MES 系統在直縫埋弧焊鋼管生產線的設計與應用

賀松松，盧舟進，蒯心雨，劉迪龍

（南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

采用信息化管理手段，可以使企業研發設計管理向規范化、標準化、高效化和協同化方向發展，使生產制造向精細化和敏捷化方向發展，幫助企業建立一個快速反應、有彈性、精細化的生產制造環境，從而提高企業的市場競爭力。信息化已成為裝備制造企業提高經營生產管理水平，提高市場應變能力及競爭力不可或缺的重要手段和工具，本文主要介紹國內某石油裝備制造企業直縫埋弧焊鋼管生產線MES（Manufacturing Execution System，制造執行系統）的整體架構設計和實際應用效果。

1 系統總體架構設計

MES 系統總體架構設計成4 層架構，分別為基礎應用層、業務執行層、業務計劃層和管理層，這4 層共包括9 大功能模塊。其中，基礎應用層包括基礎信息管理與系統集成模塊以及數據采集與現場監控模塊；業務執行層包括設備運行監控管理模塊、文檔管理模塊、生產跟蹤管理模塊和質量控制模塊；業務計劃層包括作業計劃管理模塊和生產調度管理模塊；管理層包括績效統計與分析模塊[1]。直縫埋弧焊鋼管生產線MES 系統總體架構分層和模塊劃分如圖1 所示。

圖1 直縫埋弧焊鋼管生產線MES 系統總體架構

2 系統軟件架構設計

針對國內外MES 系統平臺進行篩選分析，確定GE 公司的Proficy 系列軟件作為本次項目的開發平臺，客戶端采用Cimplicity Viewer 進行頁面操作，服務器端采用Workbench 工具對Cimplicity 頁面進行編輯，并通過廣播的方式與客戶端通信，Web 服務采用Global View 工具進行發布。綜合展示頁面采用Portal 可視化軟件，數據庫采用SQL Server 2008，開發語言采用Cimplicity 內置腳本語言VBA，通過頁面操作配置及腳本代碼相結合的方式實現MES 系統的軟件開發[2]。系統功能模塊與GE 產品模塊的對應關系見表1。

表1 軟件產品與9 大功能模塊的對應關系

3 系統網絡架構設計

本系統采用3 層網絡架構：控制層網絡、生產執行層網絡和辦公網絡。

（1）控制層網絡：用于連接生產線各設備的PLC 接口。

（2）生產執行層網絡：用于連接OPC 客戶端，與控制網之間通過網閘進行物理安全隔離，從而為MES 系統提供數據接口。

（3）辦公網絡：用于數據采集及監控系統的Web 訪問。

為保證控制層網絡、生產執行層網絡和辦公網的安全隔離，保證網絡的安全性，同時還要保證信息溝通、實現信息共享，需要在生產網與辦公網之間增加一套防火墻設備進行網絡安全隔離，在生產執行層與控制層網絡之間增加一套網關對數據進行安全隔離。

4 系統功能設計

4.1 基礎信息管理與系統集成

基礎信息管理功能實現工廠組織機構、工藝流程、產品、質量和設備模型的建立，為其他模塊提供基礎信息；建立和維護MES 系統對象編碼的主數據字典，為不同崗位人員分配不同的角色，并為不同角色賦以相應的權限；系統集成功能實現MES系統與ERP（Enterprise Resource Planning，企業資源計劃）系統的WebServices 接口數據相互集成、身份管理與認證系統集成。

4.2 數據采集與現場監控管理

此業務設計數據采集、存儲和現場監控3 個子功能，數據采集具備自動采集和人工采集兩種方式，自動采集通過OPC 協議自動采集生產線自動化設備數據，可以通過二維碼管體噴印和識別采集鋼管物流信息，同時也能夠支持通過手動錄入的方式采集生產及管理崗位設備、質量、生產等相關數據，實現了數據的時效管理性。

4.3 文檔管理功能

文檔管理功能包含目錄結構管理、上傳與下載、文檔索引和搜索、權限管理四部分功能，實現系統管理員對文檔的目錄創建、刪除和修改，使管理人員清楚文檔目錄結構，便于管理。實現相關管理人員文檔的上傳、刪除和下載功能，使管理人員和各崗位人員能夠及時發布和獲得相關文檔。實現對文檔進行索引，并支持對文檔的模糊搜索，使用戶能夠快速方便地查詢需要的文檔。實現文檔權限的配置，控制不同崗位用戶對文檔的訪問和操作權限，同時系統支持對文檔進行版本管理，使相關人員能夠追溯文檔歷史版本。

