中小型壓鑄企業(yè)模具制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用研究

鄒 兵，汪 暾，王志平

（1.廣東省智能制造研究所，廣東廣州510070；2.廣東省現(xiàn)代控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510070；3.廣東省現(xiàn)代控制與光機(jī)電技術(shù)公共實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510070）

中小型壓鑄企業(yè)模具制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用研究

鄒 兵1，2，3，汪 暾1，2，3，王志平1，2，3

（1.廣東省智能制造研究所，廣東廣州510070；2.廣東省現(xiàn)代控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510070；3.廣東省現(xiàn)代控制與光機(jī)電技術(shù)公共實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510070）

針對中小型壓鑄企業(yè)模具當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)情況，提出中小型壓鑄企業(yè)模具M(jìn)ES應(yīng)用研究，有效地解決計(jì)劃層和控制層之間的“信息斷層”和“信息孤島”問題，達(dá)到計(jì)劃層、車間層、控制層三者信息互通，促進(jìn)自動(dòng)化和信息化兩化融合，輔助生產(chǎn)管理，實(shí)現(xiàn)智能制造，同時(shí)為企業(yè)管理層提供關(guān)鍵生產(chǎn)信息、把握企業(yè)決策和方向，幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)競爭力。

制造執(zhí)行系統(tǒng)；生產(chǎn)數(shù)據(jù)；中小型壓鑄企業(yè)；信息化；模具

1990年美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)（AMR）提出企業(yè)三層集成模型：企業(yè)資源計(jì)劃（Enterprise Resource Planning，ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）、工業(yè)控制系統(tǒng)（Industrial Control System，ICS）。其中，MES位于上層的企業(yè)資源計(jì)劃與下層的工業(yè)控制系統(tǒng)之間，面向車間層的管理系統(tǒng)。對上層ERP來說，MES接收ERP的生產(chǎn)計(jì)劃，并將ICS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸給ERP；對下層ICS而言，MES接收ICS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并將ERP的生產(chǎn)計(jì)劃傳遞給ICS，這樣MES有效地解決計(jì)劃層和控制層之間的“信息斷層”和“信息孤島”問題，達(dá)到計(jì)劃管理層、車間層、控制層的三者信息融合，能夠?yàn)槠髽I(yè)提供高效、智能的制造環(huán)境，幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)競爭力，其核心是將信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、管理技術(shù)運(yùn)用于智能制造，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)信息化、自動(dòng)化、智能化[1]。

模具是中小型壓鑄企業(yè)最為重要的生產(chǎn)設(shè)備之一，隨著制造業(yè)大量定制化需求，模具數(shù)量眾多，工作環(huán)境惡劣，制造成本高，制造工序繁瑣，制造時(shí)間長，體積非常大，存放的倉庫要求嚴(yán)格，定期維護(hù)保證質(zhì)量，直接影響生產(chǎn)訂單/計(jì)劃，壽命和報(bào)廢涉及成本、資金。為解決當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)模具智能制造，提出壓鑄模具制造執(zhí)行系統(tǒng)（Die Casting Mold Manufacturing Execution System，DCMMES），如圖1所示，其中，工業(yè)PDA，型號(hào)為HPC-6000、支持RFID頻段：低頻125 kHz/高頻13.56 MHz/超高頻860~960 MHz；RFID門禁系統(tǒng)型號(hào)為C216006，支持RFID頻段：860~960 MHz，計(jì)算機(jī)客戶端、采集器、位置指示燈自主研發(fā)，電子看板采用50寸以上顯示器，顯示界面定制研發(fā)，服務(wù)器用于采集/存儲(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，均與工業(yè)局域無線網(wǎng)絡(luò)通訊。

圖1 壓鑄模具制造執(zhí)行系統(tǒng)DCMMES

一般情況下，模具主要在制造部、倉庫部、生產(chǎn)部、維護(hù)部、報(bào)廢部流通，通過實(shí)時(shí)采集模具的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分析歸納、總結(jié)模具行為規(guī)律，指導(dǎo)相關(guān)部門人員以規(guī)范、健全模具管理，實(shí)現(xiàn)中小型壓鑄企業(yè)信息化，提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，全面降低企業(yè)成本，提升企業(yè)的市場競爭能力，獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 制造部DCMMES

