生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)在卷煙生產(chǎn)中的應(yīng)用

呂希勝，許巖峰

LV Xi-sheng1, XU Yan-feng2

（1. 中國科學(xué)院 沈陽自動(dòng)化研究所 工業(yè)信息學(xué)重點(diǎn)試驗(yàn)室，沈陽 110016；2. 吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，延吉 133000）

生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)在卷煙生產(chǎn)中的應(yīng)用

Applications of production planning and scheduling system in cigarette production

呂希勝1，許巖峰2

LV Xi-sheng1, XU Yan-feng2

（1. 中國科學(xué)院 沈陽自動(dòng)化研究所 工業(yè)信息學(xué)重點(diǎn)試驗(yàn)室，沈陽 110016；2. 吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，延吉 133000）

針對(duì)企業(yè)計(jì)劃層和生產(chǎn)控制層之間的斷層問題，闡述了制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System)在煙草行業(yè)的應(yīng)用，并就其中關(guān)鍵模塊——生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，包括制絲生產(chǎn)計(jì)劃制定、卷包生產(chǎn)計(jì)劃制定、生產(chǎn)通知單派發(fā)、制絲生產(chǎn)過程控制、卷包生產(chǎn)過程控制等功能模塊，并對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用效果進(jìn)行了介紹。

計(jì)劃與調(diào)度；卷煙生產(chǎn)；制造執(zhí)行系統(tǒng)

0 引言

煙草行業(yè)作為一種特殊行業(yè)，兼有國家宏觀調(diào)控和市場經(jīng)濟(jì)的特征[1]。目前，煙草企業(yè)間的競爭加劇，難以依靠傳統(tǒng)技術(shù)及改造提升其競爭力。而通過引入信息技術(shù)，全面實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化，提升企業(yè)綜合競爭力，已成為煙草工業(yè)企業(yè)贏得市場與利潤的有效手段。MES系統(tǒng)主要解決企業(yè)整體優(yōu)化中生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)過程的脫節(jié)問題，這一問題長期以來不僅直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且成為制約現(xiàn)代企業(yè)內(nèi)部信息集成和企業(yè)之間供應(yīng)鏈優(yōu)化的瓶頸[2]。在MES系統(tǒng)中，計(jì)劃與調(diào)度模塊處于非常重要的位置，負(fù)責(zé)整個(gè)車間的計(jì)劃管理以及資源調(diào)度等多項(xiàng)重要功能，在車間優(yōu)化控制方面，計(jì)劃與調(diào)度管理更是處在最重要的位置。

本文通過探討制造執(zhí)行系統(tǒng)的內(nèi)涵，介紹了MES在延吉卷煙廠制絲、卷包生產(chǎn)線上的應(yīng)用。依托延吉煙廠MES系統(tǒng)項(xiàng)目，研究并開發(fā)了生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度管理系統(tǒng)，充分考慮了月生產(chǎn)計(jì)劃、原輔料庫存狀況、車間生產(chǎn)能力等因素，對(duì)制絲、卷包生產(chǎn)的調(diào)度方法做了一些研究工作。該系統(tǒng)已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用，很好地完成了制絲、卷包生產(chǎn)的計(jì)劃與調(diào)度管理，大大地提高了生產(chǎn)效率。

