车间自动化系统实施可行性报告_自动化可行性报告
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车间自动化系统实施可行性报告
随着制造行业信息化的不断深入、市场不断地发展，产品的竞争越来越激烈，市场给企业带来的压力也越来越大。企业要在激烈市场竞争中占据有利的地位，就要不断地改进自己企业管理的思想，降低产品的成本，不断地增强企业的核心竞争力，同时还要提高产品的质量以及为用户提供优质的服务。
目前，我车间生产管理还主要是以粗放式的手工管理为主，这样的管理远远落后于市场以及用户对企业的要求。一个企业要想生产出高质量、低成本的产品，就必须对生产管理进行信息化，用计算机的精确管理、控制代替手工的粗放式管理，用以实现生产管理的有效性、高效率性以及低成本性。
一、车间自动化系统的概述
1、车间生产的特点
车间生产的产品既有多种小批量的产品又有大量的流水作业的产品。在选择系统时要综合考虑，使系统能结合我们车间的生产情况，使之达到很好的契合。
2、应用系统的要求
对车间整个生产过程进行分析,系统主要完成以下四个方面的工作：
(1)生产任务分解。生产车间按照月生产计划对生产任务分析，这其中需要了解原料库存信息、正在制造的产品信息、物料清单和工艺信息，进而对生产任务进行分解，制定出生产线能力需求计划。
(2)生成车间作业计划。根据生产线能力需求计划得到车间作业计划，包括外购需求计划、班组作业计划、原材料需求计划等。其中，原材料需求计划即根据生产产品所需的库存原材料的数量，而外购需求计划主要是针对某些原材料，本厂基地没有种植或不能自己生产的原料，需要在外采购，则提出申请购买计划；
(3)作业管理。作业管理则包括工作流程的控制、工序的控制及执行。(4)统计分析。由专人对每天完成的产品进行统计分析，产生各种报表，若安装的系统能每天自动生成各种报表更好。
3、应用系统的模块划分
结合面食车间的实际情况，建议整个系统分为系统管理、系统资源管理、计划管理、仓库管理、查询与打印五个模块。系统主要功能模块如下：
(1)系统管理。系统管理主要是用户权限管理。包括用户资料的添加、删除、修改以及对应的权限，在这里，根据岗位的需求设置不同的权限，使每个人浏览的内容以及负责区域不同，然后管理者设置最高权限，可以实现对整个系统操控，对整个产品生产过程中的信息进行了解。
(2)资源管理。资源包括产品物料信息表、库存信息表、在制品信息表、操作工人信息表和外购厂商资料表等基本数据。管理则是实现对它们的添加、删除、保存功能。
(3)计划管理。生产计划管理包括生成生产计划、车间作业计划、车间生产进度计划、原材料需求计划，以及对它们的添加、删除、保存。原材料需求计划是根据各部门的生产计划产生的物料清单减去库存数量以及在制品信息数量计算得到。这些计划都需要考虑能力需求与车间实际提供的能力是否平衡。如果能力足够，就会自动生成车间作业计划；若能力不足，则会给管理者提醒，以采用加班，或是增加生产员工的方法来解决问题，如果还是达不到要求，则必须将信息反馈给计划员，便于计划员及时修改生产计划。计划管理主要由生产计划员负责。
(4)仓库管理。仓库管理涉及到原材料、半成品以及成品当前库存单、出入库表单和原材料的当前库存、出入库表单的添加、删除、保存。主要由仓库管理员来完成。其中原材料等的库存数量将根据原材料的出/入库单自动生成。
(5)查询与打印。查询打印则包括上述各种报表，如原材料订购报表、生产进度报表、原材料的出入库表单等。各种报表是帮助管理层决策的重要依据，涉及到库存资金的占用、生产进度的把握、以及员工工资的发放。
4、系统实施的优势
使用上述系统的好处在于缩短计划需求的间，与此同时能及时向计划人员和仓库管理员提供当前库存信息，使得车间库存得到充分利用，使得库存资金的占用得到有效的减少，大大提高了企业的生产率。同时，通过系统可以使车间一线员工的生产进度及时反馈到车间办公室甚至最高领导者，使管理者随时了解产品信息，以便及时安排发货计划和下达新的生产计划，减少库存，减少信息流通的中间过程，达到提高生产效率的要求。
二、现在我国制造企业(包括一部分食品企业)所采用的系统
