基于IEC/ISO 62264标准的MOM制造运行管理系统

原创 猿小六 2018-02-26 阅读 373 次
本文共12030个字,预计阅读时间31分钟。

MOM制造运行管理的概念作为从MES发展出的概念,具体会如何影响企业的信息化实践,目前仍然看不到清晰的思路。基于IEC/ISO 62264标准构建统一的MOM制造运行管理系统显然是最容易、最明显的思路。具体到如何去实现MOM制造运行管理系统,下面浙江大学的这篇论文,已经作了详细的阐述,不妨可以借鉴一二。

摘要:基于IEC/ISO62264国际标准对制造运行管理的结构划分,提出了一种面向制造企业的制造运行管理系统。该系统由工厂资源信息管理平台和四个运行管理子系统构成。通过构建工厂资源信息管理平台,实现对企业各类制造数据的集成和统一管理,以解决制造执行系统实践中信息难以有效地集成与共享的问题;通过设计四个运行管理子系统,实现对企业的生产运行、维护运行、质量运行和库存运行的全面管理与维护,以解决制造执行系统片面地关注生产执行的问题。通过将该系统应用于某乳制品生产企业,验证了所提方法的可行性与有效性。

0引言

自从美国先进制造研究协会(Advanced Manufacturing Research, AMR)于1990年首次提出制造执行系统(Manufacturing Execution System, MES)的概念以来,MES已经逐渐成为国内外学术界和产业界研究与应用的热点,并在实践中取得了长足发展和广泛应用。MES国际联合会(Manufacturing Execution System Association International, MESA)于1997年陆续发表了MES白皮书,分析了应用MES的作用与效益,论述了MES与计划系统和控制系统集成的可行性,给出了MES描述性定义,并提出了含有11个功能模块的MES功能模型。文献[8]~文献[9]综述了MES国内外的研究现状和发展趋势;文献[10]介绍了一种基于仿真技术的MES设计与实现方法;文献[11]给出了一种基于网格的MES系统建模方法;文献[12]提出了一种面向离散车间的可重构MES体系结构及其实现方法;文献[13]提出了一种基于知识集成的车间制造系统运行模式,并用于构建MES系统;文献[14]应用模型驱动方法实现了MES系统的可重构;文献[15]应用MES实现了产品质量的动态追溯。但在MES的发展与实践过程中也遇到了一些问题:①由于MES应用的行业之间差异巨大,不同MES产品的设计理念和发展历程不相同,MES和企业的业务系统及控制系统之间的边界往往难以清晰地界定,从而导致MES与其他软件产品之间常常存在较多的重叠,交互关系也不够清晰;②由于缺少通用的MES集成模型或集成平台,导致MES的通用性差,可扩展性不足,各种数据难以实现有效的集成与共享;③由于绝大多数MES只关注生产执行的核心作用,对维护运行、质量运行和库存运行的重视程度有限,通常将其弱化为处理能力十分有限的功能模块,有时甚至缺少这部分功能,并且未提高到与生产运行相类似的复杂程度来描述,难以充分满足现代制造企业对其制造运行区域的业务管理需求,进而直接影响对企业的运行管理效果。