在制造新模具的同時(shí)，在模具正面鑲嵌超高頻（860~960 MHz）、抗金屬耐高溫（250~300℃）型號(hào)RCC9001的RFID標(biāo)簽。制造部配備幾臺(tái)PDA，員工拿來PDA掃描模具RFID標(biāo)簽和員工RFID標(biāo)簽（型號(hào)RC4003，125 kHz/860-960 MHz），寫入模具編碼，PDA實(shí)時(shí)上傳生產(chǎn)數(shù)據(jù)至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)人、模具、交付時(shí)間關(guān)聯(lián)，代表著模具生命的開始。員工通過計(jì)算機(jī)客戶端根據(jù)模具編碼在服務(wù)器存入/導(dǎo)入相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括員工的數(shù)據(jù)（姓名、部門），模具的數(shù)據(jù)（名稱、重量、材料、文檔、模型、圖紙和鑲件），壓鑄的數(shù)據(jù)（材料、周期、重量、機(jī)型）等等。制造部大門安裝RFID門禁系統(tǒng)，模具出制造部時(shí)，門禁系統(tǒng)自動(dòng)掃描模具RFID標(biāo)簽，實(shí)時(shí)上傳生產(chǎn)數(shù)據(jù)至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)模具、位置、時(shí)間關(guān)聯(lián)定位[2]。

2 倉庫部DCMMES

目前，模具數(shù)量多，倉庫大，要高效準(zhǔn)確地找到模樣相似的模具，是有一定難度的，時(shí)而會(huì)出現(xiàn)找錯(cuò)的模具需要重新歸位，占用人力和時(shí)間，嚴(yán)重影響生產(chǎn)計(jì)劃，排產(chǎn)排期。通過DCMMES，快速精準(zhǔn)尋找模具，節(jié)約生產(chǎn)成本，解決員工最為關(guān)切的生產(chǎn)問題，滿足模具管理的要求[3]。

倉庫的貨架數(shù)量數(shù)百，每貨架3~4層，每層數(shù)十固定位，需粘貼固定位RFID標(biāo)簽（型號(hào)RC2004，13.56 MHz）和安裝位置指示燈。模具入倉庫部，放到固定位，倉庫部配備幾臺(tái)PDA，員工拿來PDA，掃描模具/員工/固定位RFID標(biāo)簽，實(shí)時(shí)上傳生產(chǎn)數(shù)據(jù)至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)人、模具、位置、時(shí)間關(guān)聯(lián)。模具出倉庫部，員工拿來PDA或使用計(jì)算機(jī)客戶端，輸入模具RFID編碼，顯示范圍區(qū)域，位置指示燈閃爍，快捷找尋定位。倉庫部大門安裝RFID門禁系統(tǒng)，模具和員工出入倉庫部，門禁系統(tǒng)自動(dòng)掃描模具/員工RFID標(biāo)簽，實(shí)時(shí)上傳生產(chǎn)數(shù)據(jù)至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)模具、員工、位置、時(shí)間關(guān)聯(lián)定位。

3 生產(chǎn)部DCMMES

當(dāng)前，中小型壓鑄企業(yè)出現(xiàn)生產(chǎn)瓶頸：產(chǎn)品種類多，批量小，模具更換頻繁，生產(chǎn)過程監(jiān)控困難，產(chǎn)品質(zhì)量難以追溯，生產(chǎn)訂單進(jìn)度缺乏跟蹤，生產(chǎn)排產(chǎn)不能根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)時(shí)調(diào)整，交貨時(shí)間不能保障準(zhǔn)時(shí)，生產(chǎn)準(zhǔn)備活動(dòng)不夠充分，生產(chǎn)能力難以估測，生產(chǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)信息斷層，不能滿足管理層決策需求。通過DCMMES，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)信息化、自動(dòng)化、透明化、實(shí)時(shí)化，提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，提升經(jīng)濟(jì)效益，為管理決策層提供數(shù)據(jù)支持[4]。

