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硕= 匕论文m e s 在卷炯丁业生产过程及质量控制中的应用与分析 摘要 九十年代中期国际上逐步发展起来的生产制造执行系统( m e s ) ，是处于计划 管理层和车间操作控制层之间的执行层，可以实现企业生产活动与经营活动的有 效集成，成为优化生产运行、优化质量控制与优化管理的桥梁和纽带，是值得烟 草工业企业密切关注的新技术之一。 本文在总结分析m e s 的应用和发展的基础上，针对烟草行业当前卷烟生产过 程、质量控制的现状，以及卷烟制造自动化和企业内部信息化发展的情况，对现 代烟草生产企业m e s 的应用进行了探讨。在本文的最后一部分，结合芜湖卷烟厂 实例，指出其现行生产管理信息系统所存在的问题，并就如何应用m e s 思想和原 理对该系统进行改进和优化，提出了自己的设想。 关键词：生产制造执行系统，烟草工业，过程控制 塑主鲨苎坚墅童耋塑三、业生主塾塑垄堕里笙型皇塑窒望兰坌堑 a b s t r a c t d e v e l o p e d s i n c et h em i d 1 9 9 0 s ，m e s ( m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o ns y s t e m ) i sa n e x e c u t i v es y s t e mf a c i n gf a c t o r ys h o pw h i c hc o n n e c t sw i t hu p p e m a y e rm a n u f a c t u r i n g p l a nm a n a g e m e n ts y s t e ma n du n d e m a y e rs h o po p e r a t i o nc o n t r o ls y s t e m a si t c a n c a r r yo u tt h ee f f e c t i v ei n t e g r a t i o no fp r o d u c t i o na c t i v i t i e sa n df a c t o r ym a n a g e m e n t ， m e s d e v e l o p si n t oa ni n f o r m a t i o na n dd a t ab r i d g et oo p t i m i z ep r o d u c t i o np r o c e s s i n g ， q u n i t yc o n t r o la n dm a n a g e m e n te f f i c i e n c y m e ss h o u l db ep a i dc l o s ea t t e n t i o nb y t o b a c c oi n d u s t r y b a s e do nt h ea n a l y s i so f a p p l i c a t i o na n d d e v e l o p m e n to f m e s ，t h e t h e s i sd i s c u s s e s a b o u th o wm e si sa p p l i e di nm o d e mt o b a c c om a n u f a c t u r i n g i n d u s t r y ，a c c o r d i n gt ot h e a c t u a l i t y o ff a c t o r y p r o c e s s i n ga n dq u a l i t yc o n t r o l ，w h i l ec i g a r e t t em a n u f a c t u r i n g a u t o m a t i z a t i o na n dt o b a c c oi n d u s t r yi n f o r m a t i o ns y s t e m si s d e v e l o p i n gr a p i d l y i nt h e l a s tc h a p t e ro ft h et h e s i s ，ac a s ea b o u tw u h u c i g a r e t t ef a c t o r yi sp r e s e n t e d ，i nw h i c h t h ei d e a l sa n dp r i n c i p l e so fm e sa r eu s e dt oa n a l y z et h ep r o b l e m sa n dt oa d v a n c et h e m a n u f a c t u r i n g i n f o r m a t i o n s y s t e m k e y w o r d s ：m e s ，t o b a c c o i n d u s t r y ，p r o c e s s i n gc o n t r o l j i y6 8 34 1 8 5 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文巾，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名。