銅板帶加工企業(yè)MES系統(tǒng)應(yīng)用

李 巖

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

銅板帶加工企業(yè)在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下，降低企業(yè)加工成本同時(shí)，縮短交貨期和提升產(chǎn)品質(zhì)量是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)在進(jìn)行以ERP系統(tǒng)為標(biāo)志的信息化建設(shè)的同時(shí)，往往忽視了與過程控制層直接相連的MES系統(tǒng)的支撐，使得ERP系統(tǒng)不能及時(shí)掌握工廠發(fā)生的實(shí)際情況，成為空中樓閣。國(guó)內(nèi)外一些先進(jìn)的制造型企業(yè)信息化結(jié)構(gòu)日趨統(tǒng)一在ERP/MES/PCS的架構(gòu)下，特別是目前國(guó)家倡導(dǎo)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，建立數(shù)字化工廠，實(shí)現(xiàn)智能制造，MES在企業(yè)信息化中起到越來越重要的使用，MES在企業(yè)信息化的分層模型中處于中間層，是傳遞、轉(zhuǎn)換、加工經(jīng)營(yíng)信息與具體實(shí)現(xiàn)的橋梁，它上下連通現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備與企業(yè)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫連接與信息共享；前后貫通所有工序，實(shí)現(xiàn)全生產(chǎn)過程的計(jì)劃與物料調(diào)度、生產(chǎn)控制與管理、生產(chǎn)成本在線預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制，是整個(gè)企業(yè)信息的綜合集成。

1 行業(yè)現(xiàn)狀分析

1.1 典型工藝

采用熱軋開坯的方式生產(chǎn)銅帶與銅箔、銅帶一般經(jīng)過，原料→配料→熔煉→鑄造(立式全連續(xù)或半連續(xù)鑄造)→鋸切→加熱→熱軋→銑面→冷粗軋→切邊→退火→表面清洗→(中軋→退火→表面清洗→)精軋→退火→(表面清洗→)拉伸彎曲矯直→檢驗(yàn)→分切→包裝入庫(kù)。

1.2 銅板帶企業(yè)現(xiàn)狀

多數(shù)企業(yè)建設(shè)ERP，主要解決企業(yè)的資源優(yōu)化、財(cái)務(wù)管理；對(duì)于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的獲取、應(yīng)用、挖潛增效欠缺，缺少對(duì)生產(chǎn)底層系統(tǒng)的了解、開發(fā)與應(yīng)用管理經(jīng)驗(yàn)。企業(yè)有多個(gè)分廠、車間、裝置等組成，互相之間數(shù)據(jù)不能共享、管理層調(diào)度決策不能及時(shí)到位、決策經(jīng)營(yíng)層的決策依據(jù)(即生產(chǎn)數(shù)據(jù))不夠透明與真實(shí)，在管理效率上沒發(fā)揮較高水平。

MES是工業(yè)企業(yè)信息化建設(shè)體系中為必不可少的重要部份，企業(yè)建立一套高度精細(xì)化和智能化的生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)來控制、疏導(dǎo)整個(gè)生產(chǎn)過程，使企業(yè)向生產(chǎn)制造柔性化和管理精細(xì)化方向發(fā)展，提高市場(chǎng)應(yīng)對(duì)的實(shí)時(shí)性和靈活性，降低不良品率，改善生產(chǎn)線的運(yùn)行效率，降低生產(chǎn)成本。

2 工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES系統(tǒng))

2.1 總體框架設(shè)計(jì)

建設(shè)原則為，實(shí)用性，適用性，可靠性，互聯(lián)性，先進(jìn)性；技術(shù)路線為，實(shí)時(shí)性，集成性，易用性，安全性，如圖1所示。

2.2 應(yīng)用系統(tǒng)核心功能設(shè)計(jì)

