來源:  北京軟件開發公司

引言

        橡膠輪胎企業信息化系統是由企業資源計劃系統(ERP)、制造執行系統（MES）和過程控制系統(PCS)三個支持系統構成的體系結構。三種系統從上到下，分別代表企業中的三種不同應用層次，它們相輔相成，資源共享互補,共同支撐著橡膠輪胎企業的信息化應用。

        目前，隨著工業自動化程度的提高，大部分的輪胎企業都擁有了底層的控制系統（PCS）；也隨著企業規模的增大、管理水平的提高，不少企業都實施了ERP 系統，但大多數輪胎企業車間生產還主要依靠人工進行管理,管理層(ERP)數據和控制層(PCS)數據之間缺乏有效聯系和溝通，形成“信息孤島”，致使ERP 系統缺乏足夠的車間控制信息而無法滿足企業生產的隨機性、動態性的要求，無法有效指導車間生產計劃的執行，是企業生產管理水平提高的瓶頸，嚴重制約了企業生產管理水平的提高。

1 輪胎生產特點和輪胎企業信息化應用現狀

1.1 輪胎生產特點

    由于輪胎生產涉及煉膠、半制品、成型、硫化和成品質檢等多個流程工序，而且輪胎規格眾多，工序間物料對應關系復雜，決定了其生產不同于一般產品的生產，特點如下：

    輪胎生產過程各工序生產、工藝、質量均要求嚴格。前工序生產過程的生產、工藝、質量要求都必須達標，稍微有一點偏差，就有可能生產出大批量的次品、廢品，給企業帶來巨大損失；

    輪胎生產計劃和銷售計劃制定的準確性。每個班次數十種規格數千條的產量、每天數萬條發貨量、倉庫數十萬條的存放能力，企業需要獲取輪胎的實時庫存數據，以準確的制定生產計劃和銷售計劃；

    輪胎生產設備的精益管理。輪胎企業制造車間中生產設備眾多，不同設備之間的運行匹配程度決定了企業的整體生產效率。企業必須有效的獲取和分析當前設備實時狀態、設備開機率、故障率等數據，實現對生產設備的精益管理；

        輪胎生產過程中各工序的質量、質檢、工藝等歷史數據的積累。輪胎生產過程中各工序的質量、質檢、工藝等參數要求嚴格，歷史數據的積累對質量提高、工藝改善、信息追溯的意義重大。因此企業必須要實現對輪胎生產過程中各個工序的工藝配方、溫壓曲線等數據的實時記錄和歷史數據分析。

1.2 橡膠輪胎行業信息化應用現狀以及存在的問題

        目前輪胎企業在企業資源計劃系統（ERP）和過程控制系統(PCS)方面建設的比較完善，都達到了比較高的應用水平，但經過對一些輪胎制造企業的調查和分析，發現車間生產主要靠人工管理，缺少管理系統，即使有些企業上了一些車間級的管理軟件，也都是某一個或某一些工序的管理，車間網絡化、信息化發展水平比較低，“信息孤島”現象比較突出，無法實現生產過程中海量數據的有效管理，難以保證各個生產活動所需信息準確一致，難以及時、快速響應生產動態變化，大多數輪胎企業管理者普遍面臨下列問題：

    產品投訴方面:由于輪胎工序復雜、規格眾多，當出現用戶產品投訴的時候，企業不能根據產品唯一標識追溯產品的生產過程信息及原料供應商、操作機臺、操作人員、生產時間和關鍵工藝參數。

    生產過程方面:多條生產線需要配合生產產品時，不能自動校驗和操作提示以防止工人物料批次使用錯誤、產品工藝設置錯誤以及過去某一段時間內產、次品缺陷率分析。

    物料庫存方面:庫存產成品及各生產線上的在制品數量模糊，對供應商供貨、交貨期限、數量不清楚。

    設備產能方面:企業車間內的生產線和加工設備的負荷率沒有可靠的分析數字，影響設備生產潛能的最主要原因不明確（設備故障？調度失誤？材料供應不及時？工人培訓不夠？工藝指標不合理？）。

    質量控制方面:不能有效地對產品質量檢測數據自動進行統計、分析，不能精確區分產品質量的隨機、異常波動，從而不能將質量隱患消滅于萌芽之中，并且質量異常情況不能及時傳遞到相關崗位人員。

