主流自动化厂商软件平台分析报告

1、主流自动化厂商软件平台分析报告工程部自控处2011年1月1 目的通过对比各个自动化厂商针对L2/L3的软件平台方案，分析出它们各自的特点以及优势，为确定出适合于公司自己情况的二级平台产品提供有益的借鉴。2 各厂商软件平台功能对比2.1 软件平台应用的硬件网络结构对比2.1.1 Siemens MES系统平台Siemens MES系统平台应用的硬件网络布局如图2.1所示。图2.1 Siemens MES系统平台应用的硬件网络布局其中：n MES Client：MES系统的客户端，运行着MES的HMI画面应用。n MES App Server：MES系统应用服务器，提供MES系统需要的各种服务和应

2、用。n MES DB Server：MES系统数据库服务器，为MES应用提供数据支持。n RTDB Server：MES系统实时数据库服务器，为MES应用提供实时数据支持。2.1.2 Schneider的Ampla软件平台Schneider的Ampla软件平台应用的硬件网络布局如图2.2所示。图2.2 Ampla平台应用的硬件网络布局其中，Ampla应用的大部分设备功能，与Siemens MES系统平台相近，只是其定义的操作站功能更为丰富一些，主要有：n 运行L2/L3的HMI画面。n 运行LIMS系统（详细描述见2.2.2.1）。n 运行Production Analyst系统，实时监控和分

3、析生产运行情况。n 运行一些基于浏览器的客户端工具等。2.1.3 金自天正HDP系统平台HDP平台应用的网络布局如图2.3所示，其中：n 过程控制计算机：安装并运行着HDP软件平台。用户使用该平台的软件工具和服务，完成生产应用，实现数据采集和物料跟踪，过程监视，模型控制等功能。并且，每个过程控制计算机负责特定的工艺段，并与基础自动化的几台PLC/控制器形成固定的对应关系。n 服务器：提供HMI服务，以及数据服务，其中，HMI服务均由第三方的软件提供，HDP平台不具备此功能。n PLC/控制器：负责基础自动化控制。图2.3 HDP平台的网络布局2.1.4 对比结论Siemens MES软件平台应

4、用的硬件网络布局，与Schneider Ampla软件平台的，基本相同。金自天正的HDP平台，由于需要过程计算机支持，而过程计算机主要围绕二级模型，况且HDP平台本身也不具备MES需要的功能，因此，与前面二者的硬件布局差异很大。2.2 软件平台功能对比 2.2.1 Siemens MES系统平台软件Siemens MES系统平台的软件组成如图2.4所示。图2.4 Siemens MES系统平台的软件组成Siemens MES软件平台的包括：生产订单管理、原料管理、库存管理、生产计划管理、生产单元管理、质量管理、通讯等功能模块。2.2.1.1 生产订单管理生产订单管理包括生产订单录入、生产订单预

5、设计、计算生产订单、生产订单维护、查看订单进程等。a. 生产订单录入：录入手段有两种，一种是从ERP系统接收，另一种是通过录入模块，自己手工录入。b. 生产订单预设计：主要指针对生产的某种成品，采用何种标准和工艺，选定什么样的原材料等，由此功能根据积累的数据信息进行必要的限制。c. 计算生产订单：根据客户对产品的要求（如产品规格、数量等），对物料、生产能力、质量等因素进行计算，综合得出比较贴近实际的交货日期，反馈到ERP系统或销售部门。d. 生产订单维护：一般情况下根据需要对订单的参数做一些修改；有时需要追加某个工序，或对工序进行调整。e. 查看订单进程：与生产记录相结合，可以查看订单的完成状

6、态（如新订单、已计算过、已释放、正在生产、完成多少剩余多少等等）。2.2.1.2 生产计划管理生产计划被分为三个层次：商业计划、产能计划和生产日程安排（Production Scheduling），商业计划主要有公司商务部门关注，MES系统重点关注后两者。2.2.1.2.1 产能计划产能计划：或叫中期计划，主要包括定义有效产能、分配资源能力和资源能力调整。a. 定义有效产能：统计设备状态、生产时间、停机检修时间、班组安排情况等，来确定能真实地参加生产任务完成的有效产能。b. 分配资源能力：针对定义的有效产能，来安排和调度原料、人员和设备等的使用和时间进度。c. 资源能力调整：根据实际的计划运行

7、情况，调整原料、人员和设备等的使用和时间安排。2.2.1.2.2 生产日程安排生产日程安排，与一般讲的生产作业计划有些接近，主要指生产日常计划和排程。a. 生产订单排程：主要指根据有效产能，将生产订单落实到每个班组，形成详细的每个生产单元的日程安排，主要包括：Ø 有限资源约束下的多目标排产调度，目标包括：订单交付数最多、设备利用率最大、订单延迟最少、最小作业时间跨度、最低成本等。Ø 支持多种排产策略，如设备利用率、订单网络、换型安排、订单优先级、按时交单率等。Ø 支持多次试算，形成比对方案，由用户进行人工参与计划调整与方案决策，并对计划进行模拟仿真，检验计划的执行

