生产企业MES解决方案(HOLLiAS
整合企业生产数据
搭建企业生产管控平台
生产企业MES解决方案
HOLLiAS MES
杭州和利时自动化有限公司
目录
1. 简介 (1)
1.1. 公司介绍 (1)
1.2. 整体解决方案 (2)
1.3. 信息化优势 (4)
2. MES简介 (6)
2.1. MES定义 (6)
2.2. MES作用及功能 (6)
2.3. MES效益分析 (6)
3. 生产企业MES解决方案 (8)
3.1. 总体框架 (8)
3.2. 数据库设计 (10)
3.2.1. 实时数据库设计 (10)
3.2.2. 关系数据库设计 (12)
3.3. 数据采集 (13)
3.3.1. 控制系统数据采集方式 (13)
3.3.2. 智能仪表数据采集方式 (13)
3.3.3. PLC数据采集方式 (15)
3.3.4. 电气系统数据采集方式 (15)
3.3.5. 数据采集与数据矫正 (16)
3.4. 网络架构 (19)
4. 功能模块介绍 (20)
4.1. 实时监控 (20)
4.1.1. 实时流程图监测 (20)
4.1.2. 流程图回放 (25)
4.1.3. 实时趋势与历史趋势 (25)
4.1.4. 报警 (26)
4.2. 生产计划 (27)
4.3. 生产调度 (28)
4.4. 生产统计 (33)
4.5. 能源管理 (34)
4.6. 设备管理 (35)
4.7. 质量管理 (36)
4.8. 安环管理 (37)
4.9. 绩效管理 (39)
4.10. 权限管理及WEB发布 (39)
5. 典型案例介绍 (41)
5.1. 吉林化纤集团生产管理系统 (41)
5.1.1. 项目简介 (41)
5.1.2. 系统总体方案 (41)
5.1.3. 主要功能介绍 (42)
5.1.4. 系统特色 (45)
5.2. 江苏苏化集团生产管理系统 (46)
5.2.1. 项目简介 (46)
5.2.2. 系统总体方案 (46)
5.2.3. 主要功能介绍 (47)
5.2.4. 实施效果 (50)
5.3. 江苏飞翔化工MES系统 (51)
5.3.1. 项目背景 (51)
5.3.2. 系统总体方案 (52)
5.3.3. 主要功能介绍 (52)
5.3.4. 实施效果 (55)
5.4. 山水集团MES (56)
5.4.1. 项目简介 (56)
5.4.3. 主要功能介绍 (57)
5.4.4. 实施效果 (60)
5.5. 企业典型项目清单 (61)
1.简介
1.1.公司介绍
和利时公司创建于1993年，是从事自主开发、制造各种先进可靠的控制系统与平台，并为各行业提供专业化解决方案的自动化高科技企业，拥有过程自动化、轨道交通自动化、核电站数字化仪控系统、工厂自动化即控制与驱动、信息化等业务单元。公司实行集团化管理，现有员工二千余人，经过十几年快速稳健的发展，和利时已经成为行业知名品牌，公司成长为国内最大的自动化控制系统制造商。
作为国家级的企业技术中心，和利时以自主技术为基础的高品质自动化平台及解决方案，在国内率先成功应用于核电站、大型火电机组、铁路提速和城市轨道交通等多种关键装备及重要工程；公司在核电、电力、石油化工、轨道交通、环保、建材、冶金、造纸、制药、机械制造等十几个行业中成功实施数以千计的工程项目，这些业绩印证了公司的产品和技术在多行业应用的广泛性、可靠性以及多种领先优势；公司品牌在国际市场上已产生一定影响，产品海外出口量逐年增长。而今，以“中国创造，世界品质”为不懈追求的和利时，确立了“集团化、产品化、国际化”的发展战略，正努力走向世界。
坚持“真诚地为用户设想”，和利时以其独特的企业文化、稳健的发展战略、自主创新的机制，成功打造了一个由优秀的人才队伍、高标准高品质的产品、底蕴深厚的技术、精细化生产运营等要素构成的优势平台，能为客户提高生产效率、节能降耗，保护环境提供可靠、实用、满意放心的服务。
