常德卷煙廠位于美麗的湖南省常德市，是湖南煙草工業(yè)公司下屬分廠，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國內(nèi)知名品牌：芙蓉王。由于芙蓉王品牌深得人心，市場需求逐年持續(xù)增長，擴大芙蓉王品牌產(chǎn)量成為了常德煙廠的頭等大事。2009年，一條新的、具有特色工藝的，年產(chǎn)量滿足120萬大箱的芙蓉王制絲專線建設(shè)成功。

　　芙蓉王專線是國內(nèi)采用分組加工和全配方兩種加工模式的第一條專線。在芙蓉王制絲專線技術(shù)改造過程中，結(jié)合芙蓉王卷煙現(xiàn)行的輕、穩(wěn)、精、細加工理念，創(chuàng)新性的設(shè)計出了單等級批量制葉、動靜結(jié)合的人工選葉、定量箱式儲葉、 多通道、多級配比等加工工藝方案，形成加工的特色工藝流程、產(chǎn)品質(zhì)量控制方式及特色卷煙產(chǎn)品，大大提升了芙蓉王專線的技術(shù)水平。

　　芙蓉王專線的高度落成，技術(shù)水平的極大提升，圍繞芙蓉王專線的各種業(yè)務(wù)功能和業(yè)務(wù)流程都發(fā)展了極大的變化。單等級批量制葉、動靜結(jié)合的物料移動、定量箱式儲葉、 多通道、多級配比等特色處理工藝催生了工藝路徑的柔性，產(chǎn)品配方的柔性，產(chǎn)能的柔性以及生產(chǎn)組織的柔性，特別是生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)組織，生產(chǎn)組織與生產(chǎn)執(zhí)行；生產(chǎn)執(zhí)行與生產(chǎn)控制，在保證特色工藝中產(chǎn)品的高品質(zhì)，滿足不斷擴大的市場需求。如何有效的、智能的、自動的、高效的，協(xié)調(diào)好生產(chǎn)中的所有資源，實現(xiàn)一體化生產(chǎn)，成為了企業(yè)考慮的重點，芙蓉王專線MES也由此應(yīng)用而生。與此同時與GE建立了高技術(shù)、高標準的技術(shù)同盟。

　　高度柔性化、自動化的芙蓉王專線，為管理和控制提出了一系列的挑戰(zhàn)：如何一體化？如何實現(xiàn)生產(chǎn)的智能調(diào)度、如何實現(xiàn)生產(chǎn)的在線調(diào)度、如何實現(xiàn)生產(chǎn)的全面跟蹤、如何完成生產(chǎn)的可視化、標準化、規(guī)范化？如何建立桌面生產(chǎn)平臺，真正實現(xiàn)從原料到成品的追蹤鏈，當發(fā)生質(zhì)量問題，能夠?qū)γ恳话鼰煻寄芸焖佟蚀_的找出其生產(chǎn)加工的每個環(huán)節(jié)，和每個標準，追蹤責任。GE智能平臺 Proficy軟件解決方案通過其生產(chǎn)管理模塊給出了標準答案。

　　芙蓉王專線MES完全由GE提供產(chǎn)品，實施，支持和服務(wù)完成的，整個MES系統(tǒng)實施過程中，以用戶實際應(yīng)用為基礎(chǔ)，以一體化生產(chǎn)協(xié)調(diào)為目標，并充分考慮了專線的特色工藝。完成了從配方、標準、設(shè)備、物料、能源、時間、人員以及生產(chǎn)指令的的一體化整合，實現(xiàn)了從物料投料一直到產(chǎn)品成品的生產(chǎn)計劃調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)行追蹤、生產(chǎn)在線調(diào)度、生產(chǎn)物料移動的控制的自動化、信息化、智能化。并從總體架構(gòu)、硬件架構(gòu)和功能架構(gòu)以直觀的形式展示于用戶，并得到了用戶一致的認可。項目于2010年完成。