8、效果。Ø 兼容突发事件排程，如紧急插入订单等。Ø 支持手工调整生产日程安排。b. 生产指令下发：主要针对目前的生产状态，向二级系统下发一些生产指令。一般情况，触发这个功能有两种情况：调度员对计划做出或调整排程；收到L2系统发布实际的变化状态，会自动做出对应指令下发。c. 排程查看：通过报表和形象的图形显示，来浏览详细的排程和实际的生产情况。2.2.1.3 物料管理物料管理主要针对生产中流动的状态和分配情况，进行显示和统计。主要包括：物料数据记录与修改、物料树、物料分配。a. 物料数据记录与修改：记录物料的状态和相应数据的变化情况，以及根据实际情况的修改。b. 物料树：物料随

9、着进入到新的生产单元，其信息会不断的得到丰富，该信息包括经过那些生产单元、操作者及其时间、规格变化等，可以用类似于目录树的形式展示出来。c. 物料分配：根据生产单元对原料的需求，将物料合理地分配到各个生产阶段里，以充分发挥有效产能。2.2.1.4 生产单元管理生产单元管理指对各个生产工艺段的实绩进行统计，并实时跟踪订单、库位、物料等信息，主要包括：生产结果记录、订单跟踪、物料谱系跟踪等。2.2.1.4.1 生产结果记录生产结果记录指记录和统计各个生产工艺段的实绩。2.2.1.4.2 订单跟踪订单跟踪分成两部分：排程监控和订单进程监控，并提供一个生产线上图形化显示，使用户能够方便、直观地了解现场

10、。a. 排程监控：对计划的排程进行跟踪，主要包括显示排程计划的执行情况、监控装炉/出炉/轧制/卷曲生产过程、显示生产结果、支持画面数据的动态刷新。通过对车间的生产情况进行实时监控，使管理者能及时的掌握生产第一线的情况，以便尽快响应和决策。b. 订单进程监控：对订单的完成情况进行统计和分析，主要包括监控订单完成情况、各工序状态、各工序计划/实际/待生产数量等。2.2.1.4.3 物料谱系跟踪物料谱系跟踪主要包括：a. 物料谱系动态生成：谱系生成进度与产品实物生产进度同步；b. 按照物料谱系结构变化，实现层次化管理，如按照时间、班次、操作员等进行统计和分析；c. 实现从物料谱系的任意节点，进行双向

11、展开追溯：Ø 正向：追踪到最终产品的产品号，对物料流动情况进行监控，完成物料跟踪。Ø 逆向：回溯至所用原料/辅料批号，对物料流动情况进行检查，可以完成对产品缺陷的分析和定位。通过物料谱系查询，回顾产品的历史生产过程，以及物料变迁轨迹。2.2.1.5 质量管理质量管理指对产品在生产工艺段的质量进行管理，使质量控制点分布在整个产线，主要包括基础配置管理、质量作业管理、质量分析和质量追溯等。2.2.1.5.1 基础配置管理基础配置管理主要工作包括：a. 获取检验参数信息定义；b. 质量故障定义；c. 质检处理方法定义；d. 自定义检验流程。通过清晰地做好这些相关定义工作，可以根据

12、客户对质量控制的不同需求，灵活定义检验流程。2.2.1.5.2 质量作业管理质量作业管理主要包括：a. 质量编号管理，为批次物料分配唯一编号，用来关联其全生产生命周期的质量信息；b. 质量数据采集，包括手工录入采集和从自动测量仪器全自动化采集；c. 不合格品管理，不合格品审理流程和结果管理；d. 不断改进质量控制策略；e. 质量呈报和成本管理。通过这些作业管理，将事后检验升级为事先预防，降低产品的不合格率；提高员工质量成本意识。2.2.1.5.3 质量分析质量分析主要包括：a. 监控过程质量数据，以及质量数据的超限报警；b. 产品质量状态统计，如对报废批次的发生概率或发生数量进行统计；c. 质

13、量统计报表，周报、月报等。通过扎实的质量分析工作，可以动态监控产品质量趋势，避免产品的批次质量事故发生；不断修正质量控制标准；循序渐进地改进工艺和质量水平。2.2.1.5.4 质量追溯质量追溯主要包括：a. 产品质量追溯，严格定位质量缺陷发生范围；b. 从既定节点发起，支持双向质量追溯，可追溯的信息包括：不合格品审理过程记录和审理结果、工艺超越记录、质量处理过程记录。通过质量追溯，未雨绸缪，建立完善的产品质量档案，跟踪产品的全周期质量状态；快速定位质量问题所在，以及定位会发生同类质量事故的潜在产品。2.2.1.6 库房管理库房管理指对原料库、中间产品库和成品库进行管理，主要包括入库/出库/移库

14、管理、发货/装车单等。a. 入库/出库/移库管理：对原料、中间产品和成品的状态变化（如入库、出库、移库）进行实时维护。b. 发货/装车单管理。2.2.1.7 设备管理设备管理包括设备数据采集与评估、预防性维护。2.2.1.7.1 设备数据采集与评估设备数据采集与评估包括：a. 设备在现场的实时监控，获得准确的设备状态b. 设备报警和消息的采集与统计：对设备运行过程中报警和发送和接收的消息进行记录、分类和统计，获得完整的设备历史运行信息。c. 设备可用性和利用率分析：通过生产线上设备历史运行信息，来分析设备的可用性和利用率。通过设备状态分析与评估，可进行预防故障，延长设备寿命，来增加设备可用性和

