SIMATIC IT HISTORIAN在烟用二醋酸纤维素生产中的应用
2005/12/25 23:41:00
【摘要】本文介绍了西门子MES核心产品SIMATIC IT HISTORIAN实时数据库及客户端工具在流程生产中的具体应用。被称为“丝束管控系统”的应用项目以HISTORIAN为桥梁，向下连接PCS7控制系统，向上连接ERP。作为工厂区域性的MES局部应用内容，它的作用明显，效果良好。
【关键词】MES 醋酸纤维
1．项目背景
南通醋酸纤维有限公司（以下简称NCFC）是集热电、化工、轻纺为一体的大型工业企业，生产区域按其功能分为3块，即：丝束区域、醋片区域和公用工程区域，主要产品为烟用二醋酸纤维丝束及其原料二醋酸纤维素片。
2004年，NCFC开始四期扩建工程，扩建后的规模将是原来的一倍，丝束区域的扩建是四期工程的重要部分。丝束管控系统从提高车间生产的整体管理方面强化了PCS7控制系统的功能，它跟踪并参与了整条流水线上各个环节的生产控制，使原料的化工反应到半成品的质量控制再到成品的打包入库等整个产品形成过程实现了全集成自动化，它同时将相关数据信息提交到ERP系统。
2．系统架构
丝束生产过程是一个连续生产过程，其底层控制系统为SIEMENS PCS7。PCS7的HMI系统采用服务器客户端方式，即由两对互为冗余的WINCC SERVER和多个WINCC CLIENT组成，总的I/O数约1万多点。丝束管控系统一方面通过OPC接口与PCS7系统通讯，获取实时过程数据并进行归档；另一方面控制着业务流程的正确执行，保证了生产效率和质量。从功能上分，丝束管控系统包含工单管理、条码标签管理、物理化学检验、打包输送调度、成品检测入库、过程数据报表、质量数据统计分析、综合数据查询等子系统。系统总体结构图如下所示：
系统总体结构图
3．功能简介
3.1过程数据采集和归档
生产过程数据的采集是MES系统和厂级生产管理信息化系统（ERP/MIS）的信息来源和基础，在本项目中，实现了对丝束生产过程中的制浆、纺丝、卷曲、烘干、摆丝、打包、输送等完整地生产流程进行生产过程和工艺数据的采集（约3000点），对于无法从控制系统中直接获得的设备维修、质量抽检采样等信息，则通过人工录入方式，保证MES系统可以获得完整的生产管理信息。在数据实时交互、数据存储和后处理方面，丝束管控系统都有较高的要求：
●实时性
系统需要实时的与过程控制系统进行交互，例如：
1. 通过过程信号触发生成产品的流水包号（PackageID）。
2. 某些实验室数据需直接写入过程控制系统作为控制的参考值。
3. 需要根据生产情况对输送系统进行调度。
●海量数据存储和查询
1. 大量的过程数据需要压缩归档。
2. 用户可以在最短的时间那获得任意时间段的历史数据。
●需要对数据作进一步的分析处理。
1. 对质量数据进行进一步的分析处理，如质量稳定性分析、SPC分析等。
2. 对设备的运行、备用和检修时间进行统计，分析设备绩效。
3. 根据产品序号和工艺单对问题产品进行追溯。
SIMATIC IT HISTORIAN是我们一开始就在寻找的解决方案，在四期项目中我们用它取代了以往自行开发以上功能的方式，得到了非常好的效果。
3.2生产管理
工单管理
工单定义了某种产品的规格和相关的工艺参数。工单由工艺工程师制定并由管理人员批准。工单是针对某条生产线执行的，工单执行后相应工艺参数被下发到过程控制系统，产品的规格和批号也由工单中定义的数据取代。有时，重大的工艺调整需要停车执行，这时可以设置一个工单预执行时间，系统会根据这个时间自动的微调各个生产单位的生产周期，使得在预执行时间附近，大部分生产单元都能完成当前周期，从而可大大减少了停车时间。
工单是联系过程控制系统和管控系统的重要环节，通过每一个产品的产品序号都能查询到所对应的工单从而获得当时重要设备控制参数的数据，为质量追溯提供了依据。
从工单管理系统可以实时查询各条生产线正在执行和将要执行的工单情况。
条码生成
丝束管控系统中的产品序号是以条码的方式在业务流程中流转的。条码信息中包含了产品规格、批号（在工单中定义）、生产流水号、班号和生产日期。在一个产品开始生产时系统自动生成条码并打印多份，一部分随产品取样送制实验室以便实验室系统读取样品的生产序号，一部分将随产品送至后面的打包、水份检测和入库环节。
