MES 系統在MARKⅢ型薄膜陸地罐圍護系統中的設計及應用

孫 劍，戚爾浩，管延敏，鮑星龍

（江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院，江蘇 鎮江）

LNG 陸地儲罐在我國發展較晚，其當前的生產模式多采用傳統的人工排產和人工調度的方法，加之圍護系統生產工序繁多、信息交互存在較大的滯后性，無法滿足現代化企業的需求。隨著數字化、智能化技術的發展，薄膜罐圍護系統生成管理模式應該不斷向智能管理方向轉變，運用科技使得薄膜罐整個生產過程中的資源配置、風險把控等都得到合理優化。因此，需要構建開發一款適合圍護系統生產特點的生產管理軟件，進一步提高企業管理效率和產品質量，降低生產成本，滿足企業生產需求。

1 MARKⅢ型薄膜儲罐內罐圍護系統生產工藝及局限性分析

1.1 生產工藝流程概述

MARKⅢ薄膜型LNG 圍護系統生產主要是對主次屏蔽[1]的生產作業。圍護系統生產工藝可以劃分為四大工種，即劃線、安裝、粘連、裝焊。每個工種又可以劃分為幾個不同的工序，將復雜的圍護系統生產拆分為多個獨立的作業工序（見圖1）。

圖1 MARKⅢ型薄膜陸地罐圍護系統生產流程

1.2 傳統生產管理模式局限性分析

通過調查研究，對傳統生產管理模式下圍護系統的生產分析，發現有如下幾個問題：

（1） 缺乏科學合理的排產和調度模式。傳統生產模式下人員配置方式缺乏科學評價體系、易受人的主觀意識影響[2]，且工班長對人員能力認識有限，無法實現人崗配置最優化[2]。

（2） 存在大量紙質化辦公，生產數據缺乏“數字化移交”[3]。傳統生產模式下缺乏有效的信息工具，大量紙質化辦公會導致數據共享程度低下、生產執行效率不高，甚至會產生一定的人為誤差等諸多問題。

（3） 沒有統一可視界面，無法實時跟蹤生產進度。傳統生產模式下生產數據的獲取主要依靠人工統計為主，無法實時反饋生產數據，從而影響下一步的生產計劃安排，而且會造成追溯問題產品過程復雜化，甚至會造成生產重復施工，消耗大量的人力物力[4]。

2 MES 軟件整體設計思路

2.1 項目需求功能分析

該項目為MARKⅢ型LNG 薄膜陸地罐圍護系統生產管理信息化項目，具體需求應用場景：實現數據采集，整合計劃管理系統、質量管理系統、物資管理系統等數據高效協同作業；生產可視化，對生產作業進度實時跟蹤，從而可以科學合理地協調生產計劃、庫存計劃, 并能在每一項生產計劃完工時準時地通知管理人員；無紙化辦公，MES 系統可以將工廠所有的紙質化單據進行數字化收集和存儲，從而實現無紙化生產，不但能夠節省印刷成本[5]，而且能使各部門之間的信息流更加通暢。

2.2 系統總體架構設計

MARKⅢ薄膜罐圍護系統生產作業制造執行管理系統采用分層的三層架構模式，即表現層、業務邏輯層和數據訪問層[6-8]。很多應用系統都采用三層架構模式（見圖2），該模式可以將一個整體復雜的問題進行簡單化的分層次處理，從而調高系統的邏輯性和合理性。

圖2 層結構

表現層主要用于用戶進行信息的錄入和數據的顯示，PC 客戶端將用戶輸入的數據信息直接傳遞給下一層業務邏輯層進行數據信息處理，然后再將處理完成的數據顯示在表現層，實際上就是為用戶提供一種人機交互的操作界面。

業務邏輯層將從表現層傳輸過來的數據，按照實際的業務邏輯進行處理，然后在返回必要數據。業務邏輯層是系統的核心部分，它在整個體系架構中處于承上啟下的位置，在表示層和數據訪問層中間[9-10]。

