主流自动化厂商软件平台分析报告解析Word格式.docx

1、PLC/控制器：负责基础自动化控制。图2.3 HDP平台的网络布局对比结论Siemens MES软件平台应用的硬件网络布局，与Schneider Ampla软件平台的，基本相同。金自天正的HDP平台，由于需要过程计算机支持，而过程计算机主要围绕二级模型，况且HDP平台本身也不具备MES需要的功能，因此，与前面二者的硬件布局差异很大。软件平台功能对比 Siemens MES系统平台软件Siemens MES系统平台的软件组成如图2.4所示。图2.4 Siemens MES系统平台的软件组成Siemens MES软件平台的包括：生产订单管理、原料管理、库存管理、生产计划管理、生产单元管理、质量管理

2、、通讯等功能模块。1.1.1.1生产订单管理生产订单管理包括生产订单录入、生产订单预设计、计算生产订单、生产订单维护、查看订单进程等。a.生产订单录入：录入手段有两种，一种是从ERP系统接收，另一种是通过录入模块，自己手工录入。b.生产订单预设计：主要指针对生产的某种成品，采用何种标准和工艺，选定什么样的原材料等，由此功能根据积累的数据信息进行必要的限制。c.计算生产订单：根据客户对产品的要求（如产品规格、数量等），对物料、生产能力、质量等因素进行计算，综合得出比较贴近实际的交货日期，反馈到ERP系统或销售部门。d.生产订单维护：一般情况下根据需要对订单的参数做一些修改；有时需要追加某个工序，

3、或对工序进行调整。e.查看订单进程：与生产记录相结合，可以查看订单的完成状态（如新订单、已计算过、已释放、正在生产、完成多少剩余多少等等）。1.1.1.2生产计划管理生产计划被分为三个层次：商业计划、产能计划和生产日程安排（Production Scheduling），商业计划主要有公司商务部门关注，MES系统重点关注后两者。1.1.1.2.1产能计划产能计划：或叫中期计划，主要包括定义有效产能、分配资源能力和资源能力调整。a.定义有效产能：统计设备状态、生产时间、停机检修时间、班组安排情况等，来确定能真实地参加生产任务完成的有效产能。b.分配资源能力：针对定义的有效产能，来安排和调度原料、人

4、员和设备等的使用和时间进度。c.资源能力调整：根据实际的计划运行情况，调整原料、人员和设备等的使用和时间安排。1.1.1.2.2生产日程安排生产日程安排，与一般讲的生产作业计划有些接近，主要指生产日常计划和排程。a.生产订单排程：主要指根据有效产能，将生产订单落实到每个班组，形成详细的每个生产单元的日程安排，主要包括：有限资源约束下的多目标排产调度，目标包括：订单交付数最多、设备利用率最大、订单延迟最少、最小作业时间跨度、最低成本等。支持多种排产策略，如设备利用率、订单网络、换型安排、订单优先级、按时交单率等。支持多次试算，形成比对方案，由用户进行人工参与计划调整与方案决策，并对计划进行模拟仿

5、真，检验计划的执行效果。兼容突发事件排程，如紧急插入订单等。支持手工调整生产日程安排。b.生产指令下发：主要针对目前的生产状态，向二级系统下发一些生产指令。一般情况，触发这个功能有两种情况：调度员对计划做出或调整排程；收到L2系统发布实际的变化状态，会自动做出对应指令下发。c.排程查看：通过报表和形象的图形显示，来浏览详细的排程和实际的生产情况。1.1.1.3物料管理物料管理主要针对生产中流动的状态和分配情况，进行显示和统计。主要包括：物料数据记录与修改、物料树、物料分配。a.物料数据记录与修改：记录物料的状态和相应数据的变化情况，以及根据实际情况的修改。b.物料树：物料随着进入到新的生产单元