15、生产率，提高生产效率。2.2.1.7.2 预防性维护预防性维护包括：a. 通过时间、计数器定义触发器来确定维修任务的周期。b. 维护活动实时跟踪，并对维护任务进行记录，分析和评估。通过维修性维护，可延长设备寿命，削减维修成本；将简单维修工作的责任从维护部门转移到生产部门；有计划的、有组织的进行设备维护活动。2.2.1.8 通讯通讯主要特指与L2系统进行通讯，获取基础自动化系统的数据信息，以及将MES的命令传输到基础自动化系统，主要包括：a. 与基础自动化提供多种接口驱动方式，实现畅通实时数据采集；b. 通过串口或键盘口，支持条码和RFID数据采集；c. 支持多种语言脚本访问，对实时数据的操作更

16、加灵活等。2.2.1.9 效能分析效能分析能够提供多种方式，进行KPI（Key Performance Indicator）计算：n 提供预置的标准生产KPIs的计算。n 脚本环境支持定制KPI计算，满足客户不同需求。n 多种KPI计算的触发方式，如基于时间或者事件。n 多种数据分析展现方式，如Web网页、Excel表、报表等。通过效能分析提供的图形或统计报表，使管理者能够及时准确了解生产绩效，为决策者制定有效的管理决策提供支持和保证。基于历史数据的分析，能够为持续改进提供决策和支持。2.2.2 Schneider Ampla软件平台Ampla系统是一套功能很强的制造执行系统平台级的解决方案，

17、通过对贯穿整个厂级的实时和历史数据，进行实时和智能处理和分析，来得到分析结论，使企业业务人员、操作人员、生产经理等能够快速做出正确的决策。2.2.2.1 Ampla软件平台的系统架构Ampla软件平台的系统架构，如图2.5所示。图2.5 Ampla软件平台的系统架构Ampla软件平台分为三层：n 数据层：为数据存储、与基础自动化通讯的子系统，建立抽象的数据模型。其中，数据存储采用SQL Server数据库；通讯子系统包括实时通讯接口、历史通信接口以及其他OLE类数据库。n 商业层：实现了MES系统功能，包含了Downtime、Production等很多功能模块。n 展现和集成层：提供了用户与A

18、mpla系统交互的方法，主要为应用服务和集成服务。其中：Ø 应用服务：包括与上层服务通讯机制、公共服务接口，它们为上层的生产分析、各类报表等，提供数据和信息接口。Ø 集成服务：包括主数据管理（Master Data Management）、B2MML（Business To Manufacturing Markup Language）接口，以及工作流数据的抽取、转换和装载过程（ETL）等。整个Ampla软件平台，无论那一层，均采用统一配置接口。另外说明：n LIMS（Laboratory Information Management System）：实验室信息管理系统，提供

19、手动输入数据，以及通过迟绑定原则获得的来自外部系统的数据。n Fleet Management：指工厂的车队管理与调度。n Ampla Studio：Ampla工程的配置环境，能够创建、编辑、备份和存储Ampla工程；验证配置正确性等。n Production Analyst：具有丰富特性的配置工具，可以进行过滤、查找、诊断Ampla工程等工作；可通过浏览器树，来模拟工厂内部的层次关系；其分析结果，可通过视图Ampla Metrics Dashboard来展示出来。该工具的界面，包括这几部分：工厂层次树栏、工具栏、过滤器栏、模块栏、数据表栏、图表栏等。n Plant2Business：是Amp

20、la与ISA-95标准中定义的4级系统（如ERP系统），或其他业务系统，进行协作的一种机制。2.2.2.2 Ampla软件平台对企业层次的划分Ampla软件平台定义的企业层次模型，如图2.6所示。图2.6 Ampla软件平台定义的企业层次模型其中：n Enterprice：一般是公司级或企业级。n Site：一般是分厂级。n Area：一般是车间级，或某个生产线级。n Work Center：某个工艺区或工艺段，它是Inventory功能块能处理的最小单元。n Unit：某个工艺段具体处理，分为三类：Process Unit、Production Unit、Storage Unit等。对这个层

21、级的划分，每个企业都可以不同，这是与管理的粒度结合在一起的。2.2.2.3 Reporting PointReporting Point是Ampla软件平台特别关键的概念，可译为“管理点”，它紧密地结合对企业层次划分的模型来理解。Reporting Point放在企业层次的那一层级，代表需要在那一级实施MES管理，即确定管理的范围，以及实施管理的不同角色，例如可以放在Enterprice级，表明期望实现公司级的MES管理，放在Area级，表明期望实现车间级或某条生产线的MES管理。Ampla支持的管控点多少，与Reporting Point在那一层次直接相关。应用Ampla软件平台进行设计时，