1 煙草行業(yè)實(shí)施MES的必要性

1.1 煙草企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營特點(diǎn)的需要

煙草行業(yè)國家實(shí)行專控,其生產(chǎn)總量由國家計(jì)劃下達(dá)，煙草工業(yè)企業(yè)只能在國家計(jì)劃的基礎(chǔ)上，進(jìn)行進(jìn)一步分解，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低成本，以此來滿足消費(fèi)者的需求[3]。目前煙草工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃受市場影響越來越大，大部分企業(yè)明顯感到計(jì)劃跟不上變化，面對(duì)銷售部門對(duì)產(chǎn)品交貨時(shí)間的嚴(yán)格要求，面對(duì)營銷計(jì)劃的不斷調(diào)整和生產(chǎn)過程中品名的更換，造成了生產(chǎn)計(jì)劃不斷變更。在這種生產(chǎn)模式下，企業(yè)的銷售部門需要對(duì)生產(chǎn)部門的情況非常了解，掌握生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，避免簽訂不合理合同，避免出現(xiàn)交貨期根本無法保證等問題；而生產(chǎn)部門也需要及時(shí)掌握當(dāng)前的各項(xiàng)訂單情況、要能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)的歷史情況和現(xiàn)時(shí)數(shù)據(jù)，快速準(zhǔn)確地根據(jù)銷售合同和調(diào)度計(jì)劃制訂科學(xué)合理的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃。要實(shí)現(xiàn)上述的功能要求,需要的不僅是先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和能力，更重要的是保證從接單——編排生產(chǎn)計(jì)劃——生產(chǎn)——控制——派送等一系列各個(gè)環(huán)節(jié)的信息暢通，在企業(yè)的計(jì)劃層與生產(chǎn)控制層之間建立起“直通車”。

1.2 煙草行業(yè)發(fā)展需要

全國煙草行業(yè)總體上是一個(gè)產(chǎn)大于銷的狀況，生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于市場需求。找出影響產(chǎn)品質(zhì)量和導(dǎo)致成本增加的因素，提高計(jì)劃的實(shí)時(shí)性和靈活性，同時(shí)又能改善生產(chǎn)線的運(yùn)行效率已成為每個(gè)企業(yè)所關(guān)心的問題[4]。煙草企業(yè)要達(dá)到成本和質(zhì)量的雙贏，必須嚴(yán)格控制產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程和影響生產(chǎn)的各種因素。有效的方法就是加強(qiáng)對(duì)原材料和人員工時(shí)的全面監(jiān)控與調(diào)度，對(duì)生產(chǎn)線上的各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行有效地監(jiān)控和信息管理，加強(qiáng)生產(chǎn)資源綜合調(diào)度管理，使之發(fā)揮最大效益。

1.3 煙草企業(yè)信息化的需要

目前，煙草企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)過程集成化程度很高，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，在長期的信息化應(yīng)用過程中，實(shí)現(xiàn)了過程的自動(dòng)化。在管理信息化方面，隨著企業(yè)信息化建設(shè)的不斷深入，ERP等信息化管理軟件，逐漸為眾多的企業(yè)所接受，并開始廣泛應(yīng)用于企業(yè)管理中，企業(yè)也因此取得了一定的管理效益，但是應(yīng)當(dāng)看到，煙草企業(yè)底層生產(chǎn)控制系統(tǒng)雖已基本實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化，并且在此基礎(chǔ)上形成了相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，但是每個(gè)系統(tǒng)都有各自的處理邏輯、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)模型和通信機(jī)制，從而形成一個(gè)個(gè)信息孤島，導(dǎo)致信息資源缺乏共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理[5]。充分利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為管理層提供建設(shè)性的信息成為關(guān)鍵。

2 卷煙生產(chǎn)過程

卷煙生產(chǎn)過程一般分兩段：前段是制絲過程，后段是卷包過程。過程系混合生產(chǎn)模式，兼有流程行業(yè)和離散行業(yè)的特點(diǎn)，其生產(chǎn)過程示意圖如圖1所示。第一階段是生產(chǎn)成品煙絲，第二生產(chǎn)階段是利用成品煙絲以及相應(yīng)的輔料，通過卷接包裝工序，最終生產(chǎn)成品煙。

