运行优化与控制22MES系统

流程工业生产过程

运行优化方法与控制流程工业综合自动化教育部重点实验室

第三章流程工业制造执行系统一、流程工业MES系统的体系结构二、流程企业MES系统的功能特点三、流程企业MES中的应用软件与集成技术一、流程工业MES系统的体系结构

流程工业MES系统功能概述流程企业MES系统的体系结构流程企业MES中的主要功能模块流程企业MES中的相关软件系统流程工业MES系统

1.流程工业MES系统功能概述

MES是ERP和PCS之间的信息纽带，起着承上启下、前后贯通所有生产线的作用，是流程工业综合自动化系统实施的核心。

它向上沟通企业管理ERP平台，向下沟通现场控制设备PCS，起着实现产品设计、生产与质量监督、计划与物流调度、生产控制与管理全过程一体化的核心纽带作用。宝钢钢管厂调质区系统实施的相关信息国内自动化程度最高的钢铁企业。4级计算机系统：L1基础自动化级，L2过程计算机控制级，L3生产控制管理级（厂级），L4公司管理级。调质区只有一台L3终端，用于显示生产计划（指令）。实施MES系统后，增加了生产计划、物流跟踪、质量管理、设备管理等MES功能。调质区MES系统拓扑结构热处理基本知识金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

热处理一般包括加热、保温、冷却，有时只有加热和冷却。这些过程互相衔接，不可间断。加热温度是重要工艺参数之一：选择和控制加热温度

，是保证热处理质量的主要问题。一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺，是整体热处理中的“四把火”。

退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。生产计划L3进行质量设计产生作业计划操作者在L2服务器输入即将生产的合同号向L3服务器得到合同信息，和质量设计产生的加工工艺参数将生产工艺数据下到L1，作为生产指示数据，使PCS控制设备开始工作数据采集L2服务器增加实时生产数据采集功能质量分析时,通过炉温查询功能输入合同号和炉号,可自动显示出生产该批钢管时的炉温和节拍曲线。

质量分析管理查询和输入采样钢管的炉温最高值、最低值和平均值，水油淬冷却时间等，将这些数据组织成质量信息报文发给L3。在工作站上输入合同号和炉号,查询出生产该批钢管的时间段内的淬火炉、回火炉炉温,并显示出炉温曲线。设备管理L2操作人员输入故障原因、故障设备,并与自动保存的故障停机开始时间、故障停机结束时间一起构成故障停机保文发往L3服务器。L3将长期保存设备的故障记录,并统计每天的设备运转率和故障率。调质区MES系统程序结构1.提高系统复用性2.方便管理维护ERPPCS综合集成软件平台企业资源管理生产过程管理实时监控软件平台生产过程优化先进过程控制MES2.流程企业MES系统体系结构实时数据库关系数据库MES层ERP层PCS层传感器、执行机构、在线分析仪资产管理资产动态管理实时调度生产管理中间库存管理ERP企业资源管理生产过程管理物流计划生产成本计划生产计划物流控制与管理生产成本控制与管理生产调度中间产品管理安全控制与管理质量控制生产过程模型化生产过程模拟基于工艺目标与技术经济指标的过程优化控制接口与信息界面

生产过程支持系统先进控制设备维护管理知识信息运行操作支持FCS系统DCS系统PLC系统3.MES主要功能模块生产过程模型——MES系统的核心生产过程管理生产过程支持系统基于工艺与经济指标的过程优化实时调度质量管理安全控制与管理设备维护管理生产流程模拟4.MES系统报表输出数据库解题器求解诊断及结果输出MPS文件生成数据录入图形建模接口MES信息集成计划调度静态优化先进控制监测生产统计企业工作流周期图信息集成平台实时数据库监控软件综合集成软件平台流程模拟软件数据校正软件质量监控软件优化调度和计划排产软件故障诊断及安全管理软件MES系统软件体系模型(1)

实时数据库监控软件平台

以实时数据库为核心，实时监控与管理生产过程；支持PCS先进控制软件与MES过程优化软件的集成；支持异构、模块化的各种软件的运行；关键技术：可靠性、冗余容错技术、数据获取技术和人机界面技术等。实时数据库系统的作用实时/历史数据库系统先进控制与过程优化各种监控应用生产调度优化ERP（企业资源计划系统）人工操作数据DCS/PLC/FCS工控系统实验室数据基于生产模型的数据整合(1)

实时数据库监控软件平台

实时监控软件平台的特点：

〇高可靠性

〇高安全性

〇硬件互联能力

〇软件互联能力

〇平台软件的服务能力

〇支持过程控制软件的标准接口技术

〇具备实时数据库和大数据量分散处理功能

〇具有丰富易用的人机交互界面

〇以Internet/Intranet为目标的网络能力实时数据库平台网络结构(2)综合集成软件平台

目的：实现企业信息的集成；主要技术：数据库管理技术、数据挖掘技术、计算机网络技术和系统集成技术；综合集成软件平台必须建立数据仓库、全厂信息模型和数据模型、对异构分布式多数据源进行互操作。

流程模拟软件

内容：基础物性数据库、工艺机理和模型辨识相结合的混合建模工具；生产过程模型、关键装置动态模型、方程求解和优化算法库；模型建立和仿真计算过程的多媒体呈现。

功能：过程优化计算功能；经济评价功能；数据拟合回归及参数估计功能；参数灵敏度分析功能。

功能：用于消除测量数据的误差;实现物流数据、能量数据的平衡计算;为生产计划调度、流程模拟和仪表计量等提供准确和一致的现场数据。关键技术：

物流、能量流模型的建立，多源数据集成；准稳态数据校正方法，显著误差组合检测方法。(4)数据校正软件数据校正工程化软件的功能与实施

生产数据数据校正软件DCS数据LIMS数据人工数据显著误差检测数据协调流程工业CIMS应用统计报表生产调度生产计划流程模拟仪表维护(5)质量监控软件功能：及时准确获取生产现场数据，建立质量数据历史数据库；运用统计计算工具分析评价系统运行的情况，发现质量变化的原因；根据质量分析评价结果作出质量控制的决策，提供改进质量的建议。

关键技术：统计计算工具；质量数据历史数据库的建立和分析方法。(6)优化调度和计划排产软件

优化生产方案，为企业创造最佳经济效益：产品结构优化；产品质量优化；经济效益优化。利用最优化方法对流程工业企业生产装置的每个生产方案进行详细分析计算，指导原材料购买、生产操作等，并提供企业的中短期的生产计划。关键技术：多目标最优化方法技术、图形化建模技术；模型在线诊断技术、物料平衡分析技术、报表自行组态技术；计划与调度优化月生产计划日生产作业调度生产过程公用工程系统库存生产方案设定过程模型生产计划/调度系统的框架上级指令市场信息生产计划/调度功能结构生产计划/调度功能结构