杭州和利时自动化有限公司和利时下属的子公司，成立于2003年9月，专业从事自动控制和工厂信息化。作为过程自动化系统的生产基地、销售中心和工程服务中心，秉承了和利时在工控领域逾十年的队伍、能力、品牌和商誉。自成立以来，通过每年逾千项自动化工程的锤炼，杭州和利时已经成为国内一流的自动化控制系统和信息化工程服务商。
杭州和利时公司HOLLiAS工业控制平台下拥有一系列先进、实用、可靠的工业自动化系统，包括MACS-F、MACS-S工业控制系统DCS，面向装备制造业的DEH、ETS等专业控制系统，以及相关产品LK大型、LM小型可编程控制器PLC、面向工厂信息化的HOLLiAS-MES。公司产品已广泛应用到许多关键设备和装置中，在业界树立了良好的声誉。
公司依据各行业的需求特点，提出了多种专业化的行业应用解决方案，在电力、化工、石化、建材、冶金、造纸、制药、环保、机械制造等行业，都获得了广泛应用。同时，公司具有自动化控制系统集成能力，可以为企业的自控系统的技术改造以及新建项目提供仪表成套设计、设计咨询以及现场施工与调试服务。
杭州和利时将与“集团化、产品化、国际化”的总体发展战略保持一致，坚持中国创造，走发展自主核心技术之路；追求世界品质，以国际一流企业为标杆，在产品水平、工程能力和专业化服务能力上实现超越，为客户创造更多价值。
1.2.整体解决方案
和利时经过22年的发展，已经形成的从控制层到制造执行层的整体解决方案。并能够最终与企业的ERP系统无缝集成，形成企业真正一体化的解决方案。
在控制层，我们可以提供先进、成熟的控制系统，提供操作员仿真培训系统和先进控制解决方案，帮助用户实现安全、稳定的生产，提高生产效益；培训熟练的操作人员，进行工艺优化；提供先进控制技术，解决复杂控制问题。
在生产执行层，我们可以提供久经行业考验的实时数据库和生产执行系统，为提高企业的管理效益，提升自动化水平和信息化水平，提供了有力的工具和手段。
标准、规范的EPR接口，为MES和ERP的顺利对接提供了保证，为从PCS到EP三层实现信息流、业务流的统一提供了条件。
整体解决方案功能架构及各种方案所解决的问题如图1所示：
图1：和利时整体解决方案功能结构整体解决方案系统架构图如图2所示：
图2：和利时整体解决方案系统架构
1.3.信息化优势
和利时公司提供信息化解决方案具备以下优势：
广泛的应用业绩。和利时的信息系统在全国应用超过400套，行业涉及石油、化工、冶金、建材、电力、制药等多个行业，具有非常好的稳定性与可靠性。最大项目经过了几万点的应用考验，最多的接口超过60个。
深厚的行业背景。和利时在工业行业领域已有20年的历史，对各个行业理解比较深，所有的功能模块都是在行业经验总路线的基础上开发出来的，能够能较好地满足行业应用的需求。
成熟的解决方案。和利时的企业信息化解决方案经过10多年的发展实践证明了是成熟解决方案，它将生产工艺、业务流程、信息技术和网络技术进行有机融合，形成一套完整的符合行业业务实践的成熟解决方案
强大的技术力量。和利时公司提供产品研发、方案设计、工程实施、售后服务等方面提供一条龙服务，既保证用户可以达到预期的功能，也能保证待续的功能模块升级、功能扩展，并提供完善、持续的售后服务，保证用户持续的投资收益。公司长期稳定地发展，是用户应用和利时产品最大的保障！项目咨询、设计和实施人员大都有多年的实施和开发经验。可以保证项目质量和工期。
完善的售后服务。和利时目前在全国有8个事业部，20多个工程服务中心，工程人员遍及全国各地，可以给用户提供快速周到的服务。处理问题可以在第一时间内赶到现场，帮助用户快速有效地解决问题。
2.MES简介
2.1.MES定义
MES(Manufacturing Execution Systems)，制造执行系统。位于上层的企业资源计划系统ERP与底层的工业过程控制系统PCS之间的面向厂（车间）级的管理信息系统。它以生产制造为核心，以提高整个企业的生产经营效益为目的。
