摘 要：以制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）框架模型和思想理念為指導，結(jié)合染色車間管理現(xiàn)狀，建立基于MES的染色車間信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)能彌補企業(yè)計劃層和生產(chǎn)控制層之間的斷層，提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化資源配置、降低物耗和能耗。然后較詳細地討論了MES系統(tǒng)中幾個主要部分:染色車間集中監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)、生產(chǎn)能耗管理和考核系統(tǒng)。其中染色車間集中監(jiān)控系統(tǒng)已在某印染企業(yè)染色車間得到了應用，并取得了良好的效果。 關鍵字：MES 染色車間 集中監(jiān)控系統(tǒng) 生產(chǎn)調(diào)度 生產(chǎn)能耗 一 前言 近年來，我國印染行業(yè)生產(chǎn)一直保持了快速增長勢頭，經(jīng)濟效益顯著。但與發(fā)達國家相比，我國印染行業(yè)在軟硬技術以及加工工藝、產(chǎn)品能耗等重要方面還存在較大差距，印染業(yè)已成為我國紡織工業(yè)中的最薄弱環(huán)節(jié)。要運用高新技術和先進技術進一步改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)川。 隨著印染企業(yè)信息化建設的不斷深人和發(fā)展，一般企業(yè)都已建立了自己的管理信息系統(tǒng)（如ERP）以及實現(xiàn)了企業(yè)對設備控制的基礎自動化和過程自動化，并且在此基礎上形成了相對獨立的系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)都有各自的處理邏輯，數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)模型和通信機制，它們形成一個個“信息孤島”，缺乏必要的整合，缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理。在ERP所關注的各項資源中，生產(chǎn)過程信息在企業(yè)的管理系統(tǒng)中始終是“離線”的，始終不能連續(xù)、自動、完整地反映在企業(yè)管理系統(tǒng)中。這樣在管理信息系統(tǒng)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)之間，存在一個信息流通上的斷層。這是影響印染企業(yè)信息化整體水平的。 另一方面印染是一個高能源消耗的行業(yè)，其生產(chǎn)需要消耗大量的水、電、和蒸汽。節(jié)約能源，提高能源利用率對企業(yè)發(fā)展是十分重要的。 為增強企業(yè)上層管理信息系統(tǒng)與底層過程控制系統(tǒng)的聯(lián)系，消除兩者之間的“鴻溝”，降低印染企業(yè)的能源消耗，進一步提高能源的利用率，將制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的框架模型和思想理念引人到印染行業(yè)的整個信息化體系中。可以有效解決當前印染企業(yè)在生產(chǎn)實際過程中面臨的問題。 二 制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）簡介 執(zhí)行制造系統(tǒng)（Manufacturing Execution System,MES）是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中制造管理自動化領域的一項重要技術。MES是美國管理界20世紀90年代提出的新概念，MES國際聯(lián)合會（Manufacturing Execution System Association, MESA）對MES的定義是:"MES能通過信息傳遞，對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。當工廠發(fā)生實時事件時，MES能對此及時做出反應、報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)對它們進行指導和處理。 具體而言MES是處于管理信息系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)之間的執(zhí)行層，主要負責生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，如圖1所示。 美國ARC公司，專門做自動化應用的市場調(diào)查公司，做出調(diào)查統(tǒng)計:應用MES產(chǎn)品質(zhì)量可以提高19。