生产序号具有唯一性，它贯穿了从半成品到成品入库的生产流程，是质量监控和跟踪的关键索引。
质量检验
操作工可以事先定义好各种类型产品的检验项目和取样时间。当取样时间到达时系统会自动产生消息提示。实验室人员对样品进行检验后录入或系统自动从实验室设备采集试验数据，并根据条码扫描仪读取的产品序号生成检验记录。实验室最新生成的检验数据能立即在各个客户端上显示，同时系统能够自动判异，不合格的记录将会产生报警，这样处于生产一线的人员可以实时获得质量信息，以便对生产做出及时调整。
打包输送
打包系统首先具有输送调度的功能，它需要根据各条生产线上的产品生产进度自动生成或手动建立行车调度任务信息并写入PCS7输送系统。输送系统将最先生产好或优先级最高的丝束送至指定打包机打包称重。打包系统自动从称重仪采集重量数据并根据条码扫描仪读取的产品序号生成产品出厂标签。
成品入库
成品入库系统是对丝束包进行最后的检查，将成品丝束包数据移入成品库并提交到ERP系统。成品库具有以下功能：
1) 提供库位管理功能。丝束包入库时对应存放的库位，便于查找。可对库位进行预定义，丝束包入库时可自动对应适合存放的库位。
2) 提供个性化挑包功能。丝束包出库时，可根据用户需要（包的品种、质量特性以及各特性的优先级等），自动选择合适的丝束包，同时获得这些包存放的库位。
3) 提供丝束包数据处理功能。可以用“数据修改”对选中的丝束包毛重、净重进行修改，如修改出错或其它一些原因；可以用“数据恢复”对选中的丝束包恢复毛重、净重的原始数据。
4) 提供疑问包处理功能。可以用“疑问包设定”对选中的丝束包打上疑问包标志；用“疑问包处理”对已打上疑问标志的丝束包进行处理，其中可处理成正品或废品；可以用“疑问包恢复”对选中的疑问包进行原始数据恢复。
5) 提供试验包处理功能。“试验包申请”对选中的丝束包打上试验包标志；“试验包使用”对每次使用的试验包进行记录和净重修改；“试验包恢复”对选中的试验包进行原始数据恢复。
3.3质量管理
丝束管控系统的理念体现为：将质量管理贯穿于产品“原料－制造－售后服务”始终，做到“源头可预防，过程可监控，结果可分析”。也就是将丝束产品从生产到销售的每一个环节的信息均进入管控系统，并受到管控系统的监控，对于任何产生的质量问题，可以由管控系统进行对过程的分析，查找问题的根源。
●源头预防
在原料采购，辅助生产设施（公用工程），纺丝到成品的生产过程均有相应的车间作业子系统，这些子系统具有对特定环节的质量检验功能，可判别环节本身的质量是否符合要求，对可能影响产品质量的因素进行源头预防。贯彻预防原则是现代质量管理的核心与精髓。
与此同时，这些子系统负责将检测、采集的质量数据及关键工艺参数等信息保存到服务器，以便进行各种相关的质量分析。为确保原始数据的完整、准确，数据采集和输入具有“手动/自动”两种模式，可相互切换，一旦“自动”方式出现故障，可由操作员采用“手动”方式人工输入数据。
●过程监控
车间作业各子系统除了完成本身的操作任务外，还负责对质量的监控。比如：断丝报警系统、原材料检测、公用工程重要参数、制浆/丙酮数据、物检和化检数据、摆丝中断信息及包水份数据等，这些信息一方面在本地岗位实时地反映出来，另一方面，这些信息将被综合在一起，实时地反映在中央控制室或其他指定的地点，使生产过程的质量得到全面的监控。
●结果分析
基于完整的过程数据和信息，质量分析手段和方法才是有效的。在源头预防和过程监控得到保证的前提下，着重做好对质量结果的分析。为此，系统将提供多种质量统计分析报表及专业的质量分析方法，并提供相关多因素分析功能，使不同时间段的参数能在一起进行分析。
4． 小结
该系统已于2005年6月9日投入正常运行并得到了用户的充分肯定。SIMATIC IT HISTORIAN的稳定和高效使我们在跟以往相比很短的时间内(从HISRORIAN产品到货至项目竣工仅3个月)完成了丝束管控系统的应用开发。它真正的像一座桥，衔接着管理层和控制层，将过程数据报告第一时间反映到管理者的面前。同时开发人员也可以不在拘泥于具体的IT技术，而将精力集中于对业务流程的优化。
