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染整企业数字化转型的基础构建(十二)——染整企业管理信息化和生产自动化(下)②

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-05-28  作者:陈立秋  浏览次数:12327
核心提示:陈立秋,中国纺织工程学会染整专业委员会特聘首席专家,获得中国染整行业终身荣誉奖。现从事染整工程的创新工作。
 2.1.4 制造执行系统(MES)
MES的实施,是完成上层信息网络ERP和现场作业、生产设备(PLC、DCS、FCS)间的制造信息整合系统,实现企业生产管理一体化。MES的功能组合如下。
①实时信息系统(RMIS):具有良好的开放性,可与不同厂家的PLC、DCS、现场总线(Fieldbus)数据整合。
②质量分析系统(QAS):提供完整的实验室数据管理,对关键的过程控制参数和质量检测参数进行监控。
③设备维护管理系统(MMS):完成从工厂设计到企业生产运行全过程的设备管理。
④能源管理系统(EMS):对企业内部水、电、汽等公用工程资源管理,为工艺生产正常运行提供监控与管理。
⑤批量管理系统(BMS):实现生产记录自动化,提供一套完整的批量生产过程的历史记录,提高生产灵活性和可跟踪性。
⑥生产成本核算系统(MCAS):监控直接生产成本(能源、消耗)、工资成本、设备折旧及管理费用等的分推,算出生产的实际成本。
⑦生产调度系统(PSS):在企业生产能力的约束下,依据来自ERP的产品计划制定生产作业计划,并将相关信息下达到过程控制层(PCS)。
MES从现场设备中获取数据,完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能,且还包括控制组态的设计。制造执行系统的功能由计算机完成,它通过扩展槽中网络接口板与现场总线相连,协调网络节点之间的数据通信,或者通过专门的现场总线接口(转换器)实现现场总线网段与以太网段的连接,这种方式使系统配置更加灵活。制造执行层处于以太网中,因此其关键技术是以太网与底层现场设备网络间的接口,主要负责现场总线协议与以太网协议的转换,保证数据包的正确解释和传输。制造执行系统还为实现先进控制和远程操作化提供支撑环境,如实时数据库、工艺流程监控、先进控制和设备管理等。图14是基于总线控制企业网络系统示意,已明示MES与ERP、PCS的集合。
2.2 染整现场总线控制系统的应用
现场总线控制系统(FCS)既是一个开放通信网络,又是一种全分布控制系统,作为智能设备的联系组带,把挂接在总线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统,并进一步构成自动化系统,实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。这是一项以智能传感器、计算机控制、数字通信、网络集合的综合技术。PCS是位于染整企业局域网的底层现场设备级,以太局域网将过程管理级和生产管理级三者联系起来。
2.2.1 FCS的技术特征及对控制系统的影响
2.2.1.1 现场总线对微机控制的影响
现场总线给当今的微机控制带来7个方面的变革:用一对通信连接多台数字仪表,代替一对信号线连接一台仪表;用多变量、双向和数字通信方式代替单变量、单向和模拟传输方式;用多功能的现场数字仪表代替单功能的现场模拟仪表;用分数式的虚拟控制站代替集中式的控制站:用FCS替代传统的分散控制系统(DCS);变革了传统的信号标准、通信标准和系统标准;变革了传统自动化系统体系结构设计方法和安装调试方法。
2.2.1.2 现场总线对DCS的影响
a.FCS的信号传输实现了全数字化,从最底层的传感器和执行器就采用现场总线网络,逐层向上直至最高层均为通信网络互联。
b.FCS的系统结构是全分散式。其废弃了DCS的输人/输出单元和控制站,由现场设备或现场仪表取而代之,即把DCS控制站的功能化整为零,分散地分配给现场仪表,从而构成虚拟控制站,实现彻底的分散控制。
c.FCS的现场设备具有互操作性,不同厂商的现场设备即可互联,也可互换,并可以同一组态,彻底改变传统DCS控制层的封闭性和专业性。
d.FCS的通信网络为开放式互联网络,既可同层网络互联,也可以每层网络互联,用户可既方便地共享网络数据库。
e.FCS的技术和标准实现了全开放,无专利许可要求,可供任何人使用。
2.2.2 现场总线的体系结构与控制
层图15是FCS的体系结构
服务器上接局域网LAN,下接H1和H2网段,网桥上接H2,下接H1。图16是新代FCS控制层示意。