l 叫年月h 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位的伞部或部分内容。对于保 密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：。j 咖吵年j i 月j o 日 - 预士论文 m e s 在卷炯t 业生产过程厦质量控制中的应用与分析 引言 近几年来，很多烟草企业通过技术改造工程不断投资于生产过程的自动化和 企业管理的信息化，大力开展e r p ，c “s 等信息系统的建设，但是往往大部分企 业投资虽大却收效甚小，不同层面上的信息系统接口不畅的现象也比较明显。 纵观烟草工业企业近年信息化建设情况，可以发现当前烟草信息化主要存在 “四个接口”：是物流系统与e r p 的接f _ 1 。二：是财务管理与业务系统的接口。三 是m e s 与e r p 的接口。四是市场营销系统与生产系统的接口。 由于烟草企业一般具有较雄厚的资金实力，宁愿以高投入采用比较成熟的信 息技术和软件产品，另外，加上现代化的管理模式的不断引进，酊两个接口问题 目前基本在得以解决。即包含企业内部供、销、存模块的物流系统与内部e r p 的 接口，以及物流、业务系统与财务管理的接口都比较顺畅，车间生产系统以外的 物流、信息流、资会流基本上能“三流合一”。但生产系统与e r p 的接口问题则日 渐凸现。尤其是生产设备控制系统与外部信息系统存在着断层，不能实现企业计 划层与车间执行层的双向信息流交互，往往造成生产过程的控制与企业管理上漏 洞多多，致使耗费巨资的先进设备不能带来运行效率的提高和管理、效益上的提 升。这是导致企业管理信息系统或e r p 系统，以及相关的财务管理系统功能效用 上存在缺陷，并直接影响到信息化建设投资收益的主要原因之一。 九十年代中期国际上逐步发展起来的生产制造执行系统( m e s ) ，是处于计划 管理层和车间操作控制层之间的执行层，恰好可以填补烟草企业生产活动与经营 活动之间的数字鸿沟。m e s 是“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、 面向车间层的管理信息系统”。它以过程数学模型为核心，连接实时数据库或非实 时的关系数据库，对生产过程进行实时监视、诊断和控制，完成单元整合和系统 优化。进而对生产过程的物料流，能量流，质量流和资金流、数据流统一监控， 对此四大元素进行完全监测、分析、控制和优化。m e s 可以实现企业生产活动与 经营活动的有效集成，成为优化生产运行、优化质量控制与优化管理的桥梁和纽 带，是值得烟草工业企业密切关注的高新技术之一。同时，通过m e s 的应用确保 连续信息流来实现企业信息全集成，对于提高流程型生产企业制造的敏捷性也非 常有意义。 本文在研究m e s 在国际、国内应用发展历程的基础上，结合美国先进制造研 究机构( a m r ) 1 9 9 2 年关于企业三层集成模型理论( e r p m e s s f c ) 和烟草企业 实际，针对当前烟草企业生产过程和质量管理上存在的问题，着重探讨m e s 在卷 硕_ 上论文m e s 在卷烟工业生产过程及质量控制中的应用与分析 烟生产制造过程中实现的必要性与重要性，并提出烟草企业m e s 应用设计模型。 同时，应用m e s 原理和设计模型，以具体的卷烟企业生产信息系统为案例，剖析 企业当前系统存在的问题和优化的方向，以实现m e s 在卷烟生产过程以及质量控 制中的功能。 堡：主堡苎 竺坚垄堂塑王些兰主塾堡墨垦墨笙型主塑生旦皇坌塑一 1 行业及国内烟草企业现状分析 1 1 烟草行业信息化建设的基本情况 在全球信息化浪潮的推动下，中国烟草企业信息化建设经过十几年的努力已 初具规模，由单机应用、局部系统应用发展到了网络化、集成化、数字化和智能 化，管理信息系统在行业经济发展中已发挥了重要的作用。 烟草企业信息化建设主要包括两大部分：一部分是设计、生产过程的信息化， 实际上是生产过程的自动化，属于工业控制范畴。用自动化生产、测量、显示、 控制等工具，通过控制信息达到生产的自动化。另一部分是管理的信息化，就是 建立管理信息系统( m i s ) 、办公自动化系统( o a l 以及决策支持系统( d s s ) 等。烟草 企业信息化建设在工控方面将向计算机集成制造系统( c i m s ) 方向发展：在管理方 面将向数字化、智能化发展。在企业内部将建立起全面的数据分析、决策支持， 在企业外部将建立完善的电子商务( e c ) 环境，通过建立供应链管n ( s c m ) 系统、客 户关系管理( c r m ) 系统，提高整个烟草企业的市场竞争能力。 烟草行业国家8 6 3 计划现代计算机集成制造系统( c i m s ) 主题项目“烟 草行业现代集成制造系统总体方案设计及关键技术攻关”合同内容，总体项目于 2 0 0 3 年7 月底通过国家科技部的验收。福建省烟草行业现代集成制造系统总体方 案、颐中集团企业现代集成制造系统发展战略和总体方案研究、云南省局经济运 行分析项目、宁波卷烟厂制造执行系统项目先后通过了验收，部分系统已投入使 用。 近两年，各大中型卷烟生产企业的信息化建设工作更是风起云涌。