|
CIO信息化管理 |
|
| 按行业筛选 |
|
|
| 按产品筛选 |
|
|
| |
|
查看本类全部文章 |
| |
|
|
|
|
应用MES技术优化分组加工工艺过程 |
|
|
作者：张家毅 崔鸿刚 |
|
烟草行业“十一五”规划建议指出：“特色工艺研究和精细化加工工艺研究将成为制丝工艺的发展方向”。分组加工技术作为特色工艺研究与精细化加工工艺的有机结合，目前已成为全行业研究的重点，并在多数卷烟企业得到了实际应用。特色工艺和精细化加工强调针对不同物料采取不同的加工方法和工艺参数，使被加工物料的内在品质能够得以充分发挥，而传统的单工艺路径直线式制丝加工过程和以人工为核心的生产调度模式己很难满足当前的生产要求。为适应特色工艺和精细化多工艺路径柔性加工的需要，解决从计划制订到生产调度指挥过程中存在的问题，对如何利用MES技术优化分组加工过程进行分析探讨。
1 分组加工模式下制丝生产过程的新特点
随着卷烟企业的兼并重组与中式卷烟研究的深入，目前卷烟企业的制丝生产表现为内外两方面的需求，对内是随着新工艺、新技术越来越多地被应用到制丝加工过程中，尤其是实施分组加工工艺后，制丝加工过程的日益复杂化和精细化，对生产调度提出了如何在复杂工艺路线下组织柔性生产的需求;对外是随着卷烟买方市场的形成，如何适应市场的快速变化，对生产调度提出了以适应其变化为核心实现敏捷制造的需求。在这种形势下，卷烟企业的制丝生产呈现出以下几方面的新特点。
（1）工艺路径的调度更加复杂化。为适应分组加工对不同物料采取不同加工方式的要求，制丝生产线已由过去的单一工艺线路发展成为多分支、多组合的复杂工艺线路，使得制丝生产过程中生产路径的调度复杂性大为增加。例如在叶丝烘丝环节，对内在品质较差的上部烟丝采用高温气流式烘丝工艺路线进行处理，不仅能较好地去除杂气，还有利于提高填充值；而对于内在品质较好的中部烟丝，采用薄板烘丝工艺路线进行处理，可使其获得较好的香气。
（2）生产过程的调度更加柔性化。传统的制丝生产是直线型生产模式，物料从投料到产出严格按照固定的重量批次进行，其生产过程是刚性的，一旦投料则无法再修改，对变化的适应能力很弱。而在分组加工过程中，成品是通过不同比例的中间物料进行组合生成，当需求发生改变时能够快速作出调整，变更生产，因此生产线的调度柔性被极大加强。
（3）过程控制更加精细化。根据分组加工对控制过程的要求，需要针对不同物料选择不同的加工参数，即使对于相同的物料，也可根据需要选择不同的参数以控制其加工强度。传统的固定参数加工模式正在转变为划分更为细致的物料/参数匹配加工模式，参数的配方化管理正在实现。另外，针对相同物料采用不同手段（如先进控制、SPC技术等）实现控制参数优化，也是当前制丝线过程控制研究的重点方向。
（4）以适应变化为核心的敏捷制造。敏捷制造的生产流程面向不断变化的市场需求，具有更短的提前期、更高的灵活性和更快的响应速度等基本特性。由于制造环境中包含了许多超越事务管理的复杂数据模型，需要进行特定的数据管理，因此需要一个能够在生产准备、生产运行、过程控制与管理、性能分析和作业协同等方面具有良好架构的软件系统来支持。
（5）加工设备更加智能化。在基础自动化系统中，分布式智能控制技术已获得了较广泛的应用，控制系统正由原来的集中控制型向分布式控制型转变。以主机设备为核心的智能控制体系，具备了自动控制、数据处理与保存、通讯、系统自诊断和接口管理等功能，为实现分组加工工艺线路的柔性组合提供了硬件支持。
（6）生产管理信息化程度和水平大为提高。卷烟加工过程是物流、价值流与信息流结合的过程。传统生产过程的信息流是以纸质或口头的形式在生产过程中流动，使得各个业务系统间信息的共享与交互非常困难；而在分组加工生产中，与生产相关的计划、设备、物料、配方和质量数据等信息量大幅增加，其复杂性尤为突出，与之相适应的生产管理信息化程度和水平大大提高。
2 应用MES技术优化分组加工过程
