【牛工厂】网络计划技术下MES生产调度设计与实现工业组态软件在油田自动化系统中的应用

    网络计划技术是目前比较盛行的一种现代生产管理的科学方法。其基本原理是将拟定进行的工作，按其各项具体任务的先后顺序，通过网络图的形式对整个项目进行全面规划，达到以最少的时间和资源消耗来完成整个系统的预定目标，取得最好的经济效益。

    MES上承ERP、下接控制系统，对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。其重要使命就是实现企业的连续信息流，协调和控制整个生产过程中的材料、人员、能源和设备，从而优化作业降低成本提高质量，缩短制造周期。

    骏威MES套件产品是骏威立达科技发展有限公司推出的一套可视化的企业信息化管理系统，是遵循MES规范、ERP规范并覆盖企业车间工位级的系统。该套件以生产现场的生产数据采集、生产计划与监控、全面质量管理为核心，构建生产过程的信息化和可视化，强调产品制造过程的整体优化和细化，方便企业的业务流程快速重组与管理水平持续提升。

    生产调度系统是骏威MES套件的重要组成部分，其以网络计划技术为理论基础，结合先进的IT技术，利用网络计划图进行导航，对企业的生产计划业务进行全面管理。该系统利用网络计划图实现了集团级、工厂级、车间级、工段级的多级生产计划以及任务分解、任务分派、任务相互约束以及生产情况逐层归总等功能；实现了生产计划制定(年度计划/月度计划/每日生产计划)、工作日设置、各工序的每日物料清单管理、生产月度结转、工序完工票管理；实现了对工序每日生产情况自动汇总和分析(生产日报、生产进度表、生产动态表、日产和均衡率的计算、生产计划能力分析、工作中心负荷报告、工作中心负荷图)；实现了对生产计划的完成情况进行实时监视，对超动态的工序予以提醒，对掉动态的工序予以报警等。

    基于网络计划技术的骏威MES生产调度系统，目前适用于所有离散型行业的生产调度。本文以铁路货车产品的生产计划数据为例进行阐述。

工艺路线及工序创建

    根据企业生产情况，首先创建工艺路线(流水线)节点及各工序节点再设置工序属性参数(如初始的工序生产周期确定)，定义在工艺路线上需要采集的加工工艺参数，工序所属单位可灵活调整。

生产网络计划的制定

    可视化地制定生产网络计划图，在图中进行图线的拖拉、连线等操作，可定义一道工序的上道工序、下道工序及工序节点，可制定集团级、工厂级、车间级、工段级等多级生产计划及其间的约束关系。网络图上所有的图形可放大、缩小、移动。选中某一工序，点击图形上面工具栏的相应功能按钮，可查询相应工序的生产进度、子网络计划图等信息。

分层生产调度以降低风险

    网络计划技术可方便地实现企业生产多层计划、调节以及生产完成信息逐层归总。针对企业内外部供应链的风险，可以利用网络计划技术进行分层管理r分层规避风险(工厂级——大工序、车间级——小工序、配件级——分支子工序)，形成工厂保合同、车间保工厂、配件生产供应保组装车间的层级管理格局。

关键工艺路线的确定

    以各工序实时有效的生产周期，根据网络计划理论的算法，可快速确定生产中的关键路径。负责企业生产调度的管理者必须随时监视关键工艺路线上各工序的生产情况，一旦出现异常，必须立即给予协调及解决，生产进度才会得到有力的保障。快速确定了生产中的关键路径，就可方便地对生产过程进行工期优化、费用优化与资源优化。

    生产调度员可随时监视关键路径的变化，发现生产瓶颈的变化情况。关键路径受网络图中工序周期的影响，骏威MES生产调度系统智能地对各工序的历史生产数据按照相应的算法，计算出各工序当时的被生产零部件的有效生产周期；另外，工序有所调整时，关键工艺路线也会随之而变。

生产完成信息的采集

    对车间现场流水线上各工序的生产信息在各工位上以工作人员手工录入(工序完工票)、条码设备输入或终端自动化设备直接导入等多种方式和手段进行采集。在数据进入系统时自动进行全面校核(一次输入二次校核)，并辅之以工序间及流程上的互控，保证生产数据来源的实时性、全面性、真实性，保证车间生产的物流与信息流一致。

现场生产监视

    在网络计划图上，选中工序，点击现场生产情况监视按钮，可实时监视各生产流水线、各工序当日生产完成情况(生产数据自动刷新时间间隔可达1秒)。有条件的企业，可在车间生产现场安装摄像头，生产现场就会作为网络计划图的背景出现在用户面前。

