鹽業包裝生產線MES系統應用設計

王秀梅，趙瑜伯，郭亮亮，曹路圓，尹 伊

（1.北京機械工業自動化研究所有限公司，北京 100120；2.北自所（常州）科技發展有限公司，常州 213012）

0 引言

2016年，國務院印發了《鹽業體制改革方案》，備受各方關注的鹽業體制改革拉開序幕。鹽業改革及食鹽專營制度的取消，使得鹽礦和生產加工企業和行業準入放開之后將擁有銷售權，可以建立自主品牌，直接決定生產規模，并實行直接經營。通過接觸終端市場，建立更符合市場需求的產品。鹽業生產廠家進入流通領域，產銷一體化給長期處于產銷分離狀態下企業的經營管理模式及生產模式帶來了巨大挑戰，能否抓住鹽業體制改革契機，率先解決產銷一體化帶來的一系列問題，盡快實現全產業鏈布局，搶得先機。成為鹽業生產企業能否保持優勢，在新一輪競爭中勝出的關鍵。

工業上用海水曬鹽或用凈化后的礦井鹽鹵、鹽湖水煮鹽，利用高溫析硝，低溫析鹽的原理，將母液中的鹽、硝進行分離，結晶后經過脫水、干燥等一系列過程生成不同鹽種產品，再根據市場需求，至包裝線或包裝廠進行分包。鹽業產品的加工工藝通常包括制鹵、制鹽、包裝，工藝流程相對統一。生產模式屬于少品種，大批量，按照銷售訂單及市場預測組織生產。生產的特點是連續性生產，產品品種相對固定，生產準備條件多，質量要求高。產品包裝包括小包裝、大包裝、海包、噸袋、散鹽等多種規格。包裝材料種類多，需要企業多部門業務協同。鹽業產品的加工工藝通常包括制鹵、制鹽、包裝，工藝流程相對統一。包裝是鹽產品加工的最后一道工藝，也是非常關鍵的生產環節。因此，本文就MES系統在鹽業包裝生產線上的應用，以及在產銷一體化模式下，對改善企業生產和銷售協同中的作用進行論述。

1 鹽業產銷一體化模式下對MES的需求

1.1 鹽業生產業務流程

1）鹽業生產業務流程

如圖1所示，鹽業生產業務由銷售訂單驅動，首先根據銷售訂單制定銷售計劃，再結合現有庫存制定生產計劃和運輸計劃，同時鎖定相應產品庫存。根據生產計劃制定物資物料采購計劃。生產計劃分解為制鹵廠、制鹽廠、包裝廠生產計劃，各廠按計劃組織生產。產品在包裝廠包裝最終生成鹽種成品，質檢合格產品發運給客戶，銷售訂單完成。

圖1 鹽業生產業務流程

2）鹽業包裝業務流程

如圖2所示，包裝是鹽業生產的最后環節，包裝廠接收到根據鹽種銷售周計劃制定的鹽種包裝周計劃，將其分解為每日包裝計劃，日計劃可按實際需求進行調整，同時包裝輔材庫及制鹽廠按需提供生產物料，班組按審核后的日包裝計劃組織生產，完成鹽種包裝任務后，產成品入庫。包裝計劃完成，同時也標志著鹽種生產計劃的完成。

圖2 鹽業包裝業務流程

1.2 產銷一體化對鹽業生產的影響

鹽業體制改革將鹽產品的定點生產和批發專營模式，轉換為產銷一體化模式，給鹽業生產企業的生產模式帶來很大的挑戰。在銷售環節，銷售業務員接到訂單，上報匯總計劃員。計劃員通過查詢成品庫存、查詢包裝物庫存，再以文本編輯方式形成鹽種需求計劃。計劃下達后，頻繁以電話或現場確認的方式落實生產進度情況。生產完畢后，核實成品入庫數量、質量狀況，并落實物流情況。在生產調度環節，生產調度人員依鹽種需求計劃形成紙質的生產作業計劃，紙質計劃分別發給包裝廠、質量部門，然后以電話方式詢問計劃落實安排情況。對產線當前產能情況、計劃進度情況等相關數據獲取，頻繁使用內線電話和微信等方式。在排定生產計劃環節，計劃排產人員通過核實庫存情況、包裝物情況、設備情況、人員出勤情況等，根據以往經驗生成紙質排產表。