MES是通过传递信息，对从订单下达到产品完成的整个生产活动进行优化；MES依靠及时、准确的数据对工厂活动进行指导、启动、响应和报告；MES对条件变化的迅速响应，以及对减少非增值活动重视，使其能够提高工厂的生产效率，提高产品质量；MES可以提高生产价值的回报率，保障及时交货能力，保持合理库存量，加快库存周转，提高现金流转效率；MES双向地提供整个企业生产活动以及供应链的关键信息。
2.2.MES作用及功能
制造执行系统（MES）弥合了企业计划层和生产车间过程控制层之间的间隔，是制造过程信息集成的纽带。MES通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，同时也为敏捷制造企业的实施提供了良好的基础。MES在企业生产整体优化中起到两方面的作用：一是把业务计划的指令传达到生产现场；二是收集生产过程中大量的实时数据并将生产现场的信息处理和上传。
根据MESA对MES的定义，MES的11个功能主要包括：1.生产资源分配与监控；2.作业计划和排产；3.工艺规格标准管理；4.数据采集（装置在线连接采集实时数据和各种参数信息，控制系统接口，生成生产数据记录、质量数据、绩效信息、台帐累计）；5.作业员工管理；6.产品质量管理；7.过程管理（过程控制、APC、基于模型的分析与模拟、与外部解析系统接口）；8.设备维护；9.绩效分析；10.生产单元调度；11.产品跟踪。
2.3.MES效益分析
MES实施可以为企业带来丰厚的经济效益，如下表所示：
这组数据主要来自一些早期实施MES的公司，已经为MESA International的研究所证实。另外，MES还有助于企业减少加班，加快产品产出，增加生产的灵活性和灵敏性，以及降低成本。
3.生产企业MES解决方案
3.1.总体框架
HOLLiAS MES系统自上向下分为五个层次：用户整合层、分析系统层、应用子系统层、生产管控平台层和数据中心层。如下图所示：
HOLLiAS MES总体框架图
?系统层次结构说明
●用户整合层：通过统一的门户，采用灵活严格的权限设置，使企业内外的用户都
能在这个平台上进行业务操作，实现全面的协作。
●分析系统层：整合企业的所有有效信息，为管理层提供决策支持。
●应用子系统层：基于SOA模式，由HOLLiAS MES的标准应用模块组成，可以根据
企业需求灵活配置。
●生产管控平台层：由应用建模平台、工作流平台、系统运行平台组成，是整个系
统的核心组成部分和运行基础，该平台具有开放性和可扩展性，能满足企业不断
扩展的业务需求。
●生产数据中心层：由数据采集总线、实时数据库、分析数据库、数据访问服务组
成。
?适合中国国情的先进生产管理系统
●以精益生产为核心管理思想
●以ISA95标准为设计指导
●以生产过程实时信息为基础
●贯通计划层/执行层/控制层的管控一体化
●实现物流、资金流和信息流的三流合一
●支持基于跨地域、多行业的集团化管理模式
●全方位的企业模型管理
?基于SOA的先进技术平台
●平台化：系统基于SOA的平台化设计，集应用建模系统、工作流系统、实时数据
系统、系统运行于一体
●先进性：采用最先进的软件技术，包括SOA技术、WEB技术、XML技术、中间件
技术、软件组件技术等
●安全性：系统具有全面的涵盖控制系统、生产数据、网络系统的安全性。特别是
系统操作上提供了三级授权机制，即功能权限、操作按钮权限、数据权限，控制
用户对功能、数据看全部、本部门或本人的数据记录，充分保证控制系统的安全
性
●可靠性：系统平台可靠、稳定，系统架构设计合理，具有断点续传功能，提供数
据备份和离线查询，保证系统平台的可靠性达到99.99%
●开放性：系统具有良好的扩充性。向下与DCS、PLC、SCADA等过程控制系统集成；
向上系统具有统一平台，与ERP、CRM和SCM等应用系统集成，功能模块可根据
客户需要灵活配置、扩充；对外系统提供XML开放性标准接口，方便与第三方软
件如ERP、OA等集成。
●分布式：完美的分布式应用部署和分布式数据管理，支持负载平衡，满足集团化