22、极为关键的问题就是要确定Reporting Point放在那个层次，即定义一个管理的规模，然后定义管理的架构、管理角色以及其职责，确定管理的功能等。每一个Reporting Point都可以包含着基本的功能模块。2.2.2.4 OEEOEE，整体设备有效率，是Ampla平台很重要的绩效衡量指标，它按照以下公式进行计算：OEE = 设备可用率 * 生产效率 * 产品优质率其中：n 设备可用率：受两个主要因素制约，一是生产间断，如：工具故障、非计划维修、设备本身故障；另一个是配置调整，如：装备的切换/暖机时间、物料操作失误或大规模调整。n 生产效率：受两个主要因素制约，一是短期停工，如：生产线阻断

23、、传送失误/失败、生产线清洁和检查；另一个影响生产线速度，如：粗糙运行、低标准运行（如手工操作）、设备磨损严重、操作员低效等。n 产品优质率：主要指产生废品，如：生产过程中的产品破损或不合格品、装配错误等。2.2.2.5 Ampla软件平台功能模块Ampla软件平台功能模块可分为三类：n 表征生产系统性能：Production、Downtime、Metrics。n 表征生产系统一致性：Quality、Knowledge、Inventory。n 表征生产系统集成性：Cost、Maintenance、Planner。2.2.2.5.1 ProductionProduction模块能够实时而精确地反

24、映在整个生产过程中所发生的一切。通过自动地记录所有生产的输入和输出，包括材料、消耗品、能源、废物、排放、不合格品以及产品的产量。应用此模块，生产管理可以最大可能缩短生产时间、减少失误、降低手工和重复输入数据录入的相关成本。通过对生产数据的自动化实时数据采集以及提供单一的手工数据录入点，实现捕捉精准的生产信息。图2.7为Production模块应用和分析界面。图2.7 Production模块应用和分析界面2.2.2.5.1.1 捕捉生产事件Production模块通过生产模块的Reporting Point来捕捉记录：n 当任意的模块捕捉条件满足时，都能够自动的创建生产记录。n 每个Produ

25、ction模块的Reporting Point，都可以添加多个捕捉条件。n 操作人员可以在生产分析工具（如Production Analyst）中，手动添加生产记录。2.2.2.5.1.2 分析生产数据Production模块捕捉到生产记录后，用户可以进行分析并找到关注区域的问题所在。根据所作的配置，用户可以对不合格材料的原因及分类进行因果分析。包括如下生产汇总图表：n 汇总图表（Summary Chart）n 比率图表（Rate Chart）n 累加图表生产分析工具（如Production Analyst）中对生产模块图表可以在任意的用户化网页中浏览。将生产图表和KPI 指示结合起来，就可以

26、创建数字仪表盘（Dashboard）显示。图2.8 汇总图表基本界面2.2.2.5.1.3 生产汇总报表Production模块记录的产品、班次、产量、废弃物等信息，来生成不同的报表，供生产管理人员动态地分析生产状况： n 生产详情报表（ Production Detail Report）n 生产汇总报表（ Production Summary Report）n 生产概况报表（ Production Overview Report）n 生产效率报表（ Production Efficiency Report）n 操作审核报表（ Audit Report）n 数据报表（ Screenshot R

27、eport）2.2.2.5.2 DowntimeDowntime模块能分析生产中断发生的时间、地点、情况、原因，确保生产设施保持最高的生产效率。此模块通过对计划内和计划外的生产中断事件以及低效运行的设备做出报告，从而能够对发生生产中断的原因进行全面的分析。这样，就可以获得所需的信息，从而制定设备维护的优先级、新设备的采购计划并改进操作流程。设备的停机分析包括生产线上的主要设备，如：皮带输送机、拦焦车、烧结机、制氧厂气体压缩机、高炉上料、高炉炉体、高炉炉顶设备、高炉鼓风机、转炉、氧枪、钢包、结晶器、中包、轧机、夹送辊电机、轧辊等。2.2.2.5.2.1 运行与停机事件管理设备运行管理模块可以方便

28、捕捉停机信息， 而停机信息是判断生产绩效和可靠性的重要指标。停机时间是指生产中断的时间以及生产能力低于预期产能的时间段。记录生产的停机信息以及进而分析出根本原因，是降低生产损失的第一步。用户能够使用这些信息，轻易地发现造成产能降低的根本原因，以及对生产的影响程度。Downtime模块包括主要功能：n 数据采集：当停机事件发生时，自动创建停机记录也支持手工输入创建记录n 编辑和验证：通过客户端添加额外的停机信息，并进行验证。n 信息浏览和分析：丰富的数据表述方式，易于进行数据分析。2.2.2.5.2.2 设备运行停机时间分析Downtime模块将停机时间分为实际停机（生产中断）和虚拟停机（生产低

