現(xiàn)階段，大多數(shù)水泥企業(yè)在運營中已經應用DCS(分散控制系統(tǒng))和ERP(信息管理系統(tǒng))，基礎自動化程度較高，但生產管理、生產調度以及決策等方面基本還是人工管理，自動化程度較低。DCS系統(tǒng)的生產數(shù)據(jù)只能通過紙質報表傳遞，由相關使用人員手動錄入到ERP系統(tǒng)。同樣，ERP系統(tǒng)的生產計劃等數(shù)據(jù)也不能自動傳遞而是紙質方式傳遞到DCS系統(tǒng)。這種方式嚴重影響了數(shù)據(jù)的準確性和實效性。
隨著企業(yè)間競爭性日趨劇烈，市場開拓、生產計劃、制造過程、企業(yè)管理、資源共享、售后服務等運營環(huán)節(jié)愈來愈要求看作統(tǒng)一整體來考慮。在此背景下，通過信息互通和數(shù)據(jù)共享，實施管控一體的綜合自動化工程成為信息技術改造傳統(tǒng)水泥產業(yè)的關鍵。因此，以DCS、MES(生產執(zhí)行系統(tǒng))、ERP管理系統(tǒng)的協(xié)同管理集成應用成為了水泥企業(yè)信息化與工業(yè)化融合的突破口，也是優(yōu)化生產過程、降低企業(yè)成本提高企業(yè)管理水平，為實現(xiàn)企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和實施區(qū)域市場布控戰(zhàn)略提供有力的管理支持與管理手段。
1 DCS、MES、ERP的含義及應用
DCS(Distributed Control System)是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機(computer)、通訊(communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS系統(tǒng)主要面向生產作業(yè)現(xiàn)場，對現(xiàn)場設備進行控制并提供最直接的生產實時數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對生產過程的控制、監(jiān)視、管理和決策。不同型號的DCS可以互連進行數(shù)據(jù)交換，并可通過以太網將DCS系統(tǒng)和工廠管理網相連，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)上網。
ERP(Enterprise Resource Planing)系統(tǒng)通過標準化的業(yè)務流程和標準化的信息數(shù)據(jù)將企業(yè)各個方面的資源(人力、資金、物料、設備、時間、方法等方面)進行整合。它集信息技術與先進的管理思想于一身，為企業(yè)提供決策、計劃、控制與經營業(yè)績評估的全方位和系統(tǒng)化的管理平臺。其核心目標是實現(xiàn)對整個供應鏈的有效管理，滿足企業(yè)合理調配資源、提升內部運營的效率和整體的經營水平、最大化地創(chuàng)造社會財富的要求。
MES(Manufacturing Execution System) 是連接底層控制系統(tǒng)與上層管理的橋梁，主要負責生產管理和調度執(zhí)行。MES與上層ERP等業(yè)務系統(tǒng)和底層DCS等生產設備控制系統(tǒng)一起構成企業(yè)的神經系統(tǒng)，一是把業(yè)務計劃的指令傳達到生產現(xiàn)場，二是將生產現(xiàn)場的信息及時收集、上傳和處理。MES系統(tǒng)可以在統(tǒng)一平臺上集成諸如生產調度、物料跟蹤、物料平衡、質量控制、設備故障分析、網絡報表等管理功能，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成平臺可以同時為生產部門、質檢部門、工藝部門、物流部門等提供車間管理信息服務。
2 基于DCS／MES／ERP三層架構的系統(tǒng)集成