针对这些问题,美国仪器、系统和自动化协会(Instrumentation, Systems, and Automation society, ISA)于2000年开始发布ISA-SP95标准,首次正式确立了制造运行管理(Manufacturing Operations Management, MOM)的概念,从而避免对MES边界的争论,针对更广义、更明确的MOM划定边界,将MOM作为该领域的主体研究对象和研究内容,以解决MES边界范围不确定的问题;同时,构建了MOM通用活动模型,应用于生产、维护、质量和库存四类主要运行区域,并详细定义了各类运行系统的功能及各功能模块之间的信息交互关系,从而将以生产执行为主体的MES框架扩展至生产运行、维护运行、质量运行和库存运行并重的MOM框架。该标准共分为六个部分,其中第一部分~第三部分已经正式发布,并由国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISO)和国际电工委员会(International Electro technical Commission, IEC)联合采用为国际标准《IEC/ISO62264企业控制系统集成》。自该标准正式发布以来,国内外学术界和产业界都开始重视对它的理解和使用,如何将该标准用于指导制造企业信息化的研究与实践,已成为该领域的新课题。文献[21]提出一种基于IEC/ISO62264标准的扩展模型,通过装置、过程与产品三个维度的模型扩展,实现了与车间级的各种通用标准的集成与共用;文献[22]提出了一种基于IEC/ISO62264的集成模型和ISO15745的互操作框架,使用当前状态信息,评估系统生产制造能力的方法,用于改进制造系统的响应能力;文献[23]分析并比较了IEC/ISO62264标准和产品模型数据交换标准(Standard for the Exchange of Product model data, STEP)在产品信息建模过程中的利弊,并将两者结合起来,建立了一种基于IEC/ISO62264标准的线束行业产品信息模型;文献[24]在IEC/ISO62264标准基础上,扩展了料架和变量两个元素,提出了一种扩展了的工厂模型。但这些研究成果多是针对企业制造运行管理中的局部问题,未从整体上依据IEC/ISO62264标准进行系统构架与设计,难以从根本上解决该领域存在的问题。文献[25]综合分析了基于IEC/ISO62264标准来进行企业生产调度系统与控制系统集成的研究现状、面临问题及未来发展趋势与挑战,但并未提出解决问题的具体方法;文献[26]综述了MOM的概念、范围、整体结构及信息交互等,介绍了MOM通用活动模型的框架与使用,并详细论述了MOM与MES之间的关系,为从整体上深入理解和使用MOM的概念和结构奠定了基础,但其并未提出具体的MOM系统构建与实现方法。

本文在文献[26]的基础上,基于对MOM框架合理性的论述及对IEC/ISO62264标准主要贡献的分析,提出了由工厂资源信息管理平台和四个运行管理子系统(生产、维护、质量和库存)共同构成的MOM系统的体系结构。在此基础上,介绍了工厂资源信息管理平台的主要功能构成及其实现方法,实现了对企业各类制造数据的集成和统一管理,以克服MES实践中信息难以有效集成与共享的缺陷;设计了四个运行管理子系统,实现了对企业的生产运行、维护运行、质量运行和库存运行的全面管理与维护,以克服MES片面地关注生产执行的缺陷。最后,以我国某乳制品生产企业干混生产线MOM系统的设计与实现为例,验证了上述方法的可行性与有效性。

1制造运行管理系统体系结构

1.1制造运行管理系统体系结构提出的背景

MOM指通过管理和协调企业的人员、设备、物料和能源等各类资源,把原材料或零件转化为产品的活动。IEC/ISO62264标准基于美国普度大学提出的CIM参考模型,将MOM细分为四类不同性质的主要区域,即生产运行管理、维护运行管理、质量运行管理和库存运行管理,如图1所示。图中粗虚线代表企业的业务计划区域与制造运行区域之间的边界,即给定了MOM的范围;白色椭圆和带箭头的实线段分别表示企业中与制造运行相关的基本功能及各功能之间交互的信息流;阴影区域则表示MOM内部所细分成的四类不同性质的主要区域。

基于IEC/ISO 62264标准的MOM制造运行管理系统

MOM关注的范围主要是制造型企业的工厂,生产运行是整个工厂制造运行的核心,是实现产品价值增值的制造过程;维护运行为工厂的稳定运行提供设备可靠性保障,是生产过程得以正常运行的保证;质量运行为生产结果和物料特性提供可靠性保证;库存运行为生产运行提供产品和物料移动的路径保障,并为产品和物料的存储提供保证。由此可见,维护运行、质量运行和库存运行对制造型企业不可或缺。同时,生产运行、维护运行、质量运行和库存运行的具体业务过程又相互独立、彼此协同,共同服务于企业制造运行的全过程。因此,采用生产、维护、质量和库存并重的MOM系统设计框架,比使用片面强调生产执行的MES框架更符合制造型企业的运作方式和特点。

1.2IEC/ISO62264标准的主要贡献

IEC/ISO62264标准的主要贡献是定义了用于描述企业各类制造资源的数据对象模型,以及用于描述企业制造运行过程的通用活动模型。通过数据对象模型及其属性的定义可实现数据的标准化,通过通用活动模型的使用可实现管理的规范化,从而实现数据和管理活动的分离,有利于系统设计、产品开发和工程实施。数据对象模型是采用统一建模语言(Unified Modeling Language, UML)进行定义与描述的。首先建立了三类基础资源对象模型(人员模型、设备模型和物料模型),作为构建其他制造资源的数据对象模型的基础;进而使用并汇集这三类基础资源对象模型,辅以特定的参数描述和从属性描述,联合生成了过程段模型。过程段指企业中一个生产段所需的所有资源和能力的汇集,可视为企业生产过程的基本粒度;过程段模型可作为构建企业制造运行信息对象的基本单位。通过联合使用并汇集过程段模型和前面定义的三类基础资源对象模型,便可进一步生成描述企业制造运行信息的对象模型,即运行能力模型、运行定义模型、运行调度模型和运行绩效模型等。这些数据对象模型可作为工厂统一建模的基本元素,用于将企业的各类制造资源进行模型化,以实现数据集成与管理的标准化,从而为解决数据的集成与共享问题提供基础性的支撑。

