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批处理控制系统在龙岩卷烟厂香料中心的应用
作者:GE智能平台
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CIO信息化管理展厅
电子商务/企业门户, IT运维管理, 制造执行系统MES, 流程管理BPR/BPM, SOA/SaaS/云计算, ...
前言

近年来,随着卷烟市场国际化水平的不断提高,我国烟草行业的改革发展不断向前推进,为进一步提高“中式卷烟”的核心竞争力,保障卷烟品牌的技术安全,国家烟草专卖局已将卷烟调香工程列为重大战略课题进行重点研究,因此糖香料厨房系统越来越成为制丝生产线上不可或缺的重要设备。

现今,现代化的企业在经营管理层普遍使用ERPMES等管理软件,如果经营系统能够获取实时信息,企业就能够利用所需信息不断成长。通过我们的运营管理解决方案,企业能够将注意力集中在经营效益上,对生产情况有更加透彻的了解,降低生产成本,加强规范性,提高生产力和产品质量。

在公司全面实现ERP系统管理的基础上,如何进一步细化物料管理颗粒度,满足质量追溯需要和提升公司精细化管理水平,成为ERP系统实施后烟草企业信息化建设的重要方向之一。实施批次管理正好能满足ERP系统向上提升的要求。
目前,国外烟草企业在认识和部署实施批次管理系统方面已经先行一步。以英美烟草公司为代表的国外烟草企业都在不同程度上部署和实施了批次管理,满足和支持了企业管理提升、业务整合和决策支持的需要。

批次管理是指产品从原材料投入到交付出厂的整个生产制造过程中,实行严格按批次进行的科学管理,它贯穿于产品生产制造的全过程。搞好批次管理,能确保产品从原材料进厂到出厂交付的每个环节,做到“五清六分批”。五清指批次清、数量清、质量清、责任清、生产动态清;六分批指分批投料、分批加工、分批转工、分批入库、分批保管、分批装配。这样就能使在制品在周转过程中工序不漏、数量不差、零件不混,一旦发生质量问题能够迅速准确地查出原因,把返修报废的数量和用户使用的影响限制在最低程度。

对于批次,因为需求的不同,所以会有不同的定义,也产生了不同的管理方式。总体来说,批次管理是为追溯提供信息服务的必须要素。

应用背景

龙岩烟草工业有限责任公司精品“七匹狼”卷烟专用生产线项目中,新建联合工房内将建设一条综合能力6000kg/h的叶丝生产线、一条500kg/h试验小线,其中叶丝生产线三条,流量分别为2000kg/h、4000kg/h、2000kg/h(每条线设置两道工序加料),混丝加香生产线两条,流量分别为8000kg/h和3000kg/h(预留)。

原有糖香料厨房不能很好地适应精品“七匹狼”卷烟专用生产线的要求,所以在建设符合精品线生产工艺要求的糖香料厨房时,要考虑能适当兼顾原有生产车间需求。

香料中心主要是生产制丝车间使用的表香和料液产品,为了充分发挥香料中心设备效率、提供系统灵活性,本次设计采用批次生产控制系统,使系统能够实现工艺与控制分离。所以系统设计首先要编写与设备无关的通用生产工艺,然后再按照批处理控制思路进行系统设计。

对于香料厨房的生产过程的物料流从仓库领料开始,经过人工备料、自动配料、人工配料、出料装桶,到向制丝线人工发料结束。要实现产品质量的全程追踪,必须在每个环节都建立完善的信息采集、记录,这样通过对全过程的数据统计、分析,可以获得与产品质量相关的所有信息。

客户需求

本香料中心系统应在充分满足福建中烟龙岩烟草工业有限责任公司精品“七匹狼”卷烟专用生产线香料生产线的功能要求和主要技术指标前提下,遵循系统完整、通畅实用、安全可靠、先进成熟、规范标准的设计思想与原则进行系统设计和设备制造。

实现功能

§ 系统监控
§ 系统报警
§ 系统操作
§ 系统操作权限管理
§ 系统信息管理
§ 系统异常情况处理
§ 配方管理

解决方案

Proficy Batch Execution采用S88.01提供的具有层级结构的物理模型对生产线的物理设备进行模块化的描述,并关注:Process Cell,Unit,Equipment Module和Control Module这4层。与物理模型相对应的是配方模型。借助这两种模型,就可以实现“程序型配方”,并体现出了控制与工艺分离的思想,即:控制工程师采用基于设备对象(Unit、Phase)的模块化思想编写控制程序,不用考虑以后生产工艺发生的变化。而工艺师在设计配方时无需涉及具体的控制层的细节(比如,PLC程序的流程结构等)。当需要生产不同的产品,要临时改变所用设备或使用不同的工艺路径、加工工艺时,工艺师只需根据生产工艺要求,利用可视化的程序配方界面(即SFC顺序功能图)来灵活的组织各个配方模块,当在Batch 服务器上运行这样的控制配方时, Batch就可借助配方模型和物理模型的对应关系,通过iFIX的变量和PLC的接口,来调度PLC中相应的程序模块,按照控制配方中指定的配方模块顺序来执行,从而间接地完成对相应设备的控制,故无需控制工程师介入改动PLC程序。这样,基于配方模型和物理模型对应关系的“程序型配方”对生产设备的控制和调度更加灵活,能过满足复杂的工艺变更的要求,从而实现更高的生产柔性。