制造业是我国国民经济重要的支柱产业，在第二产业中占据中心地位。伴随中国加入WTO和经济全球化，中国正在成为世界制造业的中心。中国的制造业企业面临日益激烈的国内外竞争，如何迅速提高企业的核心竞争力，很重要的一点，就是以信息化带动工业化，加快信息化进程，走新型工业化道路，实现全社会生产力的跨越式发展。纵观我国制造业信息化系统的应用现状，建设的重点普遍放在ERP管理系统和现场自动化系统（Shop Floor Control System, SFC）两个方面。但是，由于产品行销在这一、二十年间从生产导向快速地演变成市场导向、竞争导向，因而也对制造企业生产现场的管理和组织提出了挑战，仅仅依靠ERP和现场自动化系统往往无法应付这新的局面。
工厂制造执行系统（Manufacturing Execution System, MES）恰好能填补这一空白。工厂制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。适用于不同行业（家电、汽车、半导体、食品、IT、医药），能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。目前国外知名企业应用MES系统已经成为普遍现象，国内许多企业也逐渐开始采用这项技术来增强自身的核心竞争力。
1、MES系统的对比概述
由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的管理系统。所以，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面 2 的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。
比如面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出完善的解决手段：（1）出现用户产品投诉的时候，能否根据产品号码追溯这批产品的所有生产过程信息？能否立即查明它的：原料供应商、操作机台、操作人员、经过的工序、生产时间日期和关键的工艺参数？
（2）过去12小时之内生产线上出现最多的5种产品缺陷是什么？次品数量各是多少？
（3）目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少？要分别供应给哪些供应商？何时能够及时交货？
（4）生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？影响设备生产潜能的最主要原因是：设备故障？调度失误？材料供应不及时？工人培训不够？还是工艺指标不合理？
（5）能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？
（6）能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码？
MES的定位，是处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责车间生产管理和调度执行。一个设计良好的MES系统可以在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的ERP/MES/SFC信息体系。
2、MES的优势
(1)MES灵活应对多变的生产订单
系统的生产排程模块能够根据物流管理、生产管理中的实时信息，在用户自定义规则的基础上，协助计划人员安排作业、投产、备料，提示计划人员可行的方案，缩小计划人员的选择范围，提高计划的效率并减轻计划人员的负担。系统提供的现场管理模块能够将生产安排结果迅速地传递到作业现场，现场管理人员能够及时地对工作中心的工作安排做出调整。
（2）MES管理复杂的产品和工艺
通过产品定义，产品工程师不仅可以方便地定义新产品，还可以建立客户产品与企业产品之间的关联，减少合并投料的工作量。集中规范的工艺流程定义环境，保证所有工艺、技术、工程、制造、QC在一个统一规范的环境中工作，以便于信息的及时共享，减少重复定义错误，完整的版本管理，保障工艺流程历史信息回溯。通过建立产品与工艺的关联关系，只要确定产品就能够自动确定工艺流程，随工单也可以自动生成并打印。大大减少了产品工程师的工作量，提高作业效率。
（3）MES实时监控生产现场
通过基础定义，用户在组织生产时只需要确定产品，系统自动确定相关的物料信息和生产路线。生产过程中所有的操作信息也由系统实时地记录下来，大大减少随工单数量，保证信息传递的准确性。系统提供车间管理人员将物料或半成品安排到指定设备进行作业，并在作业中提供作业指导，提示工作人员作业步骤。系统的数据收集功能能够实时收集现场的质量、物料信息，并自动记录作业人员与作业时间等作业信息。生产作业中的异常情况也在系统中实时记录，以保证日后的统计分析。
