基于MES的烟草企业信息化改造应用研究

李晓芬 曹晓冬 罗赛 王天祺 朱江

摘要：烟草行业在新的经济形势下，必须要考虑提升自身的竞争力，所以信息化改造是唯一的选择。烟草企业的MES可以有效地提高企业的生产管理水平，同时提高信息化水平。在此基础上，可以对生产管理进行优化，进而实现智能化生产。通过在实际企业的应用验证，烟草MES可以提高企业的生产效率和产品质量水平，信息化改造是成功的。

关键词：烟草;信息化;MES;生产管理;ISA95

中图分类号：TP311           文献标识码：A        文章编号：1009-3044（2018）36-0260-03

Abstract： In the new economic situation， the tobacco industry must consider improving its competitiveness， so information transformation is the only choice. The MES of tobacco companies can effectively improve the production management level of enterprises and improve the level of informationization. On this basis， production management can be optimized to achieve intelligent production. Through the application verification in actual enterprises， tobacco MES can improve the production efficiency and product quality level of enterprises， and information transformation is successful.

Key words： Tobacco; Information Technology; MES; Production Management; ISA95

1 概述

随着我国经济的高速发展，各行业的竞争日益激烈，企业的决策者需要将目光放得更长远一些，同时努力提高企业的自身素质。提高企业的自身素质只有一个方法，就是技术升级和改造。近些年，越来越多的企业管理者和科研人员发现新技术的应用对企业生产和管理效率的提升有很大帮助。特别是自动化、信息化和智能化的改造[1][2]。目前，大多数的企业已经完成了第一轮的自动化升级改造，其中的大部分也开始或者已经开始进行信息化改造。信息化是“三化融合”的关键环节，能够帮助企业切实的提升生产和管理环节的自动化水平和信息化程度。特别是在目前，信息化已经成为大趋势，智能化已经崭露头角，企业也需要跟上这个大的形式，提升自身的信息化水平，才能不被市场所淘汰。

本文针对烟草企业的特点，基于目前主流的MES（Manufacturing Execution System，制造执行系统）技术，对烟草企业进行信息化改造，提升企业的生产和管理效率，解决企业的实际需求。

2 MES概述

MES（Manufacturing Execution System）即制造企业生产过程执行系统，是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统[3]。MES 可以为企业提供包括制造数据管理、计划排产管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台[4]。

ISA95标准中，MES也已经被纳入其中，在图1所示的ISA95功能層次模型中，MES位于第3层，负责生产过程的管理。

ISA95 标准定义了企业商业系统和控制系统之间的集成，主要可以分成三个层次，即企业功能部分，信息流部分和控制功能部分[5]。企业功能基于 Pursue 大学当初建立的 CIM 功能模型;信息流部分基于 Pursue 大学的数据流模型图和S88 批次标准，包括产品定义、生产能力、生产计划和生产性能 4 种信息流;而其控制功能则基于 Pursue 和 MESA 的功能模型[6]。

3 烟草MES系统设计

对于烟草企业，MES的设计需要建立满足企业生产实际需求的信息化系统。通过建立统一的生产指挥调度平台，为公司信息化系统和生产现场提供实时的信息;实现生产过程、产品质量的在线监控和管理，使企业生产管理由被动型向预防为主、在线控制的主动实时型管理体系发展;优化质量管理体系，提高质量控制的精准化水平;充分挖掘设备的生产能力，优化现场生产行为。

基于烟草企业的实际情况，应该首先实现系统的关键功能，包括生产计划、质量管理、库存管理和原料管理，以及对关键的工序或者工段的生产管理。所以，系统的设计主要针对这些内容。

3.1 生产计划

生产计划的功能是完成公司月计划的接收，并以此进行全厂生产计划的分解，生成制丝批次计划及卷包开台计划的排产与调度，指导和监督各生产车间展开生产。

目前大部分企业的生产计划管理完全采取手工制定，生产计划单通过OA系统，以协同方式下发。由于在制定生产计划过程中需要了解大量的现场、实时信息，而目前没有相应信息化系统予以业务支撑，使得工作量大、环节多、效率低、易出错，而且各种数据实时变化较快，难以全部获得实际数据。

