生产计划与调度系统在卷烟生产中的应用

吕希胜，许岩峰

LV Xi-sheng1, XU Yan-feng2

（1. 中国科学院 沈阳自动化研究所 工业信息学重点试验室，沈阳 110016；2. 吉林烟草工业有限责任公司，延吉 133000）

生产计划与调度系统在卷烟生产中的应用

Applications of production planning and scheduling system in cigarette production

吕希胜1，许岩峰2

LV Xi-sheng1, XU Yan-feng2

（1. 中国科学院 沈阳自动化研究所 工业信息学重点试验室，沈阳 110016；2. 吉林烟草工业有限责任公司，延吉 133000）

针对企业计划层和生产控制层之间的断层问题，阐述了制造执行系统(Manufacturing Execution System)在烟草行业的应用，并就其中关键模块——生产计划与调度系统进行了详细介绍，包括制丝生产计划制定、卷包生产计划制定、生产通知单派发、制丝生产过程控制、卷包生产过程控制等功能模块，并对系统的实现和应用效果进行了介绍。

计划与调度；卷烟生产；制造执行系统

0 引言

烟草行业作为一种特殊行业，兼有国家宏观调控和市场经济的特征[1]。目前，烟草企业间的竞争加剧，难以依靠传统技术及改造提升其竞争力。而通过引入信息技术，全面实现企业信息化，提升企业综合竞争力，已成为烟草工业企业赢得市场与利润的有效手段。MES系统主要解决企业整体优化中生产计划与生产过程的脱节问题，这一问题长期以来不仅直接影响企业的生产效率，而且成为制约现代企业内部信息集成和企业之间供应链优化的瓶颈[2]。在MES系统中，计划与调度模块处于非常重要的位置，负责整个车间的计划管理以及资源调度等多项重要功能，在车间优化控制方面，计划与调度管理更是处在最重要的位置。

本文通过探讨制造执行系统的内涵，介绍了MES在延吉卷烟厂制丝、卷包生产线上的应用。依托延吉烟厂MES系统项目，研究并开发了生产计划与调度管理系统，充分考虑了月生产计划、原辅料库存状况、车间生产能力等因素，对制丝、卷包生产的调度方法做了一些研究工作。该系统已经投入实际应用，很好地完成了制丝、卷包生产的计划与调度管理，大大地提高了生产效率。

1 烟草行业实施MES的必要性

1.1 烟草企业生产经营特点的需要

烟草行业国家实行专控,其生产总量由国家计划下达，烟草工业企业只能在国家计划的基础上，进行进一步分解，优化产品结构，降低成本，以此来满足消费者的需求[3]。目前烟草工业企业生产计划受市场影响越来越大，大部分企业明显感到计划跟不上变化，面对销售部门对产品交货时间的严格要求，面对营销计划的不断调整和生产过程中品名的更换，造成了生产计划不断变更。在这种生产模式下，企业的销售部门需要对生产部门的情况非常了解，掌握生产线的实时数据，避免签订不合理合同，避免出现交货期根本无法保证等问题；而生产部门也需要及时掌握当前的各项订单情况、要能够及时掌握生产的历史情况和现时数据，快速准确地根据销售合同和调度计划制订科学合理的生产调度计划。要实现上述的功能要求,需要的不仅是先进的生产设备和能力，更重要的是保证从接单——编排生产计划——生产——控制——派送等一系列各个环节的信息畅通，在企业的计划层与生产控制层之间建立起“直通车”。

1.2 烟草行业发展需要

全国烟草行业总体上是一个产大于销的状况，生产能力远远大于市场需求。找出影响产品质量和导致成本增加的因素，提高计划的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率已成为每个企业所关心的问题[4]。烟草企业要达到成本和质量的双赢，必须严格控制产品生产的全过程和影响生产的各种因素。有效的方法就是加强对原材料和人员工时的全面监控与调度，对生产线上的各个点进行有效地监控和信息管理，加强生产资源综合调度管理，使之发挥最大效益。