鹽業生產過程存在的問題產生的原因在于銷售計劃的制定不準確，主要原因是倉儲的實際庫存獲取不準確，產線的生產能力無法確定，缺乏較好的產銷協調機制；產成品和原材料的庫存不準確，沒有實時的獲取出入庫數據；生產計劃書的下達不準確，完全復制銷售計劃，缺乏較好的產銷協調機制；生產計劃的完成情況不清楚，完全靠人工排產，生產的產成品沒有對應生產計劃，生產計劃的完成情況沒有跟蹤，無法形成對銷售計劃的響應閉環，生產過程數據采集不完整、不準確，導致成品鹽的精準追溯也很難做到。

1.3 鹽業包裝過程對MES的需求分析

MES是面向生產過程的信息化管控系統，除了將生產全流程的業務管控納入MES中，實現生產過程的信息化與產線自動化相互融合，更可以解決前述提到的鹽業企業產銷一體化所帶來的問題，即產銷矛盾。通過MES系統實現與WMS集成，根據實際需要及權限，向計劃員及各級管理人員敞開實時的庫存數據、產線的生產能力數據；向各級調度員放開產線情況數據和倉儲庫存數據，引入新的產銷協調機制，大幅提升生產計劃和銷售計劃的下達準確率。通過MES系統的自動排產功能，實現產成品的生產與生產計劃完全對應，形成生產與銷售的響應閉環，為銷售計劃的執行提供準確數據，最大幅度的提升計劃準確率，為靈活響應市場機制，及時調整產品生產結構提供重要依據。通過MES系統的數據采集功能，實現與現場設備互聯，采集設備運行數據，實現設備工況、使用效率的準確數據，從而提升計劃排產的可執行性，為產品追溯提供。

2 鹽業包裝生產線MES解決方案

2.1 總體設計思路

建設MES信息平臺，建立以銷售訂單為驅動，以MES系統為核心的生產過程管理機制。將包裝業務流程植入MES系統，優化業務及包裝作業管控流程。打通數據流，打通信息流，建立快速統一的溝通渠道。通過與ERP、WMS的系統集成，實現鹽業包裝生產過程信息流有效集成，實現管理及生產管控有效交互。實施計劃排程，為銷售計劃的執行提供準確數據，最大幅度的提升計劃準確率，形成生產與銷售的響應閉環，全面解決產銷一體化存在的問題。

2.2 MES實施目標

通過鹽業包裝過程MES系統的實施，實現管理網絡、生產網絡、控制網絡等互連互通，信息透明共享，使業務流程更加流暢，各部門之間的溝通迅速便捷，提高工作效率，使各個車間的資源能夠得到最佳配置。實現包裝生產過程中的防錯和流程控制、報警信息自動推送、反饋機制監督執行。系統自動觸發所有相關業務動作，確保生產過程的閉環管理。實現生產、質量、設備等數據統計分析，實現不同維度、不同部門、不同層級間的信息的一體化管理。通過實時數據采集，結合MES系統的現場工作站、電子看板等功能，及時掌控生產過程人、機、料、法、環的真實狀況，快速應對生產現場緊急狀況，對生產作業計劃、物流等進行調整并合理調度，保證生產順利進行。實現與各業務系統的集成，保證數據的及時性、一致性和完整性，提高工作效率，避免數據孤島。實現鹽產品來源可追溯、流向可查詢、風險可防范、責任可追究。為靈活響應市場機制，及時調整產品生產結構提供重要依據。

2.3 MES功能模塊設計

基于上述討論的鹽產品包裝業務中存在的問題及鹽業生產過程信息管控個性化需求分析，結合MES核心功能，各功能模塊設計如下：

除了MES系統常規功能外，根據鹽業行業特點及企業經營管理模式，解決鹽業生產過程中的痛點問題，是MES系統設計過程中應該重點關注的。產銷矛盾、產品追溯是鹽業生產企業當前急需解決的主要問題，因此將包裝計劃排產、產品識別、產品追溯、系統集成作為重點關注模塊進行闡述。