數據訪問層將所有處理過的數據進行存儲、處理和維護，包括對數據的增添、刪除、修改、查找等業務。數據層主要是采用SQLServer 數據庫進行業務數據的存儲管理，保持生產系統運行的高效率。

2.3 系統軟件設計

為了MES 系統的安全性和可靠性，系統總體架構采用了服務器+客戶的端運行方式（見圖3），PC 服務器開發平臺基于.NET Framework 3.0，使用C#開發語言編程軟件。

圖3 系統架構

2.4 系統功能模塊設計

根據整體的設計原理，結合項目生產工藝，設計了MES 系統的軟件結構，按照實現功能將其分成五大功能模塊（見圖4），分別為項目管理、看板管理、計劃管理、質量管理和物資管理。為了重點突出生產可視化，結合項目實際施工要求，又將看板管理模塊薄膜罐的底面和壁面劃分為劃線、安裝、粘連、裝焊四個子模塊。

圖4 MES 系統功能模塊結構

2.4.1 項目管理模塊

項目管理模塊具體分為項目定義、成員管理和班組信息維護。項目定義包括當前在建項目管理和項目定義，在建項目包括當前正在施工的項目以及已完成的項目，對于還未投入生產的項目也可以創建一個新的項目管理。項目定義模塊重在介紹當前項目具體的命名規則、施工原則等。班組信息維護模塊是為在建項目所服務，介紹當前項目所包含的班組人員信息，包括當前項目所需班組類別、每個班組人員數量及具體信息等。成員管理模塊則是為操作本軟件的人員分配角色和權限。

2.4.2 看板管理模塊

此模塊共分為項目選擇、劃線狀態信息、螺柱狀態信息、安裝狀態信息、粘連狀態信息、裝焊狀態信息管理等六個部分。由于在建項目可能存在多個項目同時施工的情況，可以通過項目選擇模塊來定位所需查看的具體項目。

2.4.3 計劃管理模塊

計劃管理模塊主要分為總體建筑計劃、月計劃、周計劃和日計劃。建造計劃只有管理人員具有相應的權限來進行編制和修改，月度計劃由分區作業長或生產部長進行編制，周計劃和日計劃則由生產小組組長進行編制。通過可視化界面顯示當日生產狀況和生產計劃進程，從而方便對后續的生產工作安排進行及時的調整和改善。

2.4.4 質量管理模塊

質量管理模塊主要是對施工完成后的產品進行質量檢查。對圍護系統建造而言，由于施工工藝要求高，建造難度大，所以無論是劃線、安裝、粘連還是裝焊，每一道工序都必須嚴格把控質量。為了提高整體效益，在質量管理模塊開發在線質檢功能，并通過施工組自我檢驗、不同工種互相檢驗、外單位最終檢驗三種依次在線質檢方式，保證產品的質量，力求品質效率最大化

2.4.5 物資管理模塊

物資管理模塊是項目的物質基礎，影響著整個項目的進程是否順利。同時物資管理是否合理，直接影響著生產效率和整體成本管控。圍護系統生產過程中，物料管理存在幾個關鍵問題:a.入庫的多種物料往往識別不清，很容易混在一起，很難跟蹤；b.交付的數量經常與供應商的發票不匹配，這使得很難跟蹤正確的所需數量。此外，材料可能會丟失，導致訂單延誤，損失更為嚴重。所以系統中加入物資管理模塊是非常有必要的。

2.5 生產主流程設計

結合MARKⅢ維護系統生產工藝流程，可以將生產主流程分為計劃下發、劃線作業、安裝作業、粘連作業和裝焊作業（見圖5）。每個作業工序相對獨立，但其內在邏輯又緊密相連。

（1） 計劃下發。在生產初期，根據生產訂單由計劃人員將相關信息錄入MES 中，包括項目信息、生產種類、所屬工序、生產人員、生產計劃的開始時間和結束時間等。當計劃下發后，由生產調度人員結合生產狀況進行安排。

