当前卷烟市场的竞争日益激烈, 要想赢得市场、赢得用户就必须全面提高企业的综合竞争力。信息集成和系统集成是信息时代提高企业竞争力的综合性技术。虽然许多烟草企业通过不断提高生产线自动化程度和引进先进的企业级管理信息系统（如MRPⅡ、ERP 等）, 使本企业的生产管理水平和市场竞争力有了一定的提高。但MRPⅡ/ERP 主要是针对企业资源计划, 它不能全面、实时、准确地反映当前生产现场设备的状态信息和生产数据。同时, 现场生产设备控制系统也不能将即时生产信息传给上层信息管理系统。这种"信息孤岛" 成了企业ERP 等上层管理系统顺利实施的瓶颈, 企业难以实时反应, 导致企业上层计划缺乏有效的下层实时信息支持、下层控制环节缺乏上层优化的调度与协调[1]。如何将先进的生产线控制系统和企业级的生产管理信息系统有效地结合起来, 在两者之间搭起桥梁以提供信息的转换,这是企业信息化建设迫切解决的问题。生产执行系统（MES）恰好能解决这一难题。MES 是处于计划层和车间层操作控制系统SFC 之间的执行层, 主要负责生产管理和调度执行。它使用全面实时精确的数据, 优化从定单到产品完成的整个生产活动。烟草行业是一个典型的流程制造业, 且设备自动化程度高。为了充分挖掘先进设备的生产能力, 优化生产行为, 全面提高企业信息化管理水平, MES 的建设与应用尤为重要。本文正是基于这一思想, 根据烟草企业的信息化现状及特点, 提出了烟草企业MES的构建和应用。
1 烟草企业信息化和生产管理的现状及特点
随着烟草企业信息化建设的不断深入和发展, "以信息化促进工业化" 成为烟草企业提高生产经营水平的必然选择。在管理信息化方面, ERP 等信息化管理软件广泛应用于企业管理中, 企业也因此取得了一定的管理效益。另外, 烟草企业整个生产过程自动化很高, 在长期的信息化应用过程中, 自动化技术十分广泛,实现了基础自动化和过程自动化, 并且在此基础上形成了相对独立的系统。但是每个系统都有各自的处理逻辑、数据库、数据模型和通信机制, 它们形成一个个"信息孤岛", 缺乏必要的整合, 缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理。更重要的是, 以过程控制为核心、侧重工艺参数优化的生产制造过程信息, 远没有与以流程管理为核心、侧重资源配置优化的ERP 整合起来。ERP/MIS 系统经常因缺乏准确与实时的数据而无法发挥作用, 从而使自动化系统的信息资源不能得到有效的利用。在ERP所关注的各项资源中, 生产过程信息在企业的管理系统中始终是"离线" 的, 生产过程信息始终不能连续、自动、完整的反映在企业管理系统中。这样在管理信息系统和生产控制系统之间, 存在一个信息流通上的断层。在卷烟制造企业中, 这是影响企业信息化整体水平的"鸿沟"。
另外, 卷烟企业在生产管理上普遍存在着一些问题: 生产计划与生产组织随市场需求波动大; 生产信息传递技术、手段落后, 信息反馈不及时; 生产信息错、漏过多, 受控文件管理存在漏洞; 产品的可追溯性差等。制造执行系统（MES）是位于上层的计划管理系统与底层的生产过程控制系统之间的面向车间层的管理信息系统[2], 是贯通两者的信息桥梁和纽带, 在烟草企业信息化中起着重要的作用。
2 烟草企业MES 的建设目标及其构建
在烟草企业, MES 的建设目标主要是:
（1） 建立统一的生产指挥调度平台。
（2） 实现生产过程、产品质量的在线监控,提高快速反应能力, 使生产管理由被动型向以预防为主、在线控制的主动实时型管理体系发展。
（3） 提供质量在线跟踪控制和预警提示, 促进质量管理观念的转变, 使质量管理模式由抽样检验逐步过渡到预防为主、实时控制的模式。
（4） 促进质量管理标准的优化, 使质量控制更趋精确。
（5） 加强统计分析方法及工具的运用, 更好地服务于各级管理。
（6） 实现与其它系统的集成。烟草企业在将MES 导入到企业的运作体系中时, 需要先完善管理基础, 根据自身情况选择好"合身" 的MES 软件系统, 采用科学的实施方法, 才能保证MES 正常运行和发挥效用。
首先，企业需要健全自身的管理体系:
（1） 定置和改善车间环境。能工巧匠通过定置管理, 理顺物流, 为MES 的实施提供良好的车间环境。
