現階段，大多數水泥企業在運營中已經應用DCS(分散控制系統)和ERP(信息管理系統)，基礎自動化程度較高，但生產管理、生產調度以及決策等方面基本還是人工管理，自動化程度較低。DCS系統的生產數據只能通過紙質報表傳遞，由相關使用人員手動錄入到ERP系統。同樣，ERP系統的生產計劃等數據也不能自動傳遞而是紙質方式傳遞到DCS系統。這種方式嚴重影響了數據的準確性和實效性。
隨著企業間競爭性日趨劇烈，市場開拓、生產計劃、制造過程、企業管理、資源共享、售后服務等運營環節愈來愈要求看作統一整體來考慮。在此背景下，通過信息互通和數據共享，實施管控一體的綜合自動化工程成為信息技術改造傳統水泥產業的關鍵。因此，以DCS、MES(生產執行系統)、ERP管理系統的協同管理集成應用成為了水泥企業信息化與工業化融合的突破口，也是優化生產過程、降低企業成本提高企業管理水平，為實現企業發展戰略和實施區域市場布控戰略提供有力的管理支持與管理手段。
1 DCS、MES、ERP的含義及應用
DCS(Distributed Control System)是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機(computer)、通訊(communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便。DCS系統主要面向生產作業現場，對現場設備進行控制并提供最直接的生產實時數據，從而實現對生產過程的控制、監視、管理和決策。不同型號的DCS可以互連進行數據交換，并可通過以太網將DCS系統和工廠管理網相連，實現實時數據上網。
ERP(Enterprise Resource Planing)系統通過標準化的業務流程和標準化的信息數據將企業各個方面的資源(人力、資金、物料、設備、時間、方法等方面)進行整合。它集信息技術與先進的管理思想于一身，為企業提供決策、計劃、控制與經營業績評估的全方位和系統化的管理平臺。其核心目標是實現對整個供應鏈的有效管理，滿足企業合理調配資源、提升內部運營的效率和整體的經營水平、最大化地創造社會財富的要求。
MES(Manufacturing Execution System) 是連接底層控制系統與上層管理的橋梁，主要負責生產管理和調度執行。MES與上層ERP等業務系統和底層DCS等生產設備控制系統一起構成企業的神經系統，一是把業務計劃的指令傳達到生產現場，二是將生產現場的信息及時收集、上傳和處理。MES系統可以在統一平臺上集成諸如生產調度、物料跟蹤、物料平衡、質量控制、設備故障分析、網絡報表等管理功能，通過統一的數據集成平臺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。
2 基于DCS／MES／ERP三層架構的系統集成
ERP／MES／Dcs的時間因子及數據流見圖1。ERP系統基于事務處理，從管理層角度關注客戶訂單、銷售預測、物料需求等信息。ERP系統根據市場需求和銷售計劃制定工作計劃，并下達至相應的車間的MES，工作計劃中包含物料種類、生產數量、完工日期、標準物料BOM、標準生產工藝、設計文檔等信息，根據這些信息MES產生更為詳細的資源分配、控制參數、工序和生產調度并形成工作指令下達到控制層的DCS系統。DCS接受到MES下達的工作指令則控制相應設備完成相應工序。DCS在工作的同時將生產信息實時地反饋給MES，這些信息既包括實時生產信息，如起止時間、等待時間、實際工作時間、完成數量等，又包括作業、任務狀態以及底層設備人工狀態；MES在反饋的底層信息基礎上，對某些信息進行處理并反饋給ERP系統，如工作訂單狀態、完成情況、起止時間、實際的物料BOM、實際的生產工藝、WIP信息、實際庫存狀態等。這些反饋信息對ERP系統至關重要：①使ERP中的物料BOM、生產工藝根據反饋數據得以調整，從而使物料BOM、生產工藝更為準確；②實時信息的反饋使成本計算、WIP狀態、庫存狀態更加可靠。
圖1 ERP／MES／DCS的時間因子及數據
由此可見，ERP／MES，DCS信息流的下達和反饋保證了ERP系統信息的實時性。此外，ERP系統基于事務處理，其工作是以天、周、月、年為時段，即100x時間因子。MEs的職責是執行產品制造以及相應的作業，MES工作于較短的時間范圍，通常以天、小時、分鐘或秒為時段，即10x時間因子。Dcs以實時方式工作，時間因子為1X(秒或更小的工作單位)。因而，從DCS、MES到ERP構成了從實時、秒、分、時、天、周、月、年完整的信息管理、控制時段，覆蓋了從上層計劃到車間執行的整個過程，實現實時的企業管理。
構建ERP／MES／DCS集成系統的關鍵技術之一是XML的信息表示和集成。XML提供統一的方法來描述和交換獨立于應用程序或供應商的結構化數據。采用XML既利于ERP／MES／DCS間信息流的可理解性和統一性，又利于不同數據庫的易集成性，還能根據特定需要獲得信息視圖。另一關鍵技術是OPC技術的集成控制。OPC是一套基于微軟的OLE／COM標準接口協議，其目的在于建立一個有效實現數據交換的接口，提高底層設備的通信能力，從而提高制造業和過程控制工業的各種自動化應用。
3 在水泥企業中的集成應用
對湖南某水泥企業進行調研，其組織結構包括：生產部、銷售部、供應部、質管部、設備部、工藝部、人事部、財務部、企管部等部門。部門之間的獨立性較強且部門內部的業務處理非常集中，結合水泥流程行業的特點，ERP子系統的劃分為生產管理、銷售管理、供應管理、質量管理、設備管理、人事管理、財務管理、生產監控。MEs系統主要實現的是對生產作業的管理和調度及雙向傳遞信息，功能模塊包括計劃分解、質量管理、作業調度、物料平衡和庫存管理、設備運轉管理等。DcS在水泥生產過程中實現各生產設備之間的通信和生產過程的監控，主要設有生料控制回路、窯尾控制回路、窯頭控制回路和煤粉制備控制回路。
通過分析，設計出ERP／MES／DCS集成系統的主要結構見圖2。
圖2 面向水泥企業的ERP-MES-DCS集成系統結構
以湖南某水泥企業的數據為基礎，在ERP系統中添加生產訂單見圖3。MEs系統周期性讀取ERP系統數據庫的生產訂單，后臺自動根據標準物料BOM分析計算得出各種原料的需求量，自動生成領料單，并將工作指令下達給DCS系統。生產部門據此領料單到生產部門領取原料進行生產。圖4是領料單生成窗口。DCS系統根據工作指令控制和監控生產設備的運作。
圖3 生產訂單生成界面
圖4 領料單生成窗口
4 結論
在水泥企業中，基于ERP／MES／DCS的集成系統可以對信息進行有效采集、實時傳遞和充分共享，從而實現生產現場、業務管理及領導決策三層信息的上下貫通與流程控制，能有效解決目前水泥企業存在的主要問題如基礎數據的命名或編碼不一致、生產調度信息不全面、信息反饋滯后等。企業管理者只需登錄信息管理系統就可在權限范圍內解企業的整體生產、經營情況，從而對生產、銷售等過程的產、供、銷、人、財、物進行全面有效管理。
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本文標題：基于DCS／MES／ERP集成系統在水泥企業的研究與應用
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