低成本鋁箔MES系統規劃和實施

蔣恩偉，吳俊，李文華

（洛陽萬基鋁加工有限公司，洛陽 ）

MES（Manufacturing Execution System）即制造企業生產過程執行系統，是一套面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統。MES可以為企業提供包括制造數據管理、計劃排產管理、生產調度管理、庫存管理、質量管理、人力資源管理、工作中心/設備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項目看板管理、生產過程控制、底層數據集成分析、上層數據集成分解等管理模塊。

鋁箔的MES系統的項目實施建議應分兩期進行，第一期主要完成生產過程卷數據的管理，保證卷數據的準確性，做到 “賬物”相符。從成本方面考慮，一套最簡且實用的MES系統需要用到計劃排產管理、質量管理、庫存管理、生產過程管理、客戶管理（標簽、質檢證明）等模塊。第二期主要完成MES系統與生產設備、表面檢測設備的連接，讀取設備工藝參數，完成一些高級數據分析。

鋁箔生產可以說是鋁加工行業中流程最復雜的，根據鋁箔生產工藝的特點，一卷10噸左右，直徑2米的鋁箔坯料大卷從開坯到裝箱入庫，因工藝分卷、自然斷帶，最后套切成成品小卷，會產生大量的卷數據，怎么管理這些卷數據，從卷數據上追溯卷的生產過程、質量信息，需要在MES系統實施前做個完整的規劃。本文從低成本、高實用性方面論述鋁箔MES的運行流程和實施要點。

1 鋁箔MES的方案規劃

1.1 需求分析

生產計劃的管理傳統的做法是由工藝計劃員編制生產料本，并將生產工藝要求填寫在工藝卡片上，軋機操作人員根據料本挑選坯料，按照工藝卡片的要求進行生產，并將生產情況填寫在工藝卡片上，工藝卡片隨生產工序流轉。由于所有的工藝參數填寫都是手工填寫，由于疏忽以及字跡不規范造成許多錯誤，甚至有些錯誤能夠一直伴隨著產品到客戶而不被發現。

由于是手工填寫的工藝卡片，不利于工藝資料的收集、整理，不利于生產經驗的總結，而MES系統可以輕松做到。

有些上下游企業走在了信息化發展的前列，已經實施了各自的MES系統，實現了產品出庫、入庫的電子化識別統計，沒有實施MES系統的企業的產品標識無法與這些先進企業的MES系統兼容，有些企業甚至因為這個原因拒絕接受上游客戶產品入庫，造成不必要的糾紛。

1.2 方案規劃

一個完整的鋁箔MES流程如下圖1：

圖1 完整的鋁箔MES流程

建設一套低成本的實用和夠用的鋁箔MES系統需要考慮以下因素：

（1） 功能模塊不宜過多，但至少有計劃排產管理模塊、質量管理模塊、庫存管理模塊、生產過程管理模塊、客戶管理模塊（標簽、質檢證明）、稱重和賬物校驗等模塊。

（2） 為減少數據錄入時出錯，絕大部分的數據錄入工作由計劃員和質檢人員等有良好辦公條件的人員錄入，盡量減少設備操作人員錄入數據的工作量，這樣一來生產計劃編排的人員的工作量就大大增加了，要同時加強計劃人員的力量。

（3） MES系統中要用到移動掃描設備，生產廠區必須有WiFi網絡覆蓋；數據服務器須有冗余功能，保證數據安全，數據服務架構選用B/S模式，可以降低對現場計算機設備的要求。

（4） 程序設計及上考慮預留與自動化設備和表面檢測設備的接口，預留與企業其它軟件系統的接口。

鋁箔MES系統的邏輯結構圖2：

圖2 鋁箔MES系統的邏輯結構

2 項目實施

2.1 硬件配置

鋁箔MES系統對服務器的要求不高，沒有大量的計算任務，中低檔的服務器就能勝任，但沒有硬件冗余功能的服務器風險太大，一旦服務器宕機，給鋁箔生產帶來混亂，要重視數據安全。從低成本上考慮必須具備雙機熱備用功能，如果企業已經上了私有云系統，在私有云上運行虛擬服務器會更加安全。

考慮到現場布線困難，在軋制車間、分切車間、包裝車間、成品庫車間進行WiFi覆蓋，為保證網絡連接可靠，選用電信級無線AP。

鋁箔MES使用手持式PDA作為“賬物”校驗工具，每臺生產設備配備一臺帶無線網卡的臺式電腦運行MES系統，作為數據錄入終端，臺式電腦可加裝無線網卡，無線連接到網絡上。

老式的電子平臺秤都標配有com通訊口，只需要一根com通訊線，就能將平臺秤連接到臺式電腦的com通訊口上，實現自動稱重。新式的電子平臺秤標一般都有以太網通訊功能，可通過以太網交換機與臺式電腦通訊，硬件拓撲圖3：

圖3 以太網交換機與臺式電腦通訊

2.2 一個完整的鋁箔MES系統流程圖

（1）軋制工序流程：軋機工藝計劃員根據事先錄入系統的鋁箔坯料信息和排產單制作軋機生產計劃，這些計劃可以在軋機主操MES界面上看到，軋機主操選擇其中一項任務進行生產，道次結束進行報工操作，完成報工的卷信息傳送至質檢MES界面，質檢員檢驗后在MES界面錄入質檢信息，再進行第二道次的生產，直至生產出成品大卷。流程圖如下：