工厂制造执行系统MES（Manufacturing Executing System）是近10年来在国际上发展迅速、面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。高度精细化和智能化的制造执行系统能够控制整个生产过程，为用户提供一个快速反应、有弹性和精细化的生产环境，特别适合用于既有多品种小批量、又有大批量生产的企业信息管理，便于企业改善生产线的运行效率，灵活组织生产，促进企业向生产制造的柔性化和管理精细化方向发展，提高市场应对的实时性和灵活性，降低生产成本和不良品率，提高产品质量。为增强企业的核心竞争力，目前MES技术已被引入家电、汽.车、半导体、通讯、IT、医药等多个领域，并且取得了理想的应用效果。在国内烟草行业，应用MES系统对计划的处理主要集中在以工艺段为核心的任务分解与调度上，真正实现任务排程及其执行优化的系统还较为少见。为此，基于分组加工制丝生产过程的特点，结合应用MES系统中的相关技术，提出了适应分组加工的MES应用架构模型，如图1。在此架构中，系统以生产计划优化和参数优化为核心，为分组加工在生产与工艺两个方面提供支持。
图1 适应分组加工的MES应用模型
2.1 生产计划优化
首先，系统接受每天的生产计划，然后送入优化排产模块，根据已有的经验数据（生产线模型、生产线能力、设备能力及业务规则等），对任务进行分解排产，形成预排产计划。由于该计划来源于历史资料，在没有外界干扰的前提下，其排产结果具有全局最优性。但由于目前卷烟生产受市场需求的影响而变化频繁，如果单纯以预排产计划进行生产，当变化发生时，该计划的执行就会出现问题，甚至可能会出现计划无法执行的现象。因此预排产计划需送入过程模拟模块中进行模拟仿真计算，通过数据采集模块获取生产线的实时状态数据（如实时能力、储柜存料及计划执行情况等），根据预排计划，生产线模型和配方数据对预排产计划进行模拟生产计算，以检查计划的可执行性并计算出相关的执行指标，供调度人员参考。如果计划可行，则进入调度模块，调度模块根据实际生产情况下达生产任务，任务执行模块收到任务后结合配方数据形成工单，并下达到各工艺段进行生产。执行结果被送人任务监控与加工过程分析模块中，任务监控为操作员提供任务执行的监控，加工过程分析将执行的结果形成历史经验数据，用以指导今后的任务优化排产。在生产过程中，如果出现任务变更等情况，操作人员可以进入过程模拟模块，对计划可能导致的结果进行计算分析，根据结果实时作出调整，以最大限度地保证计划的可执行和优化。
在分组加工模式下，工艺线路渐趋复杂，对生产的柔性化要求显著加强，随着生产变化的频繁，需要考虑的因素越来越多，过去那种以生产操作人员按照经验进行生产调度的方式已难以适应这些变化。上述过程的优点在于通过对大量的信息进行采集，以物料驱动（MDB）内推式调度算法，实现任务排产的可执行和最优化，将外界对系统的影响降到最低，同时增强系统的敏捷性。此外，系统在运行过程中，通过对加工过程的分析，不断积累数据并修正以往的数据，使优化排产进一步优化，通过多次循环后，系统的优化能力不断获得加强。
2.2 参数优化
针对不同物料的加工参数优化是分组加工过程优化的另一重要方面。在分组加工模式下，配方参数、控制参数和设备参数都需要依据所加工的物料模块同时进行调整，以实现面向生产操作的智能化。因此，需要将以上3类参数纳人配方中进行管理。
参数优化功能就是根据分组加工的需要，实现基于物料的配方管理，并不断优化各类参数。参数优化是一个循环的过程，首先是在配方管理模块中录入工艺部门预设的前述各类参数，当作业任务被下达到生产线时，系统根据作业任务所对应的分类模块，自动将各类参数下达到生产线中进行生产。在生产过程中，系统通过数据采集模块保存各种数据，通过质量控制模块对指标的完成情况进行分析，并将结果输入到质量管理模块中。质量管理模块将指标的完成情况送入参数优化模块中，参数优化模块综合从数据采集模块中获取的数据一起进行分析，并向操作人员提供修改建议，待操作人员修改参数并经确认后，新的参数就可以在下一个批次投入运行，其结果进入下一个优化循环中继续优化过程。
3 应用前景
目前，以生产计划优化和参数优化为核心的MES系统在分组加工技术中的应用已日益完善，显示出较为广阔的应用前景。基于前述应用构架的系统已在“三级配方”、“一头两尾”等分组加工模式中得到了初步应用，并取得了较好的效果。从总体来看，该系统的应用目前主要集中在制丝线上，在MES中通过流程仿真和数值优化技术，实现了制丝生产过程的最优化，有效解决了分组加工模式下多工艺线路、多模块组合带来的生产组织的复杂性，能够满足多模块物料加工中的过程控制智能化和精细化的要求，对分组加工生产模式具有较强的适应性。(end)
|
|
| 文章内容仅供参考
(投稿)
(如果您是本文作者，请点击此处)
(8/11/2008) |
对 CIO信息化管理 有何见解？请到 CIO信息化管理论坛 畅所欲言吧！
|
