銅板帶加工企業MES系統應用

李 巖

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

銅板帶加工企業在日益激烈的市場競爭下，降低企業加工成本同時，縮短交貨期和提升產品質量是關鍵環節。目前，國內很多企業在進行以ERP系統為標志的信息化建設的同時，往往忽視了與過程控制層直接相連的MES系統的支撐，使得ERP系統不能及時掌握工廠發生的實際情況，成為空中樓閣。國內外一些先進的制造型企業信息化結構日趨統一在ERP/MES/PCS的架構下，特別是目前國家倡導企業轉型升級，建立數字化工廠，實現智能制造，MES在企業信息化中起到越來越重要的使用，MES在企業信息化的分層模型中處于中間層，是傳遞、轉換、加工經營信息與具體實現的橋梁，它上下連通現場控制設備與企業管理平臺，實現數據的無縫連接與信息共享；前后貫通所有工序，實現全生產過程的計劃與物料調度、生產控制與管理、生產成本在線預測和優化控制，是整個企業信息的綜合集成。

1 行業現狀分析

1.1 典型工藝

采用熱軋開坯的方式生產銅帶與銅箔、銅帶一般經過，原料→配料→熔煉→鑄造(立式全連續或半連續鑄造)→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→分切→包裝入庫。

1.2 銅板帶企業現狀

多數企業建設ERP，主要解決企業的資源優化、財務管理；對于生產數據的獲取、應用、挖潛增效欠缺，缺少對生產底層系統的了解、開發與應用管理經驗。企業有多個分廠、車間、裝置等組成，互相之間數據不能共享、管理層調度決策不能及時到位、決策經營層的決策依據(即生產數據)不夠透明與真實，在管理效率上沒發揮較高水平。

MES是工業企業信息化建設體系中為必不可少的重要部份，企業建立一套高度精細化和智能化的生產制造執行系統(MES)來控制、疏導整個生產過程，使企業向生產制造柔性化和管理精細化方向發展，提高市場應對的實時性和靈活性，降低不良品率，改善生產線的運行效率，降低生產成本。

2 工廠制造執行系統(MES系統)

2.1 總體框架設計

建設原則為，實用性，適用性，可靠性，互聯性，先進性；技術路線為，實時性，集成性，易用性，安全性，如圖1所示。

2.2 應用系統核心功能設計

2.2.1 計劃管理

作業計劃管理包括生產計劃與工序計劃的編制和調度。生產計劃一般稱之為一級計劃，由計劃部門根據生產訂單下達，在一級計劃中指定了工單的工藝路線、采用的工藝文檔號、每道次的計劃開工完工時間、工序所對應的生產設備；二級計劃即機臺派工單，屬執行層面的，一般由車間計劃員下達，由車間計劃員將任務指派到空閑機臺。生產計劃單在生產合同審核后進行釋放，系統根據合同上的存貨編碼和工藝路線自動創建生產計劃單，在生產計劃單中描述了整個生產路徑，工序計劃完成時間，標準工時等信息。

圖1Fig.1

工序派工單將嚴格按照生產計劃單的計劃開工、完工日期生產，通過可配置的計分規則，系統自動計算優先級，車間計劃員根據系統自動推薦的排序規則進行派工，必須嚴格按照計劃的順序進行生產，避免了工序復雜的料卷總是排在后面生產的問題。系統自動將每天的工序派工信息推送至各工序，無需手動傳達生產指令，費時費力。

在主操作臺可以接收與查詢到某時間段工序派工單下發出的需要生產的料卷信息，以及關聯的工藝料卡信息，并可選擇相關的料卷進行取料生產。通過一系列報表進行計劃的跟蹤與分析，方便計劃人員跟蹤作業計劃的完成情況。各工序進行報工時也會將生產實績數據回寫至相應的生產計劃單、工序派工單上，通過原有單據也可以很方便地跟蹤到計劃的完成情況。

