精品生产执行管理解决方案流程制造V30.docx
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精品生产执行管理解决方案流程制造V30
用友生产执行管理
解决方案
（流程制造）
修改历史
日期
版本
作者
修改内容
备注
2015-3-10
3.0
完善
2016-2-20
3.1
完善
整体方案
1.1系统总图
根据调研结合流程制造业信息化发展方向，用友公司提出了生产执行管理系统总图如下：
（1）、集团整体信息化分层部署，集团部署ERP和商业分析（工厂智能是商业分析的一部分），工厂部署生产执行管理，工厂生产执行管理中可以引用集团商业分析中工厂智能的功能点集成在一个系统中。
集团部署成本管理和生产计划；工厂部署生产作业计划及排程等其它生产执行管理的主要功能。
（2）实时数据采集负责将DCS、PLC、SCADA等系统的数据采集到实时数据库。
生产执行管理从实时数据库取数进行各类管理工作，生产执行不下达指令到DCS等控制系统。
（3）、生产执行的功能包括：
管理咨询（和甲方一起梳理需求、流程和数据提出自动化及仪表及数据采集要求、管理体系完善）、生产过程监视、车间作业管理、生产调度支持、过程质检管理、能源管理、HSE管理等，在ERP中完善成本管理和生产计划。
●计划管理：
包括生产计划（月计划、周计划）、物料需求计划、生产作业计划及排程；
●生产过程监视：
包括监视图、趋势、参数列表、报警等，后文详述。
●生产作业管理：
物料消耗记录、产量记录、工艺记录、自检记录等、生产统计；
●能源管理：
能源管网模型、能源自动抄表、能源统计；
●过程质检管理：
质检项目、质检方案、质检单记录、质量分析及SPC分析等；其中质检项目从ERP同步。
●生产调度理：
调度日志、调度指令、异常管理、调度信息查询（包括采购、库存、生产过程等信息）生产巡检；
●健康安全环保管理：
安全检查、应急预案及演练、职业健康、安全法规、安环培训、环境检查等。
功能块
主要内容
意义
实时数据库及过程数据采集
1、采集车间各DCS、PLC数据
2、实时数据库存储相关历史数据
系统数据获取基础工作
生产过程监视
1、工艺监视画面、能源监视画面
2、趋势
3、报警
4、监控数据列表
可视化：
值班人员在调度室、领导在办公室可实时监控物流、生产、能源、设备状态，把控现场，保证生产过程安全。
生产运行支持
1、调度日志
2、事故记录分析等
3、调度相关信息查询
4、巡检管理
辅助生产调度指挥
工艺建模
定义生产装置、工艺路线、生产方案，包括各工序的投入产出、工艺参数、设备参数、能源消耗定额、操作步骤、质检标准等；以及其他基础数据如班组、排班等。
系统管理基础工作
车间作业管理
生产作业由现场操作岗位完成，主要包括监视生产过程，设备效率计算、原料消耗、产量等统计、产过程汇报、生产线状态、质检数据查询
车间现场日常工作记录及查询分析。
能源管理
1、能源模型
2、能源实绩
3、能源分析
4、能源平衡
实现能源消耗统计分析。
实现能源精细化管理
过程质检管理
1、质检标准定义
2、质检过程管理
3、质量判定及跟踪
4、质量分析及报表
从原料到生产过程到产品的全程质量管理，提高产品质量，强化质量分析
健康安全环保
1、安全检查
2、应急预案及预警
3、职业健康
4、安环法规
5、安环培训
6、环境检查
移动应用
1、移动监视
2、移动巡检
对标管理
系统技术经济指标分析管理，包括指标定义、计算、查询及报表等。
指标分为计划类、产耗类、设备类、质量类
将生产管理各方面数据归集为各种指标，便于对比分析。
（4）生产执行管理与企业经营管理的数据关系
1）主数据同步
a）基于UAP平台
b）时间:
