基于打葉復(fù)烤MES數(shù)據(jù)集成的質(zhì)量追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文/劉踐 劉威 楊凱 王戈 朱焱

（1.華環(huán)國(guó)際煙草有限公司 安徽省滁州市 233121 2.上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心 上海市 200082）

隨著《煙草控制框架公約》的簽署和卷煙市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，卷煙企業(yè)對(duì)煙葉原料質(zhì)量和來(lái)源的真實(shí)性和安全性要求逐步提高，煙草行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的可追溯需求日益迫切，因此建立和實(shí)施質(zhì)量追溯體系已成為必然[1]。

目前卷煙工業(yè)企業(yè)在卷煙生產(chǎn)過(guò)程中的已經(jīng)構(gòu)建較為完備的質(zhì)量追溯體系[2、3]，以實(shí)現(xiàn)“正向可控、反向可溯”的質(zhì)量管理。然而作為卷煙工業(yè)企業(yè)“第一車間”的打葉復(fù)烤企業(yè)質(zhì)量追溯體系尚未得到實(shí)際應(yīng)用。究其原因，一是多數(shù)復(fù)烤企業(yè)未實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)流程信息化支撐；二是缺乏數(shù)據(jù)質(zhì)量保障機(jī)制和數(shù)據(jù)集成共享平臺(tái)。

華環(huán)公司在重點(diǎn)客戶引導(dǎo)下，依托配方驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)模式[4]，建立了覆蓋企業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程的信息系統(tǒng)。近年來(lái)也探究了以批次管理為主線的質(zhì)量信息鏈構(gòu)建，已實(shí)現(xiàn)部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)，但是由于豎井式開(kāi)發(fā)帶來(lái)的信息系統(tǒng)集成度不高、信息孤島、數(shù)據(jù)精度低、準(zhǔn)確性差等問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)法形成完整可靠的數(shù)據(jù)信息鏈，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全程質(zhì)量控制和質(zhì)量追溯，因此，華環(huán)公司亟需建設(shè)生產(chǎn)全過(guò)程上下貫通、左右協(xié)同、信息共享、互為支撐的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過(guò)程質(zhì)量追溯。

當(dāng)前卷煙企業(yè)主要依托于生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES（Manufacturing Execution System）構(gòu)建數(shù)據(jù)集成平臺(tái)[5-7]。MES 是指通過(guò)信息傳遞，對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理的信息系統(tǒng)。在卷煙生產(chǎn)制造中，其作為核心信息系統(tǒng)在生產(chǎn)全過(guò)程協(xié)同、數(shù)據(jù)整體集成、全工序質(zhì)量追溯中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用[8]。因此可通過(guò)借鑒卷煙工業(yè)企業(yè)基于MES的數(shù)據(jù)集成經(jīng)驗(yàn)，打造復(fù)烤企業(yè)的全流程信息數(shù)據(jù)集成和串接。

1 數(shù)據(jù)集成設(shè)計(jì)

1.1 集成架構(gòu)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)將采用先進(jìn)的集成管理與接口設(shè)計(jì)思想，即從靜態(tài)集成、動(dòng)態(tài)集成轉(zhuǎn)變到隨需應(yīng)變的集成管理；從簡(jiǎn)單的信息集成管理，轉(zhuǎn)變到信息集成與流程集成的集成管理，實(shí)現(xiàn)信息在各系統(tǒng)間交互與共享，提供直觀的圖像化數(shù)據(jù)展示功能，按“透明工廠”的要求，對(duì)各集控系統(tǒng)的生產(chǎn)狀態(tài)集中進(jìn)行可視化管理，達(dá)到生產(chǎn)的透明化、開(kāi)放化。利用Web Service 集成方式解決異構(gòu)信息系統(tǒng)之間集成的業(yè)務(wù)應(yīng)用集成平臺(tái)，用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)OPC（OLE for Process Control）實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)化信息交互。如圖1 所示。

1.2 集成內(nèi)容

集成內(nèi)容包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要為人員、倉(cāng)儲(chǔ)物流、物料、產(chǎn)品屬性、過(guò)程指標(biāo)數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集成各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)（倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)、質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)、復(fù)烤集控、高架庫(kù)物流系統(tǒng)、配方管理、能源管理等系統(tǒng)）生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)信息。（包括工藝參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)、物料消耗、生產(chǎn)產(chǎn)量、能源消耗、設(shè)備運(yùn)行等信息）