长沙卷烟 厂全面实施了业务流程重组和企业资源计划，用信息化支撑企业的“简约管理”。 红河卷烟厂以现代管理理念为核一i i , 、以生产自动化系统为基础、以物流自动化系 统为主线的管理信息系统的建立，全面支持了企业的“知识管理”和学习型组织 的建立，等等。 2 0 0 3 年1 2 月1 8 日，青岛卷烟厂“十五c i m s ”工程进入了实质性实施阶段。 该项目由下层的生产和物流自动化系统，中间的m e s ( 生产执行系统) 和上层的 e r p ( 企业资源计划) 三层框架结构组成。最近昆明卷烟厂的m e s 也完成了测试 和验收。 三十六家重点卷烟工业企业都不断加快信息化建设进度，从几百万元、几千 万元到上亿元，不断加大资金投入。有的企业全面的信息化工作虽然起步稍晚， 硕士论文m e s 靠卷烟t 业生产过程翌质量控制中的应用与分析 很是由于积累、学习其它企业经验的基础具有一定的“后发优势”，在工业自动化、 企业信息化上的发展势头同时也不可忽视。分析现阶段烟草行业的应用现状，主 要表现为以下几个方面的特点： 1 1 1c i m s 应用发展迅速 随着烟草企业生产自动化程度的不断提高，在信息化建设中将引入c d 讧s 。 c i m s 是集制丝生产、卷烟生产、物流自动化系统、生产保障分系统、企业生产一 体的全过程自动化系统。系统将以高度网络化为设计目标，通过采用先进的计算 机技术、控制技术、自动化技术、信息技术，集成工厂的自动化生产设备f 线) ，对 卷烟生产的原料、辅料、能源、配件、成品、工艺质检、过程数据、现场以及安 全消防等整个生产过程实施完全的控制、调度、管理、监视和监控。 c i m s 是由工程设计自动化分系统、制造自动化分系统、质量保证分系统等组 成。在工程设计自动化方面，将采用计算机辅助设：f t - ( c a d ) 、计算机辅助工艺 ( c a p p ) 、计算机辅助制造( c a m ) 等现代化工程设计手段，以提高产品的研制与生 产能力，便于开发技术含量高和结构( 或成分) 复杂的产品保证产品设计质量，缩 短产品设计与工艺设计周期，从而加速产品更新换代速度，满足用户的需要；在 加工制造上，应用柔性制造单元( f m c ) 或分布式数控( d n c ) 提高制造过程的柔性 与质量，提高设备利用率，缩短产品制造周期，增强生产能力。 c i m s 是通过计算机、网络、数据库等软、硬件将企业的产品设计、加工制造、 生产管理等方面的所有活动有效地集成起来，有利于准确地转换，保证了数据的 一致性，提高产品质量、缩短产品开发周期，提高生产效率，带来更多的效益， 它是烟草企业信息化建设在工控方向的必然趋势。 1 1 2 信息化管理的水平仍有待进一步发展 虽然目前大多数烟草企业信息化建设已打下了一定的基础，但当前的信息系 统只是达到数据处理的初级水平，许多信息系统往往只限于对数据的统计分析， 而真正涉及到预测、决策及优化方面的工作较少。结果是只能代替一部分繁重的 手工劳动，并没有充分发挥信息系统的效益。今后信息化建设将在内部信息系统 完备的基础上向智能化方向发展。通过数据仓库( d w ) 、联机分析处理( o l a p 尸 等当前先进的信息处理技术，对各种信息进行有效加】：，为企业生产经营、技术 创新、领导决策提供支持。 数据仓库( d w ) 和0 l a p 是信息工程实践的必然产物，是人们对信息处理的 客观要求。随着烟草企业信息化建设的发展，其数据库中数据量在急剧增加，原 有数据库只能对这些数据进行简单的管理和处理，无法满足更高的决策分析需求； 4 堡兰堡塞坚墅垄堂塑王些生兰塾堡丝堕墨量型! 竺坐里皇坌塑 而且进行决策分析往往涉及到许多部门甚至企业外部的数据，而不同系统的数据 又难以集成；事务处理环境和分析处理环境是截然不同的模式，将这两种不同的 应用放在一个系统中显然是不适当的。另外，烟草企业大型联机事务处理技术走 向成熟，也使得企业的运作上升到一个电子化、信息化的环境。这就导致了数据 仓库技术和o l a p 技术的引入，通过这些技术帮助数据分析人员、管理人员、决 策人员洞察数据深处的奥秘，掌握隐于其中的规律。 1 1 3 资源优化是发展趋势 当前烟草企业的信息化建设主要注重企业内部系统( m r p i i ) 建设。随着企业内 部管理日益完善，企业资源潜力得到挖掘，针对机构自身需求的信息化解决方案 已不能满足新的需求，这促成了信息化建设从内部资源计划管理到外部供应链和 客户关系管理，从i n t r a n e t 向i n t e m e t 发展。电子商务技术的发展，s c m 、c r m 的 应用正是建立在烟草企业内部e r p 系统的完善和企业间联系的需求之上。应用电 子商务将会加快产品信息交换的速度，降低交易成本，加强了与客户供应商的直 接联系，增加了交易机会，扩大了业务范围，使烟草企业取得贸易优势，保持良 好的竞争地位。因此，电子商务已成为“十五”期间烟草企业信息化建设的主要方向 之一。 s c m ( 供应链管理) 协调核心企业与最杰出的上下游企业建立战略合作关系，委 托这些企业完成一部分业务工作，自己集中精力，做好本企业能创造特殊价值、 比竞争对手更擅长的关键性业务工作。这种管理模式可以充分有效地利用企业外 部资源达到快速响应客户需求的目的。 在烟草专卖体制下，由于每个烟厂的生产总量受到国家限制，烟叶供应由国 家凋拨，所以烟厂也不能从烟叶供应商中选择战略伙伴。