    生產報表方面:還主要依靠人工報表，不能自動統計每個過程的生產數量、合格率和缺陷代碼。不能自動、實時統計每個機臺、班次的物料損耗、能源消耗、人工成本等數據。

    以上問題的存在，阻礙了車間生產過程信息的集成和共享，阻礙了企業信息化發展水平的提高，從而影響了企業的效益和競爭力的進一步提升，也阻礙了企業的高速發展。

2 橡膠輪胎企業MES

2.1 體系結構

        乾元坤和MES 產品以大型關系數據庫、實時數據庫為基礎，集成B/S、C/S、智能客戶端為一體的體系架構，采用面向對象技術。在統一平臺上集成諸如生產調度、產品跟蹤、質量控制、設備故障分析、網絡報表等管理功能，使用統一的數據庫和通過網絡聯接可以同時為生產部門、質檢部門、工藝部門、物流部門等提供車間管理信息服務。該系統結合國際ISA-95 標準和多年的項目開發實施經驗，采用先進的自動控制技術、條形碼技術、RFID 設備技術和先進的車間生產管理理念，覆蓋了輪胎企業生產的全工序，實現了輪胎全生命周期的信息化管理。系統通過強調制造過程的整體優化來幫助企業實施完整的閉環生產， 協助企業建立一體化和實時化的ERP/MES/PCS 信息體系。體系結構如圖1 所示：

圖1 輪胎行業MES 軟件體系結構圖

    2.1.1 體系結構中各部分的主要內容

    頂層是企業資源計劃系統(ERP)，企業領導、決策者利用ERP 系統制定企業的生產經營決策、近遠期各類發展規劃和生產制造大綱；并且利用ERP 系統完成原材料采購、市場營銷、生產計劃、財務管理和制造資源規劃等管理、事物性工作。

    中間層是制造執行系統（MES），車間領導利用MES 按照ERP 下發的各項指令制定車間生產作業計劃、選擇最優加工流程方案、進行制造資源的最優分配等，對整個生產過程進行動態優化管理。

    從體系結構圖中我們可以看到輪胎企業MES的生產過程管理和ERP 的生產管理是相輔相成、息息相關的。為了更好的實現生產，必須將MES生產過程管理和ERP 生產管理有效的結合在一起。ERP 對于輪胎企業的生產管理主要涉及三個方面：物流計劃管理、生產成本計劃管理、生產計劃與排產管理。通過接口系統，把生產管理指令下發給制造執行系統（MES）。MES 對指令進行分解，進行相應的輪胎生產物流控制與管理、生產成本控制與管理、生產調度與生產實時調度，實現對輪胎生產過程的執行、控制與管理。

    底層是過程控制系統(PCS),其作用是解決設備的自動控制問題，使生產裝備按照生產指令有序運行，以保證生產過程的連續、平穩、生產出合格輪胎產品。

    2.1.2 各層信息系統之間的關系

       輪胎企業在生產運營過程中，管理決策層利用ERP 進行資源調配、制定方案、組織生產，并優化生產管理、經營決策等，做出企業經營的整體策略，制定出企業要生產輪胎的種類、質量以及有關這些輪胎的生產計劃等有關企業整體戰略的決定，并將這些優化調整后的信息通過ERP 系統傳遞給生產執行系統(MES). MES 系統根據ERP下發的指令，結合企業的生產設備、原材料等情況，由生產調度模塊編制生產調度指令，對企業內各生產設備、人力進行資源優化計算、配置，做出最優生產方案，并把據此制定的操作指令、控制參數、加工方法等傳遞給過程控制系統(PCS)。過程控制系統（PCS）根據MES 下發的指令,按照優化的配方或生產方案對底層生產過程進行實時操作與控制。同時，過程控制系統(PCS)采集生產過程中產生的生產狀態、測量數據、質量數據、設備狀態等信息傳遞給生產調度模塊，作為生產調度模塊進行生產績效分析、資源狀況分析、質量分析的基礎數據，也為調整生產經營計劃提供依據。這樣，實際上是完成了計劃指令下達和生產執行情況反饋的閉環過程。

    各層次上的應用系統通過接口系統進行業務數據傳遞：

    過程控制系統(PCS)主要將過程控制中產生的過程數據傳遞給生產執行(MES)層的生產實時數據庫，并通過數據整合和平衡手段，進行相應的生產數據平衡。

    生產執行系統(MES)將相關生產計劃數據進行優化，并且平衡投入產出等生產數據，傳遞給管理決策系統(ERP)。

    在管理決策的ERP 系統中，整合了原材料采購、庫存、生產、質量管理、銷售分銷、設備維修、人力資源以及質量、財務等業務數據。并匯總、分析企業經營所需的各種業務數據，為領導決策層提供有力的決策支持數據。