MOM通用活动模型则是采用如图2所示的功能与信息流结构图,对制造运行管理内部的四个运行区域 (生产运行、维护运行、质量运行和库存运行) 分别进行统一定义与描述。图中椭圆框表示MOM内部的主要活动,带箭头的实线段代表这些活动之间相互传递的各种信息流。通过这些主要活动及信息流的定义与描述,可以清晰地反映各个运行区域内部的基本运作过程,实现对各个运行过程成本、数量、安全和时间进度等关键参数的协调、管理和追踪。MOM通用活动模型可作为统一的系统框架设计模板,对生产运行、维护运行、质量运行和库存运行进行系统模块化设计与描述,以实现运行管理的规范化。

1.3制造运行管理系统体系结构基于IEC/ISO 62264标准的MOM制造运行管理系统

本文基于上述对MOM框架合理性和IEC/ISO62264标准主要贡献的分析,根据数据和管理活动分离的设计理念,提出了如图3所示的MOM系统体系结构。该体系结构由一个工厂资源信息管理平台和四个运行管理子系统 (生产运行管理子系统、维护运行管理子系统、质量运行管理子系统和库存运行管理子系统) 构成。其中工厂资源信息管理平台通过使用标准中定义的数据对象模型,实现对工厂各类制造数据的集成和统一管理,并向四个运行管理子系统提供结构化的工厂信息和制度化的操作规则,有效地解决了该领域信息化实践过程中遇到的信息集成与共享的问题。四个运行管理子系统分别通过使用标准中定义的MOM通用活动模型,同时利用工厂资源信息管理平台进行信息获取和彼此之间的信息交互,实现对各自相对独立的运作业务的维护与管理,并响应其余几个运行管理子系统的业务请求。下面分别就工厂资源信息管理平台和四个制造运行管理子系统的主要功能及其实现方法进行详细介绍。基于IEC/ISO 62264标准的MOM制造运行管理系统

2制造运行管理系统实现方法研究

2.1工厂资源信息管理平台

工厂资源信息管理平台的主要功能是对工厂的制造资源进行统一定义、解析和服务管理,可集成相关的外部数据;定义符合标准规范的数据结构和功能接口,为各个运行管理子系统提供结构化的工厂信息和制度化的操作规则,并提供消息通讯、工作流定义等公共服务。其中对工厂模型的统一定义、解析和使用是工厂资源信息管理平台的核心,具体可通过工厂模型定义类组件和工厂资源服务类组件两部分的设计来实现。工厂资源信息管理平台还可以根据具体需要,设计与开发其他服务类组件,保证信息管理平台功能的可扩展,以满足企业制造运作业务的特定服务需求。图4给出了工厂资源信息管理平台的结构示意图。基于IEC/ISO 62264标准的MOM制造运行管理系统

工厂模型定义类组件通过对工厂静态基础结构与要素进行组态,生成结构化的工厂模型,以实现对工厂制造运行区域的定义,主要包括制造所需的基础资源定义、能力定义和规则定义。其中基础资源定义主要依据标准中所定义的数据对象模型,对企业的基础资源对象(即人员、设备、物料、过程段等)及其属性进行定义与模型化,作为整个工厂模型构建的基本要素;能力定义则需结合企业各类制造资源运行和使用的情况,对企业的制造运行能力和未来资源可用性进行定义与描述,并将企业的资源区分为承担的产能、可利用的产能及难以达到的产能;规则定义主要依据企业制造运行的规则与特点,对企业的生产方案、产品定义、作业定义、操作规程、标准操作程序(Standard Operating Procedure, SOP)、安全运行规范等各种方法与规范类内容进行定义与描述,以实现对工厂制度化管理的统一建模。