烟草企业的烟机设备大 部分从国外迸口，设备淘汰率较低，所以从设备供应商中找战略伙伴给烟厂带来 的收益并不太明显。在香烟成本中，备件、辅料在香烟成本中占的比重大并且市 场完全开放，因此首先应在备件、辅料供应商之间实施供应链管理系统。 随着烟草企业竞争的加剧以及中国加入w t o 后国际市场的影响，烟草企业将 逐渐由暴利向均衡利润过渡，烟草企业需要按照市场的规律运作，以降低成本， 提高效益。许多烟厂提出了“销售围绕市场转、生产围绕销售转”的管理口号。在这 种背影下烟草企业将实施c r m ( 客户关系管理) 系统，以能够提高客户满意度、吸 引和保持更多的客户，从而增加营业额；另一方面则通过信息共享和优化商业流 程来有效地降低企业经营成本。 塑鲨苎 竺墅垄鲞塑三些圭主塾堡墨堕量丝型! 堕生旦皇坌堑一 1 2 国内烟草工业的生产现状及信息系统发展 中国是世界上最大的烟草生产和消费的大国，烟草工业在国民经济中占据着 重要的地位，但是近几年来，由于国内市场日渐饱和，以及世界范围内的禁烟运 动的兴起以及随着中国加入w t o ，中国烟草工业面临更加严峻的挑战。 国外烟草业早先认识到科技进步已经成为烟草行业生存和发展的唯一出路， 因此纷纷斥巨资致力于先进生产模式的应用，大量采用新技术、新设备、丌发新 产品，以谋求更多的市场份额和生存空间。 在近几年国内一些企业也丌始投资进行技术改造，一些大中型的卷烟生产企 业开始大规模的引进国外先进的设备，也已达到较高的生产自动化水平。在技术 改造的同时，企业信息化建设更是方兴未艾。 1 2 1 烟草工业生产现状的特点及存在的问题 国内卷烟市场总体上是一个生产能力饱和的市场，所以对于烟草行业来说， 及时收集、处理大量的市场信息，掌握企业的内部的动态的生产、财务、管理等 信息，是企业作出正确决策的关键。 现阶段，国内各企业的烟草加工工艺基本相近，加工的机械设备水平也大同 小异，原料类型也基本相似。然而在利用计算机及信息技术进行辅助配方，提高 加工的自动化与控制水平，是当前各家烟草企业面临的一个重大课题。 烟草工业的生产方式属于流程式生产，主要通过对烟草的加工、包装而完成 整个价值的增值过程。其生产具有以下三个特点：( 1 ) 生产的计划性特点：由于 烟草行业国家实施专控，生产总量由国家实施统一宏观控制，烟草企业在国家的 计划的基础上进行品牌的优化控制，降低成本。( 2 ) 生产工艺特点：烟草生产是 属于大批量，少品种的生产。( 3 ) 自动化流水线的生产特点：生产过程工艺较为 成熟，控制生产的自动化程度较高。 应该来说烟草行业在资金积累上比其它行业有一定的优势，因此在硬件、设 备的投资上也较为充分，在企业内实施信息化工程有硬件上的基础。但是纵观烟 草行业的特点，仍然存在很多的问题：( 1 ) 生产计划受控制性较强，自主性较弱。 ( 2 ) 生产过程缺乏有效成本控制。( 3 ) 质量数据的采集自动化程度较低，质量 控制方式采用原始的结果控制。( 4 ) 先进的设备，相对落后的设备管理。( 5 ) 数据共享性较差，企业内部形成较多信息孤岛。 1 2 2 我国烟草企业工艺质量管理的现状及发展 卷烟工艺管理就是卷烟技术方法的管理，工艺管理是通过对加工质量的控制 与改进来确保产品质量、降低消耗的技术管理，它是企业质量管理的一个重要组 砸l 论文m e $ 在卷烟丁业生产过程1 _ ! ；乏质量捧制中的府用与分析 成部分，同时也是企、p 生产过程管理的核心内容，工艺管理是质量管理的重要内 容、直接关系到产品质量、消耗和经济效益。其目的是进行生产过程控制、稳定、 提高产品质量。 卷烟生产质量管理的工作丰要包括以下几个方面： ( 1 ) 按i s 0 9 0 0 0 质量管理系列标准的要求，围绕管理职责、资源管理、产品实 现过程以及豁视、测量和分析四大过程，建立文件化的质量控制体系，制定各级 质量管理文件，明确质量管理职责、质量目标，建立科学的管理网络。 ( 2 ) 针对生产过程的质量管理：质量数据的采集、统计和分析，质量检测仪器 的管理，工艺质量捌试和测试数据的验证。 r 3 1 质量改进与攻关；一般有两种类型。一种是群众性的质量管理活动特点 是“小、新、实、快”的质量圈活动( q c 活动) 。一种是企业正式组织的以解决 重大质量技术难题为目的的攻关小组或项目组。 r 4 ) 质量检验：围绕原辅料、在制品、产成品的自检、专检、互检等工作，以 及针对检验过程的控制、检验人员的管理。 ( 5 ) 质量体系的运行管理：根据体系策划的结果和形成的文件，通过内部和外 部审核、管理评审等方式，不断完善和优化质量体系，建立良性的内部运行机制。 ( 6 ) 质量考核与奖惩：根据企业内控标准的产品质量分析与考核，质量职能履 行情况的考核，质量事故的处理等。 我国的卷烟企业对质量管理的研究很少质量管理的基础上作比较薄弱是烟 草行业当前的现状。研究卷烟质量管珲问题，对于增强我国卷烟工业企、k 竞争水 平，有重耍的意义。目前我国大部分烟草企业的质量管理与控制仍停留在对成品 检验、对结果的控制与同馈，对于在制品质量管理和过程控制的水平与能力仍然 较低，基本上只是对于发生的结果进行考核来捧制生产过程的质量。