2.2 功能模塊

       乾元坤和輪胎行業MES 產品圍繞車間現場生產過程中的操作人員、設備狀態、原料產品、生產工藝四個重要因素設計全面完善的功能結構。功能模塊主要包括：在制品實時管理；成品倉庫管理；生產物流控制與管理；生產成本控制與管理、生產調度（實時調度）；設備管理（實時監控、維修、潤滑、點檢、校驗、故障、備品備件、KPI（Key Performance Indicators）分析）；人員管理；物料管理；產品跟蹤與追溯；生產過程決策與分析；文檔管理；過程管理；質量管理（標準、數據、SPC（Statistical Process Control））；工藝管理等。以全方位收集車間生產的數據信息，控制生產流程，管理施工標準和工藝配方參數，規范現場人員操作，防止不良產品的出現。

    生產調度（實時調度）：生產調度是輪胎企業運維的核心，也是輪胎制造執行系統（MES）的核心，輪胎企業的決策者根據輪胎國內外市場以及本企業中、長期計劃，對企業內部生產系統進行綜合協調與平衡，合理的配置資源，使綜合效益調度利益最大化，主要考慮物流平衡、反應能力、存儲能力、運輸能力等平衡及環保要求；

    生產成本控制與管理：該系統通過對生產物耗能耗分析、原材料進貨價格管理、半成品、產成品質量監控等手段，降低物耗能耗、降低原材料成本、增大產成品的合格率，使企業利潤最大化。

    生產物流控制與管理：該模塊與供應鏈及庫存管理系統緊密聯系，通過接口系統實現實時數據傳輸，統計物料出入庫、使用、消耗的數據，并控制物料的儲運和使用；

    設備管理：乾元坤和MES 產品提供了設備管理模塊。通過設備自身的傳感器和控制機構，MES 系統可讀取并記錄設備運行的狀態參數；如設備發生故障，操作人員可快速的使用系統對故障進行申報，系統會詳盡的記錄故障處置過程信息，為設備維護人員積累故障檔案信息。

    人員管理：乾元坤和MES 產品提供了人員信息管理模塊。在MES 系統中，維護和保存有操作人員的基礎信息，通過方便的交接班操作功能，準確的獲取人員到崗離崗的信息；通過嚴格的權限分級控制管理，有效避免操作人對設備和生產運行關鍵參數的無意識改動，避免錯誤的發生；通過詳細的操作日志記錄功能，詳細的記錄對系統進行操作的人員、時間、內容等信息，方便對問題原因的查找。

    物料管理：乾元坤和MES 產品可通過條碼管理的方法對機臺耗用物料和產出品的數據信息進行記錄，并在生產時可智能判斷原料、產品與當前工藝、施工標準是否一致，防止用錯料、使用錯誤工藝導致生產廢次品情況的出現。同時，MES 系統還可對生產計劃信息進行維護，自動記錄執行的情況，并對產品產量數據進行實時準確記錄和統計，為管理人員提供直觀、方便的分析手段。

    產品跟蹤與追溯：系統可以根據輪胎胎號追溯它的生產過程信息及原料供應商、操作機臺、操作人員、生產時間和關鍵工藝等參數，這些參數為以后工藝、質量的改進具有重要價值。

    生產過程決策、支持分析：對生產過程中的數據進行匯總分析、優化、處理，提供實際生產操作與歷史記錄，提供基于輪胎行業知識、信息的支持，為車間級領導及公司決策者提供科學的數字依據。

    過程管理：該模塊實現在輪胎生產過程中對密煉工序、半成品、成型、硫化、質檢等所有工序的生產、質量、工藝等的全程實時監控。

    質量管理：該模塊對輪胎生產過程中的半成品、產成品的質量檔案進行管理，提供可度量的實時分析數據來保證輪胎半成品、產成品質量控制并鑒定需注意的問題，提出更正的建議，也包括SPC/SQC 的跟蹤和離線檢查操作的管理以及LIMS 的分析等；

    工藝管理：乾元坤和MES 產品提供了技術管理和質量管理模塊的功能。系統可按照用戶規定的流程，準確記錄產品的質量點檢項目信息，將原有的紙面書寫改為數據化永久保存；系統可對工藝配方數據進行統一管理，并在系統的嚴格權限管理和合法性驗證后下傳至PLC 或其它控制設備執行，且可將工藝信息與產品數據產品數據綁定保存，便于對歷史工藝數據的追溯查詢；系統可對重要的溫度、壓力等重要數據實時采集，并以曲線圖形式提供直觀顯示和遠程監控。