29、效运行折合成实际停机事件）。图2.9 设备运行停机时间分析图对于虚拟停机，通过计算低效运行的实际时间并将之转化为生产处于最优状态（以生产技术规格为依据）的损失的时间。n 实际停机事件n 虚拟停机事件Downtime模块利用如下规则判定和钢铁生产过程中处理停机事件：n 当生产现场发生了一个满足Downtime模块定义的生产停机规则的事件时，系统自动创建一条停机事件记录。n 允许对停机事件进行自动的延时处理（开始延时和停止延时）。n 允许操作员对停机事件添加更详细的信息，如：停机位置、分类、备注等。n 生产主管能够对所有的新记录的完整性和正确性进行确认。n 管理人员通过使用停机事件记录以及报表信息

30、，实现各种对生产情况的分析。2.2.2.5.2.3 设备运行停机报表设备运行停机报表：n 停机事件分类汇总n 停机事件概况报表n 停机事件记录报表图2.10 设备运行停机报表Downtime模块捕捉到停机事件并将其分类后，用户就可以通过分析这些数据找出发生问题的原因并制定解决方案。理解停机事件为何发生，是制定有效的解决方案的重点。用户找出问题发生的根本原因后，就可以提出建议，防止类似停机事件的再次发生。2.2.2.5.3 MetricsMetrics模块汇总其它模块的数据，并实时地计算工厂主要性能指标， 进而精确地反映生产的状态和趋势。通过数字化的仪表盘通过方便的刻度盘、图表以及指标呈现给管理

31、层和利益相关者主要性能指标例如生产的效率和有效性等。Metrics模块提出了主要性能指标的实时值，如整体设备效率OEE、单位产品的能耗等。此模块还可以显示这些指标随着时间的变化趋势。生产管理层就可以据此来量化持续改进的努力及运营变化所带来的影响。图2.11 仪表盘式的生产指标分析结果2.2.2.5.3.1 维修维护作业绩效Metrics模块能非常方便的汇总并分析某个时间段内的维修维护信息：n 总运行时间n 各种报警的数量n 生产的产品数量n 计划外的维修活动n 计划内的维修活动n 设备停机n 生产切换n 维修请求次数n 创建维护请求（手动或自动）并发送到ERPn 浏览企业ERP 创建的维护命令

32、2.2.2.5.3.2 计算实时绩效信息Ampla软件平台可根据定义的时间段来计算KPIs，计算出的数值保存在数据库中用于快速查询。当如下的情况发生时，Ampla会重新计算KPIs：n 检测到KPIs 计算公式中的原始数据有变化。n 新数据添加，并影响到KPIs 计算公式中的数据源。n 手动告诉协调重新计算特定时间段的KPI值。2.2.2.5.3.3 分析实时绩效信息分析的过程是将原始的数据转化为直观信息。通过采用简单的分析策略能够产生那些需要用来解答用户疑问的信息并确保得到最合适的信息。在KPIs 值计算和存储之后，用户可以进行分析来找到关注区域的问题所在。通过了解了当前的一些绩效指标，找出

33、情况发生线索。为了实现目的，使用不同的分析方法，包括分布图、折线图、棒图等等。2.2.2.5.3.4 实时绩效信息的可视化Metrics模块包括一些可视的指标来表述实时数据的信息，既可以在MES中，也可以在外部的网页中。将这些指标添加到公司的内部网站，用户可以在不同的位置，创建用于显示多个性能指标的Dashboard 仪表盘。2.2.2.5.4 QualityQuality模块能够帮助用户更好的分析汇报和管理整个生产过程的产品质量。通过自动捕捉影响产品质量的主要的相关过程数据，并将这些数据存放数据库中，实现度量和比较实际采集数据与设定目标值或技术规格参数值的差异。Quality模块自动的记录来

34、自生产控制系统的实时数据，并结合手动输入数据以及通过迟绑定原则获得的来自外部系统的数据，包括：实验室信息管理系统或手工测量然后人工录入的记录。2.2.2.5.4.1 质量记录创建质量记录创建种类：n 任何预先设定的质量问题条件满足时，就会自动的创建质量问题记录。n 通过质量模块Reporting Point，都可以添加多个质量问题的捕捉条件。n 在生产分析工具中，手动添加质量记录。2.2.2.5.4.2 分析质量数据Quality模块通过捕捉到的质量数据，就可以进行分析，从而找到问题所在的区域加以注意。通过组态用户就可以对产生废品的因果关系进行分类分析。产品质量管理模块中，用户可以设定门槛属性

35、以及技术规格值，当发生超出规格数据的时候，及时的发现并报警。它可为每个监测点或区域设定多个门槛值。用户可以在质量Reporting Point，针对技术规格要求配置所需的门槛值，或者通过配置，从其他的质量相关记录中取得对应参数的门槛值。2.2.2.5.4.3 质量报表质量报表，包括以下几种形式：n X-Bar图、频率分布图n 超出规范统计图、多维统计图n 质量问题汇总报表n 质量分析报表、质量不一致性报表n 质量问题分类汇总报表、质量概况报表、质量记录报表图2.11 质量频率分布图2.2.2.5.5 KnowledgeKnowledge模块积累从生产第一线人员得到的重要信息和经验，来帮助用户对