现场设备或现场仪表是指传感、变送器、执行器、服务器和网桥,辅助设备以及监控设备等。这些设备通过一对传输线互联(见图16可使用双胶线、同轴电缆、光纤等进行传输)。
2.3 纺织印染企业计划层与过程控制层之间的信息“断层”问题
现在我们纺织印染企业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下”按计划生产。简单地说是从计划层到生产控制层:企业根据订单①制订生产计划;②生产计划到达生产现场;③组织生产;④产品派送。纺织印染企业的管理信息化建设的重点也大都放在计划层,以进行生产计划的制定、管理及一般事务处理。如ERP系统就是“位”于企业上层计划层,用于整合企业现有的生产资源,编制生产计划。在下层的生产控制层,企业主要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化物流搬运储存设备等解决具体生产(制程)的生产瓶颈,实现生产现场的自动化控制。如目前大多数的纺织印染企业都使用的是国际上最先进的纺机设备。从去年的第十一届国际纺机展看,全线的纺纱印染设备都配置了数据在线采集装置,并大多数配有计算机监测系统。企业通过这些系统来实现对生产现场的监督控制。
随着纺织品市场环境的不断变化和市场竞争的加剧,要求我们的纺织印染企业不断更新生产管理理念,一个纺织印染企业能否良性运营,关键是使“计划”与“生产”密切配合,企业和车间的管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化,做出准确的判断和快速的应对措施,保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度,但是一方面由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层,一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。生产计划下达后,计划在生产车间的执行情况,如订单所处生产流程中的位置、各工序的生产实时进度、质量情况等却无法掌握。另一方面现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控,它可以向管理人员提供现场检测和计数据,但是本身并非真正意义上的管理系统。而且每个纺织印染企业所使用的机器设备不可能完全统一,采用同一品牌。因此,各种机台自带的数据采集装置和计算机监测系统必然五花八门,无法集中统一。从而导致各个机台的数据采集和监测系统独立运行,无法集中监控,更不可能将生产控制层(即生产一线)的数据反映给生产计划层(ERP系统),使之对生产计划的执行情况进行指导和跟踪。所以,ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”,这也就使我们企业所使用的ERP管理系统与具体生产实际情况相隔离。对于用户车间层面的调度和管理要求,它们往往显得束手无策或功能薄弱。
这里反映出在ERP实施过程中确实存在一些不可忽视的问题,其中最主要的是作为具有鲜明行业特点的纺织印染企业,光有ERP并不能帮助和指导分析其工厂生产的瓶颈,改进和控制产品的质量,以及对具体的产品生产进行排产;ERP不但没有调动工厂管理人员的积极性,反而把他们降格为一种信息的收集者;ERP虽有生产控制模块,但难以真正在实际生产层中使用。如果不加分析和改进这些问题,其结果则是实施ERP系统的初衷与企业现实生产越走越远。
那么如何解决这一主要问题呢?根据我们对于实施纺织印染企业ERP的经验和对于行业自身特点的深入分析,尝试引入MES(制造执行系统)来将企业管理计划层的ERP系统和企业SFC(现场生产自动化系统)相结合。从而真正实现企业生产指令信息自上而下的传递,和车间生产数据自下而上的实时反馈跟踪。通过强调制造过程的整体优化来帮助企业建立一个覆盖全厂或者整个流水线的完整的闭环信息管理系统,即形成一体化和实时化的ERP/MES/SFC信息体系。
3 总结语
染整企业数字化转型的基础构建重点:
(1)工艺参数实况在线数字型传感器的开发。
(2)染整生产自动化的数字化现场总线控制系统(FCS)的应用。
(3)典型的企业局域网;
(4)创新工程师是技改的主力军,染整企业数字化转型需要创新工程师应用大堂的发明专利技术进行生产工艺数字自动化测控、固化、培养、构建一支新颖的工程师队伍极为迫切。
(5)ERP—MES—PCS的组成在ERP与PCS间插入MES的技改构建。
 
 
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