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达索系统Apriso产品在流程行业的应用
发布时间: 2023.02.09  点击:1406 次

在大家认知的概念中,离散行业和流程行业由于生产方式的不同,管理要求也有诸多的不同,所以MES产品是无法兼容的;离散行业的MES产品是无法在流程行业生根发芽的,流程行业的MES一般都是由自动化为背景的MES厂商承担,本次上海江达在达索系统专家指导下,经过充分论证,并且在实际的项目中用离散行业的Apriso在流程行业成功交付,为上海江达在未来在更多的行业实施积累了经验。


流程行业特性
流程制造以大批量生产为主,企业生产的产品是不间断地通过生产设备,通过一系列的加工装置使原材料进行化学或物理变化,最终得到产品。由于流程行业的诸多特殊性,使得达索系统和上海江达项目团队在实施前进行了充分的分析:

1.计划排产特殊性
此次上海江达实施的是一家精细化工企业,区别于传统的大化工企业,该公司生产的产品更贴近于市场,根据市场的需求,产品的配方是不断调整的,属于典型的小批量多品种的生产方式,但是由于产品工艺复杂,最终产品是基于多种半成品母液按照配方生产出来了,因此半成品的生产方式是按库存生产,同时该公司是一家集团公司,根据客户的分布在全国各地有不同等级的基地,低级别的基地需要到高级别的基地调拨半成品原料,对生产的组织有一定的困难性。

2.配方管理特殊性
多数人认为流程行业的配方简单,我们实际研究了客户的配方发现,客户的配方管理虽然管理的内容数量不多,但是颗粒度非常细,因此对我们的实施挑战特别大。

首先,客户的产品和配方是一对多的关系,在不同的季节,由于温度、湿度等原因,客户的配方就会不一样;其次一个配方会在多个生产设备(反应釜)上生产,我们将工序和设备进行逻辑绑定;最后在设备中,有很多的操作步骤,加原料、充氮气、抽真空、加热、加压等动作,这些动作都有一定的顺序,因此我们用工步和这些操作进行关联,一套操作,对应一个工步。

3.作业指令特殊性
下图是客户设备架构的示意图,作业指令的下达是按照产线来下达的,工单A可以投产到R0411,R0421A,R0431A, 工单B可以投产到R0411,R0421B,R0431B。在下达生产工单时,既要看生产线,按照生产计划下达到不同的生产线,同时还有看设备,当工单A在预处理釜R0411生产时,工单B不能下达,只有当工单在反应釜R0421A生产时,此次R0411空下来,工单B才能下达。



由于有公用设备(预处理釜)的原因,需要按照工序记录工单与设备的占用关系,只有当设备空闲时,新的工单的工作指令才能下发。

4.质量管理抽检变化和不良品管理
在生产过程抽检检验上,流程行业的过程检验没有离散行业的抽检类型多,流程商业基本上都是在生产完成出料前,进行抽检,同时为了规范作业,客户已经在处方上作了规范,出料前安排抽检,当工单执行到抽检工步,系统自动生成送检单,现场取样,并打印送检条码到实验室进行检验,实验室的LIMS系统将检验结果通知MES系统。

离散行业一般不合格品是去维修站维修,如果无法维修则报废。而流程行业的处理则比较麻烦,本项目中是不合格品需要判定转残料,残料入特殊的仓库,进行特别管理;此外,残料可以作为原料,按一定的比例将残料换算为各原材料成分,投入到正常生成的工单上作为已部分原料进行生产。

5.生产数据采集
流程行业大多数都是自动化水平比较高,在建设生产设备的同时,都建设了DCS系统,DCS系统可以实时采集反应釜的各种数据,并在中控室的电脑界面上显示。同时中控室的操作人员可以在DCS界面上操控阀门的打开和关闭。在DCS系统中,这类数据实际上是半结构化的时序数据,仅同设备和时间有关,同生产的产品没有直接的关系。

上海江达的解决方案
达索系统的Apriso产品是一款支持多工厂多车间柔性可配置生产运营管理产品,是企业实现智能制造的核心软件之一。作为生产执行软件,从ERP接收企业运营的各类计划:采购计划、出货计划、销售计划和生产计划;作为供应链的执行软件,将采购计划入库,将出货计划和销售计划的产品出货;作为制造流程智能管理的软件,将生产计划下发,并进行生产执行跟踪,实现透明化生产。




在经历为期一个月的需求调研和三个月的蓝图梳理后,上海江达与客户最终明确的业务蓝图如下:




在客户整个智能工厂项目内,达索系统提供的Apriso产品提供生产运营管理(MOM)这个智能工厂核心平台,平台主要涉及主数据管理、计划管理、生产执行、质量管理、厂内仓储物流、设备运维、安环管理模块。

同时作为智能工厂核心系统的,MOM系统同ERP、TMS、LIMS、DCS安环等系统集成。

1.计划管理
客户的生产组织方式是MTO,收到销售订单,立即安排生产,为了提升交付效率,客户的主要半成品原材料又是MTS,面向库存进行生产。

一级基地可以从TMS接收成品销售订单,转为生产订单后,在成品车间进行生产,也可以从TMS接收半成品原料的调拨订单,针对于调研订单可以直接用库存转发运单,也可以转生产订单,要求车间组织生产;同时ERP每日会通过MRP每日算半成品的消耗量和库存量,当库存不满足后续的生产要求后,会自动生成生产需求,计划管理模块会将生产需求转为生产工单。