36、整个生产过程有一个完整清晰的了解。该模块的功能是通过在线的日志来实现的。操作人员将一些与生产相关的事件进行整理记录。这些信息包括：n 交货信息n 员工缺席n 生产滞后n 以及其他各种信息Knowledge模块作为一个参考图书馆，为用户提供了一个与生产密切相关的文档的浏览中心。内容可以包括工厂和设备照片、操作步骤、图纸、框图以及相关手册。其作用如下：n 为捕捉各种改进意见的智囊信息库n 作为捕捉到改进活动的报告的信息库n 班末记录或者班次移交汇报汇总信息n 阶段性（如班、日、星期）捕捉制造绩效排名n 作为知识库，提供了与生产密切相关的重要文档的访问中心n 工程进展跟踪工具n 通过Knowledg

37、e模块，用户可以实现浏览知识记录、与现有文档的链接（如人力资源部、工程部门），不仅可以显示还可以进行打印。 它支持所有微软网页浏览器支持的文件类型，如HTML、PDF 或者WORD 格式文件。图2.12 Knowledge模块应用界面2.2.2.5.6 InventoryInventory模块能够可视化地理解生产进展，了解物料真实的成本；提供整体的管理和跟踪物料，以及库存变化的解决方案，来控制生产过程和成本。通过实时的可视化的生产过程和原料流动，以及更加高效的管理生产物料，来达到OEE目标。其功能主要包括：n 将实时库存和物料进行可视化的展现。n 提供物料实际情况与期望的比较，并且能够识别出库

38、存不足的情况，以防止物料流动中断。n 通过在很多工艺点计算库存，能将生产消耗计算更为准确。n 任何合法用户，都能通过内网，方便访问和共享库存数据。n 方便容易地为报告导出库存数据。n 记录原料流动的轨迹，如，何时何地开始使用、状态更新、结束使用。n 允许授权人员人工调整物料平衡（物料平衡指物料稳定地运行于生产各个工艺环节）。n 允许授权人员手动添加物料。Inventory模块可使商务更加关注于专注于改善措施，例如精益方法和6西格玛；确保生产管理活动主动完成而不是被动完成。Ampla记录库存数据的环节包括：n Work Center：它们表明需要库存信息的位置，包括流程的类型，定义物料进入或离开

39、Work Center时的行为。n Materials：包括原料、半成品和成品的使用、生产和存储。n Lot Generators：其定义Ampal如何产生很多库存信息的标识符。n Material conversions：其定义了Ampla如何将定量的原材料转换为目标产品物料，特别是它们之间的计量单位不同时。n Material movements：其定义物料在各个Work Center之间的流动信息。Ampla创建库存记录的环节：n 任何物料流动状态的变化n 操作员手动调整Work Center的物料平衡。n 操作员手动通过Ampla Production Analyst软件工具，调整物料

40、流动。Ampla捕获库存记录后，可以进行分析，以帮助确定问题区域以及相关的地方。Ampla Production Analyst 是库存记录及其趋势分析的关键工具。Inventory模块在Production Analyst有三个界面：n 平衡界面：显示当前Work Center中的物料平衡。n 历史平衡界面：显示在一个明确时间范围里，Work Center中历史的物料平衡。n 流动界面：显示在一个明确时间范围里，Work Center中物料的流动情况。Inventory模块产生的数据表：n 物料位置平衡表n 物料平衡以及历史物料平衡表n 物料流动平衡表2.2.2.5.7 CostCost模块

41、帮助用户跟踪业务活动的实际成本，并以财务数据的形式进行显示。Cost模块可以增强现有财务软件包中制造成本分析的实用性和实时性：n 显示成本数据分类汇总图表。n 根据生产过程的不同阶段，将成本数据进行分组显示分析（劳动力成本，材料消耗，生产成本等）。n 能够向主管人员提供实时的相关制造流程财务信息，帮助他们做出快速的决策。定制数据图表，包括如下的成本汇总图表：n 成本汇总图表（Summary Chart）n 饼图（Pie Chart）n 帕雷托图（Pareto Chart）n 成本汇总报表图2.13 成本汇总图表2.2.2.5.8 MaintenanceMaintenance模块通过采集设备运行

42、和维护的重要数据，来确保生产设备始终工作于最佳状态。收集到这些重要的信息，并将数据应用于企业资产管理系统进而最大限度的利用设备，并延长其使用寿命。通过将有关设备的运行和性能的重要信息输出到ERP或者EAM（即企业资产管理系统）。该功能模块可以帮助各个层次的生产管理人员制定生产维护计划：n 监视设备当前的状况和负荷。n 预先计划设备保护维修工作，提高设备的性能及寿命。n 衡量维护系统的效率。n 自动捕捉设备的实际运行时间，并将数据发送到EAM。n 自动的捕捉设备每次操作的实际运行时间，并将数据发送到ERP 系统中，用于精确进行工作成本核算。n 自动捕捉每个设备的能源消耗信息（能耗系数、功率、成本

43、）用来进行分析。n 维护记录报表图2.12 Maintenance模块应用界面2.2.2.5.9 Planner & Recipe2.2.2.5.9.1 Planner模块Planner模块搭建ERP系统与工厂之间的桥梁，为生产监控人员和计划人员，提供了一个在线的可视化工具，来最有效地使用现有的厂房、设备和资源，这包括：n 调度生产订单n 计划维护活动n 系统待机时期处理Planner记录表明特定任务的完成，任务包括生产或维护有关的活动。创建Planner记录的环节包括：n 当Plant2Business收到来自于“商业计划和逻辑系统”（Business Planning and Lo

