MES系统在TnPM管理过程的应用

汪浩洋，彭美富，曹 玉，谷 垒

（湖南中烟工业有限责任公司长沙卷烟厂，湖南长沙 410007）

0 引言

全面规范化生产维护TnPM（Total normalized Productive Maintenance），是在日本 TPM（Total Productive Maintenance）的基础上，由我国设备管理研究机构提出，结合中国企业特点发展起来的设备管理体系。它以最高的设备综合效率和完全有效生产率为目标，以系统化的检维修模式为载体，以员工的行为规范为过程，以企业的全员参与为基础，是目前国内设备管理领域具有代表性的高水平、综合性的管理模式。我国工业企业近年来发展迅速，具有设备种类多样，高速度、高精度的特点。在这样的大背景下，长沙卷烟厂已逐步形成了一套基于现场总线网络、集中监控层网络以及数据管理系统为核心的信息化管理平台，通过MES系统集合生产管理、设备维护、产品数据、文件管控等信息，对企业TnPM管理过程提供了有效支撑。

1 MES系统框架构建

MES（Manufacturing Execution System，制造执行系统），是一些能够完成车间生产活动管理及优化的硬件和软件的集合，这些生产活动覆盖从订单发放到成品出库的全过程。它能够收集和利用实时准确的制造信息，从而指导、传递、响应并报告车间发生的各项活动，同时向企业决策层提供有关信息，为生产活动的任务评价过程提供支撑。

工厂使用的MES系统是基于Oracle数据库（甲骨文公司的一款关系数据库管理系统）开发，包括质量管理、生产管理、设备管理、文件管理及相关子功能。其中，设备维护系统和生产管理系统作为2大功能核心，成为整个MES系统各项服务对象及衔接纽带，为TnPM管理提供了便捷的流程和数据指导。基于岗位编号的人员管理系统，赋予生产操作、维修、工艺员、班组长、技术员及相关职能主管不同的权限，规范了不同责任主体在各板块所担负的职能，从车间管理层到生产一线的每个员工，都可以实时关注到现场设备的运行状态和维护、保养情况，充分符合TnPM管理过程全员参与的理念。MES系统结构框架（图1）。

2 设备维护管理

基于TnPM管理理念，MES系统以全方位的预防维修体制为载体，包含以下内容。

（1）设备维护管理包括日常维修管控、设备定期检定项目维护、周期性计划制定及执行，可对相同类别的故障现象进行维护，形成设备故障案例以供查询，指导检修工作的开展。

图1 MES系统结构框架

设备日常维护任务来源：维修人员自行组织开展的维修工作；由班组制定的周期性维护项目；技术员安排的检修任务；由异常信息反馈或日常检查转换生成的维修任务。设备管理子版块功能结构（图2）。

图2 设备管理子版块功能结构

维修任务生成后，参与维修的人员均需在MES系统中填写设备维修记录，包括设备名称、设备定制号、维修时间、维修班组及成员等相关信息。此外，还需详细录入设备现状、原因分析，检修过程及处理措施，如果该故障为重复性故障或发生频次较高时，还需提交整改及预防措施，纳入维修经验库。由技术员或班组制定的维修计划，在维修工填写完维修记录后，计划制定人还需进行完工验收。

周期性维护项目包括设备点检及润滑管理，内容管理由各分线技术员承担、车间设备主管审核汇总，并提交录入。润滑项目囊括了全车间设备各部位所有的润滑点；设备点检根据内容细分为电气设备、机械设备、电机、安全连锁装置及皮带秤校验，其中皮带秤校验为每周1次，安全连锁装置检查周期为90天，大电机需每月执行1次，其余设备根据具体情况合理设定周期，相关责任人员需在执行完现场任务后在系统内录入执行时间和执行情况，若检查发现异常，则可在执行情况内选择“异常”并自动转入维修计划。

TnPM 的 6Z 活动（Zero Defec，零缺陷；Zero Inventory，零库存；Zero Accident，零事故；Zero Mistake，零差错；Zero Fault，零故障；Zero Waste，零浪费）中，对库存管理提出了明确要求。自2015年开始，工厂的备件管理、申领和申报流程统一切换至ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划系统），并于同年完成了ERP与MES系统之间的对接，维修人员可利用MES账号登入ERP外围接口平台，完成备件查询、备件请领、请领单审批等工作，并在相应的维修记录中导入备件领取记录，录入消耗信息。

MES利用车间丰富的实时现场物料信息和设备运行状态，对生产活动做出快速反应。使设备管理人员能够通过系统快速了解设备使用率、备件消耗、维修频次、备件寿命，使备件计划的下单量与车间需求的数量相匹配，实现备件的零库存管理。

3 生产管理

对于设备系统而言，TnPM最为关注的是设备综合效率的最大化；对于整个生产系统而言，TnPM的追求是实现最大的完全有效生产率。设备综合效率的高低不仅是设备自身能力的体现，同时也反映了设备使用和维护机制是否完善、相关使用方和维修人员的素养，以及信息传递渠道是否准确和快速。

车间现场采用西门子公司生产的S7-300/400型号PLC（Programmable Logical Controller，可编程逻辑控制器），对生产过程数据进行实时采集，制丝线电控系统PLC使用CP443-1 Advanced通信模块，通过其千兆接口连接自动化控制网交换机，与上位系统的WINCC（Windows Control Center，视窗控制中心）服务器进行数据交互，实现数据归档的MES系统通过Oracle（甲骨文公司的一款关系数据库管理系统）与WINCC（Windows Control Center，视窗控制中心）服务器上的SQL Server（微软公司推出的关系型数据库系统）来进行数据交互。