1.3 烟草企业信息化的需要

目前，烟草企业整个生产过程集成化程度很高，自动化技术应用十分广泛，在长期的信息化应用过程中，实现了过程的自动化。在管理信息化方面，随着企业信息化建设的不断深入，ERP等信息化管理软件，逐渐为众多的企业所接受，并开始广泛应用于企业管理中，企业也因此取得了一定的管理效益，但是应当看到，烟草企业底层生产控制系统虽已基本实现了基础自动化和过程自动化，并且在此基础上形成了相对独立的系统，但是每个系统都有各自的处理逻辑、数据库、数据模型和通信机制，从而形成一个个信息孤岛，导致信息资源缺乏共享和生产过程的统一管理[5]。充分利用现场数据，为管理层提供建设性的信息成为关键。

2 卷烟生产过程

卷烟生产过程一般分两段：前段是制丝过程，后段是卷包过程。过程系混合生产模式，兼有流程行业和离散行业的特点，其生产过程示意图如图1所示。第一阶段是生产成品烟丝，第二生产阶段是利用成品烟丝以及相应的辅料，通过卷接包装工序，最终生产成品烟。

图1 卷烟生产过程

制丝生产线负责完成烟丝制作任务，并将成品烟丝通过风力送丝传送到卷包车间，进行卷接操作，最终形成成品烟。延吉卷烟厂制丝生产线有6000KG叶丝线和3000KG叶丝线两条生产线，另外还有一条梗丝线、一条薄片丝线、一条梗颗粒线。除叶丝线外，另外的生产线为叶丝线提供烟丝中间产品，如梗丝、薄片丝、梗颗粒等。这些中间产品按一定比例掺配到叶丝中，经过加香加料后便成为成品烟丝。梗丝线分为洗梗处理段、润梗处理段、梗丝加料段、梗丝膨胀段四个工艺段。叶丝线分为叶片真空回潮段、叶片筛分加料段、叶片切丝段、叶丝干燥段、掺配加香段、贮丝房进料段、贮丝房出料段等工艺段。成品烟丝按不同的品牌分放在不同的贮丝柜当中，并通过风力送丝，由管道直接送给卷接包车间的卷接设备。

卷包车间生产设备类型比较单一，基本上是卷接设备和包装设备，工艺流程也比较简单，就是利用成品烟和相应的辅料，通过卷接设备制成烟支，再利用包装机制成条包烟，由于该过程所用的辅料种类非常多，每种辅料消耗量非常大，如何有效得减少消耗是企业所追求的目标，在这过程中，生产计划与调度的合理，会减少不必要的浪费，从而降低单耗，提高生产效率。

图2 制丝线布局图

卷烟生产属于典型的混合式生产，制丝阶段是大批量少品种的生产，而卷接阶段属于多品种的组装式生产。整个生产线自动化程度较高，生产设备比较先进，大都能提供生产实时数据，为信息化提供数据源支持。为了能充分利用现场数据，把上层计划层与生产现场控制层紧密联系起来，生产计划与调度系统起到至关重要的作用。作为MES系统中的一个重要模块，它串联起整个生产，是MES系统中的核心模块之一。下文将就延吉烟厂MES系统中的计划与调度子系统进行相应的介绍。

3 系统功能描述

3.1 功能结构图

整个计划与调度系统的主要任务是接收公司下达的月生产计划，根据车间的产能以及仓库库存情况以及销售需要等进行排产操作，进而确定卷包周生产计划，再根据卷包周生产计划以及烟丝计划单耗可以得出制丝周生产计划。根据周生产计划进行相应的原料和辅料需求，通知到仓储部门进行备料操作。完成备料操作后，再制定日生产计划，并把指令下达到车间，经过车间调度人员确认后，将生产指令下达到生产设备，完成整个卷烟生产。其主要模块有计划接收、计划排产、物料需求、指令调度、生产追踪。