2.2.2 質量管理

質量管理通過實施MES系統，以質量部門為原點，所有的報檢、檢驗、質量數據進行統計分析，實施質量跟蹤，產生各工序的質量報表，對產生的質量信息進行判斷，制造過程中出現的質量異常、客戶投訴進行總結分析，總結的預防糾正措施很多時候又是通過MES平臺來進行監控和落實，這一系列的管理過程形成了PDCA閉環管理。

質量管理貫穿生產組織的全過程，是執行一貫質量管理的重要組成部分，質量管理包含工藝管理和產品質量管理兩大部分。產品規范管理通過建立合同牌號檔案，客戶技術協議通常作為銷售合同的附件，文件對產品的技術指標都有明確要求，成為客戶的驗貨標準，生產過程中如果未按客戶技術協議來指導生產，很有可能就得退貨、報廢處理。客戶所提出的產品標準，系統在生產的不同環節指導工序進行生產，進行判定。工藝規范管理在企業制造工藝貫穿于產品的生產全過程，現代企業既要建立企業工藝標準體系，提高工藝標準化水平，同時也要兼顧客戶個性化要求，提高工藝的快速反應能力，增強企業的應變能力。尤其是在銅板帶加工行業，對于過程質量控制的要求尤為嚴格，同種合金同種規格的產品，即使外觀完全一樣，不同客戶也有不同的技術要求，中間工序控制參數也可能完全不同。工藝規范管理子系統，就是將工藝流程、工藝參數、檢化驗標準、包裝要求、質保書等要求進行有機組合形成的集合，它貫穿生產和質量控制的全過程。

物料工藝路線將會定義每個料卷所經過的加工路線，是生產計劃的核心資料，指導每張計劃單的生產流程走向，通過物料工藝路線實現工序與資源的綁定、機臺與工藝的綁定。對于需要改制的批號，可以在生產計劃單中對工藝路線進行編輯，同一個料號的產品其實際的生產工藝路線可以不同。企業內控標準是企業內部為在生產過程中控制產品質量而自行制定的標準。內控標準中產品的技術參數、性能指標都高于當時的國家標準和行業標準，目的是使企業的產品質量始終保持在超前或一定的水平上，以更好地滿足市場和用戶的需要。合金成分標準是企業核心技術資料，在系統中采用了嚴格的數據權限控制，所有存入后臺的數據都是經過加密的。

工藝技術文檔針對不同機臺、不同合金、不同的來料規格和目標規格都有對應具體的工藝技術要求，通過工藝文檔電子化，可以取消紙質作業指導書，未來實現開工自動下發工藝參數，減少手工輸入，自動按導入參數進行生產。根據企業需要可自行設計工藝技術文檔結構。檢化驗信息管理作為MES質量管理的子模塊，系統是以分析測試工作為核心，包括一個以樣品分析為主線的從樣品登錄、登記管理、分析測試、數據統計分析到結果輸出的基本流程的管理。

質量異常評審對于生產過程中出現的質量實時反饋到機臺，不合格品評審模塊后，將評審流程定義到系統中，評審結果與現場物料掛勾，評審期間掛起的料卷不允許往下生產，質量追溯時可聯詢料卷全過程的不合格品評審單。質量判定與控制會根據產品規范和生產工藝要求，系統可實現工序完工進行自動質量判定，避免不良品往下流轉，實現在線判定。對于表面判定MES系統還可以集成有表面檢測系統工序，當表面檢測完成后，根據檢測數據直接發起質量評審。檢驗判定是當產品檢驗時自動帶出各項質量標準，在收集完實驗實測數據后，調用系統質量判定組件，產出自檢報告。系統可以支持所有檢驗項目的自動判定，如化學成分檢驗、力學性能檢驗判定、金相組織報告判定等。