6、，其信息会不断的得到丰富，该信息包括经过那些生产单元、操作者及其时间、规格变化等，可以用类似于目录树的形式展示出来。c.物料分配：根据生产单元对原料的需求，将物料合理地分配到各个生产阶段里，以充分发挥有效产能。1.1.1.4生产单元管理生产单元管理指对各个生产工艺段的实绩进行统计，并实时跟踪订单、库位、物料等信息，主要包括：生产结果记录、订单跟踪、物料谱系跟踪等。1.1.1.4.1生产结果记录生产结果记录指记录和统计各个生产工艺段的实绩。1.1.1.4.2订单跟踪订单跟踪分成两部分：排程监控和订单进程监控，并提供一个生产线上图形化显示，使用户能够方便、直观地了解现场。a.排程监控：对计划的排程

7、进行跟踪，主要包括显示排程计划的执行情况、监控装炉/出炉/轧制/卷曲生产过程、显示生产结果、支持画面数据的动态刷新。通过对车间的生产情况进行实时监控，使管理者能及时的掌握生产第一线的情况，以便尽快响应和决策。b.订单进程监控：对订单的完成情况进行统计和分析，主要包括监控订单完成情况、各工序状态、各工序计划/实际/待生产数量等。1.1.1.4.3物料谱系跟踪物料谱系跟踪主要包括：a.物料谱系动态生成：谱系生成进度与产品实物生产进度同步；b.按照物料谱系结构变化，实现层次化管理，如按照时间、班次、操作员等进行统计和分析；c.实现从物料谱系的任意节点，进行双向展开追溯：正向：追踪到最终产品的产品号，

8、对物料流动情况进行监控，完成物料跟踪。逆向：回溯至所用原料/辅料批号，对物料流动情况进行检查，可以完成对产品缺陷的分析和定位。通过物料谱系查询，回顾产品的历史生产过程，以及物料变迁轨迹。1.1.1.5质量管理质量管理指对产品在生产工艺段的质量进行管理，使质量控制点分布在整个产线，主要包括基础配置管理、质量作业管理、质量分析和质量追溯等。1.1.1.5.1基础配置管理基础配置管理主要工作包括：a.获取检验参数信息定义；b.质量故障定义；c.质检处理方法定义；d.自定义检验流程。通过清晰地做好这些相关定义工作，可以根据客户对质量控制的不同需求，灵活定义检验流程。1.1.1.5.2质量作业管理质量作

9、业管理主要包括：a.质量编号管理，为批次物料分配唯一编号，用来关联其全生产生命周期的质量信息；b.质量数据采集，包括手工录入采集和从自动测量仪器全自动化采集；c.不合格品管理，不合格品审理流程和结果管理；d.不断改进质量控制策略；e.质量呈报和成本管理。通过这些作业管理，将事后检验升级为事先预防，降低产品的不合格率；提高员工质量成本意识。1.1.1.5.3质量分析质量分析主要包括：a.监控过程质量数据，以及质量数据的超限报警；b.产品质量状态统计，如对报废批次的发生概率或发生数量进行统计；c.质量统计报表，周报、月报等。通过扎实的质量分析工作，可以动态监控产品质量趋势，避免产品的批次质量事故发

10、生；不断修正质量控制标准；循序渐进地改进工艺和质量水平。1.1.1.5.4质量追溯质量追溯主要包括：a.产品质量追溯，严格定位质量缺陷发生范围；b.从既定节点发起，支持双向质量追溯，可追溯的信息包括：不合格品审理过程记录和审理结果、工艺超越记录、质量处理过程记录。通过质量追溯，未雨绸缪，建立完善的产品质量档案，跟踪产品的全周期质量状态；快速定位质量问题所在，以及定位会发生同类质量事故的潜在产品。1.1.1.6库房管理库房管理指对原料库、中间产品库和成品库进行管理，主要包括入库/出库/移库管理、发货/装车单等。a.入库/出库/移库管理：对原料、中间产品和成品的状态变化（如入库、出库、移库）进行实

11、时维护。b.发货/装车单管理。1.1.1.7设备管理设备管理包括设备数据采集与评估、预防性维护。1.1.1.7.1设备数据采集与评估设备数据采集与评估包括：a.设备在现场的实时监控，获得准确的设备状态b.设备报警和消息的采集与统计：对设备运行过程中报警和发送和接收的消息进行记录、分类和统计，获得完整的设备历史运行信息。c.设备可用性和利用率分析：通过生产线上设备历史运行信息，来分析设备的可用性和利用率。通过设备状态分析与评估，可进行预防故障，延长设备寿命，来增加设备可用性和生产率，提高生产效率。1.1.1.7.2预防性维护预防性维护包括：a.通过时间、计数器定义触发器来确定维修任务的周期。b.