總體架構(gòu)設(shè)計

　　實現(xiàn)生產(chǎn)一體化的關(guān)鍵是總體架構(gòu)的構(gòu)建，也就是說，在以芙蓉王專線為基礎(chǔ)的特色工藝加工過程中，如何協(xié)調(diào)所有資源，在統(tǒng)一的標準和流程下，有序、有理、有節(jié)的運行，并在MES中體現(xiàn)，成為了構(gòu)建MES的主題思想。一個滿足這個目標的架構(gòu)思想三三成為了總體架構(gòu)設(shè)計的主旋律。芙蓉王三三的的核心思想是指三模統(tǒng)一、三級協(xié)調(diào)、三級聯(lián)動。三模統(tǒng)一是生產(chǎn)協(xié)同MES的建設(shè)基礎(chǔ)，三級協(xié)調(diào)、三級聯(lián)動是一體化MES的實現(xiàn)目標。如：下圖

　　三模統(tǒng)一的提出，是解決業(yè)務(wù)和信息不對稱以及載體不對稱問題的基本思路，是為了完成信息交互，業(yè)務(wù)流程的無縫對接的有效手段，芙蓉王MES實踐證明，為了實現(xiàn)物流、信息流、資金流的統(tǒng)一，管控一體化，流程數(shù)字化、信息集成一體化，三模統(tǒng)一是一個很好的選擇。

　　三模統(tǒng)一的思想突破了國內(nèi)現(xiàn)有MES粗放的金字塔建設(shè)模式，使得MES系統(tǒng)在內(nèi)部搭建，如：計劃分解粒度，生產(chǎn)工序劃分，控制系統(tǒng)工作內(nèi)容更加清晰；使得與第三方系統(tǒng)的接口，更加全面。充分實現(xiàn)了生產(chǎn)調(diào)度指令、作業(yè)指令的協(xié)調(diào)處理和基于事件的滾動排程，能夠使計劃指令、生產(chǎn)執(zhí)行調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)行工作在最小的粒度上，有效、統(tǒng)一、實時的反映生產(chǎn)狀況，并使機臺、儲柜等小粒度對象、小粒度事件躍然在管理者眼中。真正實現(xiàn)計劃層、生產(chǎn)執(zhí)行層、控制層的統(tǒng)一。完成了專線數(shù)字化、生產(chǎn)精細化、生產(chǎn)過程可視化的驗證，并為扁平式管理思路提供了很好的實踐證明。事件證明，三模統(tǒng)一的構(gòu)建，為常德芙蓉王專線的生產(chǎn)一體化帶來了質(zhì)的飛躍。

硬件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

　　為了適應(yīng)總體架構(gòu)的總體思路，硬件系統(tǒng)的設(shè)計從安全、性能和接口三個方面給予了足夠的支撐。在實際應(yīng)用中證明，本架構(gòu)除了滿足總體架構(gòu)的要求，同時在IT信息架構(gòu)規(guī)劃上，給出了整體的考慮。并通過GE智能平臺 Proficy的系統(tǒng)開放性，可擴展性，采集并存儲各系統(tǒng)的生產(chǎn)，管理與分析數(shù)據(jù)，構(gòu)建完整的廠級桌面生產(chǎn)平臺。如下圖所示：

實時數(shù)據(jù)采集服務(wù)器

　　MES I/O采集服務(wù)器負責收集所有由生產(chǎn)設(shè)備底層供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)、報警信息和生產(chǎn)信息，并將其傳遞到實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。這些被采集的數(shù)據(jù)由MES核心平臺PA進行業(yè)務(wù)過濾和梳理，被記錄到MES應(yīng)用服務(wù)器的SQL數(shù)據(jù)庫中，以便進行生產(chǎn)歷史追溯、質(zhì)量、設(shè)備分析、考核、報表查詢時使用。這些I/O采集服務(wù)器將從底層的現(xiàn)場總線上采集數(shù)據(jù)。

實時數(shù)據(jù)服務(wù)器

　　實時數(shù)據(jù)服務(wù)器是MES的基礎(chǔ)，所有數(shù)據(jù)來源與I/O數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。它主要包含四類數(shù)據(jù)，一類是設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)、物料加工數(shù)據(jù)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的存儲主要是通過時間和標簽記錄。

海量數(shù)據(jù)存儲
毫米級數(shù)據(jù)反映速度
雙冗余結(jié)構(gòu)（采集和配置冗余）
歷史數(shù)據(jù)動態(tài)管理