在掌握生产实际进度方面，由于没有信息化系统的支持，使得生产设备科要经常到现场查看生产任务的实际完成、储丝柜状态等情况，无法实时、准确地获得计划执行进度及完成情况，信息获取滞后，管理决策被动。

在烟草MES中，生产计划应当接收月度生产计划，编制卷包、制丝滚动计划（2-3天），将计划分解为详细卷包机台排产计划和制丝批次生产计划，再分解生成制丝批次排产与调度计划，分别下发到卷包及制丝车间，车间按照计划组织生产。

3.2 质量管理

质量管理主要由质量管理部门及生产车间联合管理，质量管理部门侧重制丝、卷包质量的综合管理与控制，以抽检、理化检验及车间数采报告为主要检验方式;车间质量管理主要由工艺质量员进行，侧重本车间过程质量检验，同时配合质量管理部门完成计量仪器校准及质量采集数据上报等任务。

目前大部分的烟草质量管理整体水平较低，基本处于人工录入、手工统计阶段，主要体现在：

（1） 过程检验数据量较大，人工录入需要耗费大量时间，速度慢、效率低;

（2） 人工录入的失误导致数据准确性较差，统计出错在所难免;

（3） 同车间及公司三级站在质量数据上缺乏共享与集成，管理和监控滞后，信息获取不够充分，缺乏数据的深度分析。

烟草MES中的质量管理应该具备以下的功能，提高企业的质量管理水平。

（1） 对于自动化数采数据及产品质量分析数据，通过系统整合到质量管理科，替代现有人工提取及报送的方式，变手动为自动、变滞后为实时，提高生产数据的统一性、共享性、准确性和实时性;

（2） 进一步规范质量考核的标准及方法，切实将质量控制与评价考核结合起来，落到实处;

（3） 建立质量预警系统，对于关键质量控制指标、采集参数的波动情况进行及时预警，提高质量预防维护水平;

（4） 实现三级站及综合测试台质检数据的共享与集成，通过数据的对比统计，提高质量管理的整体分析能力。质量管理部门发现质量问题后，需要进行追溯，但由于难以通过信息系统获取到三级站的原辅料检验数据，需要人工进行对应，很多情况下，这项工作实际上难以有效开展。质量管理部门和三级站的工作实际上是密不可分的：质量管理部门负责生产过程的质量控制和提升，因此需要将自己所采集的过程监控数据与三级站的成品检测数据合并起来进行分析。目前，需要花费大量人工对两部分数据进行对应和分析，影响了质量管理和改进的工作效率。

3.3 库存管理

目前大部分烟草企业的仓储在卷包车间设有临时中转库，辅料大库到车间中转库属于移库操作，中转库到车间的辅料配送及退料仓储负责管理。而对于制絲车间、咀棒车间不存在仓储管理的中转库，大库出库到车间属于生产出库，车间内物料使用由车间管理。

原辅料采购入库起始于采购中心的采购订单，仓储依据采购订单核对入库物料的品种、规格及数量进行核对，而质检科及三级站按照质量标准对入库物料进行质量抽检，两方面检查通过后即可完成入库。

成品出库起始于营销中心的销售订单，仓储依据成品调拨单核对出库物料的品种、规格及数量进行核对，而质检科及三级站按照质量标准对出库物成品进行质量抽检，两方面检查通过后仓储对SAP中的销售订单做出库确认，并生成自身的成品出库单。

原辅料出库主要面向制丝、卷包和咀棒车间，卷包车间由于辅料中转库的存在，大库到中转库属于移库操作，从中转库到机台的出库为生产出库，而到制丝和咀棒车间的出库直接为生产出库。

目前大部分的企业仓储内部业务完全采用手工管理方式，没有应用信息系统，导致工作效率低、易出错等问题。

因此烟草MES的库存管理应该实现仓储内部入库、出库、移库、调整、盘点等业务的信息化管理，并与厂级生产管理模块及公司各业务模块实现有效集成，全面提高仓储管理的信息化水平。成立仓储物流中心，组织模式随之改变，需要对管理模式及流程进行全面梳理和优化，将辅料中转库纳入卷包车间管理范畴，强化卷包车间的在制管理，进而简化和提高现有管理效率。

