MES系統(tǒng)生產(chǎn)排產(chǎn)模塊結(jié)構(gòu)與功能探討

王晨陽

[摘 要]MES生產(chǎn)排產(chǎn)模塊是煉化企業(yè)MES系統(tǒng)的子模塊，能夠根據(jù)上級下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃，制訂對應(yīng)的生產(chǎn)方案，規(guī)定合理的生產(chǎn)工藝流程和合格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在先進(jìn)計(jì)劃系統(tǒng)模型的優(yōu)化下，制訂符合實(shí)際生產(chǎn)的可執(zhí)行計(jì)劃?；诖?，本文闡述了煉化企業(yè)生產(chǎn)排產(chǎn)模塊軟件結(jié)構(gòu)與功能，旨在為相關(guān)研究提供參考。

[關(guān)鍵詞]MES系統(tǒng);生產(chǎn)排產(chǎn);生產(chǎn)運(yùn)行

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.20.030

[中圖分類號]F270.7;TP315[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1673-0194（2020）20-00-02

0? ? ?引 言

煉化企業(yè)MES系統(tǒng)生產(chǎn)排產(chǎn)模塊的主要功能是優(yōu)化生產(chǎn)方案，合理安排生產(chǎn)管理，使生產(chǎn)運(yùn)行更穩(wěn)定、更高效。利用企業(yè)信息化和MES系統(tǒng)其他功能模塊提供的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和信息，能夠?yàn)闊捇髽I(yè)生產(chǎn)運(yùn)行決策提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息，全面提升企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的管理水平和工作效率。

1? ? ?軟件結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)排產(chǎn)模塊從功能上看由8個(gè)功能模塊構(gòu)成，軟件結(jié)構(gòu)從組成上看由數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和表現(xiàn)層3層結(jié)構(gòu)組成。其中，數(shù)據(jù)層是生產(chǎn)排產(chǎn)模塊、PB模塊及LIMS系統(tǒng)的接口，該接口能夠獲取物料信息、側(cè)線物料信息、產(chǎn)品質(zhì)量分析以及儲(chǔ)運(yùn)車間儲(chǔ)罐最新動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。應(yīng)用層指由存儲(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫及各功能模塊，根據(jù)APS系統(tǒng)生成的裝置優(yōu)化模型。模塊從PHD獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)后按照事先配制好的算法自動(dòng)優(yōu)化計(jì)算，是整個(gè)軟件系統(tǒng)最重要的層次。表現(xiàn)層是產(chǎn)品優(yōu)化與排產(chǎn)結(jié)果的輸出窗口，把生產(chǎn)排產(chǎn)優(yōu)化結(jié)果展現(xiàn)給用戶查看。

2? ? ?軟件功能八大子模塊

2.1? ?工廠模型維護(hù)

工廠模型維護(hù)子模塊能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況和產(chǎn)品質(zhì)量要求，將生產(chǎn)裝置模型數(shù)據(jù)化，同時(shí)簡化儲(chǔ)運(yùn)車間的儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)。根據(jù)煉化企業(yè)原油評價(jià)信息、一次加工能力、二次加工能力制訂相應(yīng)維護(hù)方案。工廠模型維護(hù)需要提供各裝置設(shè)備信息、工藝流程信息、原油評價(jià)信息、裝置之間管道節(jié)點(diǎn)信息、塔器出入口物料信息等詳細(xì)數(shù)據(jù)。

2.1.1? ?項(xiàng)目建立與刪除

煉化企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求、分工管理或其他應(yīng)用需求建立不同的項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目的優(yōu)化模型相對獨(dú)立。工廠模型維護(hù)子模塊采用B/S結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)調(diào)度人員可以通過瀏覽器訪問系統(tǒng)。工廠模型維護(hù)從創(chuàng)建模型項(xiàng)目開始，用戶可以在其中創(chuàng)建新項(xiàng)目或刪除現(xiàn)有項(xiàng)目。

