李 柱

（上海城投水務（集團）公司制水分公司，上海 200082）

0 引言

在當今信息化高速發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快的大數(shù)據(jù)時代，隨著工業(yè)化和信息化融合的深入推進，傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式已經(jīng)難以支撐企業(yè)的快速發(fā)展，急需采用信息化手段提高企業(yè)生產(chǎn)效率和管理水平，進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。而MES（Manufacturing Execution System，制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)）將精益思想融入到信息化的生產(chǎn)全過程中發(fā)揮了重要作用。作為傳統(tǒng)的流程型公用服務行業(yè)，水廠通過MES 系統(tǒng)的平臺開發(fā)和業(yè)務再造，實現(xiàn)了提質(zhì)降本增效保安全的精細化管理預期目標。

1 MES 的應用背景和功能

MES 是美國一家管理公司在20 世紀90 年代針對企業(yè)信息系統(tǒng)提出的一個概念，它能夠?qū)σ粋€產(chǎn)品從訂單下達、到產(chǎn)品出廠的整個流程進行優(yōu)化管理，對生產(chǎn)過程中的突發(fā)事件，能夠快速反應出具體出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，并根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對事件進行報告和處理，從而提高企業(yè)對生產(chǎn)活動的高效控制，它是位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)。

制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會（MESA）于1997 年提出了MES 功能組件和集成模型，包括制造資源分配與狀態(tài)報告、詳細工序作業(yè)計劃、生產(chǎn)調(diào)度、車間文檔管理、數(shù)據(jù)采集、人力資源管理、質(zhì)量管理、工藝過程管理、設備維修管理、產(chǎn)品跟蹤和業(yè)績分析共計11 個功能模塊，2004 年MESA 又提出了系統(tǒng)MES 體系結(jié)構(gòu)（c-MES），對MES 的定義進行了進一步的拓展，為MES 的進一步普及發(fā)揮了重要的作用。

2 水廠對MES 系統(tǒng)的需求分析

傳統(tǒng)的制水廠屬于典型的流程型制造企業(yè)，具有承擔經(jīng)濟效益和社會效益并重的特征，一方面要確保提供的自來水量足、質(zhì)優(yōu)、穩(wěn)定，而且要在確保生產(chǎn)安全的基礎上實現(xiàn)生產(chǎn)成本降低、管理效能提高，通過梳理制水廠的工藝流程與業(yè)務流程，根據(jù)傳統(tǒng)制造業(yè)人、機、料、法、環(huán)五要素的管控要求，主要有4個方面的需求。

（1）智能排產(chǎn)管理需求。供水廠的生產(chǎn)負荷隨著氣溫、工程或用戶的需水特點呈現(xiàn)每天24 h 不斷變化的規(guī)律，同時設備的月度維護、年度檢修或更新改造等都會導致產(chǎn)線的停役或調(diào)整，需要能夠具備動態(tài)的智能排產(chǎn)、排程的功能，以最大化地滿足供水需求。

（2）設備設施管理需求。設備設施的健康狀態(tài)是維持安全生產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)供水的前提，也是生產(chǎn)企業(yè)安全的基礎。設備設施在役狀態(tài)下不僅需要點檢、專業(yè)巡檢、月度維護、季度維護，而且需要年度大檢修或者返廠徹底整修等，其業(yè)務管控流程需要通過系統(tǒng)或平臺實現(xiàn)檢維修全過程的物料供應、作業(yè)審批、現(xiàn)場管理等環(huán)節(jié)。

（3）產(chǎn)品質(zhì)量追溯需求。隨著SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)的普及和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，制水廠普遍通過海量的數(shù)據(jù)采集來監(jiān)視過程控制環(huán)節(jié)。產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命線，隨著自來水作為第一食品的理念逐漸成為企業(yè)追求的核心目標，HACCP（Hazard Analysis and Critical Control Point，危害分析和關(guān)鍵控制點）食品級管理體系逐漸在自來水行業(yè)普及應用，結(jié)合ISO 9001 質(zhì)量管理體系，制水廠需要通過平臺或系統(tǒng)實現(xiàn)自來水從源頭到龍頭的全過程質(zhì)量控制，并建立起異常預警、故障報警、協(xié)同處置等規(guī)范流程和機制。