2.2.1 計(jì)劃管理

作業(yè)計(jì)劃管理包括生產(chǎn)計(jì)劃與工序計(jì)劃的編制和調(diào)度。生產(chǎn)計(jì)劃一般稱之為一級(jí)計(jì)劃，由計(jì)劃部門根據(jù)生產(chǎn)訂單下達(dá)，在一級(jí)計(jì)劃中指定了工單的工藝路線、采用的工藝文檔號(hào)、每道次的計(jì)劃開工完工時(shí)間、工序所對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備；二級(jí)計(jì)劃即機(jī)臺(tái)派工單，屬執(zhí)行層面的，一般由車間計(jì)劃員下達(dá)，由車間計(jì)劃員將任務(wù)指派到空閑機(jī)臺(tái)。生產(chǎn)計(jì)劃單在生產(chǎn)合同審核后進(jìn)行釋放，系統(tǒng)根據(jù)合同上的存貨編碼和工藝路線自動(dòng)創(chuàng)建生產(chǎn)計(jì)劃單，在生產(chǎn)計(jì)劃單中描述了整個(gè)生產(chǎn)路徑，工序計(jì)劃完成時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)等信息。

圖1Fig.1

工序派工單將嚴(yán)格按照生產(chǎn)計(jì)劃單的計(jì)劃開工、完工日期生產(chǎn)，通過可配置的計(jì)分規(guī)則，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算優(yōu)先級(jí)，車間計(jì)劃員根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)推薦的排序規(guī)則進(jìn)行派工，必須嚴(yán)格按照計(jì)劃的順序進(jìn)行生產(chǎn)，避免了工序復(fù)雜的料卷總是排在后面生產(chǎn)的問題。系統(tǒng)自動(dòng)將每天的工序派工信息推送至各工序，無需手動(dòng)傳達(dá)生產(chǎn)指令，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

在主操作臺(tái)可以接收與查詢到某時(shí)間段工序派工單下發(fā)出的需要生產(chǎn)的料卷信息，以及關(guān)聯(lián)的工藝料卡信息，并可選擇相關(guān)的料卷進(jìn)行取料生產(chǎn)。通過一系列報(bào)表進(jìn)行計(jì)劃的跟蹤與分析，方便計(jì)劃人員跟蹤作業(yè)計(jì)劃的完成情況。各工序進(jìn)行報(bào)工時(shí)也會(huì)將生產(chǎn)實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)回寫至相應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃單、工序派工單上，通過原有單據(jù)也可以很方便地跟蹤到計(jì)劃的完成情況。

2.2.2 質(zhì)量管理

質(zhì)量管理通過實(shí)施MES系統(tǒng)，以質(zhì)量部門為原點(diǎn)，所有的報(bào)檢、檢驗(yàn)、質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)施質(zhì)量跟蹤，產(chǎn)生各工序的質(zhì)量報(bào)表，對(duì)產(chǎn)生的質(zhì)量信息進(jìn)行判斷，制造過程中出現(xiàn)的質(zhì)量異常、客戶投訴進(jìn)行總結(jié)分析，總結(jié)的預(yù)防糾正措施很多時(shí)候又是通過MES平臺(tái)來進(jìn)行監(jiān)控和落實(shí)，這一系列的管理過程形成了PDCA閉環(huán)管理。