4.4 生產跟蹤管理

針對生產過程中發現焊管或鋼板不符合標準，或發生其他異常情況，崗位人員發起逆流程，對不合標準的焊管進行返修、降廢或其他處理。基于車間業務實際，所有在線檢驗崗位，包括超聲波板探、1#超聲波自動探傷、1#超聲波手動探傷、1#X 光射線探傷、2#超聲波自動探傷、2#超聲波手動探傷、2#X 光射線探傷、成品檢驗崗位，都有權限發起逆流程，各崗位均可對鋼管所經過的路徑進行追蹤與管理。

4.5 質量管理

質量控制包括技術工藝人員定義某一合同、某一規格鋼管的工藝參數，并在系統中配置參數范圍；生產線各檢驗崗位錄入或通過系統自動采集鋼管在線檢驗信息，理化檢驗崗位自動采集試驗設備檢驗結果，同時相關管理人員可錄入鋼管的降級、降廢以及拍片復審結果，儲運崗位根據發車指令在系統中錄入發貨碼單的基本信息；成品臺賬崗位根據發貨碼單的基本信息、相關質量信息，在線自動生成發貨碼單、質證書；質量統計崗位以及相關管理人員可對鋼管質量進行相關統計與分析；同時，用戶可以根據需要對產品進行質量追溯。

為滿足質量控制的業務需要，質量控制模塊設計的功能包括工藝卡創建與維護、質量信息記錄、質量信息查詢3 個子功能。

4.6 作業計劃管理

根據直縫埋弧焊鋼管生產線作業計劃管理的業務需求，將作業計劃設計成計劃創建和計劃查詢2 個功能，提供EXCEL導入功能，實現月度、每日生產計劃導入、變更、修改和查詢等，對計劃業務管理的同時，為生產執行結果與計劃對比分析提供數據源。

4.7 生產調度管理

生產調度管理功能包括工作任務單在線下發和調度交接班日志填寫功能。

4.8 績效統計與分析

各生產、檢驗、統計崗位將相關數據錄入MES，通過系統的統計分析，將最終結果以圖形、表格的形式直觀地展示給公司管理層，使管理層能夠及時了解公司的生產情況、合同執行情況，方便決策。

主要設置綜合展示、報表查詢、報表配置、統計檢查等功能，綜合展示以圖形、表格的形式直觀地了解公司生產、質量、設備關鍵指標信息，重點針對單個合同展示其整體信息。報表查詢以Excel 導出形式，提供生產、質量、設備的日報、月報、年報的生成[3]。

5 系統實施效果

（1）為企業生產管理人員提供科學分析手段，增強了決策能力。通過車間班組、生產運行、質檢等部門業務協調和信息共享，使企業生產管理人員能夠在統一的系統平臺上，查詢到生產計劃、合同執行情況、生產加工進度、質量狀態等信息，有效支持各項生產運行業務的開展，提高了生產管理人員的決策能力及全局分析能力。通過MES 客戶端現場監控模塊，可以全面掌握產線整體的生產節拍及上下游崗位的設備運轉情況，可協助本崗位人員及時調整目前生產情況及設備參數等[4]。

（2）為車間操作人員提供便捷、高效的管理工具，減輕了工作量，提高了生產效率。從原來靠手工記錄、電話報數的方式提升到了數字化的管理方式。崗位人員通過MES 客戶端填寫生產、檢驗記錄，并可實時了解上下游崗位鋼管的加工檢驗情況；系統實現了傳票電子化、生產加工數據電子化、檢驗數據電子化，并可于客戶端方便地查詢工藝卡、換道通知單，減少安全隱患，提高了生產效率。

6 結語及展望

通過MES 系統的實施，結合企業已有的ERP、PDM（Product Data Management，產品數據管理）等系統的綜合使用，生產線已基本邁入數字化生產制造階段，下一步將應用現代物聯網技術，實現產品、物料的唯一身份標識，生產和物流裝備實現數據采集和通信功能，實現從工廠、車間到設備的“物物互聯”，通過條碼、RFID 等技術為MES、ERP 系統提供業務數據，實現互聯互通，使企業向數字化轉型、智能制造發展不斷邁進。