2.生产执行
在生产执行方面,实际执行下来的结果来看,不论是流程行业还是离散行业,管理的内容基本是一致的,围绕着工单的生命周期,结合则工单的工艺流程信息和设备的排产情况,在工单开始生产时,记录工单与设备的绑定关系,同时记录工序的开始时间,结合着工步的执行,对工步的开始时间和结束实际进行记录,在记录工步的同时,记录物料的消耗和工艺过程数据的记录。使用中央监控台,对工单的执行情况进行透明化管理,通过谱系管理,记录成品与原材料之间的消耗关系。通过对三色灯和电磁阀的控制,在外操投料时,用三色灯加二维码对外操投料进行提示和校验,使用电磁阀和二维码对管道投料进行二次校验。

3.质量管理
由于化工行业的质量分析都需要专门的仪器和设备,同离散行业相比较,离散行业有较多的生产过程中的质量检验都是有现场的作业人员进行抽检的,而流程行业的质量抽检,都是取样后送实验室,由实验室进行检验和判定的。由于客户已经有了LIMS(实验室管理系统),MOM平台只需要根据工艺流程,在工单执行到抽检工步自动生成送检单,并且在在系统增加防呆校验,确保在送检单检验结果之前,不能完工入库。

4.设备模块
一般来说,流程行业都是高投资的行业,设备在整个工厂的投资中占较大的比例,因此如何提高设备的傢动率如何降低设备的故障时间是设备部门的主要职责,做好设备的全生命周期预防维护是设备部门的主要工作;MOM系统设置了日常的维护项目,操作员按照点检项目使用移动设备进行点检,当点检项目都正常时,点检单结束。当点检项目有不正常时,系统可以自动产生维修工单,安排维修人员进行维修。

维修人员接收到维修工单时,先现场确认设备故障,接着安排维修,在维修过程中如果需要备品备件,就会去领取备品备件,之后会记录进行了哪些维修项,使用了哪些备品备件,形成维修知识库。

此外设备部门可以根据设备的要求,按照不同的时间周期生成不同的保养任务。设备工程师根据保养任务,按时对设备进行维护保养。

5.厂内仓储管理
流程行业的仓储管理同离散行业的仓库管理没有什么特殊区别,主要特点在两个方便,一是数量的处理,另外一个单位的转换。

离散行业出入库时多数使用包装的数量,譬如入库多数托,一托多数盒,一盒多数个或者多重,流程行业入库大多车辆带货称重,入库前称一下毛重,入库后称一下皮重,接着算出入库的净重。此外入库大多数入的是储罐,储罐上一般有液位计,计量时,根据液位计的高度,结合储罐的内径,再结合存储原料的比重换算出原料的重量。

6.数据采集及解析
流程行业的数据采集比离散行业行业麻烦很多,首先流程行业的设备的点位非常多,往往一个设备有300~400个tag点,而且采集频率也比较高,一般1秒1次。上海江达特意选用物联网(IOT)平台作为数据采集和存储的平台,通过OPC Client端收集各DCS的数据,同时将数据存入到时序数据库中,为了更好的提供数据访问服务,IOT平台提供了数据开关量变化MQ服务、历史数据查询服务,历史数据点变化查询服务等相关WebAPI服务,同时上海江达开发了EDGE应用,以Docker容器的方式,运行将半结构化的时序数据解析为结合工单的结构化数据。

EDGE应用通过订阅,获取设备阀门的开关信号,结合工艺流程将某个阀门的开或关同工单的工步开工和工步结束进行转换,在收到阀门开的信号后,转换为工步的开工信号,并且通往WebAPI发送给MES系统,MES系统作为生产工单的工艺信息进行记录,同时DEGE应用可以通过接口查询阀门开和关的时间,以及在阀门开和关的时间点反应釜的称重值,将关时间的重量减去开时间的重量可以获得投料量。作为物料消耗可以上报给MES系统。在阀门关的时刻还可以看此时反应釜的温度,作为设备的温度特性进行上报。

在整个项目中,客户一直担心的是流程行业DCS系统大量的非结构化数据如何较好的被利用,MES系统围绕则工单进行工艺管理的工艺数据是一个良好的模型,能迅速的寻找工艺过程中的相关问题,但是这些半结构化的数据如何转换为结构化数据,是本期项目的一个难题,最终上海江达梳理并设计的DEGE应用较好的解决了客户的疑问,获得客户的好评。



总结
虽然流程行业的生产组织方式与离散行业有较大区别,但是结合到实际的项目来看,主要区别并不在生产运营层,在MOM管理的相关业务上,区别并不是很大,在自动化设备和数据采集上,由于具体的生产设备有区别,所以主要区别来自于数据采集。回顾本项目的实施效果,客户获得如下收益:

1、通过MOM系统的搭建,实现了企业智能工厂全信息化的覆盖;在整个生产供应链中,实现销售订单/调拨单到生产工单到原料入库单全流程信息的自动转换,实现销售、生产、采购信息流横向贯通;生产计划到生产工单到生产指令,从ERP到MES到EDGE到IOT数据自上向下的纵向贯通。为企业打造数字化工厂建立数据基础。

2、企业自建领导驾驶舱和报表平台,通过MOM系统的搭建,填补了生产计划执行、生产执行过程、设备效能等方面的数据,可以让领导更全面更细节的了解生产现状,实现透明生产。

3、通过MOM系统收集工单物料、设备生时间等方面数据,为企业成本精细化核算提供了数据基础,提升企业成本精细化管理能力。

4、在生产车间部署信息化管理平台,利用固定终端、移动终端的管理界面,加强了生产过程中防呆放错功能,对于一些错误的操作进行提醒;并且可以结合三色灯、电磁阀对一些现场操作进行信号指示和自动化控制。降低生产过程中人工错误的发生。

5、通过MOM系统建立产品的电子档案,替换了企业之前纸本的生产记录,为企业生产运营无纸化作出贡献。















































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