jiān)視。

作業(yè)調度模塊：主要功能是進行車間的生產調度。該模塊即可以采用基于瓶頸分析的啟發(fā)式算法對整個生產系統(tǒng)進行自動的實時動態(tài)的生產調度；也可以由車間調度員，根據自己的經驗和對車間生產狀況的分析，采用調度模塊提供的一些常用的調度規(guī)則對各工序分別進行排產。

數據統(tǒng)計模塊：主要是針對生產系統(tǒng)和生產質量等方面信息的在線統(tǒng)計，如機床利用率、平均在制品庫存、加權誤期任務數等。長期的統(tǒng)計分析結果可以從管理層統(tǒng)計系統(tǒng)查詢獲得；短期的統(tǒng)計分析可以統(tǒng)計數據庫與實時數據庫中的數據作為數據源進行在線數據分析，為確定生產瓶頸和在線生產與質量提供依據。

四、結束語

對企業(yè)來說，能夠實現所購買的erp系統(tǒng)是前提，能穩(wěn)健運作并發(fā)揮ERP系統(tǒng)的優(yōu)勢提高自己企業(yè)的競爭力更是關鍵。（萬方數據）