图3 计划与调度系统功能结构图

计划接收：接收公司的月生产计划，并根据各车间的具体情况进行一些修改。

计划排产：根据各车间、各主要设备状态、库存情况等，把接收到的月生产计划分解成周日生产计划，生成计划通知单下发到车间。

图4 生产处制定周生产计划流程

物料需求：根据制定的周生产计划，生成物料需求单，并下达到仓库进行备料操作。

指令调度：根据产品牌号获取工艺参数信息，并按照工艺段分别下达到相应的设备，为生产提供保障。

生产追踪：对计划的完成情况进行追踪，并对实时库存、设备状态等进行监控，为计划的制定提供参考。

3.2 工作流程

图5 车间到工艺段计划流程

图6 工艺段指令下达流程

整个工作流程分成三部分，一部分是制丝、卷包周生产计划通知单生成，该部分根据月生产计划以及库存情况，进行排产操作，生成周生产计划，并生成物料需求单，具体流程如图4所示；第二部分车间接收生产处下达的日计划，然后根据设备状态和贮柜状态进行指令调度操作，具体流程如图5所示。最后一部分是调度指令下达，根据生产通知单获取相应的工艺参数，根据贮柜状态进行路径选择和贮柜选择操作，并将指令下达到生产控制系统中，具体流程如图6所示。

4 系统实现及效果

图7 制丝调度系统操作界面

本系统基于.net平台，应用WPF技术进行开发，充分利用实时历史数据库和关系数据库，实现统一的数据平台，在实时历史库方面利用GE的iHistorian实时历史数据库；在关系数据方面，该系统利用Oracle数据库和SQL Server数据库相结合，完成异构数据库的构造，实现生产现场数据与厂级管理数据的融合，保证了数据的安全性和系统的稳定性。

该系统从关系数据库Oracle数据库中读取公司计划信息、厂级计划信息、库存信息等，在SQL Server数据库中读取厂级计划信息并进行状态反馈，并将工艺信息、班组信息等上传到Oracle数据库中进行统计分析；将SQL Server数据库中的计划信息、工艺信息转换成调度指令，下达到生产设备上。

以往的生产通知单和调度指令全是用手工传送，传送过程中会产生大量时间浪费，并且可能会出现偏差，采用该系统后可以自动传递到生产控制系统中，为操作人员提供了方便。

5 结论

该系统接收公司的生产计划，根据库存和销售等信息安排厂级生产计划，然后根据车间的设备状态和库存状态，再按照一定的规则进行排产调度工作，生成生产通知单和调度指令，然后将生产通知单下发到相应的工艺段，将调度指令下载到指定设备上。通过计划将整个生产流程串联起来，实现生产过程的优化和追踪。整个系统采用.net平台开发，使用模块化的组织方式，整个系统具有良好的交互性、可用性和可扩展性，有利于系统的维护和升级。该系统已经进入实际应用，很好地完成了制丝、卷包计划与调度管理，极大地提高了产品质量和生产效率，保证了生产的稳定运行。

[1] 陈勋.APS高级计划排程--烟草行业MES的核心[C].第四届MES(制造执行系统)开发与应用专题研讨会论文集,上海,2005,67-70.

[2] 郑彬,蔡临宁.制造执行系统在制丝线上的应用[J].烟草科技.2005(5):19-20.

[3] 江涛,邹平.烟草行业生产控制模型研究[J].信息控制.2009,38(4):490-495.

[4] 吕希胜,史海波,潘福成.制丝线计划与调度系统研究与实现[J].制造业自动化.2009(1):83-86.

[5] 邹江,杨璐,孙瑞志.基于SOA的企业异构资源的整合研究[J].计算机应用与软件,2010(1):51-53.

TP311

A

1009-0134(2010)11(上)-0012-04

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(上).04

2010-05-14

国家自然科学基金项目(60674114)；国家863高技术计划项目(2007AA040702)

吕希胜（1982 -），男，山东高密人，博士，研究方向为生产计划与调度。