12、维护活动实时跟踪，并对维护任务进行记录，分析和评估。通过维修性维护，可延长设备寿命，削减维修成本；将简单维修工作的责任从维护部门转移到生产部门；有计划的、有组织的进行设备维护活动。1.1.1.8通讯通讯主要特指与L2系统进行通讯，获取基础自动化系统的数据信息，以及将MES的命令传输到基础自动化系统，主要包括：a.与基础自动化提供多种接口驱动方式，实现畅通实时数据采集；b.通过串口或键盘口，支持条码和RFID数据采集；c.支持多种语言脚本访问，对实时数据的操作更加灵活等。1.1.1.9效能分析效能分析能够提供多种方式，进行KPI（Key Performance Indicator）计算：提供预置

13、的标准生产KPIs的计算。脚本环境支持定制KPI计算，满足客户不同需求。多种KPI计算的触发方式，如基于时间或者事件。多种数据分析展现方式，如Web网页、Excel表、报表等。通过效能分析提供的图形或统计报表，使管理者能够及时准确了解生产绩效，为决策者制定有效的管理决策提供支持和保证。基于历史数据的分析，能够为持续改进提供决策和支持。Schneider Ampla软件平台Ampla系统是一套功能很强的制造执行系统平台级的解决方案，通过对贯穿整个厂级的实时和历史数据，进行实时和智能处理和分析，来得到分析结论，使企业业务人员、操作人员、生产经理等能够快速做出正确的决策。1.1.1.10Ampla软

14、件平台的系统架构Ampla软件平台的系统架构，如图2.5所示。图2.5 Ampla软件平台的系统架构Ampla软件平台分为三层：数据层：为数据存储、与基础自动化通讯的子系统，建立抽象的数据模型。其中，数据存储采用SQL Server数据库；通讯子系统包括实时通讯接口、历史通信接口以及其他OLE类数据库。商业层：实现了MES系统功能，包含了Downtime、Production等很多功能模块。展现和集成层：提供了用户与Ampla系统交互的方法，主要为应用服务和集成服务。应用服务：包括与上层服务通讯机制、公共服务接口，它们为上层的生产分析、各类报表等，提供数据和信息接口。集成服务：包括主数据管理（

15、Master Data Management）、B2MML（Business To Manufacturing Markup Language）接口，以及工作流数据的抽取、转换和装载过程（ETL）等。整个Ampla软件平台，无论那一层，均采用统一配置接口。另外说明：LIMS（Laboratory Information Management System）：实验室信息管理系统，提供手动输入数据，以及通过迟绑定原则获得的来自外部系统的数据。Fleet Management：指工厂的车队管理与调度。Ampla Studio：Ampla工程的配置环境，能够创建、编辑、备份和存储Ampla工程；验证配

16、置正确性等。Production Analyst：具有丰富特性的配置工具，可以进行过滤、查找、诊断Ampla工程等工作；可通过浏览器树，来模拟工厂内部的层次关系；其分析结果，可通过视图Ampla Metrics Dashboard来展示出来。该工具的界面，包括这几部分：工厂层次树栏、工具栏、过滤器栏、模块栏、数据表栏、图表栏等。Plant2Business：是Ampla与ISA-95标准中定义的4级系统（如ERP系统），或其他业务系统，进行协作的一种机制。1.1.1.11Ampla软件平台对企业层次的划分Ampla软件平台定义的企业层次模型，如图2.6所示。图2.6 Ampla软件平台定义的企

17、业层次模型Enterprice：一般是公司级或企业级。Site：一般是分厂级。Area：一般是车间级，或某个生产线级。Work Center：某个工艺区或工艺段，它是Inventory功能块能处理的最小单元。Unit：某个工艺段具体处理，分为三类：Process Unit、Production Unit、Storage Unit等。对这个层级的划分，每个企业都可以不同，这是与管理的粒度结合在一起的。1.1.1.12Reporting PointReporting Point是Ampla软件平台特别关键的概念，可译为“管理点”，它紧密地结合对企业层次划分的模型来理解。Reporting Poin

