一种基于MES 智能化的生产管理技术的应用

王振军，万 鹏，谢庆云，卢耀锦，王虎城，杨少武，杨志军

（西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司 稀有金属特种材料国家重点实验室，宁夏 石嘴山753000）

目前， 我国各行各业大力推进信息化等智能制造技术，由此来推进产业转型升级，最终提高核心竞争力。针对原生产工艺设备管理靠人工计划，生产流程管理靠人工调度,质量管理靠人工检查管理,能源管理靠人工抄表核算等落后模式， 公司积极响应国家信息化等智能制造产业政策，试点将MES 智能制造技术应用到新建项目上， 以解决传统生产管理技术落后效率低下的难题， 以智能化实现生产管理技术创新。

1 MES 智能化目标

开发应用MES 智能化生产管理技术，实现生产管理技术信息智能化升级。 通过MES 开发，实现工艺流程及能源管理的精细化、 设备运维管理的信息化、质量跟踪与追溯管理的自动化，生产流程管理的数字化以及生产统计分析管理的智能化。 最终实现通过生产管理技术的进步， 达到企业提质增效及节能降耗目的。

2 MES 智能化功能模块简介

项目重点开发了MES 智能化生产管理技术平台组件，包括能源、设备、生产统计与分析、质量（分析检测）等智能化管理功能模块。

2.1 MES 系统能源管理模块

能源管理主要是对企业生产经营活动中涉及到的水、煤、电、气等各种能源的消耗进行集中监控和统一管理， 实现能源数据采集—能耗过程控制—能耗分析—能源管理等全过程的自动化管理。

2.1.1 能源计划管理

对重要能源介质消耗计划进行编制、分解、下达和执行，并对计划执行情况进行追踪。作为生产计划的重要组成部分， 能源消耗计划通常按月度编制和维护。

能源计划管理包括能源计划制定及能源计划跟踪。 能源计划实施案例如图1 所示。

图1 能源计划实施案例

2.1.2 能源实绩管理

系统汇总可自动采集的能源计量数据和手工补充录入的能源计量数据， 针对单个耗能装置或耗能考核单元， 基于能源平衡模型按同类能源介质进行能源供给、消耗、损耗的平衡计算，人工审核后生成能源统计系列报表。 统计项可包括各种能源介质的采购量、自产量、消耗量、销售量及损失量等信息。

能源实绩管理应包括：（1）能源项目配置；（2）能源消耗平衡；（3）能源消耗统计；（4）能源统计报表编制。 能源实绩管理界面如图2 所示。

图2 能源实绩管理界面图

2.1.3 能源数据分析

基于能源指标评价体系的定义（如：能源指标的标识、描述、相关数据源和计算模型等定义），系统自动提取能源实绩数据计算能源指标（如：综合能耗、可比能耗、产品单位产量能耗等能源指标）。 能源数据分析可利用可视选矿厂具展现，如：趋势图、仪表盘等图形工具。能源数据分析应包括：（1）综合分析；（2）单耗分析；（3）同比、环比分析。 产品能耗趋势分析界面如图3 所示。

图3 产品能耗趋势分析界面图

2.1.4 能源优化

建立能源优化模型，在满足生产需要的前提下，优化能源供给（如：能源生产、采购和储备），优化能源运行（如：能源的进厂、供能装置负荷和能源分配计划）。

能源优化应包括：（1）能源模型建立与维护；（2）能源计划优化与需求分析；（3）运行优化。

2.3 MES 系统生产统计与分析

生产统计管理是针对生产运营过程中的实际生产数据，分类汇总一段时期内生产过程中物料投入、产品产出及能源消耗等数据， 并通过与外部系统的集成，汇总质量化验数据、物料进出厂数据、销售数据、库存数据等，系统基于这些数据，可以自动生成各类统计分析报表。

通过对大量生产数据的统计、分析，为生产管理提供及时、完整、准确的生产实绩反馈信息，实现生产运行系统的闭环管理；为生产工艺改进、生产过程优化、产品质量改进等提供数据支撑。系统提供的功能包括：