2%，勞動生產(chǎn)率提高13%，產(chǎn)量提高11%。如果我國能在產(chǎn)品質(zhì)量提高10%，勞動生產(chǎn)率提高5%,對中國現(xiàn)階段的經(jīng)濟水平的影響是非常巨大的，對國家能源、原材料消耗產(chǎn)值的影響也是巨大的。 三 MES在染色車間的應用 1 染色車間MES系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 將制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）引人到印染行業(yè)的整個信息化體系中，構(gòu)架MES為核心的連接上層企業(yè)資源計劃（ERP）和底層過程控制系統(tǒng)（PCS）之間的生產(chǎn)過程控制與管理的一體化結(jié)構(gòu)體系。可以有效解決當前印染生產(chǎn)過程中面臨的問題。基于ERP/MES/PCS三層體系的信息系統(tǒng)框架如圖2所示 [align=center] 圖2 基于ERP/MES/PCS三層體系的信息系統(tǒng)框架[/align] MES在企業(yè)信息系統(tǒng)中起到“承上啟下”的作用，是生產(chǎn)管理系統(tǒng)的核心。它可看作是一個通訊工具，為其他各種企業(yè)應用系統(tǒng)提供現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息。一方面，MES向上層管理信息系統(tǒng)提交染缸設備運行狀況、車間人員情況、車間生產(chǎn)能力、能源消耗、染色工藝、實際定單執(zhí)行情況等涉及生產(chǎn)運行的數(shù)據(jù);向底層控制系統(tǒng)發(fā)布生產(chǎn)控制指令、染色工藝參數(shù)以及相關生產(chǎn)線運行的各種參數(shù)等。另一方面，MES也要從其他系統(tǒng)中獲取自身需要的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)保證了MES在車間中的正常運行。ERP的計劃數(shù)據(jù)、物料采購和供應時間、以及產(chǎn)品交貨時間等都是MES進行生產(chǎn)調(diào)度的依據(jù)。 2 染色車間集中監(jiān)控系統(tǒng) 實現(xiàn)染色車間染缸（染色機）集中控制，通過對每臺染色機的監(jiān)控，集中控制室能完全掌握車間染色全過程，記錄染色全過程的數(shù)據(jù)。從而大大減少染色控制過程中人為因素造成的缸差、色差，預防因設備故障引起的質(zhì)量事故和安全事故，能快速、有效地分析產(chǎn)品質(zhì)量、生成統(tǒng)計報表、管理染色加工工藝等。染色車間集中監(jiān)控系統(tǒng)基本框圖如圖3所示。 染色機控制單元構(gòu)成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，實時監(jiān)控染色機的運行情況，一旦染色機出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)會報警提示、若染色機故障可能引起嚴重的產(chǎn)品質(zhì)量事故或人生安全事故，系統(tǒng)會停止染色機的運行。 在集中控制室，集中監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品打樣結(jié)果從工藝數(shù)據(jù)庫中選出對應的染色工藝曲線，并依據(jù)生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度結(jié)果安排每臺染色機的生產(chǎn)任務。當車間染色機做好各項準備，發(fā)送信號到集中控制室，請求運行時，系統(tǒng)將工藝曲線每階段（前處理、染色升溫、染色降溫、染色保溫、后整理）的各參數(shù)（水量、溫度、時間、電機轉(zhuǎn)速、浴比等）傳到相應染色機的控制電腦中。染色機按預定的工藝曲線自動運行。 3 生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng) 在染色車間中，生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的主要任務是安排染色機生產(chǎn)計劃。也就是將來自企業(yè)ERP系統(tǒng)的訂單計劃細化，具體安排每臺染色機的生產(chǎn)任務。染色過程有許多工序構(gòu)成，如煮練、漂白、絲光、清洗、染色等，但與一般的流程工業(yè)又有不同，在染色車間從紗或布人缸（染色機）到完成染色過程基本都在同一染色機中進行。染色也有其特點，影響因素比較多，主要有:訂單的交貨日期、客戶重要程度、當前染色機運行狀態(tài)、當前訂單印染顏色與前一次任務的顏色深淺相關程度、空閑染色機容量、當前訂單數(shù)量以及可能遇到的一些意外情況等。 