虽然质量保 证括动贯穿于企业的整个生产过程，注重生产过程的稳定性，但在产品丌发和设 计方面、生产工艺过程控制方而较弱；质量保证职能主要集中在与生产活动有关 的方面，丌发部门介入的深度都不高；对采购、生产和晟终产品有较明晰的质量 目标，但通常设立的质量目标要求不高，目标之f l ；j j 的关联性也不大，企业总体质 量目标通常缺乏棚关过程目标的有力支撑；存在质量改进活动，如“o c 小组”和 “问题解决小组”等川于解决一些质量小问题。但是就效果来说，通常出了质量问 题才着手解决，绝大部分质量忍题由质量管理的专业人员来处理。 制造全过程质量控制技术是一种既包括生产技术，又包括生产质量管理的系 统工程。实现制造全过程的质量控制其内涵包括两个方面。一是要保证优化工岂， 提高产品质量，一是要保证稳定不变的工艺条件，得到分散度极小的均一产品质 最。制造全过程质量控制不仅要靠生产过程的自动化、工艺参数的在线控制、生 7 堡! ：堡兰 坚堕塑：堂塑三些竺主苎堡墨堕苎塑型! 塑壁旦皇坌堑一 产工艺参数对工艺效果的模拟优化来实现，而且还必须尽可能控制过程的智能化， 这是当前质量控制技术发展的主要方向。目前世界上流行的过程控制技术： ( 1 ) 质量在线控制技术；( 2 ) 无损检测与评价技术；( 3 ) 统计过程控制( s p c ) 技术； ( 4 ) 精密传感技术。因此，对质量的结果控制走向过程控制是烟草工业质量控制 发展的大趋势。但是遗憾的是，当前很多烟草企业在各种信息化项目迅速推进的 过程中，对于这些质量控制技术发展趋势好像并不敏感。生产过程的质量控制手 段与先进的设备和生产线显得很不匹配。由于长期传统的管理方式束缚着大多数 国有企业尤其是烟草行业，使得在吸收国外先进的企业管理思想上，显得比较被 动。同时也使得在质量管理的水平上低于国外企业以及一些中外合资企业。统计 技术一直未能得到足够的重视和应用。大量的质量数据没有进行有效的分析和应 用，现在在国外许多著名卷烟企业已经把数值统计工具和自动控制有机的结合起 来，有效的提高了生产过程的质量控制能力。近两三年，烟草行业经过快速的兼 并重组，从1 8 0 多家烟厂锐减到目前的八十余家，品牌也缩减到5 5 0 余个，而平 均每个牌号仅5 6 万箱左右。卷烟品牌的不大不强，除了市场定位，产品设计等 方面的原因之外，很大程度上与卷烟产品不稳定、难以赢取忠诚稳定的消费群体 有直接关联。 2 0 0 3 年三月由国家烟草专卖局颁发、郑州烟草研究院组织编制的新卷烟工 艺规范，对处在技术改造力度不断加大、生产过程自动化越来越高的新形势下 的卷烟生产企业，指出卷烟生产必须突出过程控制和质量稳定性，强调了要实现 “三个转变”：是由结果控制向过程控制转变，二是由控制指标向控制参数转 变，三是由人工控制经验决策向自动控制科学决策转变。新的卷烟工艺规范是经 过众多烟草行业专家历时一年多，经过对上海、玉溪、广、i , l 二j 、武汉等1 8 家卷 烟厂细致的调研和测试、研讨、生产验证面最终定稿的，既是对当前主要卷烟企 业工艺质量管理的总结推广，更是标志着整个卷烟工业质量控制的未来方向，有 着很强的代表性和实用性。从i s 0 9 0 0 0 标准所倡导的八大质量管理原则上来看， 新规范特别贯彻了“持续改进过程方法”、“基于事实的决策”“系统管理” 等原则，这应该也是烟草行业先进企业质量管理的经验所在。相对老版( 1 9 9 3 版) 而言，新版规范在工艺思想的先进性、内容的全面性和有效性上有了质的飞跃。 该规范在工艺流程、工序设置、技术参数、工序工艺质量标准、设备性能点检、 过程检测和技术经济指标等方面，对广大卷烟企业的生产和工艺控制有着重要的 指导作用。 同时，该规范还对卷烟生产工艺通用技术和环境条件，包括计算机控制系统 提出了一定的要求。它规定了计算机控制系统要担负起“对生产过程中的关键工 艺参数、质量特性值进行采集、统计及分析”的工艺任务，要具有r 设备层、控 r 堡主丝兰 型空垄堂塑三、业圭主整堡丝堕里丝型! 竺丝旦皇坌塑一 制层和监控管理层t 层次分明的结构和“对关键工艺参数的控制”功能，要具备 数据管理能力和“与外系统数据交换能力，以及“便于使用的科学的统计分析 工具，满足加工工艺参数与质量的分析需要”等等。可见，新规范对于计算机控 制系统在卷烟企业的应用有着足够的重视，这也为广大卷烟工业在生产过程和质 量控制过程上的信息化建设的指明了方向。 1 2 3 烟草企业管理信息系统存在的问题分析 对于制造业来说，生产计划的制订要依赖于市场和实际的作业执行状态，而 不能完全以物料和库存回报来控制生产。对于烟草生产企业，计划的制订还要受 上级部门的指标控制，基于实时生产和产品动态信息的了解对于决策者非常重要。 传统的生产管理根本就满足不了提供决策支持的需要。同时，m r p i i e r p 软件主 要是针对资源计划，这些系统通常能处理昨天以前发生的事情( 作历史分析) ， 亦可预计并处理明天将要发生的事件，但对今天正在发生的事件却往往留下了不 规范的缺口。而传统生产现场管理只是黑箱作业，这已无法满足今天复杂多变 的竞争需要。因此如何将此黑箱作业透明化，找出任何影响产品品质和成本的问 题，提高计划的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率已成为每个企 业所关心的问题。 烟草企业对于改善生产线的运行效率的需求尤为迫切。耗资数亿的技改工程 中引入的生产线，如果不能发挥应有的效率和效益，就会真的应验行业内常说的 那句“不技改是等死，技改是找死( 实际上应该是技改不好找死) ”。可是如何 发挥技改应有的效益呢? 