圖1 卷煙生產(chǎn)過程

制絲生產(chǎn)線負(fù)責(zé)完成煙絲制作任務(wù)，并將成品煙絲通過風(fēng)力送絲傳送到卷包車間，進(jìn)行卷接操作，最終形成成品煙。延吉卷煙廠制絲生產(chǎn)線有6000KG葉絲線和3000KG葉絲線兩條生產(chǎn)線，另外還有一條梗絲線、一條薄片絲線、一條梗顆粒線。除葉絲線外，另外的生產(chǎn)線為葉絲線提供煙絲中間產(chǎn)品，如梗絲、薄片絲、梗顆粒等。這些中間產(chǎn)品按一定比例摻配到葉絲中，經(jīng)過加香加料后便成為成品煙絲。梗絲線分為洗梗處理段、潤梗處理段、梗絲加料段、梗絲膨脹段四個(gè)工藝段。葉絲線分為葉片真空回潮段、葉片篩分加料段、葉片切絲段、葉絲干燥段、摻配加香段、貯絲房進(jìn)料段、貯絲房出料段等工藝段。成品煙絲按不同的品牌分放在不同的貯絲柜當(dāng)中，并通過風(fēng)力送絲，由管道直接送給卷接包車間的卷接設(shè)備。

卷包車間生產(chǎn)設(shè)備類型比較單一，基本上是卷接設(shè)備和包裝設(shè)備，工藝流程也比較簡單，就是利用成品煙和相應(yīng)的輔料，通過卷接設(shè)備制成煙支，再利用包裝機(jī)制成條包煙，由于該過程所用的輔料種類非常多，每種輔料消耗量非常大，如何有效得減少消耗是企業(yè)所追求的目標(biāo)，在這過程中，生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度的合理，會(huì)減少不必要的浪費(fèi)，從而降低單耗，提高生產(chǎn)效率。

圖2 制絲線布局圖

卷煙生產(chǎn)屬于典型的混合式生產(chǎn)，制絲階段是大批量少品種的生產(chǎn)，而卷接階段屬于多品種的組裝式生產(chǎn)。整個(gè)生產(chǎn)線自動(dòng)化程度較高，生產(chǎn)設(shè)備比較先進(jìn)，大都能提供生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為信息化提供數(shù)據(jù)源支持。為了能充分利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)，把上層計(jì)劃層與生產(chǎn)現(xiàn)場控制層緊密聯(lián)系起來，生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用。作為MES系統(tǒng)中的一個(gè)重要模塊，它串聯(lián)起整個(gè)生產(chǎn)，是MES系統(tǒng)中的核心模塊之一。下文將就延吉煙廠MES系統(tǒng)中的計(jì)劃與調(diào)度子系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的介紹。

3 系統(tǒng)功能描述

3.1 功能結(jié)構(gòu)圖

整個(gè)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)的主要任務(wù)是接收公司下達(dá)的月生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)車間的產(chǎn)能以及倉庫庫存情況以及銷售需要等進(jìn)行排產(chǎn)操作，進(jìn)而確定卷包周生產(chǎn)計(jì)劃，再根據(jù)卷包周生產(chǎn)計(jì)劃以及煙絲計(jì)劃單耗可以得出制絲周生產(chǎn)計(jì)劃。根據(jù)周生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行相應(yīng)的原料和輔料需求，通知到倉儲(chǔ)部門進(jìn)行備料操作。完成備料操作后，再制定日生產(chǎn)計(jì)劃，并把指令下達(dá)到車間，經(jīng)過車間調(diào)度人員確認(rèn)后，將生產(chǎn)指令下達(dá)到生產(chǎn)設(shè)備，完成整個(gè)卷煙生產(chǎn)。其主要模塊有計(jì)劃接收、計(jì)劃排產(chǎn)、物料需求、指令調(diào)度、生產(chǎn)追蹤。

圖3 計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

計(jì)劃接收：接收公司的月生產(chǎn)計(jì)劃，并根據(jù)各車間的具體情況進(jìn)行一些修改。

計(jì)劃排產(chǎn)：根據(jù)各車間、各主要設(shè)備狀態(tài)、庫存情況等，把接收到的月生產(chǎn)計(jì)劃分解成周日生產(chǎn)計(jì)劃，生成計(jì)劃通知單下發(fā)到車間。

圖4 生產(chǎn)處制定周生產(chǎn)計(jì)劃流程

物料需求：根據(jù)制定的周生產(chǎn)計(jì)劃，生成物料需求單，并下達(dá)到倉庫進(jìn)行備料操作。

指令調(diào)度：根據(jù)產(chǎn)品牌號(hào)獲取工藝參數(shù)信息，并按照工藝段分別下達(dá)到相應(yīng)的設(shè)備，為生產(chǎn)提供保障。