生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)要考慮的因素比較多，若遇到一些意外情況（染色機故障、產(chǎn)品需重新染色、停電等）必須重新安排染色機的生產(chǎn)任務。根據(jù)印染工藝和生產(chǎn)加工過程的特點，構(gòu)建基于多Agent的車間生產(chǎn)調(diào)度模型，如圖4所示。 [align=center] 圖4 基于多Agent的車間生產(chǎn)調(diào)度模型[/align] 該模型將調(diào)度系統(tǒng)分為3類Agent:任務Agent，資源Agent和協(xié)調(diào)Agent，三者之間通過招標一投標制度進行任務競標，系統(tǒng)建立一定的獎罰制度，對加工完的任務進行評定，實現(xiàn)面向車間生產(chǎn)過程的“實時”調(diào)度。 任務 Agent:任務Agent是動態(tài)生存的，當MES從ERP系統(tǒng)中調(diào)人生產(chǎn)任務時，系統(tǒng)自動生成相應的任務Agent，當生產(chǎn)任務完成時，任務Agent自動消失，一方面，它能存儲生產(chǎn)任務的基本信息，例如:交貨日期、質(zhì)量要求、客戶重要程度、訂單數(shù)量、訂單要求的顏色等;另一方面向資源Agent發(fā)出招標信息。 資源Agent:資源Agent對應染色車間的染色機，存儲染色機的容量、前一次任務的印染顏色、當前運行狀態(tài)等信息。每臺染色機對應一個資源Agent,資源Agent接收到招標書時，根據(jù)自身的各信息判斷是否有能力加工，然后進行投標，中標后進行加工。 協(xié)調(diào)Agent:主要任務是協(xié)調(diào)車間總體調(diào)度任務，它記錄每次調(diào)度的任務屬性，分配策略，評估值等信息，還存儲著調(diào)度規(guī)則，能夠根據(jù)資源Agent的投標書進行任務的分配。 4 生產(chǎn)能耗管理和考核系統(tǒng) 在能源日益緊張、能源價格不斷上漲的今天，節(jié)約能源，提高能源利用率在企業(yè)發(fā)展中已處于十分重要的地位。在染色車間建立科學、合理的能源管理系統(tǒng)是十分有必要的。生產(chǎn)能耗與考核管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。 [align=center] 圖5 生產(chǎn)能耗與考核管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[/align] 能源數(shù)據(jù)是與生產(chǎn)過程能耗相關的參數(shù)。與工藝能耗相關的數(shù)據(jù)主要是染色機容量、循環(huán)泵轉(zhuǎn)速、工藝要求的溫度、加工時間、浴比以及環(huán)境溫度等。與產(chǎn)量能耗相關的能源數(shù)據(jù)主要是產(chǎn)量、加工工藝等。 在染色車間建立工藝能耗可以為企業(yè)提供一個改進工藝的量化標準，即在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，企業(yè)不斷探索、改進、優(yōu)化工藝，在建立每臺染色機的工藝能耗后，企業(yè)可以分析、總結(jié)，得出適合本企業(yè)最佳的加工工藝曲線，以不斷降低產(chǎn)品能耗。另一方面建立能源考核系統(tǒng)可以規(guī)范車間能源（水、電、汽）使用，不浪費能源，進一步可對能源回收利用。 四 結(jié)論 雖然一般印染企業(yè)都已建立了自己的管理信息系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)，也取得了一定的效益，但現(xiàn)有的信息系統(tǒng)缺乏必要的整合，它們形成了一個個“信息孤島”。隨著印染業(yè)市場競爭的加劇，企業(yè)希望通過信息技術進一步提高生產(chǎn)效率以及在市場中的競爭力。 引入MES的框架模型和思想理念，構(gòu)架ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)體系在染色車間的應用，能較好地解決當前印染企業(yè)在生產(chǎn)實際過程中面臨的問題。當然MES系統(tǒng)除了文中討論的染色車間集中監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)和生產(chǎn)能耗管理和考核系統(tǒng)，還應有染色工藝管理、人員管理和設備管理等模塊。其中染色車間集中監(jiān)控系統(tǒng)已在某染色車間中得到了應用，取得了良好的效果。完成染色車間整個MES系統(tǒng)，可以提高印染企業(yè)整體信息化水平，為企業(yè)在節(jié)能、生產(chǎn)效率方面帶來更大的效益。