44、gistics system）释放任务的通知时，它就创建一条Planner 记录。n 操作员通过Ampla Production Analyst，手工创建一条Planner记录。2.2.2.5.9.2 Recipe模块Recipe模块为实现S.88批量控制标准提供的支持。用此功能，可以创建和维护配方，并且在执行某个配方时，可将其参数下载到基础自动化系统中。Recipe模块使用一个配方项来捕获配方记录。配方记录定义了生产一个产品需要的成分列表，它也说明这个产品的部件、子部件和基础部分。每一个配方记录代表了一个特定的配方版本。该插件支持三种类型的配方记录：n 产品：定义了生产产品需要的成分列表。n

45、 产品组：定义了生产一组产品需要的共有成分列表。例如，用芝麻做面包，与用罂粟做面包相比，二者仅有的区别是种子不同。n 机器：定义了一组设备运行参数的列表，这些参数可以包括温度和速度。2.2.2.5.9.3 执行计划使用Ampla Production Analyst过滤器功能，生产计划者能够看到特定时期（如当天、每周或每月）的Planner记录；在甘特图上，通过拖拽棒状条纹，来改变该记录的顺序。2.2.2.5.9.4 激活Planner记录通过配置，当一条Planner记录的状态改为激活时，Ampla下载该值到自动化系统中。Planner模块确认该值成功下载到自动化系统中，并报告给用户出现的任

46、何错误。也可配置Ampla下载该值的规则，Planner模块也会报告给用户任何违背该规则的情况。2.2.2.5.9.5 报告数据Ampla Production Analyst为Planner模块提供一个详细的截图报告功能，该截图会详细记录当时计划和进度的情况。2.2.2.6 组态环境Ampla提供的基本组态环境，如图2.13所示，大致分为几个区：n System区：为类资源管理器的树形结构，专门定义各个模块运行的一些参数和环境。n Application Project区：定义本应用工程的管理点（Reporting Point），以及其的一些功能模块。n Tool box区：陈列一些快速的工

47、具栏。n Property区：组态区，针对每个管理点配置特定的功能属性，请留意每个Reporting Point下，都可以放置9大功能模块。图2.13 Ampla提供的基本组态环境2.2.3 金自天正HDP系统平台金自天正HDP系统平台核心是过程控制计算机。2.2.3.1 过程控制计算机运行流程HDP平台安装并运行在过程控制计算机上，因此，过程控制计算机上运行的软件，与HDP平台软件紧密地结合在一起，如图3.4所示。图3.4 过程控制计算机运行流程示意图在整个过程控制计算机（以下简称过程机）的软件运行过程中，物料跟踪系统处于一个核心的地位，由其检测物料移动的位置，再根据物料位置，去确定是否有模

48、型控制逻辑的调用。2.2.3.2 过程控制计算机内存数据区的组织与结构过程机在软件运行时，对内存的数据区进行了定义，彼此之间的接口，以及数据区之间内在的结构如图3.5所示。图3.5 过程控制计算机内存数据区的组织与结构其中：n 网络数据区：通过网络传输方式共享数据，主要用于不同的过程机之间共享数据。n 仿真数据区：为编程和组态完后，进行仿真测试，设置的数据区。网络数据区的数据与仿真数据区的数据只能同时一个生效，从此也可看出，对仿真数据的处理与真实的网络数据区数据的处理完全一样，因此，仿真测试能收到很好的测试效果。n 输入输出数据区：专门放置用于输入输出操作的数据。n 系统公共数据区：很重要的数

49、据区，它是过程机内部各个软件模块共享数据的专门区域，无论通讯、模型、跟踪等都需要。搭建二级系统时，定义各个软件分系统的公用数据是个关键工作。n 轧件数据区：轧制工艺专用的数据区。n 设定模型参数数据区：专门用来设定模型参数的数据区，它与特定的工艺流程向对应。2.2.3.3 HDP平台的软件结构HDP平台的软件结构如图3.6所示。图3.6 HDP平台的软件结构HDP平台软件由以下几大部分组成：n appThreads：应用系统线程，应用系统的各个应用模块，均是以线程的方式在运行。n ssThreads：HDP平台系统自身的服务线程。n StartUp：控制应用系统线程/进程的启动。n ShutD

50、own：控制应用系统线程/进程的停止。n 系统数据共享区（SA）：所有线程/进程共享的数据区。n 系统支持库（SSL）：系统提供的各种模板和服务，均是以动态库的形式供应用系统调用，包括有：PTM、SAM、COM、ALM、FUN等。n Console：后台的监控程序，负责监控线程/进程的运行状态，并对其运行的参数能够进行设置。n SimTab：运行应用系统程序，来模拟实际的工艺流程。n SystemConfigure：定义与调整系统特性。该工具使用起来标准的结构，操作比较规范。2.2.3.4 HDP平台使用及功能简介HDP平台系统的使用，是以模板为基础的，通过模板来构建自己的应用系统。其模板按其