生產(chǎn)追蹤：對(duì)計(jì)劃的完成情況進(jìn)行追蹤，并對(duì)實(shí)時(shí)庫存、設(shè)備狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)控，為計(jì)劃的制定提供參考。

3.2 工作流程

圖5 車間到工藝段計(jì)劃流程

圖6 工藝段指令下達(dá)流程

整個(gè)工作流程分成三部分，一部分是制絲、卷包周生產(chǎn)計(jì)劃通知單生成，該部分根據(jù)月生產(chǎn)計(jì)劃以及庫存情況，進(jìn)行排產(chǎn)操作，生成周生產(chǎn)計(jì)劃，并生成物料需求單，具體流程如圖4所示；第二部分車間接收生產(chǎn)處下達(dá)的日計(jì)劃，然后根據(jù)設(shè)備狀態(tài)和貯柜狀態(tài)進(jìn)行指令調(diào)度操作，具體流程如圖5所示。最后一部分是調(diào)度指令下達(dá)，根據(jù)生產(chǎn)通知單獲取相應(yīng)的工藝參數(shù)，根據(jù)貯柜狀態(tài)進(jìn)行路徑選擇和貯柜選擇操作，并將指令下達(dá)到生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，具體流程如圖6所示。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及效果

圖7 制絲調(diào)度系統(tǒng)操作界面

本系統(tǒng)基于.net平臺(tái)，應(yīng)用WPF技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，充分利用實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，在實(shí)時(shí)歷史庫方面利用GE的iHistorian實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫；在關(guān)系數(shù)據(jù)方面，該系統(tǒng)利用Oracle數(shù)據(jù)庫和SQL Server數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，完成異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)與廠級(jí)管理數(shù)據(jù)的融合，保證了數(shù)據(jù)的安全性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

該系統(tǒng)從關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle數(shù)據(jù)庫中讀取公司計(jì)劃信息、廠級(jí)計(jì)劃信息、庫存信息等，在SQL Server數(shù)據(jù)庫中讀取廠級(jí)計(jì)劃信息并進(jìn)行狀態(tài)反饋，并將工藝信息、班組信息等上傳到Oracle數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；將SQL Server數(shù)據(jù)庫中的計(jì)劃信息、工藝信息轉(zhuǎn)換成調(diào)度指令，下達(dá)到生產(chǎn)設(shè)備上。

以往的生產(chǎn)通知單和調(diào)度指令全是用手工傳送，傳送過程中會(huì)產(chǎn)生大量時(shí)間浪費(fèi)，并且可能會(huì)出現(xiàn)偏差，采用該系統(tǒng)后可以自動(dòng)傳遞到生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，為操作人員提供了方便。

5 結(jié)論

該系統(tǒng)接收公司的生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)庫存和銷售等信息安排廠級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃，然后根據(jù)車間的設(shè)備狀態(tài)和庫存狀態(tài)，再按照一定的規(guī)則進(jìn)行排產(chǎn)調(diào)度工作，生成生產(chǎn)通知單和調(diào)度指令，然后將生產(chǎn)通知單下發(fā)到相應(yīng)的工藝段，將調(diào)度指令下載到指定設(shè)備上。通過計(jì)劃將整個(gè)生產(chǎn)流程串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化和追蹤。整個(gè)系統(tǒng)采用.net平臺(tái)開發(fā)，使用模塊化的組織方式，整個(gè)系統(tǒng)具有良好的交互性、可用性和可擴(kuò)展性，有利于系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)。該系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，很好地完成了制絲、卷包計(jì)劃與調(diào)度管理，極大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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TP311

A

1009-0134(2010)11(上)-0012-04

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(上).04

2010-05-14

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(60674114)；國家863高技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目(2007AA040702)

呂希勝（1982 -），男，山東高密人，博士，研究方向?yàn)樯a(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度。