2.1.2? ?模型導(dǎo)出與導(dǎo)入

①模型數(shù)據(jù)的導(dǎo)入/導(dǎo)出：模型的基本信息和相關(guān)物理數(shù)據(jù)信息，是以zip格式文件導(dǎo)入并保存在SQL Server數(shù)據(jù)庫中，或者以zip文件格式導(dǎo)出。②流程圖的導(dǎo)入/導(dǎo)出：模型流程圖以vsd格式通過Visio軟件輸入并保存到服務(wù)器中，或者通過服務(wù)器中輸出的zip文件解壓后找到對應(yīng)的vsd文件。

2.1.3? ?建立圖形化的優(yōu)化模型

使用Microsoft Visio的專用流程圖繪制工具，通過拖放各類設(shè)備模具圖形，可以繪制工廠的生產(chǎn)裝置并定義其裝置屬性，建立圖形化的優(yōu)化模型。油品調(diào)和裝置由多股物料混合成一股出料，分流器是一進(jìn)多出裝置，所有物流具有同樣的物性和組成，分離器將一股進(jìn)料分割成幾股出料，每股出料包含進(jìn)料的一種特定組分。分餾塔將一股物料分成多股出料，每股出料是進(jìn)料組分中提取一種新組分，如蒸餾裝置。蒸餾裝置將不同類型的原油分餾出不同切割組分，如石腦油、煤油、柴油等。

2.1.4? ?模型參數(shù)定義

用戶可以通過瀏覽器登錄系統(tǒng)，并通過系統(tǒng)頁面的下拉菜單進(jìn)入各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置頁面，對已建立的優(yōu)化模型中的裝置逐一進(jìn)行數(shù)據(jù)配置。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：物料類參數(shù)、設(shè)備設(shè)計(jì)類參數(shù)、設(shè)備加工方案類參數(shù)。要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)方案，配置不同的模型優(yōu)化算法。在常減壓裝置中需要配置航煤生產(chǎn)方案和-35號柴油方案;催化裂化裝置配置0號柴油、-10號柴油、-20號柴油生產(chǎn)方案。每個(gè)生產(chǎn)方案都要根據(jù)實(shí)際情況，配置詳細(xì)的工藝參數(shù)和質(zhì)量控制指標(biāo)。

2.2? ?動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)更新

儲(chǔ)運(yùn)車間各儲(chǔ)罐的當(dāng)前物料罐存及油品調(diào)合的當(dāng)前物料特性是生產(chǎn)排產(chǎn)模塊運(yùn)行的主要數(shù)據(jù)依據(jù)。為了更新這些動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)排產(chǎn)模塊中要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口。程序可以使用系統(tǒng)提供的模板進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在模板中使用預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序?qū)⒋藬?shù)據(jù)表轉(zhuǎn)換成可以導(dǎo)入系統(tǒng)的文件格式，把生產(chǎn)數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中。用戶也可以通過瀏覽器進(jìn)入系統(tǒng)，然后通過當(dāng)前庫存數(shù)據(jù)錄入界面，進(jìn)行物料移動(dòng)訂單配置，人工錄入數(shù)據(jù)。

2.3? ?約束條件維護(hù)

約束條件維護(hù)子模塊的功能為批量導(dǎo)入設(shè)備檢維修及物料路徑選擇數(shù)據(jù)和單獨(dú)數(shù)據(jù)錄入，通過修改各項(xiàng)生產(chǎn)排產(chǎn)的客觀條件，制訂符合實(shí)際需求的生產(chǎn)排產(chǎn)計(jì)劃，具體功能如下。

2.3.1? ?設(shè)備檢修計(jì)劃維護(hù)

要使用瀏覽器登錄系統(tǒng)，在裝置維護(hù)訂單配置頁面，更新和維護(hù)裝置維護(hù)計(jì)劃。輸入的數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)裝置檢修和維修停工情況，生產(chǎn)裝置檢修和維修起始時(shí)間和終止時(shí)間，以自動(dòng)消減停工期間的排產(chǎn)。