18、t放在企业层次的那一层级，代表需要在那一级实施MES管理，即确定管理的范围，以及实施管理的不同角色，例如可以放在Enterprice级，表明期望实现公司级的MES管理，放在Area级，表明期望实现车间级或某条生产线的MES管理。Ampla支持的管控点多少，与Reporting Point在那一层次直接相关。应用Ampla软件平台进行设计时，极为关键的问题就是要确定Reporting Point放在那个层次，即定义一个管理的规模，然后定义管理的架构、管理角色以及其职责，确定管理的功能等。每一个Reporting Point都可以包含着基本的功能模块。1.1.1.13OEEOEE，整体设备有效率，

19、是Ampla平台很重要的绩效衡量指标，它按照以下公式进行计算：OEE = 设备可用率 * 生产效率 * 产品优质率设备可用率：受两个主要因素制约，一是生产间断，如：工具故障、非计划维修、设备本身故障；另一个是配置调整，如：装备的切换/暖机时间、物料操作失误或大规模调整。生产效率：受两个主要因素制约，一是短期停工，如：生产线阻断、传送失误/失败、生产线清洁和检查；另一个影响生产线速度，如：粗糙运行、低标准运行（如手工操作）、设备磨损严重、操作员低效等。产品优质率：主要指产生废品，如：生产过程中的产品破损或不合格品、装配错误等。1.1.1.14Ampla软件平台功能模块Ampla软件平台功能模块可

20、分为三类：表征生产系统性能：Production、Downtime、Metrics。表征生产系统一致性：Quality、Knowledge、Inventory。表征生产系统集成性：Cost、Maintenance、Planner。1.1.1.14.1ProductionProduction模块能够实时而精确地反映在整个生产过程中所发生的一切。通过自动地记录所有生产的输入和输出，包括材料、消耗品、能源、废物、排放、不合格品以及产品的产量。应用此模块，生产管理可以最大可能缩短生产时间、减少失误、降低手工和重复输入数据录入的相关成本。通过对生产数据的自动化实时数据采集以及提供单一的手工数据录入点，实

21、现捕捉精准的生产信息。图2.7为Production模块应用和分析界面。图2.7 Production模块应用和分析界面1.1.1.14.1.1捕捉生产事件Production模块通过生产模块的Reporting Point来捕捉记录：当任意的模块捕捉条件满足时，都能够自动的创建生产记录。每个Production模块的Reporting Point，都可以添加多个捕捉条件。操作人员可以在生产分析工具（如Production Analyst）中，手动添加生产记录。1.1.1.14.1.2分析生产数据Production模块捕捉到生产记录后，用户可以进行分析并找到关注区域的问题所在。根据所作的配置

22、，用户可以对不合格材料的原因及分类进行因果分析。包括如下生产汇总图表：汇总图表（Summary Chart）比率图表（Rate Chart）累加图表生产分析工具（如Production Analyst）中对生产模块图表可以在任意的用户化网页中浏览。将生产图表和KPI 指示结合起来，就可以创建数字仪表盘（Dashboard）显示。图2.8 汇总图表基本界面1.1.1.14.1.3生产汇总报表Production模块记录的产品、班次、产量、废弃物等信息，来生成不同的报表，供生产管理人员动态地分析生产状况： 生产详情报表（ Production Detail Report）生产汇总报表（ Produ

23、ction Summary Report）生产概况报表（ Production Overview Report）生产效率报表（ Production Efficiency Report）操作审核报表（ Audit Report）数据报表（ Screenshot Report）1.1.1.14.2DowntimeDowntime模块能分析生产中断发生的时间、地点、情况、原因，确保生产设施保持最高的生产效率。此模块通过对计划内和计划外的生产中断事件以及低效运行的设备做出报告，从而能够对发生生产中断的原因进行全面的分析。这样，就可以获得所需的信息，从而制定设备维护的优先级、新设备的采购计划并改进操作