通常人们都会想：向管理要效益。诚然，三分技术，七 分管理。然而，面对这些现代化的生产线、高性能的设备以及越来越复杂的形势 和环境，传统的管理方法于手段好像不再那么奏效。现代企业的管理者已经明显 意识到了信息、时间已成为几乎与企业人、财、物等资源并重的基本资源，并追 切需要了解生产经营过程基本的数据、信息和基于这些数据信息提供的决策支持。 于是各种信息化项目，包括与生产配套的信息系统和其它相对独立的管理信息系 统都纷纷上马。但是，很多企业的信息化项目并没有达到设计要求或期望的目标， 对于技改后的效益提升也并没有太多的促进。 从生产环节看，生产组织效率没有提高，工艺质量水平停滞不前，成本耗用 没有降低，设备性能也无明显改善。同时，上层管理信息系统出于缺乏最底层生 产系统的数据支撑，应用效果也往往难尽人意。可以说，生产信息系统的建设已 成为企业信息化建设的瓶颈所在。具体分析如下： 从生产制造环节看，现代工业企业部分虽已基本实现了基础自动化和过程自 动化，但这些自动化系统都是以单元生产设备为核心进行检测与控制的，生产设 竺：兰堡苎竺坚空堂塑三些生主垫堡墨堕重望型! 塑生里兰坌! ! 一 备之间形成诸多“自动化孤岛”。这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的 共享和生产过程的统一管理，难以适应现代化大生产的要求。 从经营管理层面看，企业m i s e r p 和其它管理信息系统本身难以与处于底层的 工控系统进行接口，无法对生产数据进行自动管理。而这些管理信息系统在进行 生产管理计划与决策分析时，大量依赖企业生产经营过程中产生的实际数据。如 果没有实际生产中产生的数据为基础，e r p 是难以通过运算与分析得出令人信服 的结果的，e r p 等管理信息系统的应用效果就会大打折扣。 为了方便e r p 系统运行，实际操作中不得不将大量的生产数据通过纸质报表传 递，再由相关使用人员录入到管理信息系统。从而形成这样的尴尬局面： 一方面，生产过程中产生了大量的控制与检测数据，可以以电子格式存放；但 不能自动传递到管理信息系统。另一方面，管理信息系统大量需要这些生产数据， 只好以报表等方式将这些数据抄录、打印，以纸介质方式进行信息传递；相关部 门收到纸质报表后，手工进行数据录入。 同样，管理信息系统的生产计划等数据是生产中迫切需要的，也不能自动传递 到生产控制系统中，而是通过纸质方式进行数据传递。 这种方式的弊端在于：大量的数据在传递、重新录入过程中，有可能因为操 作者无意或者有意的出错，导致数据不准确；由于数据通过人工方式进行传递， 效率比较低下，得到的数据滞后于实际生产情况，严重影响基础数据的实效性， 其后果是导致管理信息系统不能及时准确对生产经营进行相关处理和决策，严重 影响e r p 的使用效果，甚至导致应用人员对e r p 系统的不信任。这种状况表明， 企业信息化系统中，基础自动化与管理自动化之间还存在明显的数字鸿沟。要健 全和完善真正意义上的企业信息化系统，必须建立一个生产信息和管理信息之间 的执行系统。它基于底层的工业控制系统，连接上层的管理信息系统，既能满足 现代制造业生产质量控制发展需要，能有效集成企业生产活动与经营活动，有效 提高或改善企业运营效率。 硕十论文 m e s 袖卷烟工业生产过程及质量控制中的应用与分析 2 生产制造执行系统( m e s ) 的应用及发展 2 1m e s 的基本概念和技术模型 上个世纪八十年代，m r p i i 在美国生产与库存管理协会( a p i c s ) 大力宣传和 组织推动下得到了迅速的普及和广泛应用。推广过程中，m r p i i 也暴露出一些不 足之处，如m r p i i 对预测需求和销售管理不够重视，对车间的大量实时事件与数 据不能很好地利用等等。 许多企业认识到，需要其它系统来解决m r p i i 在这些方面管理薄弱的问题。 于是，为了满足销售、预测的需求，产生了分销资源计划d p r ( d i s t 舶u t i o n r e s o u r c e p l a n n i n g ) 。同样，为了强化车间的执行功能，制造执行系统( m e s ) 也就应运而 生。 m e s 是美国管理界9 0 年代提出的新概念。m e s 的全称为m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o ns y s t e m 。关于m e s 的定义，通常有如下两类： 国际联合会的定义：m e s 能通过信息的传递对从生产命令下发到产品完成的 整个生产过程进行优化管理。当工厂中有实时事件发生时，m e s 能及时对这些事 件作出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行约束和处理。 制造执行系统协会( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e ma s s o c i a t i o n ，m e s a ) 给 m e s 做出的定义：“m e s 能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生产 过程进行优化管理。