圖1：數(shù)據(jù)集成架構(gòu)圖

圖2：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)示意圖

1.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)。為保證各業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用統(tǒng)一的對(duì)象及信息標(biāo)識(shí)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與信息集成，MES 系統(tǒng)通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)功能來(lái)對(duì)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)共用的制造資源（人員、設(shè)備、物料等）信息進(jìn)行統(tǒng)一分類管理，形成組織人員類、生產(chǎn)過(guò)程類、生產(chǎn)實(shí)體類、倉(cāng)儲(chǔ)物流類、產(chǎn)品屬性類、生產(chǎn)物料類、過(guò)程指標(biāo)類及其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)八大類28 項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)同步推送基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息至各相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，從而進(jìn)一步規(guī)范數(shù)據(jù)來(lái)源，解決統(tǒng)計(jì)口徑不一致導(dǎo)致的數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題。如圖2 所示。

1.4 數(shù)據(jù)集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)

表1：質(zhì)量追溯單元及信息

圖3：數(shù)據(jù)集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)示意圖

圖4：質(zhì)量追溯邏輯模型

采用WebService 方式低耦合的進(jìn)行各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換，內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)之間通過(guò)ESB 技術(shù)進(jìn)行信息交換。具體地說(shuō)，通過(guò)MES 數(shù)據(jù)集成平臺(tái)整合并優(yōu)化現(xiàn)有的生產(chǎn)管理、物流倉(cāng)儲(chǔ)、設(shè)備管理、工藝質(zhì)量、生產(chǎn)執(zhí)行等相關(guān)系統(tǒng)功能及信息資源，構(gòu)建一套完整的生產(chǎn)管理信息化支撐體系，實(shí)現(xiàn)信息在各系統(tǒng)間交互與共享。如圖3 所示。

2 質(zhì)量追溯設(shè)計(jì)

2.1 質(zhì)量追溯單元及信息

通過(guò)對(duì)打葉復(fù)烤的生產(chǎn)流程梳理，將原煙接收至成品出庫(kù)劃分為4 個(gè)追溯區(qū)域，劃分為14 個(gè)追溯單元，并依據(jù)物料形態(tài)，明確各追溯單元顆粒度、標(biāo)識(shí)方式和對(duì)應(yīng)追溯信息。例如原煙接收環(huán)節(jié)，追溯單元顆粒度為同等級(jí)、同車的原煙，單元標(biāo)識(shí)為對(duì)應(yīng)車牌號(hào)，單元信息包括原煙物理、化學(xué)特性等信息。具體見(jiàn)表1。

2.2 質(zhì)量追溯邏輯模型

質(zhì)量追溯模型的追溯邏輯是以打葉復(fù)烤加工物料流為主線，明確物料在各工藝工序段的追溯單元和追溯信息，并對(duì)單元進(jìn)行唯一性標(biāo)識(shí)，進(jìn)一步通過(guò)標(biāo)識(shí)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立信息串聯(lián)，例如原煙入庫(kù)的追溯單元是同等級(jí)、同車的原煙，標(biāo)識(shí)信息為車牌號(hào)，在入庫(kù)接收中，通過(guò)原料入庫(kù)單即可將車牌號(hào)信息與入庫(kù)存放貨位號(hào)對(duì)應(yīng)；在分選環(huán)節(jié)，通過(guò)分選配方單又將貨位號(hào)和挑選批次號(hào)對(duì)應(yīng)起來(lái)；在連續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，以時(shí)間為標(biāo)記“指針”，利用各工序時(shí)間差建立對(duì)應(yīng)關(guān)系；最終完成從原煙入庫(kù)到成品出庫(kù)標(biāo)識(shí)信息的關(guān)聯(lián)，即實(shí)現(xiàn)質(zhì)量追溯邏輯模型構(gòu)建。如圖4 所示。

表2：追溯單元確定

表3：復(fù)烤環(huán)節(jié)的追溯單元工藝質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析

表4：潤(rùn)葉環(huán)節(jié)的追溯單元工藝質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析

2.3 質(zhì)量追溯應(yīng)用場(chǎng)景

2.3.1 正向質(zhì)量跟蹤

以原煙為起點(diǎn)的，當(dāng)原料和半成品出現(xiàn)異常時(shí)，根據(jù)追溯單元的關(guān)聯(lián)關(guān)系，向生產(chǎn)工序下游追蹤，快速定位問(wèn)題原料或半成品對(duì)應(yīng)的成品片煙，并獲取其質(zhì)量或加工信息。