SIMATIC IT HISTORIAN仅仅是SIEMENS MES软件家族的一个成员，SIMATIC IT 提供了一整套公司业务及生产流程的MES解决方案，我们相信SIMATIC IT MES一定会在中国制造型企业的信息化过程中占有一
【关键词】MES 醋酸纤维
1．项目背景
南通醋酸纤维有限公司（以下简称NCFC）是集热电、化工、轻纺为一体的大型工业企业，生产区域按其功能分为3块，即：丝束区域、醋片区域和公用工程区域，主要产品为烟用二醋酸纤维丝束及其原料二醋酸纤维素片。
2004年，NCFC开始四期扩建工程，扩建后的规模将是原来的一倍，丝束区域的扩建是四期工程的重要部分。丝束管控系统从提高车间生产的整体管理方面强化了PCS7控制系统的功能，它跟踪并参与了整条流水线上各个环节的生产控制，使原料的化工反应到半成品的质量控制再到成品的打包入库等整个产品形成过程实现了全集成自动化，它同时将相关数据信息提交到ERP系统。
2．系统架构
丝束生产过程是一个连续生产过程，其底层控制系统为SIEMENS PCS7。PCS7的HMI系统采用服务器客户端方式，即由两对互为冗余的WINCC SERVER和多个WINCC CLIENT组成，总的I/O数约1万多点。丝束管控系统一方面通过OPC接口与PCS7系统通讯，获取实时过程数据并进行归档；另一方面控制着业务流程的正确执行，保证了生产效率和质量。从功能上分，丝束管控系统包含工单管理、条码标签管理、物理化学检验、打包输送调度、成品检测入库、过程数据报表、质量数据统计分析、综合数据查询等子系统。系统总体结构图如下所示：
系统总体结构图
3．功能简介
3.1过程数据采集和归档
生产过程数据的采集是MES系统和厂级生产管理信息化系统（ERP/MIS）的信息来源和基础，在本项目中，实现了对丝束生产过程中的制浆、纺丝、卷曲、烘干、摆丝、打包、输送等完整地生产流程进行生产过程和工艺数据的采集（约3000点），对于无法从控制系统中直接获得的设备维修、质量抽检采样等信息，则通过人工录入方式，保证MES系统可以获得完整的生产管理信息。在数据实时交互、数据存储和后处理方面，丝束管控系统都有较高的要求：
●实时性
系统需要实时的与过程控制系统进行交互，例如：
1. 通过过程信号触发生成产品的流水包号（PackageID）。
2. 某些实验室数据需直接写入过程控制系统作为控制的参考值。
3. 需要根据生产情况对输送系统进行调度。
●海量数据存储和查询
1. 大量的过程数据需要压缩归档。
2. 用户可以在最短的时间那获得任意时间段的历史数据。
●需要对数据作进一步的分析处理。
1. 对质量数据进行进一步的分析处理，如质量稳定性分析、SPC分析等。
2. 对设备的运行、备用和检修时间进行统计，分析设备绩效。
3. 根据产品序号和工艺单对问题产品进行追溯。
SIMATIC IT HISTORIAN是我们一开始就在寻找的解决方案，在四期项目中我们用它取代了以往自行开发以上功能的方式，得到了非常好的效果。
3.2生产管理
工单管理
工单定义了某种产品的规格和相关的工艺参数。工单由工艺工程师制定并由管理人员批准。工单是针对某条生产线执行的，工单执行后相应工艺参数被下发到过程控制系统，产品的规格和批号也由工单中定义的数据取代。有时，重大的工艺调整需要停车执行，这时可以设置一个工单预执行时间，系统会根据这个时间自动的微调各个生产单位的生产周期，使得在预执行时间附近，大部分生产单元都能完成当前周期，从而可大大减少了停车时间。
工单是联系过程控制系统和管控系统的重要环节，通过每一个产品的产品序号都能查询到所对应的工单从而获得当时重要设备控制参数的数据，为质量追溯提供了依据。
从工单管理系统可以实时查询各条生产线正在执行和将要执行的工单情况。
条码生成
丝束管控系统中的产品序号是以条码的方式在业务流程中流转的。条码信息中包含了产品规格、批号（在工单中定义）、生产流水号、班号和生产日期。在一个产品开始生产时系统自动生成条码并打印多份，一部分随产品取样送制实验室以便实验室系统读取样品的生产序号，一部分将随产品送至后面的打包、水份检测和入库环节。