当工厂里面有实时事件发生时，m e s 能对此及时做出反应、 报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应 使得m e s 能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程， 从而使其既能提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能，又能提高生产回报 率。m e s 还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行 为的关键任务信息。”固 上述定义强调了三点：( 1 ) m e s 的优化目标是整个生产过程。( 2 ) m e s 需 要收集生产过程中大量的实时数据，并且对实时事件能及时进行处理。( 3 ) m e s 需要同时与计划层和控制层保持双向通信能力，从上、下两层接收相应数据并反 馈处理结果和生产指令。 美国先进制造研究机构a m r ( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 将m e s 定义 为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”， 埘上讫戈 m e s 在卷烟工业生产过程盟质量控制中的m 牙l 与分 m e s 为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源( 人、设备、物料、 客户需求等方面) 的当d 口状态信息。 九十年代中期国际上逐步发展起来的生产制造执行系统( i v i e s ) ，可以实现企 业生产活动与经营活动的有效集成，成为优化运彳丁= 、优化控制与优化管理的桥梁 和纽带，足值得烟草工业密切关注的高新技术之一。m e s 恰好可以填补企业生产 活动与经营活动之间的数字鸿沟。m e s 是处于计划层和车问层操作控制系统s f c 之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人 员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统地 在统平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式，从而交现 企业实时化的e r p m e s s f c 系统。 美国先进制造研究机构a m r 通过对大量企业的调查发现，现有的企业生产管 理系统营遍由以e r p m r p i 为代表的企业管理软什，咀s c a d a 、h m i ( h u m a n m a c h i n e i n t e f a e e ) 为代表的生产过程监控软件和以买现操作过程自动化，支持企业 全而集成的m e s 软件群组成。根据调查结果，a m r 于1 9 9 2 年提出的三层的企业 集成模型( 如图2 1 所示) 。由于m e s 强调控制和协调，使现代制造业信息系统不 仅有银好的计划系统，而且能使计划落实到实处的执行系统。因此短短几年闻m e s 在国外的企业中迅速推广开来，并给企业带来了巨大的经济效薷。企业认识到只 有将数据信息从产品级( 基础自动化级) 取出，穿过操作控制级，送达管理级， 通过连续信息流来实现企业信息集成才能使企、 p 在r 益激烈的竞争中立于不败之 地。 图2i a m r 的三层企业集成模型 随着企业生产模式逐渐向敏捷制造发展，企业业务流程重组( b p r ) 的实施 企业环境的异构性以及企业间动态联盟的组建等等对i v i e s 义提出r 更高的要求， 传统的m e s 解决方案难以适应敏捷制造的要求，面向敏捷制造的m e s 不仅要费 用合理更要具确良好的适应性( a d p t a b l e ) ，可重构性( r e c o n f i g u r a b i e ) ，可集成性 硕十论文 m e s 柱卷烟工业生产过程及质量挣制中的应用与分析 f i n t e g r a t a b l e ) ，因此，国外许多组织和研究机构开始研究面向敏捷制造的m e s 。然 而，国内对m e s 概念和应用的研究却不太多，更不说有成熟的软件产品。随着企 业计算机应用的不断推广，企业信息化应用水平逐渐提高，企业越来越需要车间 执行层的管理信息系统。因此如何深刻理解m e s 内涵，把握它的发展趋势，在我 国企业中开发和应用m e s ，对于提高企业竞争力，缩小与发达国家企业差距是迫 在眉睫的事情，也将是企业信息化水平深层次推进的需要。圳图2 2 反映了m e s 在企业生产管理中的数据流图和所处地位。 m e s 作为面向制造的系统必然要与氽业其它生产管理系统有密切关系，m e s 在其中起到了信息集线器( i n f o r m a t i o n h u b ) 的作用，它相当于一个通讯工具为其 它应用系统提供生产现场的实时数据。m e s 的定位模型如图2 3 从图2 3 中可看出m e s 与其它分系统之间有功能重叠的关系，例如，m e s ， c r m ，e r p 中都有人力资源管理，m e s 和p d m 两者都具有文档控制功能，m e s 和s c m 中也同样有调度管理等等。各系统重叠范围的大小与工厂的实际执行情况 有关，但每个系统的价值又是唯一的。 堡主堡苎 竺墅鱼堂塑三些竺兰塾堡墨垦量丝! ! ! 