食品加工企業(yè)產(chǎn)品所含成份十分復(fù)雜，其有效成份的分析與定量也非常困難，相同的原材料因產(chǎn)地不同、采收季節(jié)不同、生產(chǎn)工藝參數(shù)控制水平不同而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差。食品原料及生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量安全控制是整個(gè)食品企業(yè)提供安全放心產(chǎn)品的關(guān)鍵所在，要保持產(chǎn)品質(zhì)量的均一性、穩(wěn)定性，除原材料的采收要穩(wěn)定外，還必須保障生產(chǎn)過(guò)程控制的穩(wěn)定性。目前，自動(dòng)化信息技術(shù)（MES）已廣泛應(yīng)用于各類食品的生產(chǎn)過(guò)程中，從而減少人為操作過(guò)程中出現(xiàn)的差異性。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、生產(chǎn)監(jiān)控的可視化、過(guò)程控制優(yōu)化以及管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的集成技術(shù)等，保障產(chǎn)品質(zhì)量。
食品制造業(yè)現(xiàn)代化是將傳統(tǒng)食品生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)、特色與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，以適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展需求的過(guò)程。因此本文設(shè)計(jì)了符合食品質(zhì)量安全要求的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一套涉及面廣，并且業(yè)務(wù)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及的數(shù)據(jù)源很廣，包括生產(chǎn)過(guò)程控制信息、生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量信息、生產(chǎn)倉(cāng)庫(kù)信息生產(chǎn)維護(hù)信息、生產(chǎn)管理信息，因此它可實(shí)現(xiàn)多元異構(gòu)系統(tǒng)的集成。
食品制造業(yè)MES 系統(tǒng)建設(shè)的需求
由于MES 處于企業(yè)的計(jì)劃執(zhí)行層，從MRPII/ERP 層接受計(jì)劃指令，并向MRPII/ERP 反饋信息。因此，MES 需要與MRPII/ERP 建立緊密的信息集成。
在生產(chǎn)計(jì)劃方式方面，企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)的需求進(jìn)行組織生產(chǎn)。但一般情況下，特別是對(duì)市場(chǎng)需求量大的產(chǎn)品，是“以產(chǎn)促銷”——通過(guò)大批量生產(chǎn)，降低成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力。因此，企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的依據(jù)主要是市場(chǎng)預(yù)測(cè)。
在成本核算方式方面，計(jì)算產(chǎn)品成本一般采用平行結(jié)轉(zhuǎn)法，在其成本組成中，生產(chǎn)成本中占比例最大的是原材料。通常，原材料占產(chǎn)品成本的較大，人工成本所占比例較小，還有其他為分?jǐn)偝杀尽?BR> 在作業(yè)計(jì)劃調(diào)度方面，企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃調(diào)度，需要根據(jù)市場(chǎng)情況、設(shè)備能力、均衡生產(chǎn)等方面進(jìn)行調(diào)度。這種調(diào)度，是基于有限能力的調(diào)度并通過(guò)考慮生產(chǎn)中的交錯(cuò)、重疊和并行操作來(lái)準(zhǔn)確地計(jì)算工序的開工時(shí)間、完工時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間、排隊(duì)時(shí)間以及移動(dòng)時(shí)間。通過(guò)良好的作業(yè)順序，可以明顯地提高生產(chǎn)效率。
在數(shù)據(jù)采集方面，由于單機(jī)設(shè)備自動(dòng)化程度較高，設(shè)備控制級(jí)大量采用DCS、PLC。在檢測(cè)驅(qū)動(dòng)方面，各種智能儀表、數(shù)字傳感器已普遍應(yīng)用；過(guò)程控制則廣泛采用以小型機(jī)為主的自動(dòng)控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的“計(jì)、電、儀”分工界限已不再明顯，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用已深入各個(gè)領(lǐng)域。這些自動(dòng)化設(shè)備，能自動(dòng)準(zhǔn)確記錄各種生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息。對(duì)于MES 而言，重點(diǎn)在于系統(tǒng)構(gòu)建的時(shí)候與這些自動(dòng)化設(shè)備做好數(shù)據(jù)接口。