每臺(tái)壓鑄機(jī)安裝一套自主研發(fā)的采集器，觸摸屏（型號(hào)TK6070IP），模具RFID讀寫器（型號(hào)C216019，支持RFID頻段：860~960 MHz），員工RFID讀卡器（型號(hào)C221014，支持RFID頻段：125 kHz）。觸摸屏、模具RFID讀寫器、員工RFID讀卡器、壓鑄機(jī)，均與采集器RS232串口通訊，采集器實(shí)時(shí)上傳生產(chǎn)數(shù)據(jù)至服務(wù)器：（1）模具安裝在壓鑄機(jī)上，模具RFID讀寫器實(shí)時(shí)自動(dòng)讀取模具RFID標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)模具、位置、時(shí)間關(guān)聯(lián)定位；（2）員工通過員工RFID讀卡器打卡，表示作業(yè)起止時(shí)間，實(shí)現(xiàn)人、位置、時(shí)間關(guān)聯(lián)；（3）觸摸屏顯示員工的數(shù)據(jù)（姓名、工種、部門），模具的數(shù)據(jù)（編碼、名稱），生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)訂單編號(hào)，可以輸入質(zhì)檢的生產(chǎn)數(shù)據(jù)；（4）實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器包括：（a）停產(chǎn)的數(shù)據(jù)：停產(chǎn)時(shí)間；（b）待機(jī)的數(shù)據(jù)：待機(jī)時(shí)間、鑄料溫度、模具溫度、進(jìn)/出水口溫度；（c）試模的數(shù)據(jù)：試模時(shí)間、合模次數(shù)、鑄料溫度、預(yù)熱溫度、模具溫度、壓射力、壓射速度、壓射比壓、進(jìn)/出水口溫度、試模缺陷數(shù)據(jù)如流痕、凹陷、粘模、氣泡、裂紋、欠鑄、毛刺、飛邊、錯(cuò)邊、變形、滲漏等等、根據(jù)試模缺陷實(shí)時(shí)調(diào)整后的數(shù)據(jù)；（d）量產(chǎn)的數(shù)據(jù)：量產(chǎn)時(shí)間、合模次數(shù)、鑄料溫度、模具溫度、壓射力、壓射速度、進(jìn)/出水口溫度。

生產(chǎn)部大門安裝RFID門禁系統(tǒng)，模具出入生產(chǎn)部時(shí)，門禁系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)掃描模具RFID標(biāo)簽，實(shí)時(shí)上傳生產(chǎn)數(shù)據(jù)至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)模具、位置、時(shí)間關(guān)聯(lián)定位。電子看板和計(jì)算機(jī)客戶端顯示整個(gè)生產(chǎn)部的生產(chǎn)情況，生產(chǎn)主管/經(jīng)理可以隨時(shí)監(jiān)控實(shí)際生產(chǎn)情況，實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)排產(chǎn)[5]。

4 維護(hù)部DCMMES

模具需要按時(shí)維護(hù)，保證模具正常使用，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，配合生產(chǎn)計(jì)劃。模具使用環(huán)境極其復(fù)雜惡劣，高溫、高濕、腐蝕、振動(dòng)，目前，維護(hù)人員根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，隨機(jī)性離散性檢測維護(hù)模具，檢測報(bào)告沒有系統(tǒng)化、電子化，生產(chǎn)管理沒有制度化，很難把生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)積累沉淀下來。通過DCMMES，實(shí)現(xiàn)維護(hù)電子規(guī)范、系統(tǒng)文檔，做出提前維護(hù)，提高使用時(shí)間?？梢赃M(jìn)行歷史追溯，以專家經(jīng)驗(yàn)的形式積累下來[6]。

維護(hù)部員工登錄計(jì)算機(jī)客戶端，根據(jù)模具RFID編碼，查詢模具維護(hù)的歷史數(shù)據(jù)，做出新的維護(hù)計(jì)劃，做好相應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃/排產(chǎn)，精準(zhǔn)定位模具位置，把模具運(yùn)至維護(hù)部進(jìn)行維修，在計(jì)算機(jī)客戶端記錄維護(hù)數(shù)據(jù)：時(shí)間、原因、材料、設(shè)備，實(shí)現(xiàn)人、模具、維護(hù)、時(shí)間關(guān)聯(lián)。維護(hù)完成，模具入倉庫部。