（2） 劃線作業。在MES 系統中錄入劃線作業狀態信息，包括劃線工序、每道工序當前進展狀態，作業區域、作業時間、作業班組、作業完成狀態等。

（3） 安裝作業。安裝工序開始作業是在該區域的劃線工作完成并報驗成功之后。結合每個區域劃線的完成時間進行無縫銜接安裝作業，在系統中錄入該區域的絕熱板型號、批次、作業負責人、作業時間等，給后續質量檢驗工作提供信息支持。

（4） 粘連作業。粘連作業涉及的設備和物料自動粘連機器人、熱壓板、PU 膠水等，工藝要求高。在生產作業過程中，系統會實時采集作業區域，自動記錄作業情況，包括該區域是人工粘連還是自動粘連機器人作業、作業時間、質量狀況等。

（5） 裝焊作業。經過劃線、安裝、粘連等一系列作業之后，需要對波紋板進行預制以供后續裝焊工序的作業。在系統中錄入裝焊作業需要進行的幾道小工序，每道工序所涉及的作業人員和班組信息，從而自動生成作業信息，由調度員下發派工單。

3 MES 系統開發與實現

3.1 用戶權限功能

將不同的操作用戶分為不同的操作等級，指定不同的權限管理（見表1），從而使每個操作者只能在自己權限范圍內進行操作，提高軟件的安全性。成員管理模塊則是為操作人員分配角色和權限。系統管理員負責對整個系統的維護，賬號管理以及每個賬號權限的分配。

表1 角色及權限分配

3.2 圍護系統區域設計

薄膜罐的技術支持是法國GTT 公司，參照其薄膜罐建造標準，將圓形罐底分為BA、BB、BC、BD 四個扇區，壁面分為WA、WB、WC、WD 四個區域，每個區域又按照生產要求劃分為7 個部分（見圖6），根據薄膜罐的設計模型通過代碼編寫將其按一定比例縮小顯示在另一個Panel 控件中，由于薄膜罐圍護系統生產工藝復雜、作業面積大，若將整個罐底顯示在一個頁面當中會顯得十分擁擠，所以添加ComboBox 控件將BA、BB、BC、BD 區域進行分割（壁面同理）。這樣無論是管理者還是作業人員都可以對整個生產工藝流程和生產進度有更加直觀和全面的了解。

圖6 圍護系統區域劃分

3.3 數據庫搭建

SQLServer 是一個關系數據庫管理系統，為關系型數據和結構化數據提供了安全可靠的存儲功能。因此將SQLServer2012 數據庫作為數據存儲和邏輯處理的主要工具，后臺人員錄入薄膜罐、生產區域、物料等基礎信息，提交訂單。生產管理人員根據訂單請求，分解訂單然后再生成相關生產計劃。作業人員接收相關職責范圍內的派工單，并按照計劃完成生產。

圍護系統的生產過程中每一道工序都伴隨著大量數據的更新和存儲，根據劃線、安裝、粘連、裝焊及其施工狀態在數據庫中創建了多個表、視圖，每個表之間使用外鍵相連，可以實現數據的快速保存和查詢，從而實現MES 系統的業務邏輯。根據薄膜罐的模型設計和作業要求，按照罐底作業區域劃分為區域號和面號，壁面分為區域號和層號（見圖7（a）），再根據作業日期、完工日期（見圖7（b））等設計每張表的內容。

圖7

結束語

通過對MARKⅢ薄膜型儲罐圍護系統建造工藝和實際生產需求的研究與調研，采用以數據庫技術和.NET framwork 框架為基礎，使用C#語言基于winform窗體結構開發了MARKⅢ型薄膜儲罐圍護系統生產管理MES 系統。它有效地滿足了LNG 儲罐建造領域的實際需求，填補了該領域多年來缺乏生產管理軟件的空白，大大提高了生產調度的自適應性和管理水平，實現了MARKⅢ薄膜型儲罐圍護系統生產管理信息化及生產效能的提升。