    若企业有条件，还可在车间现场安装摄像头，可远程监视生产现场。

    在网络计划图上，选中某一工序，点击生产进度按钮，可查询此工序本月的生产进度。

生产异常情况报警

    对生产情况进行可视化的分析管理，由生产网络计划图进行导航，对超动态(超额生产)的工序给予提醒，对掉动态(未完成生产任务)的工序给予报警等。

    “钻12孔工序”未完成当时生产任务，以红色报警；“支点座焊接工序”超额完成任务，以绿色给予提示(注：超额完成任务，也是浪费生产资源)。

    网络计划技术应用于具有中国特色的企业生产管理中，具有特别重大的意义。ERP和JIT均是以整合内外部供应链为前提，计划按提前期的概念从流水线的最后一道工序向前层层展开，生产计划的刚性较强，因此在JIT生产中有一种拉停机制。而我国的传统制造企业特别是国有企业，还没有进行内外部供应链的整合，企业与其供应方还是纯粹竞争关系，而不是共赢的战略合作伙伴关系。这种格局导致配件、原材料的供货周期和质量都不能得到稳定保证。这样，企业的生产计划就不得不根据外部供应情况和内部制造状况经常进行调整。在这种状况下，企业如何针对内外部的变化，合理迅速地对计划进行调整，对变化快速响应，就给了网络计划技术施展作用的空间。

    本系统实现了Web方式的基于网络计划技术的企业生产调度功能，对企业生产过程进行可视化管理，以达到用最少的时间和资源消耗来完成预定目标，取得最好的经济效益。

1 引 言

    SCADA(Supervisor Control And Data Acquisition)系统，即监测监控及数据采集系统。它可以实时采集现场数据，对工业现场进行本地或远程的自动控制，对工艺流程进行全面，实时的监视，并为生产、调度和管理提供必要的数据。

2 准东油田SCADA的系统构成及功能

    准东油田SCADA系统主要由远程测控终端、通讯网络及中心站构成。SCADA系统的主要功能包括数据采集、本地和远程控制。

    2.1 远程测控终端

    油井测控终端YJ-1200采用一体化设计，将工业电源、电量采集、参数设置、就地显示和操作、数据采集、油井控制等功能集于一体。用户只需简单配置和接线即可实现油井数据采集和操作控制，完成油井井口动态数据的在线录取、应急处理，数据传送、状态反馈、抽油机电气保护等功能。

    计量控制装置采用可编程I／O控制器作为主控单元，配合本地I／O模块实现计量站数据的采集和计量操作的控制，中控室人机界面可实现远程计量操作和参数设置。

    2.2 系统的通讯网络

    油井、计量站测控子系统与中控室采用无线局域网通讯。无线通讯设备采用以色列BA-VL系列室外无线网桥，无线网桥采用OFDM技术，工作频率5.8GHz，工作温度在－40℃至＋60℃，提供10／100Mbos以太网接口，远端站SU-A集成21dBi天线，数据传输速率6Mbps，基站中心带宽54Mbps，基站数量可以根据带宽需求增加。覆盖距离大于10公里(FFC)。

    2.3 中心站

    它是—个局域网，包含3台工作站和1台数据库服务器，以完成不同的工作。它通过中心站软件管理系统数据库，每个工作站通过组态画面监测现场站点，下发控制命令进行控制，并完成工况图、统计曲线、报表等功能。

3 应用组态软件采集数据实例

    3.1 提取终端数据

    各种变送器通过4-20mA电流信号传送到终端的采集模块，终端模块通过转换将采集到的数据保存到各个事先定义好的寄存器中，我们利用MODBUS／TCP协议来完成组态软件与远程终端的通讯，提取到终端的数据。组态软件本身就是数据采集与过程控制的专用软件，他内部本身就具有MODBUS／TCP的协议包，当然我们就不必考虑终端与组态软件是怎么通讯的，我们只需要通过配置组态软件来完成就可以了。

    以下简单的介绍一下它们之间是怎么会话的。由组态软件发送一个数据包，数据包格式如下：

    **04 05代表事务处理标识符
    **00 00代表协议标识符
    **00 06代表长度字符
    **02代表终端站地址
    **04代表功能码
    **01 00代表寄存器开始地址
    **03 00代表寄存器个数