会计期间/会计月
c）组织:
公司档案/组织档案/部门档案
d）用户档案
e）物料:
存货分类/存货基本档案/存货管理档案/工程单位档案
f）班组、班次、工作中心
2）生产计划的生产需求由销售模块读取过来，同时需要读取原料和成品库存，生成主生产计划，然后生成物料需求计划，自动产生原料辅料采购申请；
3）生产计划分解为生产作业计划
4）生产物耗和产量与ERP库存有接口
5）能耗直接成本模块
6）质量模块的质量标准在ERP和MES都有，质检项目由ERP同步到MES。
7）人员与绩效管理与HR模块有关联
8）设备状态监视设备运管管理与ERP设备资产管理模块有关联。
（5）MES与控制系统数据集成
实时数据采集负责将DCS、PLC、SCADA等系统的数据采集到实时数据库。
生产执行管理从实时数据库取数进行各类管理工作，生产执行不下达指令到DCS等控制系统。
目前国内外实时数据库很多，有的集团企业存在多个实时数据库系统，所以MES系统要支持多个实时数据库产品。
DCS、PLC数据采集
1.2企业已有控制系统
（下面是某企业调研结果，需要根据企业情况调研）
序号
车间
工序
控制器类型和型号
接口方式
监视画面数量
Tag数量
1
PM4
主机
Metso美卓
QCS
以太网+OPC
大约40幅
2
1#复卷
S7-400PLC
需要以太网加通讯卡
3
2#复卷
S7-400PLC
需要以太网加通讯卡
4
PM6
主机
Metso美卓
QCS
以太网+OPC
大约40幅
5
3#复卷
S7-400PLC
需要以太网加通讯卡
6
PM9
主机
ABB
QCS
以太网+OPC
大约40幅
7
4#复卷
S7-400PLC
以太网+Step7
8
PM15
制浆
ABB
QCS
以太网+OPC
大约40幅
9
纸机
西门子PCS7
以太网+OPC
10
5#复卷
S7-400PLC
以太网+Step7
12
PM16
制浆
ABB
QCS
以太网+OPC
大约40幅
13
纸机
西门子PCS7
以太网+OPC
6#复卷
S7-400PLC
以太网+Step7
14
小复卷
7#复卷
三菱PLC
需要以太网加通讯卡
15
8#复卷
S7-300PLC
需要以太网加通讯卡
16
配电
PM4综保系统
以太网+OPC
1
PM6综保系统
以太网+OPC
1
PM9综保系统
以太网+OPC
1
PM15综保系统
以太网+OPC
1
17
外围
污水处理
S7-300PLC
以太网+OPC
待明确
水质监测系统
关系数据库
以太网
18
蒸汽
计量仪表就近进DCS和采集站或增加RTU
1幅
19
天然气
1幅
20
水
1幅
压缩空气
没有仪表需要增加
就近连入DCS
1.3实时数据库数据集成
实时数据库能采集现场各DCS、PLC的实时数据并长时间保存。
要求DCS及PLC等控制系统要具有OPCSERVER接口协议，同时具有以太网接口。
如果控制系统不具备接口，需要进行自动化改造。
实时数据库选择国际知名实时数据库软件（可选择和利时、浙大中控、上海麦杰、PI、ihistory、inforplus等），考虑到企业总产能。
建议配置X万点（调研后确定）。
历史数据库比标准的数据库系统快过上百倍，同时存储数据仅占用很小一部分的空间。
普通的关系数据库不适合工厂现场环境的需要。
实时数据库将前端高速的数据收集和海量的数据存储进行了结合。
实时数据库提供多种的数据存储策略供用户选择：
定周期，变化存储以及“螺旋门”数据存储算法。
前两种存储策略提供了无损的数据存储，使数据的追溯可靠准确。
前两种存储策略提供了无损的数据存储，使数据的追溯可靠准确。
压缩算法在保留重要的数据特性同时大大降低了数据存储空间。
1.4系统网络概要设计