（2） 合理分工, 明确职责。对企业的业务流程进行合理重组, 除去重叠的职能部门, 减少无效劳动, 合理分工, 明确职责。这样既可以简化MES 软件的权限设置和流程控制, 又能保证信息处理的及时性, 为MES 的实施提供组织保证。
（3） 提供人员保证。对相关人员进行足够的培训。
其次, 在硬件安装完毕和运行MES 系统之前, 需要准备并录入一系列基础数据, 还要对缺少或尚未明确规定的基础数据做大量的分析研究工作。
再者, 在模拟运行、制定工作规程及录入基础数据的基础上, 应对系统各模块逐项试运行。试运行时既要按原来的手工管理模式进行操作, 又要按MES 的管理模式进行操作。
此外, 卷烟企业在建设MES 时还需要注意几个问题: 要注重流程生产企业的特点; 要强调系统的整合性, 避免信息化孤岛; 要注意相同模块的不同侧重点; 要做好MES 和ERP 的衔接工作; 要重视阶段化的成果积累。
在妥善搞好MES 的前期工作之后, 根据烟草企业的特点, 构建烟草企业MES 的功能模块主要包括数据采集、实时监控与报警、生产计划调度、设备维护管理、过程质量控制、基础数据和文档管理、车间管理、物料追踪及统计分析等9 大功能模块。
（1） 数据采集: 数据采集系统为MES 提供全面实时准确的现场数据, 同时各种标准文件、作业指导书、通知调度指令等通过MES 传送到各设备现场, 指导现场的各种操作行为。
（2） 实时监控与报警: 以全厂数据采集为基础, 通过一个高度集成的系统监控平台, 实时监控各工序生产情况, 实现生产过程、产品质量、设备状态的在线监控, 并且建立各种在线控制参数预防报警机制, 发现异常, 及时报警, 提高快速反应能力。
（3） 生产计划调度: 根据产销计划, 实现生产能力平衡测算和报警、卷包作业计划的自动生成和下达、制丝作业计划的编制调整和下达, 保证生产计划按时间、进度的要求顺利实施。
（4） 设备维护管理: 设备维护管理包括设备运行管理、设备预防性维护管理、设备检查（点检） 管理、突发性维修管理、备件管理及备件耗用分析等。
（5） 过程质量控制: 根据质量标准, 对生产过程数据进行实时检验分析, 以保证产品的质量, 并将质量缺陷信息实时反馈到生产现场,以便卷包及时采取改进措施。具有质量数据跟踪、管理和分析等功能。
（6） 基础数据和文档管理: 包括质量标准、工艺控制参数、维保项目、设备基本信息以及其它基础数据的维护与查询。
（7） 车间成本管理: 以采集数据为基础,实现生产成本的考核与管理。
（8） 物料追踪: 提供原辅料消耗及批次的追踪功能。
（9） 统计分析: 以现场数据为基础, 对生产、设备、质量、消耗等信息进行统计分析,不断完善质量控制标准、优化生产组织、提供设备保障能力、降低原辅料消耗。
3 卷包设备数据采集技术分析
数据采集是MES 的主要功能基础。针对各种卷包设备的不同特点, 我们采用不同的数据采集技术和方法。
（1） 对PROTOS 卷烟机, 在不改变目前的SRM 重量控制系统的前提下, 用工控机取代IT80 显示器。系统采取从设备端子排上取信号和从工控机上提取数据相结合的技术, 不仅实现了原IT80 上各种数据的实时采集, 而且实现了嘴棒、盘纸、水松纸等消耗数据的采集, 同时, 对原有显示终端上的各界面进行汉化。
（2） 对PASSIM70/PASSIM80 卷烟机, 一是生产数据采集: 由专用智能通信系统, 实时提取MAID-N 系统/工控机中的相关生产数据, 对MAID-N 系统/工控机中没有采集的生产数据如盘纸, 嘴棒、水松纸等, 采用提取其对应传感器信号的方式实现数据的完整采集。二是设备运行状态采集: 设备运行状态数据直接提取MAID-N 系统/工控机中统计的各项数据。
（3） 对PLC 控制方式的GDX2 包装机, 设备本身具备数据采集功能人机交互终端OPC 上可以实时显示各种现场数据。通过对GD 主控机与OPC 间通讯协议GDLAN 的解剖, 从GD 主控机（SERVER）上提取各种现场数据, 在不外加任何传感器的前提下, 实现了设备主要产耗数据、设备状态数据、故障停机原因、烟支（包）剔除等多种现场数据的实时采集, 采集数据齐全,具有较强的实时性。