工厂资源服务类组件则是在上述工厂模型的基础上,对工厂运行数据进行实时采集和处理,并与工厂模型相关联,实现对工厂模型的解析与使用,从而为整个MOM系统提供准确、实时的制造运行过程映像,用于事件处理与调度。它通过内部的模型解析管理工具对工厂模型定义部分的资源定义、能力定义及规则定义进行对象结构化处理,生成标准的对象结构,并传递给模型计算与服务引擎。模型计算与服务引擎则根据对象结构中的数据源定义进行过程数据的加载,通过标准的数据获取接口从数据源进行数据的实时采集,并为四个运行管理子系统的应用模块提供统一的工厂结构化对象信息。模型计算与服务引擎可以通过对象初始化、定期刷新、接受反馈信息等方式来更新缓存对象。

其他服务类组件是工厂资源信息管理平台根据企业实际需要定义的部分,它可能包括各种接口组件、显示组件、组织机构定义组件、权限设定组件、报表组件、编码组件及检索组件等。这些组件并不是工厂资源信息管理平台必备的核心组成部分,企业可以根据自身运作业务的特点,选择所需的组件,以满足对其运作业务的特定服务需求。

2.2制造运行管理子系统

本文依据制造型企业的制造活动特点,基于标准定义的MOM通用活动模型,采用统一的系统框架模板,设计了MOM各子系统具体实现的结构,如图5所示为该结构的示意图。基于IEC/ISO 62264标准的MOM制造运行管理系统

生产、维护、质量和库存四个运行管理子系统具有统一的系统实现结构,均包含六个主体功能模块,与MOM通用活动模型中六个主要活动相对应,分别是:调度模块、分派模块、执行管理模块、数据收集模块、跟踪模块和绩效分析模块。每个功能模块都需要在其所属的运行管理子系统内部完成性质相同但具体任务不同的特定功能,并完成系统内部功能模块之间的信息交互,以及特定功能模块与上层业务计划系统和下层过程控制系统之间的信息交互,以实现各个运行管理子系统相对独立的运作业务。MOM通用活动模型中的定义管理和资源管理在工厂资源信息管理平台中统一实现,各个运行管理子系统通过工厂资源信息管理平台获取信息,以保证各子系统对工厂运行规则的定义和制造资源的使用具有一致性。通过各个运行管理子系统的计划/请求信息下达过程和绩效/响应信息反馈过程,可以实现对制造运行过程的闭环管理与优化。下面分别介绍生产、维护、质量和库存运行管理子系统的主要功能实现过程。

(1) 生产运行管理子系统

生产调度模块接收上层业务计划系统下达的生产计划,结合由工厂资源信息管理平台提供的企业生产能力及资源使用状况信息,利用先进优化调度算法进行生产排程,将企业的生产计划分解为详细生产进度表;生产分派模块依据由工厂资源信息管理平台提供的资源可用性信息、产品生产规则及所需的物料清单与资源清单,将详细生产进度表进一步分解为生产任务分派清单;生产执行管理模块则需按照生产任务分派清单的安排,下达具体操作命令给指定的下层过程控制系统,并接收操作响应,保证所执行的操作按照标准的程序和规则进行,确保各种制造资源的准确分配。另一方面,生产数据收集模块按需要收集各种生产过程数据、资源状态数据及操作响应结果等,并进行数据的处理、整合与存储,形成资源历史数据,供生产跟踪模块和生产绩效分析模块使用;生产跟踪模块则基于资源历史数据、生产任务分派信息及生产绩效分析信息,跟踪整个生产过程的运行状态,记录物料移动的起点和终点,统计物料批次的数量信息和位置信息,最终形成生产过程报告和生产绩效信息,向生产调度模块和上层业务计划系统汇报;生产绩效分析模块基于资源历史数据、生产过程跟踪报告和生产任务分派信息,使用特定的制造系统性能评估方法,对生产运行状态进行分析与评估,并建立关键性能指标(Key Performance Indicator, KPI),作为量化的过程评价结果和过程优化的依据。