（4）MES改善品质管理的效果
系统能够约束设备的使用，设定设备的用户权限，避免由于人为判断的错误和无权限人员的操作导致的设备使用错误。生产作业中出现与目标不一致的异常品，系统可以通过WIP 管理，立刻暂停现场所有潜在批次的作业，减少损失。根据异常处理约束，系统将禁止超出约束范围的操作。现场的异常处理信息可以被迅速地传递到其他相关部门，以便于做出调整与准备。现场数据还可提供给SPC 系统，帮助品质工程师及时地对现有的产品、流程进行调整，避免并预防品质事故的发生。
(5)MES提供完整准确的制造数据
通过现场的数据收集，建立起物料、设备、人员、工具、半成品、成品之间的关联关系，保证信息的继承性与可追溯性。系统提供的实时数据，既可以向生产管理人员提供车间作业和设备的实际状况，也可以向业务部门提供客户订单的生产情况，还能够根据实际生产的情况计算出直接物料耗用成本。基于现场数据的报表和查询功能，能为高层管理人员的决策提供支持。减少了大量的统计工作，并增加了统计的全面性与可靠性。实现制造数据的可追溯性。
参考资料
中渊科技APS/MES精益制造管理系统
食品制造企业精益生产系统建设整体方案案例解读
食品加工企业产品所含成份十分复杂，其有效成份的分析与定量也非常困难，相同的原材料因产地不同、采收季节不同、生产工艺参数控制水平不同而导致产品质量稳定性较差。食品原料及生产过程的质量安全控制是整个食品企业提供安全放心产品的关键所在，要保持产品质量的均一性、稳定性，除原材料的采收要稳定外，还必须保障生产过程控制的稳定性。目前，自动化信息技术（MES）已广泛应用于各类食品的生产过程中，从而减少人为操作过程中出现的差异性。实现生产过程的自动化、生产监控的可视化、过程控制优化以及管理系统与控制系统的集成技术等，保障产品质量。
食品制造业现代化是将传统食品生产的优势、特色与现代科学技术相结合，以适应当代社会发展需求的过程。因此本文设计了符合食品质量安全要求的MES制造执行系统，该系统是一套涉及面广，并且业务非常复杂的系统，涉及的数据源很广，包括生产过程控制信息、生产过程质量信息、生产仓库信息、生产维护信息、生产管理信息，因此它可实现多元异构系统的集成。食品制造业MES 系统建设的需求
由于MES 处于企业的计划执行层，从MRPII/ERP 层接受计划指令，并向MRPII/ERP反馈信息。因此，MES 需要与MRPII/ERP 建立紧密的信息集成。在生产计划方式方面，企业根据市场的需求进行组织生产。但一般情况下，特别是对市场需求量大的产品，是“以产促销”——通过大批量生产，降低成本，提高竞争力。因此，企业生产计划的依据主要是市场预测。
在成本核算方式方面，计算产品成本一般采用平行结转法，在其成本组成中，生产成本中占比例最大的是原材料。通常，原材料占产品成本的较大，人工成本所占比例较小，还有其他为分摊成本。在作业计划调度方面，企业的生产作业计划调度，需要根据市场情况、设备能力、均衡生产等方面进行调度。这种调度，是基于有限能力的调度并通过考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确地计算工序的开工时间、完工时间、准备时间、排队时间以及移动时间。通过良好的作业顺序，可以明显地提高生产效率。在数据采集方面，由于单机设备自动化程度较高，设备控制级大量采用DCS、PLC。
在检测驱动方面，各种智能仪表、数字传感器已普遍应用；过程控制则广泛采用以小型机为主的自动控制系统。传统的“计、电、仪”分工界限已不再明显，计算机技术的应用已深入各个领域。这些自动化设备，能自动准确记录各种生产现场信息。对于MES 而言，重点在于系统构建的时候与这些自动化设备做好数据接口。
在作业指令的下达方面，食品制造行业的MES中，通过下达作业指令以及PDI（Panel Data Interface，面板数据接口）数据，将作业指令转化为各个机组及设备的操作指令和各种基础自动化设备的控制参数（例如PID 控制参数——Proportional Integral Derivative，比例积分微分控制），并下达给相应的PCS 系统（Production Control System，生产控制系统）。