整个系统网络图分为三个层次，如下图所示，（举例说明）
第一层：
生产及能源数据采集部分采用专用网络（与管理网分离），采用环网技术，也可采用星网结构，星网结构要考虑冗余，保证数据采集的可靠性。
底层数据采集RTU和接口机采用工业化产品。
本方案按环网设计，在链路上构成冗余；根据多个项目的实施及运行经验，现场网络中断的情况比机房网络及服务器中断的可能性要高，所以建议配置为工业级环网，提供可靠性。
现场为各生产流程的各种自动化控制系统，主要由RTU采集系统和PLC、DCS等控制系统及工业Ethernet、Profibus、Modbus通讯网络等构成，主要功能是对能源计量点、各工艺流程参数的采集和控制。
中间为远程DAS计算机，这一层级的计算机安装了双网卡，采用环型网络拓扑结构，向下与生产过程控制系统的监控站HMI进行数据交换及数据转存与缓冲存储，向上通过工业以太网进入公司局域网，通过各交换机连接到实时数据服务器，实现对所有数据的上传。
DAS站运行数据采集软件产品，DAS软件具有“存储转发”功能，当DAS与实时数据库通讯失败时，DAS会将当前数据保存在本机硬盘，或保存指定的网络路径中，通讯恢复后，DAS再将保存数据传送到实时数据库中，这样可保证数据的完整性。
SCADA数据采集站DAS配置6台DAS站，用工控机，分别负责各生产线控制系统以及外围系统（电力、动力、水系统）的数据采集。
第二层：
实时数据库服务器
后台配置实时数据库服务器一台。
实时数据库配置在中纸现场，保证系统可靠性。
第三层：
MES管理层：
配置MES关系数据库服务器、MES应用服务器各1台（考虑可靠性可配置两台）。
办公网与生产数据采集专网网之间中间配置防火墙，保证生产管理系统的安全。
现有办公网已经部署到了各生产线办公室，生产线主控室离办公室很近，可以直接将办公网扩展到现场操作岗位。
每个车间现场可以配置1块LED显示屏，显示重要KPI信息，可以定义多屏内容在LED上切换。
网络施工可由第三方完成，用友审核实施方案。
1.5生产数据集成
用友ME系统依赖实时数据库，先把DCS、PLC数据采集到实时数据库，本系统从实时数据库获取数据。
系统通过测量单数档案中关联实时数据库仪表位号，来读取实时数据库数据。
系统功能介绍
1.6工厂建模
制造业建模的4M：
Manpower（人力）,Materials（物料）,Machines（设备）,andMethods（方法）。
具体的定义包括：
物料定义（包括原料、中间产品、产品）、BOM定义、工程单位、工作中心（资源）、班组、班次、排班管理
工艺路线、工序：
工艺流程采用可视化建模工具，类似下图：
用可视化工具绘制工艺流程，工艺流程由多个工序（装置）连接而成。
装置（工序）定义：
装置编码、装置名称、装置说明。
每个装置（或工序）有多个页签。
装置（或工序）中定义工艺参数、物料投入、产品产出、能源消耗、质检标准等。
例如：
氯碱车间包括：
盐水精制、电解、蒸发、固碱、气体处理、整流等6个工序。
其中电解工序的工序参数包括：
●原料：
盐水、NaOH等；
●产品：
NaOH（32-35%）；
●副产品：
H2、Cl2
●能源：
工艺电、动力电、蒸汽、软水、循环水
●工艺指标：
阳极液中盐水的浓度（190~210g/L）、阴极液中NaOH的浓度、电流密度、电解温度（80-90度）、电解槽中气体的压力、烧碱中的含盐量
●质检方案：
电解槽NaOH浓度等。
●技术经济指标：
槽电压、电流效率、直流电耗等
1.7生产过程监视
1.7.1生产监控画面
通过WEB方式，管理者在自己的办公室就能监控到主体生产过程及能源生产、消耗的情况。
可以采用URL连接方式将各分厂的生产调度系统的监控画面集成在总部监视。
1.7.2运行参数监视