MES應(yīng)用服務(wù)器

　　MES應(yīng)用服務(wù)器包含兩大部分內(nèi)容，一部分是PA服務(wù)，一部分是數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。PA服務(wù)主要完成對企業(yè)的業(yè)務(wù)建模、業(yè)務(wù)流程、業(yè)務(wù)功能的實現(xiàn)。數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，是用于存儲業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)建模除了能夠滿足ISA-SP95界定的企業(yè)模型，并且可以對生產(chǎn)事件和生產(chǎn)活動進行靈活的建模處理，使靜態(tài)生產(chǎn)模型與動態(tài)的實物模型實時同步。業(yè)務(wù)建模可直觀的理解如下。如下圖：

功能架構(gòu)設(shè)計

　　采用Proficy Plant Applications架構(gòu)和功能。構(gòu)建制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實現(xiàn)常德煙廠芙蓉王專線一體化生產(chǎn)的要求，是功能架構(gòu)設(shè)計的總體思路。整個功能解決方案與軟件的整合，是以實時歷史數(shù)據(jù)庫平臺和MS SQL server為基礎(chǔ)，通過其豐富的應(yīng)用功能模塊，靈活的平臺特點。完成生產(chǎn)工廠模型架構(gòu)的建設(shè)和生產(chǎn)事件的捕捉，完成生產(chǎn)控制與管理。對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行挖掘、分析與管理，形成包括生產(chǎn)管理，生產(chǎn)與譜系跟蹤，質(zhì)量管理，效率分析，批次管理等不同MES的應(yīng)用。實現(xiàn)一體化、智能化生產(chǎn)，如下圖：

生產(chǎn)建模

　　如果說數(shù)據(jù)處理在MES系統(tǒng)中，是豐富內(nèi)容的體現(xiàn)，那么建模就是構(gòu)建體系靈魂的縮影。基于SP95標準的Proficy Plant Applications Administrator提供的建模功能，在常德芙蓉王專線系統(tǒng)中完成了現(xiàn)實工廠生產(chǎn)和計算機虛擬工廠生產(chǎn)的模擬，在計算機中不僅反應(yīng)了生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)資源，包括生產(chǎn)車間，生產(chǎn)線，生產(chǎn)單元，生產(chǎn)參數(shù)，質(zhì)量參數(shù)，過程參數(shù)、標準等可見對象，同時對各種事件（換牌、停機、啟動）、以及事件行為等進行了合適的映射。使實際生產(chǎn)（來自Proficy Historian）觸發(fā)的事件和生產(chǎn)行為，動態(tài)實時的在虛擬和現(xiàn)場的生產(chǎn)節(jié)拍中有序的穿梭。完成生產(chǎn)運行監(jiān)管，實現(xiàn)生產(chǎn)的全面指揮與追蹤，最終完成一體化的生產(chǎn)和生產(chǎn)歷史的回溯。 

計劃優(yōu)化排產(chǎn)

　　常德煙廠芙蓉王專絲是國內(nèi)采用分組加工和全配方兩種加工模式的第一條專線。在芙蓉王制絲專線技術(shù)改造過程中，在工藝組織、生產(chǎn)組織上相對更加精細和復(fù)雜。相比傳統(tǒng)工藝，特別是在柔性化處理上，提出了產(chǎn)能優(yōu)化、路勁優(yōu)化、配方優(yōu)化等新的思路。如何做好生產(chǎn)優(yōu)化排產(chǎn)，給企業(yè)帶來真正的效率和成本變化，是一個具大的挑戰(zhàn)。

　　采用了基于模型的多目標優(yōu)化排產(chǎn)是常德煙廠芙蓉王專線優(yōu)化排產(chǎn)的核心思想。主要通過模型化加工模式，柔性化生產(chǎn)能力，離散生產(chǎn)活動，定義時間順序約束和資源使用約束，定義多目標和目標合成成本實現(xiàn)。然后根據(jù)生產(chǎn)牌號的配方和生產(chǎn)活動間的約束關(guān)系優(yōu)化選擇工藝執(zhí)行路徑，完成基于模型的多目標勾畫。如下圖：

　　上圖為芙蓉王專線三套排產(chǎn)模型的模型架構(gòu)，模型中每個生產(chǎn)工藝都對應(yīng)一個生產(chǎn)活動，每個生產(chǎn)活動都包含一組生產(chǎn)單元（設(shè)備），每個生產(chǎn)單元與執(zhí)行層和控制層的生產(chǎn)單元相統(tǒng)一，同時在每個生產(chǎn)活動間設(shè)置順序約束（如：開始到開始、結(jié)束到結(jié)束等）或兼容性約束（如：使用相同資源等），多個連接生產(chǎn)活動組成一條工藝路徑。