反冲处理方面，生产的完工上报，广泛采用反冲处理。一般在工艺流程的最后设置完工上报点，而对前面工序流程实行反冲处理，如人工工时反冲、设备工时反冲、物料反冲，从而对在制品和成本进行跟踪。
在设备管理方面，在流水线生产过程中，生产线上的设备维护特别重要，每台设备都是关键设备，不能发生故障，一台设备的故障会导致整个工艺流程的终止。
在库房物料管理方面，由于食品的特殊性，一般需对半成品设有相应的库房，各工序根据生产作业计划以及配套清单分别进行领料。
在质量管理方面，质量检验和管理相当重要，根据原材料性质采用近红外技术,对生产批号产品进行各工序上的在线检测,并通过MES系统反馈到控制平台,从而确保产品质量的稳定性和均一性。当然，在每个企业的情况不同，MES的应用还存在一些差别，仍然需要根据各自特点进行综合分析。中渊软件食品制造企业APS/MES精益生产解决方案
食品质量安全监督管理有力的促进了食品加工企业向现代化、规范化、标准化发展。针对食品制造企业MES 系统设计的需求，我们设计了符合食品行业质量安全标准的生产过程的MES控制系统。通过建立公司生产实时数据控制网，收集各个装置及各个部门的情况，利用集成的各种资料，进行生产的协调、统计、分析、优化，实现优化生产和优化操作的目标。建立符合食品企业安全生产管理规范的先进MES 系统，达到稳定生产、提高产品产量和质量、降低消耗、降低成本、获取最大的经济效益。
（1）建立食品生产过程实时数据库与过程监控平台
通过利用实时数据库软件建立食品生产过程的实时数据库系统与过程监控平台，实时数据库是为流程工业企业提供了统一而完整的实时数据采集、存储、监视和Web 浏览功能，提供了API、OPC 等多种数据服务方式，在生产控制层（DCS/PLC 等)与生产、经营管理层之间建立了实时的数据连接，下图所示的是实时数据库系统的实时数据层次结构。（2）食品制造企业生产全自动化集成。通过对食品生产全过程中的所有设备、生产线、物料输送系统的控制系统进行深入开发，建立符合食品制造企业生产全集成自动化的方法。
（3）各控制系统接口连接。需设计一种能使各子控制系统与总控制系统实现互相通信的接口，实现系统间的互联。
（4）大多食品生产企业上下游产品的生产分布在不同区域，而且不同时期采用了不同的控制系统，我们将研究如何实现各个区域的生产控制系统的互联。此外，生产现场环境恶劣，因此对控制系统和通信的可靠性提出了较高的要求。需解决系统的网络化和通信的可靠性等关键技术。
（5）构建食品制造企业生产全集成自动化模式。针对食品制造企业生产中的各控制系统，构建合适的生产全集成自动化模式。
（6）系统集成：由于各车间的工作任务都不一样，其采用的控制系统和模式也就不一样。而要实现企业的全集成自动化，就必须把各个子系统集成起来。需解决不同控制系统的集成关键技术。
（7）研究基于多智能体的食品制造企业生产管理系统综合集成框架应用模型。
研究支持开放标准（Agent，RosettaNet，SOA，Webservices，SOAP，WSDL 等）的食品制造企业企业级服务总线，从而实现系统之间信息交换和业务协同。生产管理系统通过信息集成技术，把食品企业生产运作中涉及的管理、生产子系统的功能单元连接为一个整体，在动态变化的原料和产品市场等条件下，通过功能单元建立信息集成与任务集成，实现企业生产运作、物流整体优化。总结
解决食品制造企业生产工艺、自动化设备和信息化技术水平偏低的问题是一个系统工程。本方案详细分析了食品制造企业MES系统建设的需求，并提出了食品制造企业MES系统的详细设计方案，基于食品生产过程中原料/中间产品/产品质量在线检测、生产线用自动化物流装备以及自动化生产装备等硬件环境研究获得突破等，在生产管理软件平台方面，通过配方优化、物流跟踪、绩效评估、生产可视化及辅助决策等业务功能的研究与开发，实现对生产过程中海量信息进行集成、监控、统计、分析与优化的综合应用。硬件环境是基础，软件是硬件传感信息的上层应用，两者之间是相辅相成的关系。
同时，中渊软件公司在实现食品制造企业生产设备、生产线自动化的基础上，研究企业生产全集成自动化方法与模式、控制系统接口技术、网络建立及可靠性关键技术和系统集成关键技术，构建食品制造企业生产全集成自动化。提出的基于多智能体的食品企业生产管理系统的集成框架及其各单元的组成结构模型对食品企业生产运作系统具有很好的灵活性、稳定性和可扩充性，实现了系统的综合集成和整体优化。
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