在作業(yè)指令的下達(dá)方面，食品制造行業(yè)的MES中，通過(guò)下達(dá)作業(yè)指令以及PDI（Panel Data Interface，面板數(shù)據(jù)接口）數(shù)據(jù)，將作業(yè)指令轉(zhuǎn)化為各個(gè)機(jī)組及設(shè)備的操作指令和各種基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備的控制參數(shù)（例如PID 控制參數(shù)——Proportional Integral Derivative，比例積分微分控制），并下達(dá)給相應(yīng)的PCS 系統(tǒng)（Production Control System，生產(chǎn)控制系統(tǒng)）。反沖處理方面，生產(chǎn)的完工上報(bào)，廣泛采用反沖處理。一般在工藝流程的最后設(shè)置完工上報(bào)點(diǎn)，而對(duì)前面工序流程實(shí)行反沖處理，如人工工時(shí)反沖、設(shè)備工時(shí)反沖、物料反沖，從而對(duì)在制品和成本進(jìn)行跟蹤。
在設(shè)備管理方面，在流水線生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)線上的設(shè)備維護(hù)特別重要，每臺(tái)設(shè)備都是關(guān)鍵設(shè)備，不能發(fā)生故障，一臺(tái)設(shè)備的故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工藝流程的終止。
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在庫(kù)房物料管理方面，由于食品的特殊性，一般需對(duì)半成品設(shè)有相應(yīng)的庫(kù)房，各工序根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃以及配套清單分別進(jìn)行領(lǐng)料。
在質(zhì)量管理方面，質(zhì)量檢驗(yàn)和管理相當(dāng)重要，根據(jù)原材料性質(zhì)采用近紅外技術(shù),對(duì)生產(chǎn)批號(hào)產(chǎn)品進(jìn)行各工序上的在線檢測(cè),并通過(guò)MES系統(tǒng)反饋到控制平臺(tái),從而確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和均一性。
當(dāng)然，在每個(gè)企業(yè)的情況不同，MES 的應(yīng)用還存在一些差別，仍然需要根據(jù)各自特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析。
精誠(chéng)軟件食品制造企業(yè)MES 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
食品質(zhì)量安全監(jiān)督管理有力的促進(jìn)了食品加工企業(yè)向現(xiàn)代化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。針對(duì)食品制造企業(yè)MES 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了符合食品行業(yè)質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)過(guò)程的MES 控制系統(tǒng)，如圖1 所示。通過(guò)建立公司生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)控制網(wǎng)，收集各個(gè)裝置及各個(gè)部門的情況，利用集成的各種資料，進(jìn)行生產(chǎn)的協(xié)調(diào)、統(tǒng)計(jì)、分析、優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)和優(yōu)化操作的目標(biāo)。建立符合食品企業(yè)安全生產(chǎn)管理規(guī)范的先進(jìn)MES 系統(tǒng)，達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、降低消耗、降低成本、獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。
圖1 食品生產(chǎn)過(guò)程符合標(biāo)準(zhǔn)的EAS-MES 系統(tǒng)總體架構(gòu)
（1）建立食品生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與過(guò)程監(jiān)控平臺(tái)
通過(guò)利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件建立食品生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與過(guò)程監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是為流程工業(yè)企業(yè)提供了統(tǒng)一而完整的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、監(jiān)視和Web 瀏覽功能，提供了API、OPC 等多種數(shù)據(jù)服務(wù)方式，在生產(chǎn)控制層（DCS/PLC 等)與生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理層之間建立了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)連接，圖2 所示的是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)。
圖2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)