    **04 05代表事务处理标识符
    **00 00代表协议标识符
    **00 03代表长度字符
    **02代表终端站地址
    **04代表功能码
    **01 00第一个寄存器的值
    **依次类推……

    不同的数据类型计算的方法不同。通过计算才能真正的得到我们想要的值。

    当然这些细节的问题我们不用详细的去了解它。那到底怎样才能通过组态软件提取到终端的数据呢？在这里我们以Citect组态软件为例，介绍到底是怎样一个过程：

    1)将所有RTU的IP地址、站地址、I／O地址搞清楚以后，形成一张点表，以备后面使用；
    2)在Citect中新建工程，然后就是建立与每个RTU的设备驱动；
    3)通过I／O的地址不同创建变量，Citect将会将这些创建的变量保存到一张自由表中；
    4)Citect软件利用实时数据库将采集到的数据保存起来，以便后面调用。在实时数据库中建立实时数据库变量与I／O点的对应关系，即定义数据连接；
    5)编写人机界面，通过人机界面用户可以看到现场的各个参数；
    6)将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系，规定动画属性和幅度；
    7)根据用户需求，制作历史趋势，报警显示，以及开发报表系统；
    8)对组态内容进行分段和总体调试，视调试隋况对软件进行相应修改。

    目前比较先进的组态软件都有独立的实时数据库组件，以提高系统的实时性，增强处理能力。实时数据库系统组态程序是建立实时数据库的组态工具，可以定义实时数据库的结构、数据来源、数据连接、数据类型及相关的各种参数。

    自动导引车(AGV)具有自动化程度高、准确快捷、柔性好、现场污染少、能有效避免人为错误并且节省人力资源等诸多优点，已广泛应用于航空、汽车、烟草、柴油机等生产、制造行业，AGV给应用企业带来的优势与效益也是有目共睹的。在实际应用中，由于企业的类型、产品的特点以及生产流程各不相同，AGV的使用必须与之适应，才能发挥出最大的功效。本文以沈阳新松机器人自动化股份有限公司承建的某精细化工(日用品)公司原料柔性自动输送系统为例，介绍全球内AGV首次应用于精细化工产品生产的经验。

使用AGV前的物料输送方式及流程

    某国际知名精细化工产品(日用品)生产销售商在全球十多个国家拥有生产厂，2007年销售额近百亿美元。该公司在中国设立的唯一生产企业成功实施了AGV项目。

    在使用AGV之前，该公司为了确保生产的准确性和生产过程的可追溯性，从2004年开始自行开发生产执行系统(MES)进行生产过程实时控制。其中，在原料称料模块中，通过使用安装有MES称料模块称料手推车进行称取物料，见图1，手推车实时与上位ERP系统连接，来自ERP系统的称料指令由无线网络发送到小车的电脑上，操作人员推着小车在系统指定的物料工位进行物料称取，系统检测和控制称料人员所称量物料的类型和重量，以确保符合当前工单的配方要求。然而由于每个产品的配方组成比较复杂，再加上丰富的产品系列，称料人员要在一个存储有几千种物料的称料区内进行操作。为了方便人工操作，称料车必须尽可能减小体积和重量，但同时由于空间的限制，称料车不能搭载大量的物料和任何容器，加上出于保护称料工具的需要，也就不可能在车体移动时在秤面上放置任何物品。于是，所有称取出来的物料都必须经过汇总后才送到生产区。

图1

    根据生产批量，大部分物料汇总后都是上百公斤，甚至上千公斤，只有使用又车才能把物料送到生产区，因此，汇料人员需要根据生产安排和进度，一车车地把物料按时准确地送到生产工单指定的生产区。当生产进度和计划发生改变时，还必须通过有效的手段通知汇料人员及时做出相应的正确反应。如果反应不及时，会造成生产延误，浪费工时。

    为了克服这个生产供应过程中的缺陷，该公司决定利用AGV的特性把现有的MES系统升级，并与之整合成为MES-AGV系统来提高自身的生产能力。

AGV车体结构

    AGV车体结构包括AGV自身设备和外部设备，自身设备包括车载控制器、磁导引系统、无线局域网通讯系统、驱动系统、在线自动充电系统、安全系统、人机界面、辊道输送机、顶升装置等，外部设备包括原人工称料车上的所有设备，以及一些辅助用品等，都安装在AGV上。

    新松公司在为该公司进行AGV车体设计时，根据其要求进行了多次改善，最终满足了该公司严格的要求；在制造AGV实物前，先向该公司提供了AGV车体效果图(见图2)，得到确认后再进行AGV车体制造(见图3)。

图2 AGV效果图


图3 AGV实物图