（4）生產(chǎn)安全管控需求。各制造型企業(yè)根據(jù)風險辨識和分級管控的雙重預防管理要求，都會制定出體系化管控流程和標準，結(jié)合當前智能穿戴、人員定位以及數(shù)字孿生等技術(shù)，安全管理的方式方法得到了質(zhì)的飛躍，傳統(tǒng)的安全管控模式已經(jīng)無法適應，需要通過系統(tǒng)來進行整合和實施。

除此之外，在物料拉動、人員績效、分析評價方面也需要開發(fā)和搭設平臺，實現(xiàn)協(xié)同、高效管理，走向數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路。

3 供水廠MES 系統(tǒng)建設思路和功能設計

根據(jù)MES 系統(tǒng)的核心理念、結(jié)合制水廠的業(yè)務特點，圍繞“人、機、料、法、環(huán)”五要素，始終以“執(zhí)行為要、貫穿精益、智能引領(lǐng)”為原則來開發(fā)設計制水廠的MES 架構(gòu)和功能板塊。

3.1 水廠MES 定義

水廠MES 是以實現(xiàn)供應高品質(zhì)飲用水為最終目標，通過采集生產(chǎn)全過程有效數(shù)據(jù)，并結(jié)合水廠管理體系制度，圍繞作業(yè)計劃、生產(chǎn)調(diào)度、設備運維、員工績效等多種生產(chǎn)要素進行數(shù)據(jù)加工、信息傳遞、敏捷響應和協(xié)同處置，從而提高生產(chǎn)運行管理水平和制水供應保障能力。

3.2 水廠MES 系統(tǒng)架構(gòu)

MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)是計劃與生產(chǎn)之間承上啟下的實時信息通道，使生產(chǎn)過程變得透明并可以追溯，水廠MES 系統(tǒng)以計劃、執(zhí)行、反饋為業(yè)務核心，向下采集SCADA 數(shù)據(jù)，向上傳達生產(chǎn)信息，具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 水廠MES 系統(tǒng)架構(gòu)

3.3 水廠MES 功能設計

MES 系統(tǒng)的功能設計要體現(xiàn)提升生產(chǎn)過程管控能力、加快計劃編制執(zhí)行效率、提高產(chǎn)品管理能力、提高業(yè)務執(zhí)行效率、提升安全管控水平等5 個方面的特征，水廠通過業(yè)務流程再造后設計的功能模塊見圖2。

圖2 水廠MES 系統(tǒng)功能設計

（1）作業(yè)計劃。根據(jù)年度供水量預測，年度檢修計劃以及更新改造項目等綜合初定水廠本年度月度供水量計劃，并通過時差系數(shù)、節(jié)假日特點、歷史規(guī)律以及考核指標智能排產(chǎn)出日生產(chǎn)計劃，并實現(xiàn)不斷修正和優(yōu)化。

（2）運行監(jiān)視。通過采集和加工生產(chǎn)全過程實時數(shù)據(jù)（含水質(zhì)水量、設備設施及儀器儀表等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、物料消耗實時數(shù)據(jù)、人員信息數(shù)據(jù)、生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)等）根據(jù)不同使用者（運行人員、保障人員、管理人員等）定制預警或報警信息，并按照響應等級、處置流程自動匹配工單，以工單為核心驅(qū)動業(yè)務協(xié)同，提高處置能效。

（3）質(zhì)量控制。以出廠水評價指數(shù)和實時在線檢測數(shù)據(jù)為基礎，以自動化實驗室檢測數(shù)據(jù)為標準，建立全流程質(zhì)量追溯透視圖，通過對原水和出廠水的地方標準關(guān)鍵指標和評價指數(shù)關(guān)鍵因子進行統(tǒng)計分析，對輔料質(zhì)量（有效含量、濃度、比重）進行在線監(jiān)視，實現(xiàn)質(zhì)量全過程受控。

（4）設備管理。以生產(chǎn)車間硬件（設備設施、儀器儀表、自控網(wǎng)絡、安防設施、輔助設施）等作為設備管理對象，以設備全生命周期管理體系文件為支撐，通過設備狀態(tài)的監(jiān)視和感知設備的預判，實現(xiàn)設備維護、保養(yǎng)、檢修的可視化、流程化，并通過工單方式實現(xiàn)與生產(chǎn)運行之間的密切協(xié)調(diào)和無縫對接。