企业的管理需求。
●集成性：实现与生产自动化设备的集成；系统各模块有效集成，实现了数据的高
度共享；先进的SOA服务模式，为有效集成第三方服务提供了保障
●积木式结构：系统采用先进的SOA架构，就像积木每块积木就是一个服务组件，
实现应用随需而变。
?灵活的一体化设计
●一体化设计：一体化、规范化设计，实现平台化，工作流系统、建模系统、应
用系统平台均具有规范化的接口，可独立运行，也可实现无缝集成
●灵活性：提供灵活的“随需应变”策略，支持业务规则和界面的灵活配置。建模
系统可按照用户需求建立用户业务模型，并将用户模型自动转化到应用平台上运
行，根据业务需求变化快速重构系统
●国际化设计：支持多语言灵活切换
●易用性：建模系统保障了界面友好、风格统一，支持功能界面的任意字段作为查
询条件、作为排序规则，操作方便
●产品化设计：系统总结多年行业项目实施经验和企业自动化经验，提供了具有特
色的实时信息系统
●个性化设计：系统背景、样式、首页自启动内容提供个性化配置，用户可根据个
人喜好定制
●快速实施：系统“随需应变”的灵活性保障了实施的快速响应和服务质量
3.2.数据库设计
3.2.1.实时数据库设计
HOLLiAS Bridge实时数据库的主要功能包括实时生产数据的采集、存贮、管理与查询。目前，单套实时数据库可以管理多达20 万点的实时数据，配合先进的历史数据压缩算法可以保存达10年以上的历史数据（保持时间与点数和数据存放空间有关）；提供统一的配置管理，系统调试、安装好后，可以通过管理工具在单台机器上维护整个系统。支持开关量、模拟量、日期时间型、字符串、二进制等11种点类型；采集器支持网络隔离装置，
数据单向传输，保证控制系统的安全；趋势分析功能提供实时和历史趋势查看功能，并能对多点或单点多时间段的数据进行对比分析；实时流程图提供实时流程图查看功能，图形方式查看，数据与生产现场同步变化，坐在办公室里就能随时了解生产状况；数据导出功能可以按照用户的定义，把部分历史数据导出到关系数据库中，轻松实现生产报表；丰富的、可扩展的设备接口，有效集成多种异构的协议与控制设备，目前提供的数据采集接口支持：OPC 协议、Modbus协议、CDT协议等，而且通过实时库接口API，可以很容易的针对特定系统接口进行定制开发；提供计算采集器，可以对原始数据进行计算，将计算结果作为新的点值写回到实时库中；开放的二次开发接口，能根据用户需要定制新的应用。
实时数据库架构图
实时数据库性能指标：
?功能模块构成：
●实时数据库：整个系统的核心，提供数据的压缩、存储、查询、管理等功能。
●接口API：二次开发接口
●管理工具：对实时库进行配置管理的工具
●各种采集器：底层设备接口，从不同的控制系统中采集数据
●离线日志和离线数据：系统调试、诊断工具
●服务管理器：管理实时库系统中的服务，配置启动参数
●流程图：实时现场模拟图查看
●趋势：实时和历史趋势对比分析
●报警：超限报警及报警统计
3.2.2.关系数据库设计
关系数据库采用微软的SQL SERVER数据库，它是当前应用最广、技术最成熟的一种数据库，也是目前各类数据库中最重要、最流行的数据库。在紫金铜业能源管理系统中，关系数据库的主要功能是：
为系统提供统一的数据源；
保证数据的一致性和准确性；
为重要数据的后续应用提供保障；
3.3.数据采集
3.3.1.控制系统数据采集方式
自动化控制系统DCS/PLC 具有标准的数据通讯协议，其数据采集方式是使用一台计算机作为数据采集网关机，通过数据采集网关机实现实时数据库服务器和控制系统的连接，具体连接方式为：
DCS/PLC 操作员站安装数据通讯接口服务软件OPC Server ，增加一块网卡，设置成与DCS/PLC 不同网段，通过网线将DCS/PLC 操作员站连接到数据采集网关机，距离远的需通过光纤连接。数据采集网关机会将采集到的数据送到实时数据库中。