圖3 MES功能模塊圖

通過計劃排程的實施，實現均衡生產，將銷售訂單與生產、物流計劃聯動，支撐銷售訂單的交期答復。計劃排程解決思路是在APS核心算法功能基礎上，基于有限能力運算理論，構建鹽種包裝計劃體系，實現手工計劃向系統排產的模式轉變。系統自動接收ERP鹽種需求計劃，在出產目標、優先級、瓶頸資源等條件的限定下，提供計劃模擬，尋求最優的排程方案。系統提供車間能力模型的建模和配置功能，對車間產能、關鍵生產資源進行配置管理，作為計劃排定的約束條件。系統基于包裝的有限能力運算生成包裝作業計劃、物料需求計劃、物流配送計劃、資源使用計劃。根據具體生產任務的優先級，綜合包裝生產線、重要設備等資源條件，對生產任務進行優化排產，計算出精確的時間及設備負荷，并對生產調度進行調整。當擾動事件(設備故障、日歷調整等)發生時，測量擾動事件對當前的生產計劃和調度的影響程度，自動或人工啟動動態調度，同時提供對人工調整后的結果進行約束邏輯檢查的功能，從而保證調度的結果具備良好的可執行性。在鹽產品包裝計劃中，計劃排程的輸入條件包括銷售訂單、成品庫存、輔材庫存、設備產能、設備產品對應關系、實時產能、設備可用狀態等。MES提供數據接口自動獲取上述數據，同時支持人工錄入操作。

影響APS實施的因素包括基礎數據的準確性，如物料BOM、人員、設備等數據必須準確完整且無誤，原則上需要ERP系統進行準確詳細定義；設備數據的完整性和準確性，如設備產能、設備與生產產品類型對應關系、設備可用狀態等信息的準確性；產品與輔材對應關系的準確性；成品庫與輔材庫庫存數據的準確性。除了以上數據的準確性外，計劃穩定性、計劃執行力、臨時插單、物料齊套性也會在一定程度上對APS的實施帶來影響。

產品標識是產品追溯的基礎和關鍵所在。為了實現成品鹽的產品追溯，首先需要對成品鹽的外包裝進行標識，后續方便識別。根據實際追溯管理需求，小包裝產品采用單件或批次管理模式，大包、海包、噸袋包裝輔材可采用批次管理方式，大包、海包、噸袋輔材采用批次管理模式。目前有以下三種產品標識方式均可實現鹽業產品的標識。一種是在線自動打標貼標方式。在生產流水線上，增加自動打碼、貼碼設備。采用自動打印并粘貼的方式，對包裝袋進行二維碼標識。打碼的同時，通過信息系統接口，獲取當前產線正在執行的計劃信息，將計劃的產品信息與標簽進行綁定。可通過掃描標簽獲取相關產品信息，實現產品信息與質量追溯。第二種由包裝輔材供應商提供二維碼包裝。提供編碼規則給供應商，由供應商按照既定的規則，在包裝袋生產過程中，將二維碼打印在包裝袋上。在生產流水線上，增加手持掃碼設備或自動掃碼設備，通過信息系統接口獲取當前生產線正在執行的計劃信息，將計劃所對應的產品類型，供應商等信息，與二維碼進行綁定，實現產品信息與質量追溯。第三種模式是RFID標簽模式。在包裝的過程中，為包裝袋懸掛RFID標簽，生產線適當位置放置閱讀器，閱讀器識別到RFID標簽，RFID標簽與當前產線關聯，即以產線為中心，當前計劃信息、包裝批次、供應商信息等與成品鹽RFID標識關聯，實現產品信息與質量追溯。

具備標識的產品，管理人員、生產人員、客戶通過掃描產品二維碼，批次碼或噸袋RFID編號，可實現銷售訂單追溯，內容包括記錄訂單產品涉及的包裝工藝、包裝材料、包裝設備、產線、工單、檢驗項、發貨信息等；原輔料追溯內容包括記錄完整的原輔料（鹽種、包材）使用檔案。系統支持對于原材料和輔料的正向和反向追溯；生產過程數據追溯包括鹽種包裝過程中設備起停狀態/報警信息/主要運行參數等，還能提供按照時間維度和生產的產品種類維度進行數據分析功能，并且通過點擊界面能夠展示出具體的數據，可實現報表、圖表的導出；質量信息追溯包括實現產品質檢信息的記錄功能，如筑斤信息、筑包信息、理化分樣信息等。同時支持質量問題記錄，生成完整的產品批次質量檔案。客戶追溯包括通過掃描成品鹽外包裝袋上的二維碼，追溯信息，展示內容可根據客戶要求定制；并提供對于產品信息按客戶、時間段、班次、產品、質量問題等進行分類統計的功能。