2.3.2? ?生產(chǎn)優(yōu)先次序設(shè)定

在制訂生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，通常需要確定各操作的優(yōu)先級，以減少浪費(fèi)并降低生產(chǎn)成本。在加工裝置中，為了減少設(shè)備準(zhǔn)備、啟動(dòng)、切換和開關(guān)等動(dòng)作發(fā)生的頻率，多數(shù)情況下需要設(shè)定裝置、儲(chǔ)罐操作的順序。同時(shí)也要考慮原材料的性質(zhì)和加工方案的整合等，設(shè)定供給的優(yōu)先順序，根據(jù)需求緊急程度和對運(yùn)輸?shù)挠绊憶Q定供料順序。為了解決這些問題，用戶可以在系統(tǒng)中，配置裝置的出入口數(shù)據(jù)，為每個(gè)邊界設(shè)備配置優(yōu)先級權(quán)重參數(shù)，同時(shí)還要配置原料供應(yīng)和產(chǎn)品輸出的優(yōu)先級。

2.3.3? ?生產(chǎn)限制條件維護(hù)

在生產(chǎn)過程中，某儲(chǔ)罐收料后，只有在質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果出來或儲(chǔ)罐靜止脫水后，才能送料?；诖耍瑹捰推髽I(yè)在生產(chǎn)限制條件維護(hù)頁面輸入端口配置延遲參數(shù)模型設(shè)置延遲。此外，當(dāng)罐內(nèi)材料庫存超過上、下限時(shí)，有可能造成生產(chǎn)事故。儲(chǔ)罐不僅要有設(shè)計(jì)能力，還要配置安全上、下限。在生產(chǎn)限制條件維護(hù)頁面，通過配置模型的最大罐存（上限）和最低罐存（下限）參數(shù)設(shè)置安全存儲(chǔ)容量。

2.4? ?生產(chǎn)調(diào)度模塊具體功能

2.4.1? ?調(diào)度排產(chǎn)周期設(shè)定

相關(guān)人員可以批量導(dǎo)入生產(chǎn)排產(chǎn)調(diào)度周期，或者通過IE瀏覽器訪問系統(tǒng)，進(jìn)入排產(chǎn)調(diào)度周期數(shù)據(jù)配置界面，設(shè)定調(diào)度周期。

2.4.2? ?生成路徑優(yōu)化方案

用戶首先配置路徑優(yōu)化，應(yīng)用程序?qū)⒆詣?dòng)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果為用戶提供多套可供選擇路徑的生產(chǎn)優(yōu)化方案。

2.4.3? ?物料性質(zhì)優(yōu)化方案

性質(zhì)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和路徑優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)類似，目的是實(shí)現(xiàn)效益以及效率的最大化。但在性質(zhì)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)中，要用質(zhì)量變量表示而不是用路徑變量表示效率和效益。與路徑優(yōu)化相同，當(dāng)用戶運(yùn)行性質(zhì)優(yōu)化后，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果將為用戶提供性質(zhì)優(yōu)化后的調(diào)度方案。

2.5? ?人工調(diào)整

如果生成的生產(chǎn)方案未達(dá)到最大效率，或者系統(tǒng)無法生成合理且實(shí)用的生產(chǎn)優(yōu)化方案，則當(dāng)前的方案存在不合理的約束條件。此時(shí)，用戶可以使用上述數(shù)據(jù)配置方法，手動(dòng)修改限制和加工方案等數(shù)據(jù)，減少對生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的限制，再次執(zhí)行最優(yōu)化處理直到得到最佳調(diào)度方案。

2.6? ?結(jié)果確認(rèn)

結(jié)果確認(rèn)子模塊為生產(chǎn)運(yùn)行管理人員提供生產(chǎn)排產(chǎn)分析確認(rèn)功能，確認(rèn)后將生產(chǎn)排產(chǎn)的結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中。

2.6.1? ?甘特圖分析

甘特圖分析在當(dāng)前生產(chǎn)排產(chǎn)模塊中使用最廣泛，也是最直觀顯示排產(chǎn)結(jié)果的分析工具。甘特圖可以顯示所有生產(chǎn)物料循環(huán)數(shù)據(jù)、加工方案的詳情、儲(chǔ)運(yùn)車間儲(chǔ)罐庫存量變化、各裝置中間罐的變化、各生產(chǎn)裝置測線性質(zhì)和流量的變化。