2.3.2 反向質(zhì)量追溯

以成品片煙為起點(diǎn)，重點(diǎn)分析成品片煙水分、煙堿等關(guān)鍵指標(biāo)的質(zhì)量狀態(tài)，當(dāng)成品片煙出現(xiàn)異常時(shí)，依據(jù)追溯單元的關(guān)聯(lián)關(guān)系，向生產(chǎn)工序上游回溯，溯源問(wèn)題成品對(duì)應(yīng)的原料或半成品和歷時(shí)加工信息。

3 質(zhì)量追溯實(shí)現(xiàn)實(shí)例

工藝員在對(duì)片煙成品質(zhì)量分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)2018 山東C 挑片煙成品含水率在某一階段波動(dòng)明顯，該段含水率標(biāo)偏0.48%明顯高于整體水平0.35%，此時(shí)想追溯該段成品的加工歷史。

3.1 各工序追溯單元確定

問(wèn)題成品定位半成品的邏輯是：由質(zhì)量信息鏈下游工序向上游工序回溯，各工序顆粒度以時(shí)間段形式劃分，利用物料在各工序流轉(zhuǎn)的時(shí)間關(guān)系建立其對(duì)應(yīng)性，獲得追溯單元標(biāo)識(shí)信息，進(jìn)一步匹配對(duì)應(yīng)追溯信息。如表2 所示。

3.1.1 復(fù)烤環(huán)節(jié)流量和工藝質(zhì)量情況

如表3 所示，該追溯單元內(nèi)復(fù)烤段工藝質(zhì)量來(lái)料水分、冷房水分、下機(jī)水分的均值與批次整體一致，其標(biāo)準(zhǔn)偏差依次為0.22%，0.27%和0.32%，對(duì)應(yīng)批次班間標(biāo)偏平均為0.39%，0.32%，0.06%，由此可見(jiàn)該段來(lái)料水分穩(wěn)定性較好，冷房控制水平較好，但下機(jī)水分穩(wěn)定性較差，可能是復(fù)烤回潮段控制出現(xiàn)問(wèn)題。

3.1.2 潤(rùn)葉環(huán)節(jié)流量和工藝質(zhì)量情況

如表4 所示，該追溯單元內(nèi)一潤(rùn)段出現(xiàn)工藝水分和溫度明顯波動(dòng)，一潤(rùn)出口水分極差達(dá)到5.5%，一潤(rùn)出口溫度極差達(dá)到26℃，一潤(rùn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)流量明顯不穩(wěn)定，但二潤(rùn)環(huán)節(jié)定量喂料流量、二潤(rùn)工藝溫度水分一直比較穩(wěn)定，與整個(gè)批次班內(nèi)平均水平較好，也就意味著一潤(rùn)的波動(dòng)未對(duì)二潤(rùn)工藝水分產(chǎn)生明顯影響。

3.1.3 半成品位置定位及相關(guān)信息

華環(huán)公司半成品庫(kù)為高架庫(kù)模式，該追溯單元內(nèi)半成品投料共計(jì)40 煙架，煙架號(hào)和投料時(shí)間、分選批次號(hào)、生產(chǎn)批次號(hào)詳見(jiàn)表5。該段時(shí)間內(nèi)半成品來(lái)自23 個(gè)分選批次號(hào)，理論上仍可繼續(xù)回溯至原料，但由于加工過(guò)程采用二次混配工藝，如追溯至原料定位較為模糊。

4 總結(jié)

依托華環(huán)公司信息全覆蓋的基礎(chǔ)，在MES 支持下實(shí)現(xiàn)原料入庫(kù)、分選、半成品、投料加工、打葉復(fù)烤、成品產(chǎn)出、成品入庫(kù)等打葉復(fù)烤全流程數(shù)據(jù)集成串接，打通質(zhì)量信息鏈。基于質(zhì)量信息鏈實(shí)現(xiàn)質(zhì)量追溯設(shè)計(jì)，建立各工序環(huán)節(jié)質(zhì)量信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并通過(guò)成品-半成品追溯實(shí)例，展現(xiàn)質(zhì)量追溯應(yīng)用場(chǎng)景，從而構(gòu)建打葉復(fù)烤企業(yè)質(zhì)量追溯體系。

表5：對(duì)應(yīng)半成品出庫(kù)投料信息