中小型壓鑄企業模具制造執行系統應用研究

鄒 兵，汪 暾，王志平

（1.廣東省智能制造研究所，廣東廣州510070；2.廣東省現代控制技術重點實驗室，廣東廣州510070；3.廣東省現代控制與光機電技術公共實驗室，廣東廣州510070）

中小型壓鑄企業模具制造執行系統應用研究

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.廣東省現代控制技術重點實驗室，廣東廣州510070；3.廣東省現代控制與光機電技術公共實驗室，廣東廣州510070）

針對中小型壓鑄企業模具當前實際生產情況，提出中小型壓鑄企業模具MES應用研究，有效地解決計劃層和控制層之間的“信息斷層”和“信息孤島”問題，達到計劃層、車間層、控制層三者信息互通，促進自動化和信息化兩化融合，輔助生產管理，實現智能制造，同時為企業管理層提供關鍵生產信息、把握企業決策和方向，幫助企業降低生產成本、提高生產效率、穩定產品質量、增強競爭力。

制造執行系統；生產數據；中小型壓鑄企業；信息化；模具

1990年美國先進制造研究機構（AMR）提出企業三層集成模型：企業資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）、制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）、工業控制系統（Industrial Control System，ICS）。其中，MES位于上層的企業資源計劃與下層的工業控制系統之間，面向車間層的管理系統。對上層ERP來說，MES接收ERP的生產計劃，并將ICS的生產數據傳輸給ERP；對下層ICS而言，MES接收ICS的生產數據，并將ERP的生產計劃傳遞給ICS，這樣MES有效地解決計劃層和控制層之間的“信息斷層”和“信息孤島”問題，達到計劃管理層、車間層、控制層的三者信息融合，能夠為企業提供高效、智能的制造環境，幫助企業降低生產成本、提高生產效率、穩定產品質量、增強競爭力，其核心是將信息技術、計算機技術、管理技術運用于智能制造，實現制造業信息化、自動化、智能化[1]。

模具是中小型壓鑄企業最為重要的生產設備之一，隨著制造業大量定制化需求，模具數量眾多，工作環境惡劣，制造成本高，制造工序繁瑣，制造時間長，體積非常大，存放的倉庫要求嚴格，定期維護保證質量，直接影響生產訂單/計劃，壽命和報廢涉及成本、資金。為解決當前實際生產情況，實現模具智能制造，提出壓鑄模具制造執行系統（Die Casting Mold Manufacturing Execution System，DCMMES），如圖1所示，其中，工業PDA，型號為HPC-6000、支持RFID頻段：低頻125 kHz/高頻13.56 MHz/超高頻860~960 MHz；RFID門禁系統型號為C216006，支持RFID頻段：860~960 MHz，計算機客戶端、采集器、位置指示燈自主研發，電子看板采用50寸以上顯示器，顯示界面定制研發，服務器用于采集/存儲生產數據，均與工業局域無線網絡通訊。

圖1 壓鑄模具制造執行系統DCMMES

一般情況下，模具主要在制造部、倉庫部、生產部、維護部、報廢部流通，通過實時采集模具的生產數據，分析歸納、總結模具行為規律，指導相關部門人員以規范、健全模具管理，實現中小型壓鑄企業信息化，提高生產效率、穩定產品質量，全面降低企業成本，提升企業的市場競爭能力，獲得巨大的經濟效益和社會效益。

1 制造部DCMMES

在制造新模具的同時，在模具正面鑲嵌超高頻（860~960 MHz）、抗金屬耐高溫（250~300℃）型號RCC9001的RFID標簽。制造部配備幾臺PDA，員工拿來PDA掃描模具RFID標簽和員工RFID標簽（型號RC4003，125 kHz/860-960 MHz），寫入模具編碼，PDA實時上傳生產數據至服務器，實現人、模具、交付時間關聯，代表著模具生命的開始。員工通過計算機客戶端根據模具編碼在服務器存入/導入相關生產數據，包括員工的數據（姓名、部門），模具的數據（名稱、重量、材料、文檔、模型、圖紙和鑲件），壓鑄的數據（材料、周期、重量、機型）等等。制造部大門安裝RFID門禁系統，模具出制造部時，門禁系統自動掃描模具RFID標簽，實時上傳生產數據至服務器，實現模具、位置、時間關聯定位[2]。

2 倉庫部DCMMES

目前，模具數量多，倉庫大，要高效準確地找到模樣相似的模具，是有一定難度的，時而會出現找錯的模具需要重新歸位，占用人力和時間，嚴重影響生產計劃，排產排期。通過DCMMES，快速精準尋找模具，節約生產成本，解決員工最為關切的生產問題，滿足模具管理的要求[3]。

倉庫的貨架數量數百，每貨架3~4層，每層數十固定位，需粘貼固定位RFID標簽（型號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PDA，員工拿來PDA，掃描模具/員工/固定位RFID標簽，實時上傳生產數據至服務器，實現人、模具、位置、時間關聯。模具出倉庫部，員工拿來PDA或使用計算機客戶端，輸入模具RFID編碼，顯示范圍區域，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，模具和員工出入倉庫部，門禁系統自動掃描模具/員工RFID標簽，實時上傳生產數據至服務器，實現模具、員工、位置、時間關聯定位。