将运行参数（温度、压力、流量等）用等间隔（例如1h等）方式显示出来，超出正常工况显示红色报警。
运行参数监视可以根据不同岗位要求定义监视不同单元，便于与本岗位的工作内容结合起来，避免不必要的数据干扰。
1.7.3趋势图
利用趋势控件显示实时数据库中的历史数据，可以自动刷新和指定时段查询，可以前后移动；可以定义趋势组。
1.7.4报警
报警根据系统定义的测量参数报警上下限，系统自动产生报警，并可定义报警输出方式
1.8生产运行支持
生产调度管理主要实现如下功能：
1.8.1调度支持
●调度日志
●重要记事
●调度指令
●异常记录
1.8.2生产巡检
定义巡检制度（巡检类型、巡检路线、巡检点、巡检项目及其标准值、周期、岗位），系统自动生成巡检计划，巡检人员根据巡检计划去巡检，系统支持手持设备巡检。
巡检类型包括：
工艺巡检、安环巡检、设备巡检、岗位综合巡检等。
1.8.3生产相关信息查询
⏹原料库存查询
⏹采购在途物料数量查询
⏹成品仓库库容查询
⏹中间产品库容查询
⏹车间产量、物耗、能耗查询
⏹关键工艺指标监控
1.9生产计划
包括年计划和月计划
生产计划是企业每一期间（年度、月度），生产多少最终产品的计划。
为与生产实绩作对比分析
年度计划录入、月度计划的自动分解，人工调整，通过报表实现了计划与实际的比较分析。
参考下图。
1.10车间作业管理
主要包括监视生产过程，设备效率计算、原料消耗、产量显示、原料及产品损失记录、设备停机记录、生产过程汇报、生产线状态及工时确认、质检数据查询
1.10.1生产记录
生产过程中的设备运行速度、效率、重要工艺参数、物料消耗、产品产量、剩余产量、剩余生产时间等指标，用仪表盘或报表等显示在操作工的电脑上。
供操作工监视。
监视的内容包括但不限于如下内容：
✓各岗位产量记录：
例如每班或每日的主产品产量、副产品产量；
✓各岗位原料消耗记录：
例如每班或每日的原料等消耗量；
✓各岗位工艺参数监视：
例如温度、压力、流量等工艺参数每小时的平均值、最大值等等；
✓能源消耗：
例如水、电、风、汽消耗量，按班组、日汇总；
✓催化剂记录
✓查询质检结果
✓生产指标计算：
例如计划完成率等。
✓停机记录及分析
1.10.2车间作业报告
根据车间作业记录，形成车间作业报告，主要是班组的投入、产出汇总，并上传NC-ERP。
1.10.3生产跟踪
1.10.3.1小时产量跟踪
对于连续生产装置，产品产出是连续的，可以根据产品小时累计流量来监控生产是否稳定。
汇总小时产量和设备效率（小时产量/额定产量）柱状图，可以对相同设备的ME进行对比分析。
1.10.3.2产品原料反向追溯
对于批次生产可以进行产品原料反向追溯，根据生产线和批次号查询出批次对应的数据，包括：
（1）产品：
批次号、生产时间、产量
（2）原料：
原料批次号、原料投入时间、原料量等
（3）工艺参数：
查询批次生产时间对应的工艺参数。
显示时间间隔30min、1h
（4）质检台账：
本批次生产时间的质检台账
1.10.4生产统计分析
生产统计分析应包如下分析，采用BI分析工具实现，具体表格可以根据需要调整
●生产日、周、月报（含技术经济指标分析）
●原料库存报表（日、周、月）
●产品库存报表（日、周、月）
●中间产品库存报表（日、周、月）
●班组主要物料消耗能源消耗分析（日、周、月）
●不合格品分析周、月报
1.10.5生产日常管理
包括交接班记录、早会记录、通知、文档查询等等。
生产线各岗位可以查询与本岗位相关的文档，例如工艺操作规程、设备使用手册、培训教材等，以满足员工的不断学习的要求。
1.11能源管理
1.11.1能源模型
●定义维护测量参数、测量点、能流网、分摊算法等。
每个能流网可定义采集平衡周期。