ERP／MES／Dcs的時間因子及數(shù)據(jù)流見圖1。ERP系統(tǒng)基于事務處理，從管理層角度關注客戶訂單、銷售預測、物料需求等信息。ERP系統(tǒng)根據(jù)市場需求和銷售計劃制定工作計劃，并下達至相應的車間的MES，工作計劃中包含物料種類、生產數(shù)量、完工日期、標準物料BOM、標準生產工藝、設計文檔等信息，根據(jù)這些信息MES產生更為詳細的資源分配、控制參數(shù)、工序和生產調度并形成工作指令下達到控制層的DCS系統(tǒng)。DCS接受到MES下達的工作指令則控制相應設備完成相應工序。DCS在工作的同時將生產信息實時地反饋給MES，這些信息既包括實時生產信息，如起止時間、等待時間、實際工作時間、完成數(shù)量等，又包括作業(yè)、任務狀態(tài)以及底層設備人工狀態(tài)；MES在反饋的底層信息基礎上，對某些信息進行處理并反饋給ERP系統(tǒng)，如工作訂單狀態(tài)、完成情況、起止時間、實際的物料BOM、實際的生產工藝、WIP信息、實際庫存狀態(tài)等。這些反饋信息對ERP系統(tǒng)至關重要：①使ERP中的物料BOM、生產工藝根據(jù)反饋數(shù)據(jù)得以調整，從而使物料BOM、生產工藝更為準確；②實時信息的反饋使成本計算、WIP狀態(tài)、庫存狀態(tài)更加可靠。
圖1 ERP／MES／DCS的時間因子及數(shù)據(jù)
由此可見，ERP／MES，DCS信息流的下達和反饋保證了ERP系統(tǒng)信息的實時性。此外，ERP系統(tǒng)基于事務處理，其工作是以天、周、月、年為時段，即100x時間因子。MEs的職責是執(zhí)行產品制造以及相應的作業(yè)，MES工作于較短的時間范圍，通常以天、小時、分鐘或秒為時段，即10x時間因子。Dcs以實時方式工作，時間因子為1X(秒或更小的工作單位)。因而，從DCS、MES到ERP構成了從實時、秒、分、時、天、周、月、年完整的信息管理、控制時段，覆蓋了從上層計劃到車間執(zhí)行的整個過程，實現(xiàn)實時的企業(yè)管理。
構建ERP／MES／DCS集成系統(tǒng)的關鍵技術之一是XML的信息表示和集成。XML提供統(tǒng)一的方法來描述和交換獨立于應用程序或供應商的結構化數(shù)據(jù)。采用XML既利于ERP／MES／DCS間信息流的可理解性和統(tǒng)一性，又利于不同數(shù)據(jù)庫的易集成性，還能根據(jù)特定需要獲得信息視圖。另一關鍵技術是OPC技術的集成控制。OPC是一套基于微軟的OLE／COM標準接口協(xié)議，其目的在于建立一個有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的接口，提高底層設備的通信能力，從而提高制造業(yè)和過程控制工業(yè)的各種自動化應用。
3 在水泥企業(yè)中的集成應用
對湖南某水泥企業(yè)進行調研，其組織結構包括：生產部、銷售部、供應部、質管部、設備部、工藝部、人事部、財務部、企管部等部門。部門之間的獨立性較強且部門內部的業(yè)務處理非常集中，結合水泥流程行業(yè)的特點，ERP子系統(tǒng)的劃分為生產管理、銷售管理、供應管理、質量管理、設備管理、人事管理、財務管理、生產監(jiān)控。MEs系統(tǒng)主要實現(xiàn)的是對生產作業(yè)的管理和調度及雙向傳遞信息，功能模塊包括計劃分解、質量管理、作業(yè)調度、物料平衡和庫存管理、設備運轉管理等。DcS在水泥生產過程中實現(xiàn)各生產設備之間的通信和生產過程的監(jiān)控，主要設有生料控制回路、窯尾控制回路、窯頭控制回路和煤粉制備控制回路。
通過分析，設計出ERP／MES／DCS集成系統(tǒng)的主要結構見圖2。
圖2 面向水泥企業(yè)的ERP-MES-DCS集成系統(tǒng)結構
以湖南某水泥企業(yè)的數(shù)據(jù)為基礎，在ERP系統(tǒng)中添加生產訂單見圖3。MEs系統(tǒng)周期性讀取ERP系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的生產訂單，后臺自動根據(jù)標準物料BOM分析計算得出各種原料的需求量，自動生成領料單，并將工作指令下達給DCS系統(tǒng)。生產部門據(jù)此領料單到生產部門領取原料進行生產。圖4是領料單生成窗口。DCS系統(tǒng)根據(jù)工作指令控制和監(jiān)控生產設備的運作。
圖3 生產訂單生成界面
圖4 領料單生成窗口
4 結論
在水泥企業(yè)中，基于ERP／MES／DCS的集成系統(tǒng)可以對信息進行有效采集、實時傳遞和充分共享，從而實現(xiàn)生產現(xiàn)場、業(yè)務管理及領導決策三層信息的上下貫通與流程控制，能有效解決目前水泥企業(yè)存在的主要問題如基礎數(shù)據(jù)的命名或編碼不一致、生產調度信息不全面、信息反饋滯后等。企業(yè)管理者只需登錄信息管理系統(tǒng)就可在權限范圍內解企業(yè)的整體生產、經營情況，從而對生產、銷售等過程的產、供、銷、人、財、物進行全面有效管理。
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