2.6.2? ?趨勢圖分析

趨勢圖分析主要是為各儲(chǔ)罐提供一種直觀的變化趨勢，允許選擇不同的儲(chǔ)罐罐存變化比較和分析罐存趨勢，并為最終確定生產(chǎn)計(jì)劃方案提供參考。

2.6.3? ?移動(dòng)匯總分析

移動(dòng)匯總分析顯示了各裝置之間互供料移動(dòng)的路徑、流量變化，可以顯示不同時(shí)間段內(nèi)各裝置進(jìn)料或送料的流量。

2.6.4? ?指令匯總分析

與移動(dòng)匯總界面類似，指令匯總界面也以表格形式顯示了與甘特圖界面相同的信息。不同之處在于，指令匯總界面顯示了裝置采用的詳細(xì)操作模式下的時(shí)間周期以及期間加工物料的流量。指令匯總分析顯示各裝置使用的操作時(shí)間段以及該時(shí)間段內(nèi)處理的物料流量變化，通過指令匯總分析中的數(shù)據(jù)變化能夠發(fā)現(xiàn)各裝置之間互供料是否存在不匹配和瓶頸問題。

2.6.5? ?懲罰值匯總分析

生產(chǎn)運(yùn)行人員可以根據(jù)懲罰值匯總分析提示信息找到制約生產(chǎn)的問題，從而采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行。

2.7? ?結(jié)果發(fā)布

該模塊通過MES系統(tǒng)WPKS平臺(tái)以網(wǎng)頁模式發(fā)布生產(chǎn)排產(chǎn)結(jié)果，以幫助企業(yè)各部門管理人員掌握生產(chǎn)情況，所有授權(quán)用戶都可以登錄WPKS平臺(tái)了解自己負(fù)責(zé)的相關(guān)信息，各生產(chǎn)車間的負(fù)責(zé)人根據(jù)發(fā)布的生產(chǎn)排產(chǎn)結(jié)果制訂本車間的生產(chǎn)方案。

2.8? ?生產(chǎn)方案研究

生產(chǎn)排產(chǎn)模塊可根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)方案、罐存、市場需求等約束條件，確定各種加工方案的可行性。為了消除生產(chǎn)瓶頸，該模塊可以通過調(diào)整模型的約束條件或建立新的生產(chǎn)模型模擬企業(yè)改造項(xiàng)目，如生產(chǎn)設(shè)備改造、技術(shù)條件改造等。然后應(yīng)用系統(tǒng)生成的新方案，并與原方案進(jìn)行比較，評價(jià)模擬改造項(xiàng)目的改進(jìn)效果，為企業(yè)決策提供科學(xué)依據(jù)。

3? ? ?結(jié) 語

生產(chǎn)排產(chǎn)模塊實(shí)現(xiàn)了與先進(jìn)計(jì)劃系統(tǒng)、物料平衡模塊、儲(chǔ)運(yùn)車間油品調(diào)和系統(tǒng)、LIMS系統(tǒng)的高度集成，利用MES系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，保證生產(chǎn)排產(chǎn)數(shù)據(jù)的及時(shí)性和可靠性。優(yōu)化生產(chǎn)和調(diào)度方案，合理安排原油進(jìn)廠和加工、罐區(qū)儲(chǔ)存、產(chǎn)品出廠等，提高生產(chǎn)運(yùn)行人員的工作效率。

主要參考文獻(xiàn)

[1]柴天佑.科研、開發(fā)、應(yīng)用共促M(fèi)ES發(fā)展[J].中國制造業(yè)信息化，2005（6）：18.

[2]陶松橋，楊明忠.基于ERP與MES集成的車間生產(chǎn)調(diào)度方法[J].機(jī)電工程技術(shù)，2005（6）：64-65.

[3]李坤.基于MES系統(tǒng)的企業(yè)信息化系統(tǒng)的集成[J].中國科技信息，2015（4）：66-67，40.

[收稿日期]2020-09-03