2.3 關鍵技術

    該系統通過積極與國內高等院校和研究所合作，消化吸收國外技術，成功掌握整套的輪胎行業的機械、控制等核心技術，采用無線終端應用服務、ProfiBus 工業現場總線技術、應用組件技術、ADO.Net 技術、OOA/D 面向對象技術、WEBService 技術、數據分析挖掘等關鍵技術，確保系統的先進性、適用性。依托強大的軟件設計能力，在掌握核心底層技術的同時，適時的研發輪胎MES 管控網絡系統，為輪胎行業的MES 標準化奠定了堅實的基礎。其關鍵技術涉及：

    生產過程模型化：

    輪胎生產過程模型化就是把生產過程中的生產要素在系統中仿真、模擬、還原真實現場操作，從而看到虛擬的逼真實際生產過程中生產要素的全動作過程及狀態，以及發生阻塞和瓶頸的位置和情況。

    輪胎生產制造模型化通常需要經過三個步驟：首先，建立輪胎生產要素三維仿真場景；其次，仿真模型參數設置和仿真流程控制；最后，仿真模型的運行、驗證與結果分析。

    在系統中，通過改變參數輸入，模擬實際生產情況及波動對系統造成的沖擊，呈現形象、直觀的阻塞、瓶頸解決方案。輪胎生產過程模型化不僅能夠精確真實模擬生產設備的空間布置、運行狀況、生產物流、計劃調度、生產工藝、質量過程控制、生產成本控制，驗證設備產能、物流存儲等規劃設計要素的合理性，發現系統運行的阻塞、瓶頸和對方案進行優化、調整，使生產布局、生產物流、計劃調度、生產工藝、質量過程控制更合理有效；而且，能夠預測生產設備性能、制造成本，從而更經濟有效地、靈活地組織制造生產，使各種相關資源得到合理配置，從而提高生產效率、節能降耗以及生產宏觀掌控能力。

    設備監控系統：

    輪胎企業的標準監控組件庫，定義標準組件對象（包括輪胎的各個工序：壓延工序（鋼絲簾布），復合擠出（胎面、胎側、墊膠、填充膠），內襯（卷膠片、氣密層）、零度帶束層、鋼圈、多刀縱裁、直裁、斜裁、兩鼓成型機、硫化機，檢測設備等），用戶自定監控組態功能。實現生產數據的實時采集、設備狀態的實時采集、物料消耗的實時采集、設備故障的在線診斷、在線診斷以及設備群控智能接口（硫化、成型等）。

    輪胎車間管控網絡系統：

    在設備監控系統基礎之上，實現輪胎行業原材料、半成品部件（WIP）、胎胚、成品輪胎的管理、各工序的組態設定、計劃高級排產、能源動力監控、設備管理（實時監控、維修、潤滑、點檢、校驗、故障、備品備件、KPI）、車間員工管理、在線檢驗系統；在線生產數據采集；工序工藝參數管理；輪胎檢測系統；輪胎條碼系統和成品出庫系統；輪胎三包理賠追溯（召回）系統。

    強大的接口系統：

    接口系統總體架構圖如圖2 所示,從需求的角度來看，信息化系統的功能必須通過系統間交互才能滿足需求。MES 作為聯結ERP 系統與PCS 系統環境的一個中間應用層，需要承擔的重要工作之一就是在底層的工序系統和上層的ERP 系統間加工與傳遞信息，進行系統間的縱向整合。例如對自動化設備作業的工序產量統計，通過獲取工控設備提供作業信號，應用MES 系統進行匯總加工，作為最終的詳細產量數據傳遞給ERP是一個典型的信息傳遞過程。為了做到這一類的信息傳遞，ERP 與MES 系統、MES 與PCS 系統間的接口，是保證數據順利傳遞的關鍵。

 

3 管理、經濟效益分析

    MES 系統的實施可為企業帶來生產效率的提高、企業形象的提高、產品質量的提高、管理上的改善、經濟效益的提高等，主要概括為以下內容：

    在生產管理方面：

    1） MES 產品的實施可以幫助企業優化生產過程管理，平均生產周期縮短15％到20％。通過系統對從生產命令下發到產品完成的整個生產過程進行優化管理。MES 能及時對事件做出反應、報告，并用準確數據對它們進行約束、處理。

