ISA95与MES的工程应用
[摘要]随着ERP系统和自动化系统建设的逐步完善，企业对于生产现场的组织管理提出了需求，各企业开始实施MES系统的建设。介绍烟草企业在易地技改新厂区的MES系统建设情况。MES系统实施实现了生产过程的信息化管理，使得从定单到成品入库全过程实现自动化。
[关键词]OA
中图分类号：C94 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0820061－01
一、背景
近年来，我国烟草行业发展面临国际化的严峻考验，逐步实施了行业内跨区域合并重组，及企业内部的业务调整。烟草企业大多数实施了“按客户订单组织货源”的管理，这使得在激烈的市场竞争中，产品订购具有一定的时效性。卷烟市场营销正在从生产导向快速地演变成市场导向。在这种生产模式下，生产部门必须快速准确地制订科学合理的生产调度计划，保证在企业的计划层与生产控制层之间建立联系。
陕西中烟业务经过整合，宝鸡卷烟厂核心业务主要转向生产。随着重心的转变，烟厂需要强化的是企业生产制造集成能力，以计划、调度、执行、控制为信息化的主要支撑点。以MES为核心“按定单组织生产，确保生产过程的最优”生产管理模式成为企业异地建设的重要内容。
目前，宝鸡卷烟厂正处在建设新厂易地技改的时期，通过大规模设备改造与更新，即
将实施制丝集控系统、卷接包数采集控系统、动力能源监控系统、物流集控系统等，实现各生产作业单元的管控一体化；原有的ERP系统，网络基础设施建设，以及将要实施的自动化系统，为MES系统的实施创造了必要的条件，使得在各自动化系统基础上实现企业生 宝鸡卷烟厂MES系统包括以下13个功能：生产配置管理、生产作业优化排产、作业调度与发布、生产过程监控、现场作业管理、设备维护管理、生产物料管理、生产人员管理、计量数据管理、生产成本管理、质量管理、生产跟踪与追溯、生产统计分析。产的优化调度与控制成为可能。
企业在长期的信息化应用过程中，实现了基础自动化和过程自动化，形成了相对的系统。但是每个系统之间缺乏必要的整合和统一管理。在生产管理上存在生产信息不能实时反馈，产品的可追溯性差等问题。生产制造执行系统（Manufacturing Execution System 即 MES）, 处于计划层与控制层之间，成为企业实现生产活动与经营活动的有效集成、优化运行、优化控制与优化管理的桥梁和纽带。
二、系统组成
宝烟生产执行系统（MES），位于ERP、仓储和自动化控制层之间，负责生产作业计划执行、资源调度优化、物料管理与配方、能源供应控制、操作管理和必要数据信息转换等数据集成应用。主要包括产品生产查询、生产调度、生产监视、过程质量控制、能源消耗等。
根据生产制造特点，宝烟MES结合企业生产组织机构和管理模式，逐步建成满足企业生产中心有效运行的生产制造执行系统，在支撑和保障系统的支持下，实现企业制造系统的优化调度、现场监控和生产数据实时采集，实现与企业卷烟生产业务分系统的信息集成以及底层生产自动化系统的接口，为企业提供准确、可靠的基础数据。主要系统包括如下:
生产车间作业调度子系统；
设备运行状态管理子系统；
生产现场数据采集子系统；
生产现场实时监控子系统；
实现与企业卷烟生产业务系统的集成化运行。
三、项目总体架构
（一）系统总体技术架构
MES系统以SOA为系统技术架构、以ISA 95标准为MES业务架构，构建宝鸡卷烟厂MES系统。有效集成各种异构系统间的信息，以服务组件方式封装MES系统与ERP系统、各自动化控制系统之间的接口，使MES系统具备更好的扩展性、装配性和可移植性。借助微软基于SOA技术架构的.NET的分层架构，同时支持WEB与传统应用模式（C/S）。
陕西卷烟总厂宝鸡卷烟厂MES配置：双机热备的数据库服务器、负载均衡的应用服务器、提供WEB服务的WEB服务器、与各自动化系统和ERP系统集成的系统集成服务器、支持自动化系统的实时数据收集的实时数据库服务器，从而确保MES应用的稳定、可靠、实时和高效。
SOA是英文Service-Oriented Architecture， 面向服务架构，能更加真实地反映出与业务模型的结合，有效集成各种异构系统间的信息。
使用微软基于SOA技术架构的.NET的分层架构，在NET体系下所有的软件程序都按照表示层、业务层、数据层的三层结构进行划分的，多层次的技术架构同时支持WEB与传统应用模式（C/S）。