（2）食品制造企業(yè)生產(chǎn)全自動(dòng)化集成。通過(guò)對(duì)食品生產(chǎn)全過(guò)程中的所有設(shè)備、生產(chǎn)線、物料輸送系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行深入開發(fā)，建立符合食品制造企業(yè)生產(chǎn)全集成自動(dòng)化的方法。
（3）各控制系統(tǒng)接口連接。需設(shè)計(jì)一種能使各子控制系統(tǒng)與總控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互相通信的接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián)。
（4）大多食品生產(chǎn)企業(yè)上下游產(chǎn)品的生產(chǎn)分布在不同區(qū)域，而且不同時(shí)期采用了不同的控制系統(tǒng)，我們將研究如何實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域的生產(chǎn)控制系統(tǒng)的互聯(lián)。此外，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，因此對(duì)控制系統(tǒng)和通信的可靠性提出了較高的要求。需解決系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和通信的可靠性等關(guān)鍵技術(shù)。
（5）構(gòu)建食品制造企業(yè)生產(chǎn)全集成自動(dòng)化模式。針對(duì)食品制造企業(yè)生產(chǎn)中的各控制系統(tǒng)，構(gòu)建合適的生產(chǎn)全集成自動(dòng)化模式。
（6）系統(tǒng)集成：由于各車間的工作任務(wù)都不一樣，其采用的控制系統(tǒng)和模式也就不一樣。而要實(shí)現(xiàn)企業(yè)的全集成自動(dòng)化，就必須把各個(gè)子系統(tǒng)集成起來(lái)。需解決不同控制系統(tǒng)的集成關(guān)鍵技術(shù)。
圖3 食品制造企業(yè)生產(chǎn)全集成自動(dòng)化模型
（7）研究基于多智能體的食品制造企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)綜合集成框架應(yīng)用模型。研究支持開放標(biāo)準(zhǔn)（Agent，RosettaNet，SOA，Webservices，SOAP，WSDL 等）的食品制造企業(yè)企業(yè)級(jí)服務(wù)總線，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間信息交換和業(yè)務(wù)協(xié)同。生產(chǎn)管理系統(tǒng)通過(guò)信息集成技術(shù)，把食品企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作中涉及的管理、生產(chǎn)子系統(tǒng)的功能單元連接為一個(gè)整體，在動(dòng)態(tài)變化的原料和產(chǎn)品市場(chǎng)等條件下，通過(guò)功能單元建立信息集成與任務(wù)集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作、物流整體優(yōu)化。
總結(jié)
解決食品制造企業(yè)生產(chǎn)工藝、自動(dòng)化設(shè)備和信息化技術(shù)水平偏低的問(wèn)題是一個(gè)系統(tǒng)工程。本文詳細(xì)分析了食品制造企業(yè)MES 系統(tǒng)建設(shè)的需求，并提出了食品制造企業(yè)MES 系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，基于食品生產(chǎn)過(guò)程中原料/中間產(chǎn)品/產(chǎn)品質(zhì)量在線檢測(cè)、生產(chǎn)線用自動(dòng)化物流裝備以及自動(dòng)化生產(chǎn)裝備等硬件環(huán)境研究獲得突破等，在生產(chǎn)管理軟件平臺(tái)方面，通過(guò)配方優(yōu)化、物流跟蹤、績(jī)效評(píng)估、生產(chǎn)可視化及輔助決策等業(yè)務(wù)功能的研究與開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中海量信息進(jìn)行集成、監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)、分析與優(yōu)化的綜合應(yīng)用。硬件環(huán)境是基礎(chǔ)，軟件是硬件傳感信息的上層應(yīng)用，兩者之間是相輔相成的關(guān)系。
同時(shí)，精誠(chéng)軟件公司在實(shí)現(xiàn)食品制造企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，研究企業(yè)生產(chǎn)全集成自動(dòng)化方法與模式、控制系統(tǒng)接口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)建立及可靠性關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建食品制造企業(yè)生產(chǎn)全集成自動(dòng)化。提出的基于多智能體的食品企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的集成框架及其各單元的組成結(jié)構(gòu)模型對(duì)食品企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)具有很好的靈活性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)充性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的綜合集成和整體優(yōu)化。
（轉(zhuǎn)載）