質(zhì)量管理貫穿生產(chǎn)組織的全過程，是執(zhí)行一貫質(zhì)量管理的重要組成部分，質(zhì)量管理包含工藝管理和產(chǎn)品質(zhì)量管理兩大部分。產(chǎn)品規(guī)范管理通過建立合同牌號(hào)檔案，客戶技術(shù)協(xié)議通常作為銷售合同的附件，文件對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)都有明確要求，成為客戶的驗(yàn)貨標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)過程中如果未按客戶技術(shù)協(xié)議來指導(dǎo)生產(chǎn)，很有可能就得退貨、報(bào)廢處理?？蛻羲岢龅漠a(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)在生產(chǎn)的不同環(huán)節(jié)指導(dǎo)工序進(jìn)行生產(chǎn)，進(jìn)行判定。工藝規(guī)范管理在企業(yè)制造工藝貫穿于產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程，現(xiàn)代企業(yè)既要建立企業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)體系，提高工藝標(biāo)準(zhǔn)化水平，同時(shí)也要兼顧客戶個(gè)性化要求，提高工藝的快速反應(yīng)能力，增強(qiáng)企業(yè)的應(yīng)變能力。尤其是在銅板帶加工行業(yè)，對(duì)于過程質(zhì)量控制的要求尤為嚴(yán)格，同種合金同種規(guī)格的產(chǎn)品，即使外觀完全一樣，不同客戶也有不同的技術(shù)要求，中間工序控制參數(shù)也可能完全不同。工藝規(guī)范管理子系統(tǒng)，就是將工藝流程、工藝參數(shù)、檢化驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、包裝要求、質(zhì)保書等要求進(jìn)行有機(jī)組合形成的集合，它貫穿生產(chǎn)和質(zhì)量控制的全過程。

物料工藝路線將會(huì)定義每個(gè)料卷所經(jīng)過的加工路線，是生產(chǎn)計(jì)劃的核心資料，指導(dǎo)每張計(jì)劃單的生產(chǎn)流程走向，通過物料工藝路線實(shí)現(xiàn)工序與資源的綁定、機(jī)臺(tái)與工藝的綁定。對(duì)于需要改制的批號(hào)，可以在生產(chǎn)計(jì)劃單中對(duì)工藝路線進(jìn)行編輯，同一個(gè)料號(hào)的產(chǎn)品其實(shí)際的生產(chǎn)工藝路線可以不同。企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)是企業(yè)內(nèi)部為在生產(chǎn)過程中控制產(chǎn)品質(zhì)量而自行制定的標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)中產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)都高于當(dāng)時(shí)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目的是使企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量始終保持在超前或一定的水平上，以更好地滿足市場(chǎng)和用戶的需要。合金成分標(biāo)準(zhǔn)是企業(yè)核心技術(shù)資料，在系統(tǒng)中采用了嚴(yán)格的數(shù)據(jù)權(quán)限控制，所有存入后臺(tái)的數(shù)據(jù)都是經(jīng)過加密的。

工藝技術(shù)文檔針對(duì)不同機(jī)臺(tái)、不同合金、不同的來料規(guī)格和目標(biāo)規(guī)格都有對(duì)應(yīng)具體的工藝技術(shù)要求，通過工藝文檔電子化，可以取消紙質(zhì)作業(yè)指導(dǎo)書，未來實(shí)現(xiàn)開工自動(dòng)下發(fā)工藝參數(shù)，減少手工輸入，自動(dòng)按導(dǎo)入?yún)?shù)進(jìn)行生產(chǎn)。根據(jù)企業(yè)需要可自行設(shè)計(jì)工藝技術(shù)文檔結(jié)構(gòu)。檢化驗(yàn)信息管理作為MES質(zhì)量管理的子模塊，系統(tǒng)是以分析測(cè)試工作為核心，包括一個(gè)以樣品分析為主線的從樣品登錄、登記管理、分析測(cè)試、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析到結(jié)果輸出的基本流程的管理。