51、用途划分为三类：n 基础类（Foundation）：生成的系统构成PCS（即过程控制系统）的框架，或为PCS提供公共服务。n 应用类（Application）：生成的系统完成过程控制的功能。n 数模类（Model）：生成的系统完成数模计算。2.2.3.4.1 基础类模板基础类模板包括：n 进程与线程管理系统（PTM）：实现过程控制系统的进程与线程的配置、启停和监控。应用系统开发人员只须使用uiPTM（即PTM用户接口），定义好过程控制系统的进程与线程，HDP的SSL.dll就能够有效地支持系统的启停以及对进程与线程的运行情况进行监控。n 共享区管理系统（SAM）：包括共享区数据结构及初始值的定

52、义；提供简明易用的共享区应用API；实现共享区内容的在线监视与修改。应用系统开发人员只须使用uiSAM定义好共享区的数据结构及初始值，HDP的SSL.dll就能够有效地支持共享区的使用及其内容的在线监视与修改。n 报警服务系统（ALM）：包括报警文本格式与屏蔽字的定义；提供简单易用的报警API；实现报警文本与屏蔽字的在线监视与修改。应用系统开发人员只须使用uiALM定义好报警文本格式与屏蔽字，HDP的SSL.dll就能够有效地支持报警API的调用以及报警文本与屏蔽字的在线监视与修改。n 公共服务系统（FUN）：提供一批API函数为系统提供公共服务。一般情况下，由HDP平台的软件人员调用这些AP

53、I，来建立应用系统所需的公共服务系统。应用系统开发人员只用调用搭建好的公共服务即可。n 通信服务系统（COM）：通信服务系统为过程机之间的数据通信提供服务，它可以支持消息传送与数据传送两种类型的通信。消息传送的特点是数据定长，实时要求高。数据传送的特点是一次可以传送多个数据块，实时要求不高。通信服务系统对这两种通信采用相似的机制提供服务。应用系统开发人员只需做好相应的配置工作即可。n 启停系统（S&S）：创建并控制线程的启停，并监控线程的运行，以及线程所用共享区的状态。n 监控系统（CSL）：包括监控终端和控制台服务器。监控终端使用命名管道与控制台服务器进行通讯，可以很方便地与应用系统

54、进行数据交换，从而实现对应用系统的监控。控制台服务器产生的6个线程与6个命名管道，形成6个服务窗口或称通信信道，满足来自监控终端的通信请求n 模拟测试系统（SIM）：包括SimTab、Simulator、SimCom、TestProgramLib。SimTab为模拟测试台程序，对编写好的测试程序进行语法检查，并且可以将其投入运行，以测试过程控制系统的正确性。Simulator为模拟测试线程，逐条解析测试程序的指令，适时地将测试程序指定的数据写入输入输出共享区，为过程控制系统提供与基础自动化级相一致的输入信息。SimCom是SimTab与Simulator相互交换信息的媒介。2.2.3.4.2

55、应用类模板应用类模板包括：n IO处理系统（GETIOS）n HMI处理系统（GETHMI）n 仪表处理系统（GETMETER）n 数据采集系统（COLLECT）n 报表系统（REPORT）n 轧制计划管理系统（RPM）n 操作方式处理系统（GETMOP）n 跟踪系统（TRACK）n 轧线控制系统（CONTROL）2.2.3.4.3 数模类模板数模类模板主要是轧制类的模板，包括：n 粗轧设定模型计算（RMSETUP）n 粗轧自学习模型计算（RMSL）n 精轧设定模型计算（FMSETUP）n 精轧自学习模型计算（FMSL）n 层冷设定模型计算（LCSETUP）n 层冷自学习模型计算（LCSL）A

56、uthor: CY 第38 / 38页2.2.4 各厂商软件平台软件功能对比汇总软件平台名称SIEMENSMES系统平台SCHNEIDERAMPLA软件平台金自天正HDP软件平台总体描述该软件平台是一套完整的MES系统解决方案，包含了MES系统需要的所有典型应用组件，通过配置和少量的软件开发，很快形成MES系统。Ampla是一套面向MES的软件平台，提供完整的组态环境和功能组件。通过组态，能够实现典型的MES系统功能。HDP为一套面向L2模型（尤其是轧钢工艺）的软件平台，它依赖相对固定的物理结构（过程计算机），面向MES系统的功能很少。软件功能特色1. 订单管理中的“计算生产订单”，能够据此得到符合当前实际情况的交货时间，可用于指导商务谈判；而此功能依赖于对物料、产能、产品质量等因素的准确把握，这方面此软件也提供很好的支持。2. 生产计划管理中“有效产能”是该软件的一个重要概念，依赖与对物料的准确跟踪，以及设备状态和人员的精确管理，这方面此软件也提供很好的支持；另外，“订单排程”，模型应十分复杂，该软件做的十分出色，实现有限资源约束下的多目标排产调度，支持多种策略排产，还能对排程计划进行仿真。3. 生产单元管理中突出