●测量参数档案记录了测量参数由底层仪表、采集站、SCADA系统、EMS系统信息构成的完整的档案信息，方便用户管理。
●能流网即各能源介质流向网络图
1.11.2能源实绩统计
对能源外购、产出、消耗、外供数据进行统计和维护，能够支持日、周、月等阶段性的控制。
对于月中的数据作为生产分析用，而月末的数据将作为部门的产出和消耗的实际数据使用，并能按照核算的要求完成数据归集，进行成本数据的传递，起到对能源的有效控制和消耗量的管理和预测作用。
对于批次生产线，支持按批次统计能源消耗。
（1）计量表数据维护
维护计量表发生数据。
维护方法包括自动抄表和人工抄表。
自动抄表需要考虑仪表“回零”的问题，即若计量表本次抄表值<上次抄表值，系统认为该计量表走了一圈，即两次抄表间隔不能大于计量表的量程。
（2）自动计算
按照能源模型中定义的计算点结点的计算关系和计算前后顺序，系统自动对计算点进行计算。
（3）计量点数据修改
人工按介质查询采集和初次计算的结果列表，可以看出某能源介质整体的平衡状态。
系统提供计量点数据修改功能，用以弥补仪表可能存在的计量问题。
这里只能修改计量点数据，不能修改计算点数据。
修改权限是由系统提前设置。
（4）网络分摊计算
由于计量误差和管损等原因，能源供耗不可能完全相等，要实现能源产供耗相等，必须通过分摊方法来做二次分摊，分摊后的数据才能做结算。
分摊方法包括系统自动分摊和人工干预两种方法，系统自动分摊需要有平衡规则，例如按权重或系数等方法。
系统根据能源模型自动分摊，并最终计算，形成最终结果的各单位能源生产和消耗数据，系统分摊后提供的数据能保证能源介质的供需平衡。
（6）统计报表
形成能源计量点统计报表。
统计维度包括班、日、周、月、年等。
（6）月结数据形成NC财务成本数据
分摊后的数据，根据需要进行处理，在月底后进行月结，月结后数据按成本中心归集，自动汇总填写到NC成本管理模块各成本中心对应时段的能源消耗成本。
即NC现在的能源成本数据直接从MES获得，不用人工录入。
1.11.3班组能源消耗
如果能源计量能计量到生产线，在车间作业记录中的能耗页签可记录本班本批次消耗的能源。
实现精细化能源管理。
1.11.4能源管网监控
通过监视画面，监控各能源介质的能源管网运行情况，例如关键设备的温度、压力、电流等参数，参考下图
1.11.5能源预测分析
采用科学的数据分析方法，对实绩数据进行分析，为管理决策提供依据。
主要分析的内容包括：
●四级能耗指标分析
●能源消耗分析
●产品单耗分析，对于批次生产按批次进行单耗分析
●能耗折标分析饼图-月消耗饼图，年累计消耗饼图
●各成本中心的能源成本分析
●同比、环比、对比、对标等
●分析结果表现包括：
柱状图、饼图、混合图等
●能源负荷与设备状态关联分析
●
1.12过程质检管理
过程质检管理实现中控质检过程管理和质量数据分析。
（1）基础设置
基础设置是对质量检验中需要使用的基础数据进行设置，包括：
检验项目、质检方案等。
检验项目：
检验项目是指进行质检时的需要检验的各种检验指标，如强度、硬度、PH值、热值等等。
检验项目支持关联ERP的检验项目，以便实现数据共享。
质检方案定义了采用点、样品类型（过程等）、采样频率、样品数量，以及检验项目及其分析标准，检验结果支持手工录入、自动采集和自动计算等。
质检方案支持关联第三方LIMS系统的质检方案，以便实现数据共享。
（2）质量检验
系统根据定义的检验周期，自动生成质检单据，质检人员按质检单采样、分析，并把分析结果录入系统。
系统自动判断质检项目是否合格、样本是否合格、质检单是否合格；如果质检项目不合格，系统自动红色显示。
系统支持质检单废弃，废弃时需要在备注中填写废弃原因。