（5）資源協(xié)同。以制造成熟度模型評估中引領(lǐng)級標準打造制水生產(chǎn)過程的物料拉動自動化（含輔料、污泥外運、備品備件、化學試劑、辦公用品等），并逐漸以區(qū)域化概念管理庫存和備品備件，發(fā)揮規(guī)模效應和互備優(yōu)勢，減少沉淀成本。

（6）安環(huán)管控。以《城鎮(zhèn)供水企業(yè)安全生產(chǎn)標準化規(guī)范》為體系指引，以“風險分級管控”和“隱患排查治理”雙預防機制為核心，融入“安全檢查全時域”管控方法，結(jié)合治安、反恐、消防、職業(yè)健康、環(huán)保等制度要求，形成模塊化管控流程，通過應急演練模式鞏固提升安全管理水平。

（7）員工績效。以“數(shù)字員工”建設為目標，量化員工績效考評內(nèi)容，以生產(chǎn)能效、產(chǎn)品質(zhì)量作為運行員工的考評依據(jù)，以工單數(shù)量和質(zhì)量作為維護員工的考評參考，并將各水廠的考核指標分解到該體系中監(jiān)視和受控。

（8）平臺互聯(lián)。將水廠MES 作為業(yè)務中臺功能進行開發(fā)，工控系統(tǒng)、物資采購系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、財務系統(tǒng)等實現(xiàn)平臺間的互聯(lián)互通，達到數(shù)據(jù)共享、業(yè)務協(xié)同的目標，從而為“數(shù)字業(yè)務化”和“業(yè)務數(shù)字化”相融合創(chuàng)造可能性。

（9）分析評價。以管理者的角度，圍繞企業(yè)核心業(yè)務從MES系統(tǒng)中運行的業(yè)務信息中提煉總結(jié)，定制化不同業(yè)務板塊中的KPI 指標，并進行監(jiān)控，為及時優(yōu)化調(diào)整提供參考，從而實現(xiàn)PDCA（計劃（plan）、執(zhí)行（do）、檢查（check）、處理（act））持續(xù)改進良性循環(huán)。

（10）系統(tǒng)維護。實現(xiàn)對MES 系統(tǒng)的維護管理、功能開發(fā)、權(quán)限管理等基本功能。

4 MES 系統(tǒng)應用實踐經(jīng)驗

以MES 系統(tǒng)作為業(yè)務管控的重要平臺，水廠以十大功能模塊為抓手，系統(tǒng)性建立起數(shù)字化運維的新高度，MES 界面如圖3所示，并取得了如下的實踐經(jīng)驗。

圖3 水廠MES 首頁

（1）提高供水水質(zhì)。通過MES 系統(tǒng)不僅建立了分級分責的預警報警管控機制，生產(chǎn)異常后的有效響應水平得到了提高，而且精準化、高效化的原材料配置和調(diào)整讓生產(chǎn)全過程實現(xiàn)了精細調(diào)整、精確控制，產(chǎn)品質(zhì)量得到了明顯的提升。

（2）提升運維效率。通過MES 系統(tǒng)實現(xiàn)了不同業(yè)務部門的“線上協(xié)同”，數(shù)據(jù)多“跑路”不僅節(jié)省了時間成本，而且提高了決策能力，有助于生產(chǎn)運行和設備設施維護的水平提高。

（3）降低制造成本。通過MES 系統(tǒng)，物料拉動、生產(chǎn)過程中浪費的成分得到了徹底的擠壓，不合格品的總量下降明顯，作業(yè)班組的配置更加經(jīng)濟可靠，制水直接成本明顯下降。

（4）保障生產(chǎn)安全。MES 系統(tǒng)能夠更好地發(fā)揮和鏈接底層智能感知設備，例如預防性檢維修、視頻安防平臺、煙感系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等，提高了安全生產(chǎn)管理水平。

5 總結(jié)

MES 系統(tǒng)是面向制造企業(yè)的管理系統(tǒng)，制水廠在數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵階段引入MES 系統(tǒng)作為業(yè)務管理的業(yè)務核心平臺，圍繞生產(chǎn)五要素、按照PDCA 戴明環(huán)理念實現(xiàn)了業(yè)務流程的改進和再造，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量、降低了生產(chǎn)成本，也保障了生產(chǎn)安全。下一步將結(jié)合數(shù)字孿生與仿真平臺進一步加載各類水質(zhì)、水量模型以提升MES 系統(tǒng)的功能，走出兩化融合的新路徑。