3 生產部DCMMES

當前，中小型壓鑄企業出現生產瓶頸：產品種類多，批量小，模具更換頻繁，生產過程監控困難，產品質量難以追溯，生產訂單進度缺乏跟蹤，生產排產不能根據實際生產實時調整，交貨時間不能保障準時，生產準備活動不夠充分，生產能力難以估測，生產數據出現信息斷層，不能滿足管理層決策需求。通過DCMMES，實現智能生產信息化、自動化、透明化、實時化，提高生產效率，穩定產品質量，提升經濟效益，為管理決策層提供數據支持[4]。

每臺壓鑄機安裝一套自主研發的采集器，觸摸屏（型號TK6070IP），模具RFID讀寫器（型號C216019，支持RFID頻段：860~960 MHz），員工RFID讀卡器（型號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，均與采集器RS232串口通訊，采集器實時上傳生產數據至服務器：（1）模具安裝在壓鑄機上，模具RFID讀寫器實時自動讀取模具RFID標簽，實現模具、位置、時間關聯定位；（2）員工通過員工RFID讀卡器打卡，表示作業起止時間，實現人、位置、時間關聯；（3）觸摸屏顯示員工的數據（姓名、工種、部門），模具的數據（編碼、名稱），生產計劃，生產訂單編號，可以輸入質檢的生產數據；（4）實時采集生產數據上傳至服務器包括：（a）停產的數據：停產時間；（b）待機的數據：待機時間、鑄料溫度、模具溫度、進/出水口溫度；（c）試模的數據：試模時間、合模次數、鑄料溫度、預熱溫度、模具溫度、壓射力、壓射速度、壓射比壓、進/出水口溫度、試模缺陷數據如流痕、凹陷、粘模、氣泡、裂紋、欠鑄、毛刺、飛邊、錯邊、變形、滲漏等等、根據試模缺陷實時調整后的數據；（d）量產的數據：量產時間、合模次數、鑄料溫度、模具溫度、壓射力、壓射速度、進/出水口溫度。

生產部大門安裝RFID門禁系統，模具出入生產部時，門禁系統會自動掃描模具RFID標簽，實時上傳生產數據至服務器，實現模具、位置、時間關聯定位。電子看板和計算機客戶端顯示整個生產部的生產情況，生產主管/經理可以隨時監控實際生產情況，實時調整生產排產[5]。

4 維護部DCMMES

模具需要按時維護，保證模具正常使用，穩定產品質量，配合生產計劃。模具使用環境極其復雜惡劣，高溫、高濕、腐蝕、振動，目前，維護人員根據個人經驗，隨機性離散性檢測維護模具，檢測報告沒有系統化、電子化，生產管理沒有制度化，很難把生產經驗、知識積累沉淀下來。通過DCMMES，實現維護電子規范、系統文檔，做出提前維護，提高使用時間?？梢赃M行歷史追溯，以專家經驗的形式積累下來[6]。

維護部員工登錄計算機客戶端，根據模具RFID編碼，查詢模具維護的歷史數據，做出新的維護計劃，做好相應的生產計劃/排產，精準定位模具位置，把模具運至維護部進行維修，在計算機客戶端記錄維護數據：時間、原因、材料、設備，實現人、模具、維護、時間關聯。維護完成，模具入倉庫部。

5 報廢部DCMMES

在實際使用過程中，模具壽命受多種因數影響，一直以來是模具研究的重點、難點和熱點。通過DCMMES，報廢部員工登錄計算機客戶端，根據模具RFID編碼，查詢模具制造/生產/維護歷史數據，提前做出預報廢計劃，告知制造部/生產部/財務部/計劃部，提前做出生產計劃、模具備件計劃，這樣有助于優化生產排產，降低固定資產，增加流動資金，降低企業生產成本。最終報廢，在計算機客戶端做好記錄，代表著模具生命的結束[7]。

6 應用

由廣東省、廣州市科技計劃項目和企業項目支持，通過多年的項目調研、商談、合作、研究，壓鑄模具制造執行系統DCMMES得一實際應用，如圖2所示。

（續上圖）

圖2 DCMMES實際應用界面

7 結束語

中小型壓鑄企業模具制造執行系統應用研究，通過監控實時準確的生產數據來指導、管理、響應、報告車間發生的各項生產活動，為生產員工、管理者、調度人員實時了解當前生產情況提供幫助，以便做出實時精確的生產管理與計劃，可為企業決策人員制定企業的長遠發展和宏觀政策提供非常強有力的指導和幫助，對企業生產管理、信息化、可持續發展、成本節約、提高競爭力，都具有十分重要的意義[8]。

[1]王志新，金壽松.制造執行系統MES及其應用[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]李亞杰，何衛平，董蓉.面向制造執行系統的功能進化實施方法[J].計算機集成制造系統，2013，19（3）：507-515.

[3]吳梅磊.離散型制造執行系統（MES）研究[D].濟南：山東大學，2007.

[4]莫太平，趙佩斯，段任航，等.制造執行系統的Petri網建模及性能分析[J].計算機集成制造系統，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研究[D].南京：南京理工大學，2014.

[6]王軍強，周雪明，郭銀洲，等.可擴展制造執行系統軟件體系結構設計與實現[J].計算機集成制造系統，2014，20（5）：1035-1050.

[7]王海英.MES構架及與企業信息系統集成研究[D].合肥：合肥工業大學，2006.

[8]李孝斌，尹超.面向生產過程云服務的制造執行系統[J].計算機集成制造系統，2016，22（1）：177-187.

（續下圖）

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

廣東省科技計劃項目（2016B090912006）；廣東省科技計劃項目（2015A010106007）；廣州市科技計劃項目（2014J4500021）

鄒兵（1981-），男，廣東廣州人，助理研究員，工學碩士，研究方向為自動化與信息化。