质检单数据可保存和提交，保存后，录入人员还可修改数据，提交后数据不能修改。
系统自动记录操作人和操作时间。
系统支持人工补单：
当需要人工补充质检单时，点击【手工补单】，可以选择质检方案和采样时间，系统生成一张新的质检单。
（3）质量设备数据采集
质检数据来源包括三类：
人工录入，DCS中质量数据自动采集、质检设别数据采集。
其中DCS中质检数据采集，类似前面工艺数据采集，从实时数据库中获取数据形成报告。
质检设备数据采集需要根据质检设备是否具有输出接口，逐个分析，根据实际情况判定是否有必要采集，如果有必要刻意定值接口采集数据。
（5）统计分析
质检统计：
对质量检验情况进行统计。
统计的类型包括最大值、最小值、平均值、标准差、Ca、Cp、Cpk。
对质量检验情况进行分析，检验项目分析实际检验信息与检验标准值的差异，也可以对不合格品情况进行查询、汇总和分析，包括检验项目分析、不合格品明细、不合格汇总汇总、不合格分析情况。
控制图
直方图
排列图：
不合格率分析
并可进行同比、环比、任意对比等比较分析。
可以提供各类质量分析报表。
具体报表格式根据双方讨论确定。
1.13健康安全环保管理（HSE）
1.13.1安全检查管理
1.13.1.1危险源管理
危险源识别与控制（逐层辨识、逐层确认），形成台账，对危险源指定定期检查方案，按定期检查方案检查执行。
1.13.1.2各类检查
各类检查包括：
巡检、专项检查、综合检查、节假日检查上级第三方检查（记录简要信息，扫描附件挂进去）、驻外单位检查。
i.支持周期性检查和临时性专项检查，针对不同类型检查形成不同类型检查记录模板。
ii.周期自动生产安全检查记录，按方案检查，发现隐患生产安全隐患整改通知单，整改完成后才能关闭对应的检查记录。
1.13.1.3隐患管理
隐患排查治理模块提供对隐患按照上报、整改与复查的闭环管理，在流程中对“整改措施、责任、资金、时限、和预案”五到位进行严格控制管理，管理人员可以在平台中即时查询隐患的发现和治理情况，组织人员对发现的问题进行复。
隐患台账
隐患统计分析
1.13.1.4事故报告及处理记录
事故报告及处理管理模块的目的是实现快速事故反应和传递，建立规范的事故表单和台账，它包含的快速传报功能可以快速自动传报事故信息，并按时间节点逐步传递至上级机关。
事故调查功能允许调查组可以在平台中陈述事故调查记录，保存相关图片，文件资料数据，事故处理报告功能安委会可以依据事故调查结论形成事故处理结论，并形成上报工伤保险所需的单据，从而实现事故的永久保存和规范留档。
通过该模块还可以关联工伤处理、纠正预防措施管理业务，相关信息与相应模块实现同步。
功能示意图：
1.13.1.5特种作业管理
（1）与设备管理相关的安全票证，例如动火票等建议在ERP设备维修模块中实现。
安环部具有审核权限。
（2）电气线路等非设备维修和安装施工的特种作业管理，包括：
动火动焊审批单
临时用电
高空作业
受限空间作业
外来施工人员进入生产区库区施工备案表（保卫、生产、安环）
建议实体单走实体，安环部审批后在系统录入台账，扫码原件管理。
否则需要解决单据第一次录入的人员，并在系统走审批流。
1.13.1.6三违管理（违章操作、违章指挥、违反劳动纪律）
安全环保部在进行安全检查时，发现某单位有三违事件，则发出“反违章处罚告知通知书”给责任单位，责任单位落实责任人（关于“反违章”处理情况的报告），三个工作日内反馈给安全环保部，安全环保部形成三违档案，最后形成季度或一年的三违档案汇总表。
1.13.1.7安防物资台账及检查
1）安防器材台账清单（按岗位、地点配置，标准配置量及相关要求，实际配置量，有效期）
2）安防器材检查
有效期预警，到期消息提醒和邮件提醒
运行状态检查
3）安
升级会员 