3.4 关键生产环节

卷包车间和咀棒车间是烟草企业的最关键生产环节，需要对其生产流程进行详细的调研，将生产的全过程进行控制。保证生产的顺利进行，提高生产效率以及产品质量。

卷包车间以技术分中心制定的卷接包工艺标准（BOM）为标准依据，以生产设备科下达的卷包机组调度计划为排产依据，车间根据卷接机组设备能力情况组织卷接包生产，当机组能力不足时，将进行计划的调整。

烟草MES中，对于卷包车间的生产环节，应建立卷包设备控制和数据采集系统，实现生产状态实时跟踪与监控，实现设备运行数据、卷烟质量数据和产量数据的自动采集。在集控和数采系统的基础上，建立卷包车间生产管理系统，全面实现卷包生产过程的精细化管理。

为与卷包车间生产协调一致，咀棒车间以月度生产计划及卷包车间生产进度为依据，提前一天做好咀棒的准备，由于没有和卷包车间对接，咀棒需要通过仓储辅料库做中转，再配送到卷包车间;咀棒生产的主要辅料由仓储提供，主要包括丝束、成型纸、热熔胶、增塑剂等;咀棒生产工艺标准由企业的技术中心提供。

咀棒车间以技术分中心制定的咀棒工艺标准（BOM）为生产标准，以生产设备科下达的月度生产计划和卷包车间实时生产进度为排产依据，组织辅料备料和咀棒生产。生产过程中由车间在线质检员负责在线质量抽检，生产结束后成品没有质量问题后配送仓储辅料仓库，在仓储辅料仓库入库前，由质量管理部门做入库成品质量抽检，合格后入库。

与卷包车间对应，烟草MES的咀棒车间与卷包车间对接，采用咀棒发射生产模式的基础上，建立成型机数据采集系统，实现生产状态实时跟踪与监控，实现设备运行数据、在线质量数据和产量数据的自动采集。在数采系统的基础上，建立咀棒车间生产管理系统，全面实现咀棒生产过程的精细化管理。

4 系统的实现

在完成烟草MES的关键功能设计后，需要对设计进行实现。目前系统的实现主要分为.NET和JAVA，数据库多采用ORACLE和SQL Server，本文以.NET和SQL Server为例，对MES进行实现。

4.1 产品工艺管理

烟草的工艺为企业产品的核心，不同的香烟对应不同的工艺，在生产的时候，需要根据不同的工艺要求进行生产，所以工艺管理是非常重要的。产品工艺管理界面如图2所示。

4.2 生产管理

生产管理的核心就是生产跟踪，基于生产过程采集的数据，监控和记录产品生产的全过程。图3为制丝车间的生产管理界面。

5 结论

本文针对烟草行业的生产特点，结合MES的架构，设计并开发了烟草MES系统，解决烟草企业的信息化改造问题。目前，本系统的基础功能和关键的功能模块已经在实际的烟草企业部署应用，通过企业的实际应用效果来看，能够有效地提高企业的信息化水平，同时，将生产各个环节的数据信息化，由MES统一管理。管理者能够对生产进行有效和及时的管理。

但是，烟草MES的后续开发还需要结合新技术的应用，例如大数据、人工智能等。在提高了企业信息化水平后，还应该考虑生产管理的智能化，这也是未来的主要发展方向。

参考文献：

[1] 王国涛. 企业实现工业信息化改造的讨论[J]. 现代工业经济和信息化，2018，8（12）：54-55.

[2] 陈腊兵. M照明公司公用系统信息化规划研究[D].吉林大学，2018.

[3] 武韶敏，胡晓兵，王江武. 基于MES无缝集成的FMS生产管理技术研究[J]. 制造业自动化，2016，38（03）：11-14.

[4] 伍雪丹. 某电力企业生产管理系统的设计与实现[D].电子科技大学，2018.

[5] 王明福. OB公司精益生产优化研究[D].山东大学，2018.

[6] 曾鹏飞，任凯斌，张星，史春景，郝永平. 面向精益生产的集成化车间生产管理系统开发[J]. 沈阳理工大学学报，2018，37（01）：51-57.

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