（2）分切工序流程：軋制工序完成的成品大卷信息傳至分切工藝計劃員，制作分切計劃單，完成后的分切計劃單傳至分切操作員MES界面，分切操作員按計劃生產，每車次完工后，通知分切質檢員檢驗，同時打印不干膠標簽貼在對應的分切成品小卷上并進行報工、裝框，分切質檢員將質檢結果錄入MES系統。當一個料框裝滿后工作人員用PDA按約定的順序逐個掃描料框的分切成品小卷標簽，記錄分切成品小卷在料框里的物理位置，生成料框隨行卡。在MES系統里執行轉框操作，料框信息傳至退火工序。

（3）退火工序流程：退火工藝員接到接收料框的請求后，持PDA按照約定的掃描順序對料框里的成品小卷（標簽）進行掃描，掃描結果自動與系統里的料框隨行卡進行比對，防止分切工序掃描順序錯誤或其他原因造成隨行卡與料框成品小卷物理位置不符，這個步驟非常重要，因為最終成品小卷在包裝前要進行扒料檢驗，成品小卷標簽有可能丟失，MES系統需要根據系統里隨行卡記錄的成品小卷的物理位置打印對應成品小卷商標。

（4） 包裝工序流程：完成退火的料框送至包裝車間，經成品檢驗合格后，在MES系統輸入需要包裝的料框號碼，該料框的所有成品小卷明細按照隨行卡記錄的順序顯示出來，料框里第一軸第一卷就與MES系統里的第一條卷明細對應起來，將該卷放到稱重臺上計算機自動記錄稱重結果保存在第一條卷明細內，同時打印成品小卷商標，以此類推直到該料框所有成品小卷稱重完畢。

在稱重前包裝計劃員需要制作制箱和包裝任務單，稱重管理員根據制箱和包裝任務單的要求對成品小卷進行配箱，MES系統也會記錄哪幾個成品小卷裝在一個箱子內，同時按事先設計好的模板打印出箱商標。

裝箱人員用PDA先掃描箱商標的條形碼，PDA上顯示該箱裝箱的卷的數量和明細，再依次掃描箱內的成品小卷商標條形碼，MES系統會自動進行核對，完成裝箱。流程簡圖如下：

（5） 入庫和出庫流程：在MES系統上制作入庫單，入庫單上有入庫單條形編碼，庫管人員用PDA掃描入庫單條形碼，將要入庫的箱子明細裝入PDA里，找到存放在成品庫里的箱子，掃描箱子上的箱商標條形碼核對入庫，并記錄箱子存放位置。

出庫時先在MES上選擇需要出庫的箱子生成出庫單，打印并交給叉車司機備貨，貨物備齊后，倉庫保管員用PDA掃描出庫單上的條形編碼，將需要出庫的箱子明細裝入PDA，掃描箱子上的箱商標條形碼，核對出庫，核對無誤后打印貨物隨行卡，完成出庫。

圖4 完整的鋁箔MES系統流程圖

圖5 分切工序流程簡圖

圖6 退火工序流程簡圖

3 程序開發中需要注意的事項

（1） 做好卷號的編碼規則制定，便于MES系統能從卷編號上追溯到坯料來源、成品用途等，卷號是卷的身份證號碼，卷標簽是鋁箔卷的身份證，要及時準確的張貼在成品小卷上。

標簽紙的材質應選用亞銀紙，亞銀紙最高可承受250度退火溫度而不損壞而成本較低，普通的不干膠標簽，在這個溫度下變黑而不能辨認標簽信息。如果退火溫度達到三百度左右，亞銀紙也會變黑。能耐到300度高溫的標簽紙成本較高，不建議使用。

成品小卷標簽（下圖）

（2） 要做好料框的管理，從分切工序開始直到包裝入庫，物料流轉都是以料框為單位進行的。每個料框要有唯一的編號，便于MES系統根據料框來判斷哪些成品小卷在什么位置，需要對成品小卷進行什么操作。

對料框的操作有料框刪除、裝框掃描、料框轉移、料框清零。料框刪除是指在分切工序成品小卷需要在兩個料框之間調整，其中被清空的一個料框可以執行料框刪除（把已經裝入的成品小卷記錄刪除）；裝框掃描是指在分切工序用PDA掃描料框里的成品小卷物理位置，制作料框的隨行卡；料框轉移用于把裝滿成品小卷的料框從分切工序往退火工序轉移，并在退火工序對料框里邊的成品小卷進行校驗，校驗成品小卷的物理位置和卷號是否和隨行卡記錄的一致；料框清零是指料框里的成品小卷都被裝箱入庫，該料框運往分切工序允許進行裝框掃描操作。

（3） 要嚴格做好“賬物”的核對工作，鋁箔MES的5個流程中有4個流程都有“賬物”核對操作，這4個流程都是容易產生“賬物”不符的流程。為了減少錯誤的發生，不但要從程序的嚴謹性上下功夫，生產管理者還要制定管理制度，保證這些“賬物”核對工作嚴格執行。

（4） 要重視箱商標和卷商標程序功能的開發，鋁箔MES系統這么多流程和校驗功能，主要是用來保證數據準確、“賬物”相符的，“賬物”相符的最終目的是為了在打印商標時商標上的客戶名稱、規格、合金牌號、凈重、毛重、長度、狀態、生產日期等商品屬性與實物一一對應的，這些屬性對下游客戶來說非常重要，不能有任何差錯。

4 結束語

企業MES系統的建設要遵循由簡到繁的規則，先以較少的投入解決工廠的實際問題，使用一段時間后再決定是不是需要更高級的MES功能，有選擇的進行MES二期的建設。

與其它鋁箔MES系統相比，本系統雖然功能較少，但基本解決了鋁箔廠生產過程中卷數據錯誤率高，員工在操作過程中容易犯低級錯誤的問題，也解決了與上下游客戶的出入庫兼容問題，另外低成本的投入也是本系統一個大特點。