質(zhì)量異常評(píng)審對(duì)于生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的質(zhì)量實(shí)時(shí)反饋到機(jī)臺(tái)，不合格品評(píng)審模塊后，將評(píng)審流程定義到系統(tǒng)中，評(píng)審結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)物料掛勾，評(píng)審期間掛起的料卷不允許往下生產(chǎn)，質(zhì)量追溯時(shí)可聯(lián)詢料卷全過程的不合格品評(píng)審單。質(zhì)量判定與控制會(huì)根據(jù)產(chǎn)品規(guī)范和生產(chǎn)工藝要求，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)工序完工進(jìn)行自動(dòng)質(zhì)量判定，避免不良品往下流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)在線判定。對(duì)于表面判定MES系統(tǒng)還可以集成有表面檢測(cè)系統(tǒng)工序，當(dāng)表面檢測(cè)完成后，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)直接發(fā)起質(zhì)量評(píng)審。檢驗(yàn)判定是當(dāng)產(chǎn)品檢驗(yàn)時(shí)自動(dòng)帶出各項(xiàng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在收集完實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)后，調(diào)用系統(tǒng)質(zhì)量判定組件，產(chǎn)出自檢報(bào)告。系統(tǒng)可以支持所有檢驗(yàn)項(xiàng)目的自動(dòng)判定，如化學(xué)成分檢驗(yàn)、力學(xué)性能檢驗(yàn)判定、金相組織報(bào)告判定等。

質(zhì)量證明書是由生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量管理檢測(cè)部門出具的，不同產(chǎn)品不同客戶使用的產(chǎn)品質(zhì)量證明書格式可能不一樣，質(zhì)量證明書上信息項(xiàng)可能貫穿整個(gè)生產(chǎn)，如檢測(cè)參數(shù)、某些機(jī)臺(tái)主操的測(cè)量數(shù)據(jù)、訂單信息、產(chǎn)品屬性等。系統(tǒng)質(zhì)量證明書模塊，包括了質(zhì)量證明書設(shè)計(jì)、質(zhì)量證明書制作和質(zhì)量證明書打印功能，質(zhì)量證明書上所有信息從生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)中抽取，對(duì)于一些重要的檢驗(yàn)指標(biāo)，根據(jù)顧客個(gè)性化、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，自檢不合格的項(xiàng)目，自動(dòng)在質(zhì)量證明書顯示不同的背景顏色，在打印質(zhì)保書時(shí)也會(huì)進(jìn)行提醒，由系統(tǒng)對(duì)料卷進(jìn)行最后把關(guān)，降低了有質(zhì)量問題的產(chǎn)品流入客戶。

2.2.3 設(shè)備管理

MES系統(tǒng)設(shè)備管理模塊，主要提供企業(yè)設(shè)備臺(tái)賬、計(jì)量設(shè)備臺(tái)賬、使用信息管理、基礎(chǔ)資料、輔助資料維護(hù)，統(tǒng)計(jì)日常運(yùn)行情況和設(shè)備點(diǎn)檢情況，制定保養(yǎng)和潤(rùn)滑計(jì)劃，記錄保養(yǎng)和潤(rùn)滑計(jì)劃的執(zhí)行情況，提供設(shè)備維修的作業(yè)管理，作業(yè)計(jì)劃的制定，維修工單的執(zhí)行情況以及維修的驗(yàn)收記錄，統(tǒng)計(jì)設(shè)備故障并分析原因，提出反饋等設(shè)備日常維護(hù)管理工作，實(shí)現(xiàn)用戶維護(hù)設(shè)備的主要信息，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行、維修情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性保養(yǎng)和維修，提高設(shè)備的使用壽命，從而降低成本，提供企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

備件管理是按設(shè)備類型實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的管理，了解備件的現(xiàn)有庫(kù)存及安全庫(kù)存設(shè)置，對(duì)于長(zhǎng)期未使用備件亦可及時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)設(shè)備某部位故障報(bào)修后可快速掌握其零配件是否有庫(kù)存。備件管理員通過備件周轉(zhuǎn)率的分析，對(duì)于周轉(zhuǎn)率低的備件作重點(diǎn)分析，通過分析找到工作改進(jìn)的方向，如有些備件需要調(diào)整其安全庫(kù)存。備件管理員亦可通過備件裝機(jī)量查詢報(bào)表，產(chǎn)生備件請(qǐng)購(gòu)需求，提交給采購(gòu)部，通過備件最低庫(kù)存、安全庫(kù)存及裝機(jī)量的對(duì)比分析及不斷調(diào)整優(yōu)化，逐步降低備件庫(kù)存水平，由此給企業(yè)帶來的價(jià)值是巨大的。