包裝過程的數據采集是MES系統的核心功能之一，通過自動或者手工錄入的方式，采集產品包裝過程的完整數據，形成產品檔案，為產品制造過程提供可追溯性，一方面作為售后服務的依據，另一方面作為生產過程改進、業務流程改進的分析依據。數據采集內容包括包裝設備工況的采集，如主要設備啟停狀態、健康狀況主要設備故障狀態或報警信息，主要設備關鍵工藝參數；生產信息的采集，如主要工位生產數據，如計件、工時等；產線產量數據，如班次產量、日產量等；質量信息采集，如檢測工位質量信息，包括：廢品數、不合格原因等，可使用批次碼做質量追溯。數字化量具、理化分析儀表數據采集。數采系統建設內容包括建立專用的數據采集網絡、采集車間各DCS、PLC數據，對具備通訊接口的設備直接聯網采集。配置實時數據庫，存儲在線監測數據，關鍵數據按秒級采集保存。對不具備通訊接口的儀器、儀表及PLC系統加裝通訊接口；對部分沒有控制器的關鍵設備，其狀態信號接入就近的PLC系統空余的DI點。生產線自動化設備在線監視，以圖形界面在信息中心集中展示。負責MES系統與數據采集系統、WMS系統、ERP系統的通訊接口。負責MES與理化分析儀表的通訊接口。

為了實現產銷一體化，除了要考慮MES系統本身功能實現之外，還要考慮系統與系統間的集成，進行信息交互。只有在信息交互通暢的情況下，每一個系統才不至于成為信息孤島，各個“分散”的信息系統才能集成為一個“綜合性”系統。通過接口信息的交換，減少了不必要的重復錄入工作，避免不同系統間信息的不一致性，使信息采集、傳遞、加工一氣呵成，使鹽業生產過程的“敏捷生產”成為可能。MES與外部信息系統建立通用標準接口，接口方式包括中間數據庫、WEB SERVICE、XML等多種方式。MES與ERP系統對接，涉及如下交互數據：MES從ERP系統獲取產線、工序等基礎數據信息；獲取銷售訂單及產品BOM、制造BOM等信息；獲取物料主數據信息；并將訂單完工信息反饋給ERP；MES從WMS獲取可用庫存成品、可用輔材庫存、安全庫存、發貨信息等數據，并將已分配成品及輔材數量信息等反饋給WMS，以鎖定庫存數據；MES與ERP、WMS保持統一的條碼規范。根據生產實際過程中各類數據交互的需要，交互方式包括按頻次接收/發送數據、每天定時接收/發送數據、實時接收/發送數據、不定時（按需）讀取或發送數據。

2.4 MES系統網絡架構

按照MES系統整體架構設計，為整個包裝車間建立數據采集專用網絡，同時配置實時數據庫軟件，以便能夠快速、穩定、準確獲取生產現場的各類第一手基礎數據。數據采集網絡設置為廠區和車間二級網絡：園區級采用1000M光纖星型網絡，車間級采用超五類屏蔽雙絞線或根據部分車間內實際距離采用100M光纖星型網絡。以保證系統網絡通信的可靠性和抗干擾能力。系統網絡結構如圖4所示。

圖4 系統網絡架構

按照MES數據采集網絡總體規劃，所有網絡接口基于工業以太網平臺，車間現場根據PLC通信接口情況選擇合適的通信接口轉換模塊，將現有不同品牌PLC的通信接口統一轉換成以太網接口，實現現場設備通訊端口的規范化，便于連入數據采集系統，對車間已有以太網接口的PLC，采用網線直連方式連入數據采集系統。

在機房（信息中心）設置監控計算機，實現對生產線的集中監視。計算機以圖形化的方式實時動態展現生產線的各機臺設備運行狀況、工藝數據、警戒提示等，實時記錄各種參數曲線，產生故障時能及時報警，顯示故障發生的部位、時間等參數。在特殊情況下可允許對部分設備的集中控制。設置數據庫服務器，并在服務器上部署實時數據庫軟件。用于存儲采集的生產數據。接收并存儲來自監控計算機的車間生產數據，進行歸檔、整理和存儲；為用戶提供報表后臺數據服務；將相關生產數據傳遞給MES系統服務器，用于生產執行管理；接收來自MES系統服務器的數據，傳達到監控計算機形成生產指令；

3 結語

MES系統在鹽業包裝生產線上的應用，實現對鹽業生產過程的計劃、過程管控、質量、物料等關鍵因素的精準管控，使得鹽產品的生產與生產計劃完全對應，形成生產與銷售的響應閉環，為銷售計劃的執行提供準確數據，最大幅度的提升計劃準確率以及訂單的及時交付率，靈活響應市場機制。通過MES的數據采集和數據分析功能，實現生產過程的透明化，實現鹽產品來源可追溯、流向可查詢、風險可防范、責任可追究，可以幫助鹽企不斷做優做強，為行業健康發展提供動力。