    2） 科學調度、優化計劃排產，提高生產能力，計劃下達效率提高大于80％。

    3） 精確生產，提高輪胎產品質量。

    4） 提高生產計劃靈活性和響應能力。

    5） 提高生產收益率。把設備績效、產品質量和產量結合起來分析，來平衡“交貨速度”和“生產成本”。

    6） 降低生產成本。通過確認原料損耗、實際的設備成本和生產量的變化提高財務及生產計劃精確性。

    在工藝管理方面：

    1） 提高輪胎生產各個工序的工藝保密性。統一將生產工藝利用系統，網絡化管理、統一分配權限、根據計劃直接下達到生產機臺。改變了傳統的工藝管理模式，使人參與的因素降低，使直接可以讀取到工藝參數的人員限制在設置權限內，最大限度的保證工藝參數的保密性。

    2） 降低工藝維護出錯率，提高配方執行的正確性，確保工藝配方執行準確率達到100％。

    3） 產品信息自動收集，工藝統計分析效率提高10 到100 倍。

    在質量管理方面：

    1） 原材料質量控制。輪胎產品質量的控制將轉化成對原材料來料的質量的控制、設備的控制參數的要求、對人的行為規范的要求。通過質檢數據快速采集系統與質檢設備建立標準數據接口，提高質檢數據錄入采集的效率和準確性，錄入手段由原來的手工錄入變為應用后的自動導入，工作效率提高40％以上。

    2） 建立相關流程，阻止不達標的產品的流出，將質量事故減少98％。

    3） 通過幫助工廠人員實時地對質量問題做出響應，并使生產和過程質量信息與產品追溯、設備性能建立聯系，可提高工廠生產響應能力, 質量結果反饋時間縮短1 個小時以上。

    在設備管理方面：

    1） 系統通過對設備狀態的信息采集、監控、故障診斷以及歷史數據的分析，實現設備的預警性管理，從而降低設備故障停機率，一般廠家停機率可以降低40％到80％。同時能能夠及時發現系統的隱患和問題，進行有效的處理，減少事故的危害和發生概率，降低故障成本和保障安全生產，設備故障發現和維修時間縮短大于50%。

    2） 通過穩定一致的設備/生產線操作和原料使用，保證設備正常的工作狀態，提高品牌信譽。

    3） 鑒別無計劃停工的原因和增進操作員的配合，提高現有資產生產能力。

    在物料管理方面：

    1） 利用實時、精確的產能信息，在制品區（WIP）和庫存狀態，更好地編制生產計劃，提高產能。

    2） 通過縮短生產周期和交貨期，提高產量，提高產品一次合格率到90％以上，原料浪費減少80％。

    3） 將在制品區（WIP）和存貨量減到最少，可降低生產及資本成本。

    4） 通過減少原料可變性和數據人工輸入量，減少不同班次之間的書面工作，可提高產品一致性，物料數據統計效率提高大于一倍。

    在成本管理方面：

    1） 通過提高生產的連續性、提高生產效率、降低不良品的概率、有效降低生產成本。

    2） 降低成本管理費用、損耗費用并且為細化職工績效考核提供依據。

    3） 為管理決策提供科學的、可靠的、全面的計量數據。通過計算機對采集的計量檢測的歷史數據和當前數據進行科學的分析、計算、統計、分類，并對未來的計量數據給出一定的預測。這將對減少生產指揮上的盲目性，提高生產指揮決策的科學性，產生積極的指導作用。

    4） 系統對數據的自動采集、自動的導入導出替代了人工抄錄方式，提高數據分析的效率，改變過去報表工作量大，滯后的弊端，提高了數據管理的簡便性和科學性。使管理者從繁雜的重復性勞動中解脫出來，而專注于及時、科學的系統分析和決策；減輕了工作人員的工作量，提高了工作效率，為生產提供了有力支持。

4 總結

       隨著WTO 在國內橡膠行業的深化，競爭日益激烈，橡膠行業傳統的生產、運行管理模式已不能適應多變的市場需求，借助信息化手段，以信息化帶動工業化，優化企業的生產運作和管理體系，是提升企業競爭力的根本途徑。制造執行系統(MES) 軟件能夠彌合企業計劃層(ERP)和生產車間過程控制系統(PCS)之間的間隔，解決“信息孤島”，在制造過程信息集成中起到紐帶的作用。制造執行系統(MES)的實施，為企業引入了現代企業生產管理理念，對企業生產管理流程進行重組和制造過程的整體優化，幫助企業實施完整的閉環生產，同時也為敏捷制造企業的實施提供了良好的基礎。

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