数据采集网关的目的在于减低操作站负荷，网关的存储转发功能，使得当网络故障时，过程数据存储在网关机。当网络恢复后，网关机自动将本地数据存储到实时数据库。这保证了数据不丢失。由于网关具有隔离控制网与管理网的作用，具有更高的安全性，保证控制系统的运行安全。
控制系统采集图
3.3.2.智能仪表数据采集方式
改造后的水表或者二、三级电表是具备通讯接口的智能仪表，根据所具备的通讯接口类型采用不同的采集方式：
数据采集网关
DCS 操作站
DCS 控制站
如果所要采集的智能仪表所具备的通讯接口采用的是能够进行远距离传输的通讯协议（如以太网的TCP/IP ），则直接通过相应的通讯线路传送到数据采集服务器上，由数据采集服务器实现数据采集。
如果所要采集的智能仪表所具备的通讯接口采用的是不适合远距离传输的信号（如RS485、RS422、RS232等），则可以采用通讯转换模块设备进行协议转换实现数据的采集，然后将转换后得到的数据进行通讯转换，转换为TCP/IP 等适合远距离传输的通讯协议，再通过相应的通讯线路传送到数据采集服务器上，由数据采集服务器上的数据协议转换软件进行数据协议的转换，实现数据的采集。
具备通讯接口的仪表均通过RS485通讯方式进行数据通讯，因此可直接采用通讯转换模块设备进行协议转换实现数据的采集，然后将转换后得到的数据进行通讯转换，转换为TCP/IP 等适合远距离传输的通讯协议，再通过相应的通讯线路传送到数据采集服务器上，由数据采集服务器上的数据协议转换软件进行数据协议的转换，实现数据的采集。
这种仪表数据采集的方式如下所示：
智能仪表采集图
开封中华
仪表厂通讯模块
虹润仪表
无锡迅达……
……
3.3.3.PLC数据采集方式
PLC数据采集分为两种情况：一种情况是有上位机，这样可以通过上位机的SCADA系统进行数据采集，数据采集方式同控制系统一样；第二种情况是没有上位机，这样就需要从PLC通讯端口直接进行数据采集,数据采集方式与智能仪表数据采集方式类似。
3.3.
4.电气系统数据采集方式
电气保护系统具有标准的数据通讯协议，其数据采集方式是使用一台计算机作为数据采集网关，通过数据采集网关实现实时数据库服务器和电气系统的连接，具体连接方式：通过在电气通讯柜选择一空余通讯口，通过串口通讯线连接到数据网管机上用于传输过程数据。每个数据采集点配置一对光纤收发器，一个连接数据采集网关，一块连接接入交换机。
这里增加数据采集网关的目的在于减低操作站负荷，网关的存储转发功能，使得当网络故障时，过程数据存储在网关机。当网络恢复后，网关自动将本地数据存储到实时数据库。这保证了数据不丢失。由于网关具有隔离控制网与管理网的作用，具有更高的安全性，保证控制系统的运行安全。
电气系统采集图
3.3.5.数据采集与数据矫正
和利时MES系统通过数据采集和数据校正建立工厂实时/历史数据库，统一企业内部不同供应商提供的硬件平台，进行实时数据采集、存储和发布，向应用系统提供生产现场的各种基础数据。实现现场能源数据的实时/历史趋势记录，实现能源指挥中心对各生产工艺环节的生产和设备的过程可视化。对分布的实时历史数据进行计算（基于时间段的累积、求平均、求最大最小值、状态分析统计等）。
能源数据采集系统是将生产现场的DCS（PLC）控制系统、能源计量仪表等现场工艺、监测数据通过数据接口（数据通讯协议或者硬件数据采集模块）由网关进行数据采集，并单向传递给实时数据服务器，以特定的压缩算法保存在MES实时库中。同时通过STS（实时库到实时库）数据传输服务将实时数据传送到公司实时数据库中，实现公司对各生产厂的实时安全、生产过程监控。
实时生产数据采集的原理构架如下图。图中，实时数据通过网关接口以UDP 数据包的形式发送到管理网络，管理网中的前端工作站直接对实时数据包进行解析来反映给各级管理者；实时数据服务器接收到数据包后，对其进行分析、计算，并定期存储至数据库中。
由于实际控制系统的复杂性和不可避免的干扰，造成数据采集系统采集到的实时的数据不可避免的存在误差。因此在使用相关数据进行决策和分析前，必须进行数据校正。数