系统可以自动生成各类数据报表，包括：原辅料消耗报表、产量及质量报表、能耗报表、设备运行分析报表、环境质量报表等。

系统可以自动生成各类统计分析报表及图表，主要包括： 装置负荷统计分析、 原辅料消耗统计分析、能耗统计分析、装置产量统计分析、产品质量统计分析、环境质量统计分析等。

系统还可以根据企业生产管理的要求，自定义报表模板，生成各类统计分析报表及图表，真实、全面地反映生产运行情况。 生产统计管理界面如图4 所示。

图4 生产统计管理界面图

2.4 MES 系统设备管理

设备管理是通过对企业生产设备的计划、 协调及跟踪维护，改善设备的性能，预防事故的发生，确保正常生产。系统可以实现周期性、预防性或主动性的设备运维，主要包括：日常保养维护、设备巡检、计划检修、故障检修等。 系统提供的功能包括：

2.4.1 设备台账管理

设备台帐包括设备台帐的录入、审核、维护功能及设备位置信息的维护。 在设备台帐录入和维护的功能中可以对设备的台帐信息、附属信息、密封点信息、润滑信息、检定检验信息、设备其它信息、设备履历信息、设备相关文档及设备图档进行填写和维护。设备台帐信息是系统的一个重要的基础数据， 它是所有设备业务的基石。 设备台帐信息维护的好坏和完善情况将直接影响到系统的使用效果。 设备台帐信息是一个逐步完善、不断更新的过程，尽量做到台帐与实物的信息一一对应。

设备台帐管理内容主要是设备档案。 设备档案采取“一台一档”的管理模式，按照设备管理的分类标准，对设备的全生命周期（从采购、安装、使用、维护、改造、更新、报废）进行综合管理。

建立生产厂或作业区域—单体设备—分部设备—更换件相互关联的体系结构，维护设备档案，包括单体设备、分部设备、更换件等。

设备台账管理功能应包括以下内容:

（1）建立设备基本档案，包括设备编号、型号、数量、采购时间、供应商或制造商、出厂日期、出厂编号、使用寿命；

（2）建立设备的巡检标准，包括巡检方法、巡检分类、巡检周期、巡检内容等；

（3）建立设备检修作业标准，包括检修标准项目、检修标准定额、检修用料清单等；

（4）建立设备检修技术标准。

设备台账管理界面如图5 所示。

图5 设备台账管理界面图

2.4.2 设备运行监控

系统可以对设备运行参数进行实时监控， 包括设备连续运行时间、 累计运行时间、 设备起停次数等。当设备运行指标超出要求范围或异常时，系统进行报警。

状态管理功能应包括以下内容：

（1）收集设备异常信息，包括异常原因、异常处理状态、异常描述、异常设备状态等；

（2）记录分析异常处理的过程和异常造成的影响和损失等信息；

（3）收集设备故障信息，包括停机设备编号、停机时间、故障原因等；

（4）编写事故处理报告，纳入设备管理档案。

设备运行监控界面如图6 所示。

图6 设备运行监控界面图

2.4.3 设备检修计划

为了保障生产，系统可以依据生产计划，按照检修标准与设备状态，制定设备检修计划，针对计划进行审核、审批，并对检修计划的执行情况进行跟踪，记录设备检修投入的人力、备品备件、检修内容等信息。

检修计划功能包括:（1）获取设备基本档案信息；（2）获取检修标准信息；（3）编制检修计划，包括定修计划、年修计划、日修计划等；（4）审核检修计划；（5）生成检修委托；（6）跟踪检修实施过程；（7）记录检修实绩信息，包括人力投入、检修机械、检修时间、备品备件的消耗等。 设备检修计划界面如图7 所示。

图7 设备检修计划界面图

2.4.4 设备巡检

系统可以对设备的电子标签进行统一管理，对巡检路线、检查项目及巡检人员进行维护；按照设备的巡检标准，生成巡检计划；可以通过PDA 分配、获取、执行巡检任务；对巡检过程进行跟踪，并根据巡检标准，分析、判断设备的缺陷和异常情况，对巡检情况进行统计。