24、流程。设备的停机分析包括生产线上的主要设备，如：皮带输送机、拦焦车、烧结机、制氧厂气体压缩机、高炉上料、高炉炉体、高炉炉顶设备、高炉鼓风机、转炉、氧枪、钢包、结晶器、中包、轧机、夹送辊电机、轧辊等。1.1.1.14.2.1运行与停机事件管理设备运行管理模块可以方便捕捉停机信息， 而停机信息是判断生产绩效和可靠性的重要指标。停机时间是指生产中断的时间以及生产能力低于预期产能的时间段。记录生产的停机信息以及进而分析出根本原因，是降低生产损失的第一步。用户能够使用这些信息，轻易地发现造成产能降低的根本原因，以及对生产的影响程度。Downtime模块包括主要功能：数据采集：当停机事件发生时，自动创建停

25、机记录也支持手工输入创建记录编辑和验证：通过客户端添加额外的停机信息，并进行验证。信息浏览和分析：丰富的数据表述方式，易于进行数据分析。1.1.1.14.2.2设备运行停机时间分析Downtime模块将停机时间分为实际停机（生产中断）和虚拟停机（生产低效运行折合成实际停机事件）。图2.9 设备运行停机时间分析图对于虚拟停机，通过计算低效运行的实际时间并将之转化为生产处于最优状态（以生产技术规格为依据）的损失的时间。实际停机事件虚拟停机事件Downtime模块利用如下规则判定和钢铁生产过程中处理停机事件：当生产现场发生了一个满足Downtime模块定义的生产停机规则的事件时，系统自动创建一条停机

26、事件记录。允许对停机事件进行自动的延时处理（开始延时和停止延时）。允许操作员对停机事件添加更详细的信息，如：停机位置、分类、备注等。生产主管能够对所有的新记录的完整性和正确性进行确认。管理人员通过使用停机事件记录以及报表信息，实现各种对生产情况的分析。1.1.1.14.2.3设备运行停机报表设备运行停机报表：停机事件分类汇总停机事件概况报表停机事件记录报表图2.10 设备运行停机报表Downtime模块捕捉到停机事件并将其分类后，用户就可以通过分析这些数据找出发生问题的原因并制定解决方案。理解停机事件为何发生，是制定有效的解决方案的重点。用户找出问题发生的根本原因后，就可以提出建议，防止类似停

27、机事件的再次发生。1.1.1.14.3MetricsMetrics模块汇总其它模块的数据，并实时地计算工厂主要性能指标， 进而精确地反映生产的状态和趋势。通过数字化的仪表盘通过方便的刻度盘、图表以及指标呈现给管理层和利益相关者主要性能指标例如生产的效率和有效性等。Metrics模块提出了主要性能指标的实时值，如整体设备效率OEE、单位产品的能耗等。此模块还可以显示这些指标随着时间的变化趋势。生产管理层就可以据此来量化持续改进的努力及运营变化所带来的影响。图2.11 仪表盘式的生产指标分析结果1.1.1.14.3.1维修维护作业绩效Metrics模块能非常方便的汇总并分析某个时间段内的维修维护信

28、息：总运行时间各种报警的数量生产的产品数量计划外的维修活动计划内的维修活动设备停机生产切换维修请求次数创建维护请求（手动或自动）并发送到ERP浏览企业ERP 创建的维护命令1.1.1.14.3.2计算实时绩效信息Ampla软件平台可根据定义的时间段来计算KPIs，计算出的数值保存在数据库中用于快速查询。当如下的情况发生时，Ampla会重新计算KPIs：检测到KPIs 计算公式中的原始数据有变化。新数据添加，并影响到KPIs 计算公式中的数据源。手动告诉协调重新计算特定时间段的KPI值。1.1.1.14.3.3分析实时绩效信息分析的过程是将原始的数据转化为直观信息。通过采用简单的分析策略能够产生那些需要用来解答用户疑问的信息并确保得到最合适的信息。在KPIs 值计算和存储之后，用户可以进行分析来找到关注区域的问题所在。通过了解了当前的一些绩效指标，找出情况发生线索。为了实现目的，使用不同的分析方法，包括分布图、折线图、棒图等等。1.1.1.14.3.4实时绩效信息的可视化Metrics