生产管理系统根据数据库中统计的质量基础数据和物料基础数据，形成各牌号产品的生产模型，结合原料库存情况，实现生产计划高级排产，并及时对物资配送部门提出物料需求。

基于MES系统产生的排产计划，车间可根据工序批次任务进行合理调度，生产班组合理安排人员进班和设备保养，工艺线根据多牌号、大批量的调试数据，形成工艺文件，对各项指标参数提出明确要求并在MES系统中设置预警条件。生产模型（图3）。

4 完善的异常情况处置流程

通过生产过程监控采集到的数据一旦满足预先设置的报警条件，将会在“过程数据管理”中产生相关设备段的异常报警信息，同时中控操作界面将产生一条待录入的设备异常反馈信息，生产批次、控制段、异常状态起止时间由系统自动生成，当班的相关工序段中控操作工填写异常发生前后的设备运行情况及故障现象；此外，当设备存在不正常现象但未引起相关指标报警的情况下，操作工可根据情况自行录入设备异常反馈信息，保存提交后，信息将反馈至车间设备线。设备异常信息处置界面（图4）。

图3 生产模型

图4 设备异常信息处置界面

异常信息提交后，设备维修计划管理界面将出现红色字样的“维修请求”，包括条目数量信息，在人工确认前保持闪烁提示。

维修工可点击进入信息列表，查看与本维修组相关的信息并做出响应，填写检修过程及处理措施并初步分析异常产生的原因，由技术员进行确认，技术员可将此信息转入维修计划，进入设备维修管理流程，由维修工执行维修任务并填写维修过程记录。

异常信息处理完成后，将由提交人在系统内进行最终确认，确保设备异常运行情况已充分得到消除，证实针对该故障原因采取的一系列技术措施切实有效。

TnPM体系中，现场管理4要素通过MES系统得到了充分应用：通过建立异常信息的反馈机制，不断提高操作工与维修人员的自我管理意识，通过TnPM自主维护活动和检维修体系的不断优化，建立自主维护和标准化的维修规范，通过维修资源的合理优化和分配，建立从操作工到维修工、技术员乃至全员之间的信息沟通渠道，从而实现由自主维护到专业维修再到主动预防的闭环管理机制。

TnPM的6大支柱之一，即小组自主维护和自主管理：当现场操作工和维修人员难以解决发现的问题时，则跳出自主维护的环节，进入“异常反馈—诊断—维修—试验验证—收集反馈”的专业维修闭环，从而形成2套闭环系统的完整作业体系。只要该体系运行顺畅，设备管理团队就可以随时收集、记录日常的微小故障和故障隐患，为集中检修和维保工作打下坚实基础。

5 生产过程监控

生产过程监控是基于底层网PLC提供的数据，通过数据采集服务器与生产管理服务器的数据库通信，对车间各加工工序在批次生产过程中的设备运行状态及主要参数进行收集，实现跨网段的实时监控。此外，系统还能够根据工艺线的要求生成相应的报表，为生产管理提供服务。生产过程监控（图5）。

图5 生产过程监控

车间各层级的员工可通过个人账号登陆MES系统，基于各自的权限查询当前生产信息，信息涵盖了高架库、糖香料房、配叶线、切炒线、梗线在内的制丝线全线设备，设备管理人员和维护人员可根据设备运行趋势图，生产、工艺报警信息，断流信息判断设备在相应周期内的运行情况，必要时还可调取设备运行参数信息，在异常处理模块中，可查看维修、技术人员的做出的响应及处理办法，设备管理员可基于设备在一定周期内的异常统计报表、运行情况信息制定相应的计划，为建立设备长效维护机制提供了有力支撑。

包括TnPM在内的很多管理模式中，单点课程OPL（One Point Lesson）和单点提案 OPS（One Point Suggestion）都是包含在其中的重要工具，在该管理模式的推进过程中，这2种工具也得到了广泛使用。来自生产、设备、质量、安全、环境和成本等各个领域的文档资料，都可以作为OPL和OPS的题材来使用和推广。

在工厂的MES系统中，可查询的文档包括制度文件、工艺质量资料、安全资料、设备技术消化资料、OPL单点课、设备操作规程等，设备操作规程和技术消化资料结合了设备平面布置图，在相应的机种图标上设置超链接，用户可以非常直观地获取想要了解的设备信息，员工可以通过查阅文件快速掌握相关岗位的操作指南、维修检定方法、工艺规范，有效地提升了人员整体技能水平。

6 结语

TnPM的评价体系和激励机制，对企业的生产、维修管理具有重大的指导意义，引导企业向世界级的制造企业不断迈进。在工业4.0时代，伴随着技术以及生产过程的转变，整个管理和组织结构也需要随之调整，在这样的大背景下，MES系统将会给企业带来至关重要的作用，不仅弥合了企业计划层和生产车间过程控制系统之间的间隙，也为企业提供了一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业降低成本，按期交货，提高产品及服务质量。未来，伴随着工业互联网的不断完善和设备智能化水平的逐步提高，MES系统在智能制造方面将不限于收集、分析与展现，而将进一步实现现场实时分析、协同智能决策，及时调整制造执行过程，为企业最终实现智能化生产和打造智慧工厂贡献力量。