巡检管理功能应包括:（1）获取设备基本档案信息；（2）获取巡检标准信息；（3）编制巡检计划，包括巡检项目、巡检方法、巡检标准、巡检周期等；（4）调整巡检计划；（5）收集巡检实绩信息，包括定性检测的描述、定量检测的结果值等；（6）根据巡检标准的上下限，判断设备的缺陷和异常；（7）基于异常处理信息，生成异常报告单。 设备巡检界面如图8 所示。

图8 设备巡检界面图

2.4.5 设备故障维修管理

系统可以对设备运转过程中发生的故障、异常、事故等进行统一管理，分析其发生的原因，并进行维修处理。 设备维修界面如图9 所示。

图9 设备维修界面图

2.5 MES 系统质量管理

质量管理是协调、 指导和跟踪质量测量和报告的功能的活动集合。 在质量保证体系下，对原料、中间产品、 合金产品质量按照检化验分析标准进行检化验操作，例如杂质含量检查、合金比例检查等，并对照相应的质量标准进行质量控制活动， 以达到持续保证产品质量及提升质量体系保证能力的目的。选择性地采用质量测试工具可有效地控制质量风险。 质量统计和分析有利于提高产品质量和工艺操作质量的稳定性。

质量管理模块应包含标准与方法管理、 化验分析操作管理、质量报表与分析、质量跟踪与追溯等功能要素。

2.5.1 质量标准与方法管理

系统提供产品及环境质量标准、 化验分析方法标准、熔炼标准、氧气含量标准、金属精炼标准、环境标准等工艺运行质量标准的管理与维护， 以及在线查阅功能。

标准与方法应管理包括：（1）质量标准管理；（2）化验分析标准管理；（3）工艺运行质量标准管理。

2.5.2 实验系统操作管理

依据采样操作规范，提出采样时间、样品标签、样品留存等要求，包括采样内容、时间、频次、质检指标；支持多版本的采样计划管理；按要求或者自动打印采样标签；灵活的采样计划机制，允许特定采样点采样计划；依据化验分析操作规程，提出化验分析差错率和及时性等要求。而对于特定指标的化验要求，系统自动排定化验/检测顺序；用户可以指定化验方法；系统可以自动地将用户提出的要求，转化为化验方案。

加强样品的管理，自动对样品进行编码，并提供条形码打印功能， 帮助管理和跟踪样品的状态及位置；记录样品相关的时间和处理人信息，包括采样申请、采样、实验室收到样品、化验开始、化验完成、化验结果确认等。

化验分析操作管理应包括：（1）化验采样操作规程管理；（2）化验分析操作质量管理。

质量化验管理界面如图10 所示。

图10 质量化验管理界面图

2.5.3 质量报表分析

系统针对生产过程中的质量数据进行统计分析，主要包括：通过原料合格率的统计分析，可以进行合格供应商的评价； 通过生产过程质量的分析及实时反馈，及时、有效地控制产品质量；通过产品合格率的统计及分析，为改善生产工艺提供数据依据；通过环境质量数据的统计分析， 可以有效控制生产排放，使企业生产符合环保要求。

依据检化验结果，生成样品的质量分析单；符合产品质量控制标准的样品，生成合格证，并开具质保书。

质量报表与分析应包括：（1）质量分析单管理；（2）合格证管理；（3）质保书管理。

2.5.4 质量跟踪与追溯

对生产过程中的质量管控事件与物料质量信息进行跟踪，为产品质量异常原因分析提供历史数据。

质量跟踪与追溯应包括：（1）质量管理事件查询；（2）原料、中间品、产品质检信息查询；（3）质量异常发生的时间、 地点与班组追溯。 质量追溯界面如图11 所示。

图11 质量追溯界面图

3 结语

通过应用MES 系统平台及组件应用开发， 建立起生产、质量、能源、设备等智能生产信息集成平台，切实有效地实现了生产管理的全部数据上线，实现了生产管理由传统人工落后方式向信息智能化先进方式转型， 提高了管理效率及生产调度决策技术水平，可考虑将它在工业智能制造领域里广泛推广应用。