5 報(bào)廢部DCMMES

在實(shí)際使用過程中，模具壽命受多種因數(shù)影響，一直以來是模具研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)和熱點(diǎn)。通過DCMMES，報(bào)廢部員工登錄計(jì)算機(jī)客戶端，根據(jù)模具RFID編碼，查詢模具制造/生產(chǎn)/維護(hù)歷史數(shù)據(jù)，提前做出預(yù)報(bào)廢計(jì)劃，告知制造部/生產(chǎn)部/財(cái)務(wù)部/計(jì)劃部，提前做出生產(chǎn)計(jì)劃、模具備件計(jì)劃，這樣有助于優(yōu)化生產(chǎn)排產(chǎn)，降低固定資產(chǎn)，增加流動(dòng)資金，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。最終報(bào)廢，在計(jì)算機(jī)客戶端做好記錄，代表著模具生命的結(jié)束[7]。

6 應(yīng)用

由廣東省、廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目和企業(yè)項(xiàng)目支持，通過多年的項(xiàng)目調(diào)研、商談、合作、研究，壓鑄模具制造執(zhí)行系統(tǒng)DCMMES得一實(shí)際應(yīng)用，如圖2所示。

（續(xù)上圖）

圖2 DCMMES實(shí)際應(yīng)用界面

7 結(jié)束語

中小型壓鑄企業(yè)模具制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用研究，通過監(jiān)控實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來指導(dǎo)、管理、響應(yīng)、報(bào)告車間發(fā)生的各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)，為生產(chǎn)員工、管理者、調(diào)度人員實(shí)時(shí)了解當(dāng)前生產(chǎn)情況提供幫助，以便做出實(shí)時(shí)精確的生產(chǎn)管理與計(jì)劃，可為企業(yè)決策人員制定企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展和宏觀政策提供非常強(qiáng)有力的指導(dǎo)和幫助，對企業(yè)生產(chǎn)管理、信息化、可持續(xù)發(fā)展、成本節(jié)約、提高競爭力，都具有十分重要的意義[8]。

[1]王志新，金壽松.制造執(zhí)行系統(tǒng)MES及其應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]李亞杰，何衛(wèi)平，董蓉.面向制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能進(jìn)化實(shí)施方法[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2013，19（3）：507-515.

[3]吳梅磊.離散型制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2007.

[4]莫太平，趙佩斯，段任航，等.制造執(zhí)行系統(tǒng)的Petri網(wǎng)建模及性能分析[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2015，21（8）：2063-2071.

[5]楊海素.面向MES的制造過程信息采集與處理系統(tǒng)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2014.

[6]王軍強(qiáng)，周雪明，郭銀洲，等.可擴(kuò)展制造執(zhí)行系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2014，20（5）：1035-1050.

[7]王海英.MES構(gòu)架及與企業(yè)信息系統(tǒng)集成研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2006.

[8]李孝斌，尹超.面向生產(chǎn)過程云服務(wù)的制造執(zhí)行系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2016，22（1）：177-187.

（續(xù)下圖）

Application Research on Mould Manufacturing Execution System for Small and Medium Size Die Casting Enterprises

ZOU Bing1，2，3，WANG Tun1，2，3，WANG Zhi-ping1，2，3
（1.Guangdong Institute of Intelligent Manufacturing，Guangzhou Guangdong 510070，China；2.Guangdong Key Laboratory of Modern Control Technology，Guangzhou Guangdong 510070，China；3.Guangdong Public Laboratory of Modern Control&Optical Mechanical and Electronic Technology，Guangzhou Guangdong 510070，China）

In view of the current actual production situation of mould in small and medium size die casting enterprises，the application research on mould manufacturing execution system for small and medium size die casting enterprises is put forward.The research effectively solves the problem of information fault and information isolated island between the plan layer and the control layer，achieves information exchange of the plan layer，the workshop layer and the control layer，promotes the integration of automation and informatization，assists production management，realizes intelligent production.Meanwhile，the research provides the key production information and grasps the enterprise decision-making and direction for the management of the enterprise and helps enterprises to reduce production costs，improve production efficiency，stable product quality and enhance competitive power.

manufacturing execution system；production data；small and medium size die casting enterprises；informatization；mould

TH166

A

1672-545X（2016）11-0070-03

2016-08-30

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2016B090912006）；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015A010106007）；廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014J4500021）

鄒兵（1981-），男，廣東廣州人，助理研究員，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化與信息化。