（4） 对非PLC 控制的GDX2, 采取从设备端子排上取信号和从MICROⅡ网络上提取数据相结合的技术, 实现现场数据的实时采集。
（5） 对GDX1（软包机）, 利用PLC 采集相关传感器信息或处理数字或脉冲信号, 建立相应数据处理模型, 从而获取相应生产统计与设备运行状态信息。
（6） 对B1 包装机, 由于该设备本身不具备完善的数据采集功能, 为了实现生产数据采集,采用提取其部分传感器信号和安装外加传感器的方式; 设备运行状态的集方式: 一是对其电器柜中的显示器进行汉化, 取出上面显示的设备运行信息; 二是对其三个设备运行提示板上的指示灯信号进行采集, 统计其设备运行状态。
4 探讨MES 的发展趋势
4.1 实施MES 的效益
MES 是面向车间层的生产管理技术与实时信息系统, 是实施企业敏捷制造战略、实现车间生产敏捷化的基本技术手段, 它的应用给企业带来了巨大的经济效益。以下若干统计数据是由国际MES 协会通过调查研究确定的, 具有充分的根据[3]: 平均减少制造周期时间45%; 一般减少数据输入时间为75%; 平均减少半成品（WIP）24%; 平均减少为交班而准备的纸面工作61%; 平均减少引导时间27%; 平均减少纸面工作和设计蓝图所带来的损失56%; 平均减少产品缺陷18%。
4.2 MES 面临的挑战
＊ 上MES 项目时如何使得公司和企业形成双赢局面。
＊ 不同行业之间的MES 应用存在巨大差异。
＊ 对MES 系统维护的矛盾。
＊ 建立一种共同语言, MES 的整合不是轻而易举的。
＊ 建立一种共同的通信协议书。
＊ 建立有效的管理改变机制。
＊ 正确地评估症结所在。
＊ 对事务负荷和数据模型的要求做出定量分析和配置。
4.3 MES 的发展趋势
随着企业生产模式逐渐向敏捷制造发展,企业业务流程重组（BPR）的实施、企业环境的异构性以及企业间动态联盟的组建等等都将对MES 提出更高的要求, 传统的MES 解决方案难以适应敏捷制造的要求。同时, 信息技术的发展和制造企业的竞争需求也将带动MES 应用技术的不断进步。面向敏捷制造的MES 不仅要费用合理, 更要具有良好的可集成性（Integratability）、可配置性（Configurabilty）、可适应性Adaptability）、可扩展性（Extensibility）和可靠性（Rdliability）[4]。因此, 国外许多组织和研究机构已经开始研究面向敏捷制造的MES。
5 结束语
（1） MES 在整个企业信息集成系统中承上启下, 是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁。对于ERP, 脱离MES 将无法根据市场需求去组织、管理和优化生产。
（2） 要使企业信息技术网络的投资迅速取得回报, 从MES 入手是一种明智的选择。但MES 的实施需要恰当的规划和细致的分析。
（3） MES 的发展和应用是一个漫长过程,要取得长期的成功, 要求改造制造环境, 要求获得有组织的支持, 要求管理机制作适应性的改变。
（4） 随着计算机支撑技术的发展, 开发更加模块化、更具柔性的MES 成为了可能, 实施和维护MES 的成本大大降低。因此, MES 作为流程CIMS 的核心, 在流程工业企业的综合自动化进程中有很好的应用前景。
参考文献:
[1] 吴澄主编. 现代集成制造系统导论——-概念、方法、技术和应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 施普林格出版社, 2002.6.
[ 2] MESA International. MES Explained: A High LevelVision[C]. MESA International White Paper6, 1997.
[3] Michael mcClellan. Applying Manufacturing ExecuionSystems[M]. US: CRC Press, 1997.
[4] 于海斌, 朱云龙. 可集成的制造执行系统[J]. 计算机集成制造系统CIMS, 2000, 6（6）: 1-6.