質量證明書是由生產企業的質量管理檢測部門出具的，不同產品不同客戶使用的產品質量證明書格式可能不一樣，質量證明書上信息項可能貫穿整個生產，如檢測參數、某些機臺主操的測量數據、訂單信息、產品屬性等。系統質量證明書模塊，包括了質量證明書設計、質量證明書制作和質量證明書打印功能，質量證明書上所有信息從生產過程數據中抽取，對于一些重要的檢驗指標，根據顧客個性化、技術標準和實測數據進行判定，自檢不合格的項目，自動在質量證明書顯示不同的背景顏色，在打印質保書時也會進行提醒，由系統對料卷進行最后把關，降低了有質量問題的產品流入客戶。

2.2.3 設備管理

MES系統設備管理模塊，主要提供企業設備臺賬、計量設備臺賬、使用信息管理、基礎資料、輔助資料維護，統計日常運行情況和設備點檢情況，制定保養和潤滑計劃，記錄保養和潤滑計劃的執行情況，提供設備維修的作業管理，作業計劃的制定，維修工單的執行情況以及維修的驗收記錄，統計設備故障并分析原因，提出反饋等設備日常維護管理工作，實現用戶維護設備的主要信息，根據設備運行、維修情況的統計數據，進行分析，對設備進行預防性保養和維修，提高設備的使用壽命，從而降低成本，提供企業的經濟效益。

備件管理是按設備類型實現個性化的管理，了解備件的現有庫存及安全庫存設置，對于長期未使用備件亦可及時發現，當設備某部位故障報修后可快速掌握其零配件是否有庫存。備件管理員通過備件周轉率的分析，對于周轉率低的備件作重點分析，通過分析找到工作改進的方向，如有些備件需要調整其安全庫存。備件管理員亦可通過備件裝機量查詢報表，產生備件請購需求，提交給采購部，通過備件最低庫存、安全庫存及裝機量的對比分析及不斷調整優化，逐步降低備件庫存水平，由此給企業帶來的價值是巨大的。

運行管理是生產企業設備管理的重要組成部分，必須建立一套切實可行、行之有效的運行管理制度，才能達到加強設備管理、確保設備安全可靠、無故障運行之目的，系統提供了豐富的業務功能及統計分析報表，可使企業設備運行管理機制有效地落地執行。系統包括部門/機臺作業計劃、計劃停機維護、主操控制臺記錄、作業單管理、設備運行分析報表。預防維護通過對產品的系統性檢查、設備測試和更換以防止功能故障發生，使其保持在規定狀態所進行的全部活動，它可以包括調整、潤滑、定期檢查等。系統包括制訂預防性維護方案、現場巡檢、維保計劃執行一覽表。

能源消耗管理指采集過來的能耗數據結合設備的運行情況以及機臺完工記錄，可以對不同產品、不同機臺、不同時段的產品能耗進行多緯度分析，并給后面的工序成本提供數據支撐。通過系統自動采集能耗各能源介質數據,為工序績效考核提供數據依據。通過實際與標準能耗進行對比分析，及時發現能源消耗中的異常問題，并及時應對，系統通過采集的能耗數據與生產過程數據相結合，為企業的能源消耗管理提供更多的分析與診斷。作業成本是利用從各工序L2系統收集到的生產實際數據、能源消耗數據，通過分工序、分品種、分牌號、分作業班組或分時間段等的主輔原料消耗的統計分析，揭示標準與實際的差異,評估生產成本，為控制和降低成本消耗，改進工藝科學決策奠定基礎。如果企業能建立能源標準、工時標準，還可對比實際與標準之間的差異，評估生產成本。

3 結束語

銅板帶企業智能制造技術包括了智能裝備、制造執行系統、實現整個生產制造過程的優化控制、智能調度、生產及設備運行狀態監控、質量管理、車間績效等，對生產、設備、質量的異常做出正確的判斷和處置，實現制造執行與運營管理、研發設計、智能裝備的集成。銅板帶企業的生產制造執行MES系統是智能工廠實現信息化管控的重要組成部分，通過系統對企業運行過程中產生的核心數據如作業計劃、質量、設備等實施高效管理，實現生產作業效率提升、產品質量改善和設備穩定運行。