（二）系统软件架构
MES应用一般分成两类：生产管理：各种业务管理，如计划、质量、设备维护等，多是人工数据；生产过程管理：使用采集数据，数据量大，来自控制系统集成
系统软件架构采用双平台，不同的平台处理不同业务，MES开发平台负责处理生产管理等事务性和手工的应用，WONDERWARE系统平台负责实时数据应用的生产过程管理。两个平台在MES体系架构设计中，在技术上紧密结合在一起，形成统一的平台。
数据库：由于传统的关系型数据库技术不适于工厂数据的高速采集及储存，实时数据库可以用超过其他关系型数据库数倍的速度获取工厂数据，占用存储空间小，能在现场实时数据环境发挥其强大功能。因此，在架构中，对不同数据采用不同数据库系统管理。管理数据仍然使用关系数据库系统ORACLE；而实时数据选择Wonderware实时数据库系统（简称InSQL）。
MES开发平台：基于 .NET技术，在纵向架构上主要分为应用服务器、应用系统、通用接口三层，应用服务器与应用系统通过通用接口实现双方的交互。支持XML的数据语义（TXML）和用户视图，并提供相应设计及配置工具。
Wonderware平台：有助于管理所有的实时信息和历史信息包括数据转换与存储。能够直接访问关键绩效指标(KPIs)、SPC、停机时间和OEE信息、现场数据计算、事件及警
报，以及历史数据。
（三）系统运行平台
MES系统是基于计算机网络的分布式应用系统，系统运行平台包括硬件平台和软件平台。
硬件平台:包括网络和计算机主机（由服务器与客户机组成）两部分。在宝鸡卷烟厂MES项目建设中，充分利用现有网络、客户机资源，通过增加相应的服务器硬件，搭建整个MES系统硬件平台。MES系统服务器包括数据库服务器、应用服务器、WEB服务器。对于数据库服务器使用双机冗余热备保证数据安全可靠。对于应用服务器和WEB服务器，采用多机集群的方式，实现负载均衡。
系统软件:包含操作系统、.NET运行环境、数据库、MES应用服务（C/S）、MES WEB服务、数据集成中间件等。操作系统采用Microsoft公司Windows 系列产品；数据库使用Oracle公司的Oracle 9i；在MES应用服务端和MES客户端运行.NET2.0环境。中间件采用IBM MQSeries。
四、数据安全保障
系统通过身份验证、授权、数据验证和保护敏感数据等手段，为系统数据安全提供了保障。
身份验证：采用统一的身份认证平台，唯一地标识了客户端应用程序的用户，只有经过认可的用户才能访问应用程序的全部或部分。
授权：确定唯一标识的用户可以执行的操作。
数据验证：确保只有适当的和有效的数据才能被应用程序接受。
保护敏感数据：确保应用程序存储和传输的敏感数据是安全的。对敏感数据进行加密可以确保数据不会被篡改，从而维护其完整性。
五、系统技术特点
（一）系统集成
MES需要承担的重要工作之一就是在底层的工控系统和上层的计划系统间加工与传递信息,进行系统间的纵向整合。通常，在MES项目的实施中，很多控制系统是在不同时期建设的，由于涉及不同软硬件供应商，系统间接口往往成为定义的难点，很容易影响到项目的成果。
此次MES实施正处在建设新厂易地技改的时期，MES与各自动化系统基本上是同步实施，这为系统间的无缝集成提供了良好的基础。按照企业信息化建设的规划要求，由MES系统制定详细的各自动化系统集成接口标准、功能划分规范，便于各系统与之集成。集成接口标准的制定使得MES系统能与各自动化系统快速无缝集成，功能的合理划分使得系统应用更加方便，层次更加清晰，资源得到更有效的利用。在统一规划下，MES系统不仅可以与各自动化系统实现数据集成，还可以实现应用集成、业务集成。
（二）数据采集
MES系统是建立在完善的制丝数据采集系统、卷接包数据采集系统、质量检测器具等
各类数据采集系统上的，将数据采集系统与MES系统由统一厂家实施，更便于制定统一完善的数据采集系统数据采集标准，及实现与各类数据采集系统的接口。
六、结论
MES系统的实施，引入了现代企业生产管理理念，对企业生产管理流程进行重组和优化，促进企业生产管理水平的提高，以现有基础设施为基础扩展，对原有资源进行合理整合,保护已有投资，为企业提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品和服务的，提高企业的市场竞争力。