運(yùn)行管理是生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備管理的重要組成部分，必須建立一套切實(shí)可行、行之有效的運(yùn)行管理制度，才能達(dá)到加強(qiáng)設(shè)備管理、確保設(shè)備安全可靠、無故障運(yùn)行之目的，系統(tǒng)提供了豐富的業(yè)務(wù)功能及統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表，可使企業(yè)設(shè)備運(yùn)行管理機(jī)制有效地落地執(zhí)行。系統(tǒng)包括部門/機(jī)臺(tái)作業(yè)計(jì)劃、計(jì)劃停機(jī)維護(hù)、主操控制臺(tái)記錄、作業(yè)單管理、設(shè)備運(yùn)行分析報(bào)表。預(yù)防維護(hù)通過對(duì)產(chǎn)品的系統(tǒng)性檢查、設(shè)備測(cè)試和更換以防止功能故障發(fā)生，使其保持在規(guī)定狀態(tài)所進(jìn)行的全部活動(dòng)，它可以包括調(diào)整、潤(rùn)滑、定期檢查等。系統(tǒng)包括制訂預(yù)防性維護(hù)方案、現(xiàn)場(chǎng)巡檢、維保計(jì)劃執(zhí)行一覽表。

能源消耗管理指采集過來的能耗數(shù)據(jù)結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行情況以及機(jī)臺(tái)完工記錄，可以對(duì)不同產(chǎn)品、不同機(jī)臺(tái)、不同時(shí)段的產(chǎn)品能耗進(jìn)行多緯度分析，并給后面的工序成本提供數(shù)據(jù)支撐。通過系統(tǒng)自動(dòng)采集能耗各能源介質(zhì)數(shù)據(jù),為工序績(jī)效考核提供數(shù)據(jù)依據(jù)。通過實(shí)際與標(biāo)準(zhǔn)能耗進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)能源消耗中的異常問題，并及時(shí)應(yīng)對(duì)，系統(tǒng)通過采集的能耗數(shù)據(jù)與生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)相結(jié)合，為企業(yè)的能源消耗管理提供更多的分析與診斷。作業(yè)成本是利用從各工序L2系統(tǒng)收集到的生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)、能源消耗數(shù)據(jù)，通過分工序、分品種、分牌號(hào)、分作業(yè)班組或分時(shí)間段等的主輔原料消耗的統(tǒng)計(jì)分析，揭示標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際的差異,評(píng)估生產(chǎn)成本，為控制和降低成本消耗，改進(jìn)工藝科學(xué)決策奠定基礎(chǔ)。如果企業(yè)能建立能源標(biāo)準(zhǔn)、工時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，還可對(duì)比實(shí)際與標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，評(píng)估生產(chǎn)成本。

3 結(jié)束語

銅板帶企業(yè)智能制造技術(shù)包括了智能裝備、制造執(zhí)行系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)制造過程的優(yōu)化控制、智能調(diào)度、生產(chǎn)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、質(zhì)量管理、車間績(jī)效等，對(duì)生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量的異常做出正確的判斷和處置，實(shí)現(xiàn)制造執(zhí)行與運(yùn)營(yíng)管理、研發(fā)設(shè)計(jì)、智能裝備的集成。銅板帶企業(yè)的生產(chǎn)制造執(zhí)行MES系統(tǒng)是智能工廠實(shí)現(xiàn)信息化管控的重要組成部分，通過系統(tǒng)對(duì)企業(yè)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的核心數(shù)據(jù)如作業(yè)計(jì)劃、質(zhì)量、設(shè)備等實(shí)施高效管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)效率提升、產(chǎn)品質(zhì)量改善和設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。