批次管理

　　Proficy Plant Applications Client：通過客戶端工具展現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)狀生產(chǎn)狀況的監(jiān)控與追蹤。客戶端工具提供完整的多種監(jiān)視與應(yīng)用分析畫面模塊，包括報警，停線分析，譜系跟蹤，生產(chǎn)事件等，開發(fā)過程中只需簡單調(diào)用對應(yīng)的模塊進行組態(tài)即可實現(xiàn)。如圖所示為生產(chǎn)跟蹤畫面，左邊的畫面中每一個模塊代表某一生產(chǎn)單元上的某一批次，不同批次之間的族譜關(guān)系的通過帶箭頭的曲線進行連接，形象的展示了批次流轉(zhuǎn)的源頭和去向；選中任一批次，右邊的批次生產(chǎn)信息畫面中將展示該批次生產(chǎn)及流轉(zhuǎn)的具體信息，包括批次號，批次執(zhí)行的狀態(tài)，開始時間，結(jié)束時間，流轉(zhuǎn)的源頭和目標，生產(chǎn)過程參數(shù)等相關(guān)信息。

實時信息展示

　　常德卷煙廠芙蓉王專線的統(tǒng)一信息展示，是不同層次信息展示的生動表現(xiàn)。通過Proficy Realtime Information Portal提供對跨網(wǎng)絡(luò)、跨系統(tǒng)、跨數(shù)據(jù)庫的連接，并通過Portal提供的語義表達層，對各連接系統(tǒng)進行讀取和寫入，完成供多維度、多角度、多地域的的生產(chǎn)信息監(jiān)控與分析，是實時信息展示的核心內(nèi)容。具體包括：

　　通過實時數(shù)據(jù)連接器直接連接到前端的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集工具軟件 HMI/SCADA――iFIX后臺的實時數(shù)據(jù)庫，直接獲取生產(chǎn)現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)視，并以圖形化的方式在WEB上發(fā)布。
　　通過歷史數(shù)據(jù)庫連接器連接到實時歷史數(shù)據(jù)庫Proficy Historian上，以獲取相關(guān)參數(shù)的實時或歷史數(shù)據(jù)，提供實時或歷史數(shù)據(jù)曲線的分析，并在WEB上發(fā)布。
　　通過關(guān)系型數(shù)據(jù)連接器連接到Proficy Plant Applications，進行報警記錄查詢，KPI查詢，生產(chǎn)追蹤與報表查詢等，以及生產(chǎn)信息，并在WEB上發(fā)布。
　　通過寫入機制，把數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的系統(tǒng)，完成遠程標準和指令的一鍵下達和統(tǒng)一調(diào)整。

結(jié)論

　　常德MES一體生產(chǎn)的實現(xiàn)，充分發(fā)揮了芙蓉王專線特色工藝下的特色生產(chǎn)要求，在生產(chǎn)復(fù)雜化、柔性化的硬鏈接上，極大的發(fā)揮了軟連接的可能性。使得生產(chǎn)組織、生產(chǎn)排程、生產(chǎn)過程指揮與執(zhí)行、生產(chǎn)監(jiān)視與控制、生產(chǎn)過程全面跟蹤，空前可能、可視、可控、可追；實現(xiàn)了生產(chǎn)自動化、智能化。實現(xiàn)了生產(chǎn)計劃層、執(zhí)行層、控制層的管控一體化，實現(xiàn)了物料移動的控制、指導(dǎo)、跟蹤的協(xié)同化。設(shè)備跟蹤、物料跟蹤從定性和定量傳統(tǒng)的方法完全轉(zhuǎn)化成定量分析；智能調(diào)度、計劃調(diào)度、在線調(diào)度成為現(xiàn)實。質(zhì)量追溯為責任界定更加準確，更加透明；為打照數(shù)字化工廠，節(jié)約化性工廠、成本精細化、可控化工廠、管控一體化工廠提供了現(xiàn)實的例證。為行業(yè)MES實現(xiàn)的范圍，內(nèi)容，方法的界定，起到了全面的重大的、關(guān)鍵的、成功的案例。