堕里星兰坌堑二一 图2 3m e s 在企业中的定位模型 2 2m e s 基本类型和特点 m e s 作为生产形态变革的产物，其起源大多源自工厂的内部需求，传统的 m e s ( t r a d i t i o n a lm e s ，t m e s ) 就是从7 0 年代的零星车间级应用发展起来的，在 积累了相当的经验后，逐渐形成了一些从事m e s 开发的专业公司，并且其系统也 开发出了相当成熟的标准。通常他们都是针对特定的生产类型，或特定的功能需 求而丌发出较为标准化的m e s ，并拥有了一定的市场份额( 例如美国的c o n s i l i u m ， 加拿大的p r o m i s e 公司都是开发i c 厂m e s 的知名厂商) 。 m e s 按其发展可分为二个阶段：传统的m e s ( t r a t i o n a lm e s ，t m e s ) 和可 集成m e s ( i n t e g r a t a b l em e s ，i - m e s ) 。由于t m e s 系统是基于预先设定的程式进 行系统开发的，因此，存在以下一些不足之处： ( 1 ) 开发此类系统成本高、效率低，并隐含着较大的风险，如过程有微小变化， 就可能导致系统不能正常运转，系统的稳定性差。 ( 2 ) 通用性差。目前市场上的制造执行系统由于没有一定的技术规范指导，因 而使得系统的开发周期长、投资大，限制了系统中的对象交互。 ( 3 ) 可集成性弱。目前，某些具有集成功能的m e s ，虽能实现与上层事务处理 和下层控制系统的集成，但也仅仅局限于某个特定的系统或功能，使得m e s 系统 能力大打折扣。 硕士论文m e s 在卷烟工业生产过程及质量控制中的应用与分析 ( 4 ) 缺乏互操作性。互操作性是系统敏捷性的一个重要标志。企业采用的数据 库、操作系统是异构的，在分布式生产环境下，需要从不同的m e s 系统中裁剪不 同的功能，以满足某个特定任务的需要，实现互操作。目前市场上的传统制造执 行系统基本上没有此类功能。 为了解决传统制造执行系统存在的问题，出现了可集成m e s ，可集成m e s 结构分为以下三个层次：领域层( d o m a i n s p e c i f i cl a y e r ) 、对象层( o b j e c tl a y e r ) 和基础 架构层( 1 0 w - l e v e li n f r a s t r u c t u r el a y e r ) 。三层之间相对独立，从而为可集成的m e s 的实现提供了技术保证。它将模块化应用组件技术应用到m e s 的系统开发中，是 两类t m e s 系统的结合。从表现形式上看，具有专用的m e s 系统的特点，即1 - m e s 中的部分功能作为可重用组件单独销售；同时，又具有集成的m e s 的特点，即能 实现上下两层之间的集成。 尽管m e s 软件的研究和开发取得了明显的进展，但在技术规范性和成熟程度 方面还有较大的差距。如何解决m e s 软件的行业适应性问题，一直没能得到很好 地解决，从而阻碍了m e s 软件产品市场的形成。软构件技术的发展，为m e s 软 件产品化带来了新的契机，可集成m e s 软件成为发展方向。 总的来说t m e s 可大致分为两大类：专用的m e s 系统( p o i n t m e s ) 和集成的 m e s 系统( i n t e g r a t e dm e s ) 。 2 2 1 专用m e s ( p o i n tm e s ) 专用的m e s 是指为解决某个特定领域问题，如车间维护、生产调度或s c a d a 而丌发的单独应用系统。集成的m e s 则是针对特定行业如航空、装配、半导体、 食品和卫生等行业而设计，具有一定的通用性。并且逐步加强了与上层事务处理 和下层实时控制系统的集成能力。 由于工厂可能会从不同的软件供应商购买适合自己的m e s 模块，或将现有系 统集成为m e s 功能的一部分，其结果导致许多工一的m e s 系统实际上是一个大 杂烩。每个系统都有各自的处理逻辑，数据库，数据模型和通信机制。又因为m e s 应用常常是要满足关键任务的系统，系统就很难随技术的更新而进行升级。为了 实现与外部系统的集成，往往采用a p i 技术，o l a p 技术和相应的通信机制，这 些技术在某种意义上说，也是m e s 功能的核心部分。其中，外部应用系统的调用 和插入使用a p l 的方式，而应用e d i 技术和外部环境进行数据交换。 虽然专用的m e s 能够为某一特定环境提供最好的性能，却常常难以与其它应 用集成，集成的m e s 比专用的m e s 迈进了一大步，具有一些优点如：单一的逻 辑数据库，系统内部具有良好的集成性，统一的数据模型等等。但其整个系统重 硕士论文m e s 存卷烟工业生产过程及质量控制中的应用与分析 构性能弱，很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。为了解决t m e s 的不足，可集成m e s ( i n t e g r a t a b l em e s ，i - m e s ) j 壅渐成为人们研究的热点。 2 2 2 可集成m e s ( i m e s ) 面向敏捷制造的m e s 可集成m e s 通过将面向对