Proficy Batch Execution“程序型配方”的执行没有对PLC品牌和型号和PLC编程语言的限制,但PLC程序需满足规定的接口要求和程序结构,即:PLI(Phase Logic Interface)。

模型设计

如何根据批量生产的工艺要求,建立适当的模型,是所有的批量软件工程师要面临的一个至关重要的问题。模型的好坏会直接影响到今后日常应用中工艺工程师对批量牌号管理、参数修改的便捷性,还有新产品、新配方的创建。

在运用Batch建模的过程中,不仅要定义好设备单元的名称(UNIT)、装置之间的联系(Connections)、还要将装置按照相似的性质及生产能力进行过程级别分类(Process Class)。如果有需要的话,在相应的过程级别下还可以定义若干个PHASE,PHASE直接作用于过程控制,如根据测量条件控制阀门的开关、阀位的变化。

采用层级配方模型设计的工艺系统效率更高,灵活性更好。在软件设计中关于UINT的定义非常关键,它直接关系到系统规模和配方的灵活性。为了保证系统灵活性的最大化和以后工艺修改的灵活性,除了精度控制这类对实时性要求高的情况将几个关联设备划分为一个单独模型(Phase)外,其他设备都做最小化划分。

一旦以上定义工作完成后,则可以采用面向对象的程序设计,在PLC中完成这些操作的功能块设计;同时可以根据目前生产需求,开始主配方设计,根据工艺系统设计特点,可以采用基于类的概念进行配方设计功能模型的设计也都是基于类的,充分发挥S88标准的“工艺与控制分离”的设计理念。使用类来编写与设备无关的配方,大大简化配方设计,提高系统灵活性。

配方设计

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在Proficy Batch Execution系统中,采用S88标准定义的、功能强大的“程序型配方”,采用SFC(顺序功能图)进行层次化结构设计,由高到低依次为:Procedure、Unit Procedure、Operations和Phase。它不仅具有“参数型配方”的功能,而且还可以根据订单需求来组织管理设备、原料、工艺流程,生产出不同的产品。不但可以满足高度柔性的要求,提高设备的利用率和生产效率,而且能减少新品的面市时间,保证产品质量的一致性,降低维护成本。下图所示为配方设计所定义的程序模型:

下图所示为糖料料液调制的主配方。

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而对于批次生产来说,多重产品都是同一生产工艺和流程,而只是工艺参数不同,所以Proficy Batch还提供了Formulation,将操作员从繁琐的工艺参数设置中解放出来。Formulation就是将主配方的参数实例化,一个主配方可以有多个Formulation,对于不同的产品,只需要设置该产品特定的工艺参数就能建立一个Formulation。有些考虑到有些工艺参数是多个产品所公用的,您还可以将这类参数设置为Global Parameters,只需为这类产品一次性设置Global Parameters。 Formulation不但能降低操作员的工作量和失误率,还使得工艺工程师管可以更加方便的管理配方。

下图所示为以糖料料液调制的主配方派生的多个Formualtion的编辑界面,工艺工程师只需要在这里管理配方参数,极其方便。其中参数表中显示的为Global Parameters。

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排产

在实际生产过程中,Proficy Batch提供了一个客户端操作界面方便操作员操作。如下图所示:

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Proficy Batch还提供了丰富的ActiveX控件,可以非常方便的整合到Visual Basic、Visual C++、Web browsers等可以嵌入在包容器宿主应用程序中,当然包括iFIX。还可以选择使用Proficy Batch提供的强大的VBIS功能用Visual Basic、Visual C++来开发自己的用户交互界面。

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实施结果

1. 本次系统设计,首先是采用条形码扫描系统和射频识别电子标签系统,来采集与控制头、尾两端信息,并将这些信息固化为Recipe参数,并配置权限,这样可以防止无关人员和操作员对关键参数的误操作,而工艺工程师可以更加方便的管理。

2. 其次是利用Proficy Batch Execution的审计追踪功能,对生产过程的操作记录进行分析处理;从而建立起一套完整的产品生产过程信息档案,可以实现全程质量追踪与控制。

4. 基于先进的面向对象的编程思想,模块化程序可重用。高级的程序型配方:无需改动PLC程序即可变更工艺,更加灵活的设备调度分配机制。

5. 先进的配方管理和易用的排产功能。

6.具有基于批次数据的归档、报表、电子签名功能,满足FDA 21 CFR Part 11要求。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (11/29/2010)
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