生产序号具有唯一性，它贯穿了从半成品到成品入库的生产流程，是质量监控和跟踪的关键索引。
质量检验
操作工可以事先定义好各种类型产品的检验项目和取样时间。当取样时间到达时系统会自动产生消息提示。实验室人员对样品进行检验后录入或系统自动从实验室设备采集试验数据，并根据条码扫描仪读取的产品序号生成检验记录。实验室最新生成的检验数据能立即在各个客户端上显示，同时系统能够自动判异，不合格的记录将会产生报警，这样处于生产一线的人员可以实时获得质量信息，以便对生产做出及时调整。
打包输送
打包系统首先具有输送调度的功能，它需要根据各条生产线上的产品生产进度自动生成或手动建立行车调度任务信息并写入PCS7输送系统。输送系统将最先生产好或优先级最高的丝束送至指定打包机打包称重。打包系统自动从称重仪采集重量数据并根据条码扫描仪读取的产品序号生成产品出厂标签。
成品入库
成品入库系统是对丝束包进行最后的检查，将成品丝束包数据移入成品库并提交到ERP系统。成品库具有以下功能：
1) 提供库位管理功能。丝束包入库时对应存放的库位，便于查找。可对库位进行预定义，丝束包入库时可自动对应适合存放的库位。
2) 提供个性化挑包功能。丝束包出库时，可根据用户需要（包的品种、质量特性以及各特性的优先级等），自动选择合适的丝束包，同时获得这些包存放的库位。
3) 提供丝束包数据处理功能。可以用“数据修改”对选中的丝束包毛重、净重进行修改，如修改出错或其它一些原因；可以用“数据恢复”对选中的丝束包恢复毛重、净重的原始数据。
4) 提供疑问包处理功能。可以用“疑问包设定”对选中的丝束包打上疑问包标志；用“疑问包处理”对已打上疑问标志的丝束包进行处理，其中可处理成正品或废品；可以用“疑问包恢复”对选中的疑问包进行原始数据恢复。
5) 提供试验包处理功能。“试验包申请”对选中的丝束包打上试验包标志；“试验包使用”对每次使用的试验包进行记录和净重修改；“试验包恢复”对选中的试验包进行原始数据恢复。
3.3质量管理
丝束管控系统的理念体现为：将质量管理贯穿于产品“原料－制造－售后服务”始终，做到“源头可预防，过程可监控，结果可分析”。也就是将丝束产品从生产到销售的每一个环节的信息均进入管控系统，并受到管控系统的监控，对于任何产生的质量问题，可以由管控系统进行对过程的分析，查找问题的根源。
●源头预防
在原料采购，辅助生产设施（公用工程），纺丝到成品的生产过程均有相应的车间作业子系统，这些子系统具有对特定环节的质量检验功能，可判别环节本身的质量是否符合要求，对可能影响产品质量的因素进行源头预防。贯彻预防原则是现代质量管理的核心与精髓。
与此同时，这些子系统负责将检测、采集的质量数据及关键工艺参数等信息保存到服务器，以便进行各种相关的质量分析。为确保原始数据的完整、准确，数据采集和输入具有“手动/自动”两种模式，可相互切换，一旦“自动”方式出现故障，可由操作员采用“手动”方式人工输入数据。
●过程监控
车间作业各子系统除了完成本身的操作任务外，还负责对质量的监控。比如：断丝报警系统、原材料检测、公用工程重要参数、制浆/丙酮数据、物检和化检数据、摆丝中断信息及包水份数据等，这些信息一方面在本地岗位实时地反映出来，另一方面，这些信息将被综合在一起，实时地反映在中央控制室或其他指定的地点，使生产过程的质量得到全面的监控。
●结果分析
基于完整的过程数据和信息，质量分析手段和方法才是有效的。在源头预防和过程监控得到保证的前提下，着重做好对质量结果的分析。为此，系统将提供多种质量统计分析报表及专业的质量分析方法，并提供相关多因素分析功能，使不同时间段的参数能在一起进行分析。
4． 小结
该系统已于2005年6月9日投入正常运行并得到了用户的充分肯定。SIMATIC IT HISTORIAN的稳定和高效使我们在跟以往相比很短的时间内(从HISRORIAN产品到货至项目竣工仅3个月)完成了丝束管控系统的应用开发。它真正的像一座桥，衔接着管理层和控制层，将过程数据报告第一时间反映到管理者的面前。同时开发人员也可以不在拘泥于具体的IT技术，而将精力集中于对业务流程的优化。
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