(2) 维护运行管理子系统

维护调度模块接收从业务系统或其他运行管理子系统发出的维护请求,根据工厂资源信息管理平台提供的设备运行状态及相关维护资源使用情况,创建详细的维护作业进度表;维护分派模块依据工厂资源信息管理平台提供的维护定义信息及维护资源可用性信息,将维护作业进度表进一步分解为维护作业工作单;维护执行管理模块需要按照维护作业工作单的安排下达具体维护命令给下层的维护作业系统,并记录维护工作执行的状态和结果,保证维护操作按照标准的程序和规则进行,确保维护作业过程中各种资源的正确使用。另一方面,维护数据收集模块按需要收集设备维护状态信息、维护资源使用信息及维护事件报告等,供维护跟踪模块和维护绩效分析模块使用;维护跟踪模块基于上述维护信息和维护事件报告,跟踪维护作业计划的执行情况及维护资源使用情况,并向维护调度模块和上层业务计划系统汇报维护作业执行状态、维护绩效分析结果、维护成本及资源使用情况等;维护绩效分析模块基于维护历史信息,对维护作业的执行过程、维护效果及所消耗资源进行分析与评估,确定问题区域和改进区域,并建立KPI指标,用于维护运行的改进与优化。

(3) 质量运行管理子系统

质量调度模块接收从业务系统或其他运行管理子系统发出的质量测试请求,根据工厂资源信息管理平台提供的质量测试资源使用情况及质量分析仪器运行状态,创建详细的质量测试进度表;质量分派模块依据工厂资源信息管理平台提供的质量测试定义信息和质量测试资源,以及分析仪器的可用性信息,将质量测试进度表进一步分解为质量测试工作单;质量执行管理模块需要按照质量测试工作单的安排下达具体的质量测试命令给下层的质量分析测试系统,并保证质量测试操作按照标准的程序和规则进行,确保各种测试资源和分析仪器的正确使用,同时按要求执行样品的留样管理;质量数据收集模块按需要收集质量测试结果、质量测试中间数据及质量测试报告,供质量跟踪模块和质量绩效分析模块使用;质量跟踪模块基于上述质量测试结果和测试报告,记录质量分析结果,跟踪质量测试流程,并向质量调度模块和上层业务计划系统汇报质量测试结果、质量绩效分析结果及测试资源使用情况等;质量绩效分析模块以改善产品质量为目的,建立KPI,对质量测试结果、测试性能及质量指标变化趋势等进行分析与评估。

(4) 库存运行管理子系统

库存调度模块接收从业务系统或其他运行管理子系统发出的库存请求,根据工厂资源信息管理平台提供的库存能力及库存资源使用情况,创建详细的库存作业进度表;库存分派模块依据工厂资源信息管理平台提供的库存定义信息及库存资源可用性信息,将库存作业进度表进一步分解为库存作业工作单;库存执行管理模块需要按照库存作业工作单的安排下达具体库存工作命令给下层的库存作业系统,并记录工作执行的状态和结果,保证产品和物料的移动过程遵循工作单程序和规则,确保库存运行中使用正确的资源。另一方面,库存数据收集模块按需要收集产品跟踪信息、质量跟踪信息、维护跟踪信息及库存资源使用信息,并向库存跟踪模块报告有关的库存运行状况和物料操作数据;库存跟踪模块基于上述数据收集报告,跟踪并记录有关的物料移动信息、物料存储管理信息,以及物料批次的数量信息和位置信息,并向库存调度模块和上层业务计划系统提供库存运行报告和库存响应信息;库存绩效分析模块以改善库存运行为目的,建立KPI,对库存损失情况、物料移动效率及库存资源利用效率等进行分析与评估。

由于生产运行、维护运行、质量运行和库存运行之间存在非常密切的业务联系,是一个有机的整体,四个运行管理子系统需要彼此协同工作,共同服务于整个制造运行区域。例如,当生产运行中的生产计划信息发生变更时,可能需要维护运行、质量运行和库存运行予以协同配合,以保证更新的生产计划能够有效地完成,其他亦然。各个运行管理子系统通过工厂资源信息管理平台传递彼此之间的业务请求与业务响应,以实现信息的集成和统一管理,避免各个运行管理子系统之间发生业务运作或资源使用的冲突。

此外,可以根据企业的特定需要,将运行管理子系统的实现结构应用于定义和描述企业制造运行区域内的其他管理活动,如生产安全管理、文档管理、突发事件应急管理等,以保证MOM系统具有良好的可拓展性。

3系统实现与应用

基于上述理论研究成果,设计开发了某乳制品生产企业干混生产线的MOM系统。干混生产线主要由干混单元、包装单元和装箱单元共同组成。按包装形式和产品类型可将生产单元组合为具有不同生产能力的包装线,干混单元是各包装线所共有的能力单元。此外,还有与干混生产线配套的存储单元,包括原料仓库、包装材料仓库、产品仓库及在制品(Work In Process, WIP)仓库等。该企业干混生产线主要包括内袋紫外线杀菌机、投料站、吨袋投料站、旋转筛分机、螺杆输送计量系统、主混合机、益生菌产品专用干混机、小料预混机、包装机及真空吸粉器等生产设备,以及原料贮罐、包装机料仓与产品贮罐等存储设备,其生产工艺流程示意图如图6所示。各设备均具有较为完善的自动化控制系统,包括重量控制、压力控制、料位控制、流量控制、原料识别纠错系统及自动反吹清洗系统。基于IEC/ISO 62264标准的MOM制造运行管理系统

针对该企业干混生产线的管理需求和基础自动化水平,基于本文所提出的MOM系统设计理念和实现方法,利用WebServices技术、数据库技术和.Net开发平台,设计并实现了该企业干混生产线的MOM系统。该系统采用浏览器/服务器(Browser/Server, B/S)工作模式,由基础层、基础组件层、业务应用层和表现层共同构成,其整体功能架构图如图7所示。该功能架构符合本文所提出的MOM系统的体系结构,满足IEC/ISO62264标准对MOM的结构划分,由基础层和基础组件层共同构成了工厂资源信息管理平台;在业务应用层实现了四个运行管理子系统对各自运作业务的维护与管理。基于IEC/ISO 62264标准的MOM制造运行管理系统

基础层提供数据库、WebServices及网络通信管理等基础服务,由实时数据库采集并存储过程数据,并与关系数据库进行信息交换,为基础组件层和业务应用层提供数据支撑。

在基础组件层,通过使用IEC/ISO62264标准中定义的数据对象模型,设计并提供各种服务组件,以实现2.1节提出的工厂资源信息管理平台的主要功能。其中工厂结构组件、产品定义组件和资源定义组件属于工厂模型定义类组件,资源服务组件和流程制定组件属于工厂资源服务类组件,组织机构定义组件、权限设定组件、显示组件、报表组件及接口组件属于其他服务类组件。这些组件实现的具体功能包括:对制造活动所需的各种资源(如人员、设备、物料、生产能力信息和产品定义信息等)进行定义;对工厂进行统一建模与定义,生成结构化的工厂模型;对从过程控制系统获取数据的方法进行定义;资源服务组件按照工厂模型的组态要求或业务应用层的请求,提供相关的信息服务。

在业务应用层,四个运行管理子系统基于IEC/ISO62264标准定义的MOM通用活动模型,采用2.2节提出的各子系统实现结构,分别实现了对生产运行、维护运行、质量运行和库存运行的管理和维护,并通过各子系统之间的协同,实现了对整个制造运行的一体化管理。同时,应用层还设置了综合展示与监控子系统,用于形式化地展现和监控整个制造运行的全过程。下面分别介绍各个子系统的主体功能。

(1) 生产运行管理子系统

通过详细生产计划管理模块实现滚动作业计划编制,并支持生产计划重排;通过生产分派模块实现生产作业计划的下达,并协同各工作请求,对工厂的生产过程事件进行处理;通过看板管理模块将生产指令、工序作业任务等下达到具体作业岗位,并反馈执行结果,以支持拉动式生产方式;通过WIP管理模块管理生产现场的各类在制品及包装材料等;通过生产跟踪模块实现对生产过程的监控和生产状况的报告;通过生产绩效分析模块实现从进度、质量和成本三方面进行的生产绩效分析,按照事先确定的评价方法计算各KPI,形成生产分析报告。

(2) 维护运行管理子系统

通过维护作业计划管理模块接收设备维护请求,制定设备维护计划、设备日常点检与巡检计划、备件采购计划及备件库存盘点计划等作业计划;维护工单管理模块根据设备维护计划的内容,制定并下达维护作业工单,跟踪维护许可和工单的执行状态;通过维护作业记录模块生成设备维护台账,包括作业许可证、作业条件(安全隔离或工艺隔离等)、资源消耗、维护检验结果和维护结果认可等内容,同时还生成设备点检记录和设备巡检记录等;通过维护跟踪模块跟踪维护计划的执行情况,并报告设备维护状态和维护绩效分析结果,如维护成本、大型设备连续运行时间、因设备故障导致的生产时间损失、设备健康状态等;通过维护绩效分析模块建立并计算各KPI,如响应时间、维护消耗定额、点检率、巡检率和完好率等,并分析维护作业消耗、报告维护能力、报告点检分析和巡检分析结果;通过备件库存管理模块实现对备品备件的入出库、移动、盘点及盘存处理等内容的管理,并实现备件库存控制。

(3) 质量运行管理子系统

通过质检计划管理模块完成质检计划的编制,接收或发送相关的外部请求,以保证与其他运行管理子系统的协同;样品分派模块基于测试与分析设备的负荷情况,分派具体的样品分析任务;通过样品检验过程监控模块监控样品分析任务的执行状态、药剂消耗情况及分析设备符合性等内容,并实现对数据的质量控制,如数据审核、数据修改、重新检验、重新采样及质检报告审批等;通过质量跟踪与回溯模块记录样品测试与分析结果,跟踪质量检验流程,报告质量检验结果、绩效分析结果等,并回溯质量分析过程;质量绩效分析模块围绕用户满意度、产品质量及成本,建立并计算各KPI,如响应时间、分析数据或分析报告的差错率,以及化学药剂消耗定额的执行偏差等,同时利用统计过程控制(Statistical Process Control, SPC)等方法,对测试与分析设备的可用性进行评估;留样管理模块对留样的入出库、保管及销毁等活动进行管理。

(4) 库存运行管理子系统

通过库存作业计划管理模块接收来自企业经营计划层的物料入库、产品销售出库、物料调拨计划、生产运行计划,以及来自生产运行管理子系统的物料请求,并生成物料作业计划,如收料、退料、产品入出库、物料移动、原料退库、质检请求和库存盘点等;通过库存分派模块实现物料作业任务的下达,并发出相关的质检请求、设备维护请求等;通过库存作业记录模块生成各类入库台账、出库台账、调拨台账、盘存台账及盘存处理台账等;通过库存跟踪模块跟踪库存作业的过程,报告库存状态和库存绩效分析结果,如物料库存能力、库容能力和物料移动设备的能力等;通过库存绩效分析模块建立并计算各KPI,如响应时间、库存损失、物料移动效率及库存资源利用效率等,分析库存作业消耗,报告库存能力。

(5) 综合展示与监控子系统

提供了生产流程图、曲线图、趋势图、报表和过程参数表等系统综合展示工具,实现对整个制造运行过程的实时展现和监控;还提供各类统计报表的生成与查询、关键过程变量历史变化趋势的查询与分析、异常工况的监测与报警等功能。可与人员无线射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)、红外线定位、视频监控等系统进行集成,实现对操作人员工作行为的跟踪与监控,以及非法人员进入操作区域的报警与视频记录。

表现层根据用户的实际需要,为MOM系统提供各种形式的输出。

目前,该MOM系统已经完成投运前的系统测试工作,各项测试结果良好。工厂资源信息管理平台运行稳定可靠,能够实现各类制造运行数据的集成和统一管理,可满足各个子系统的对象请求,并及时提供各种数据和模型的服务;各个运行管理子系统均达到了设计要求,并可通过工厂资源信息管理平台实现彼此的协同工作,能够满足该乳制品生产企业制造运行管理的要求。

4结束语

随着制造企业信息化过程中各类软件系统集成化与标准化的要求日益提高,以及IEC/ISO62264国际标准对业界的影响日益深入,将该标准用于指导制造企业信息化的研究与实践已成为该领域的新课题。本文在分析了MOM框架合理性和IEC/ISO62264标准主要贡献的基础上,采用生产、维护、质量和库存并重的MOM系统设计框架代替了该领域原有的片面强调生产执行的MES框架,提出了一种由工厂资源信息管理平台和即生产、维护、质量、库存四个运行管理子系统共同构成MOM系统,为该领域信息化系统能够基于IEC/ISO62264标准进行构建提供了参考性依据。

本文通过设计工厂资源信息管理平台,实现对企业各类制造数据的集成和统一管理,以解决MES实践中信息难以有效集成与共享的问题;通过设计四个运行管理子系统,实现对企业的生产运行、维护运行、质量运行和库存运行的全面管理与维护,以解决MES片面地关注生产执行的问题。以我国某乳制品生产企业干混生产线MOM系统的设计与实现为例,验证了上述方法的可行性与有效性。该方法为该领域信息化系统依据IEC/ISO62264标准的设计与实现奠定了基础。

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