中小型压铸企业模具制造执行系统应用研究

邹 兵，汪 暾，王志平

（1.广东省智能制造研究所，广东广州510070；2.广东省现代控制技术重点实验室，广东广州510070；3.广东省现代控制与光机电技术公共实验室，广东广州510070）

中小型压铸企业模具制造执行系统应用研究

邹 兵1，2，3，汪 暾1，2，3，王志平1，2，3

（1.广东省智能制造研究所，广东广州510070；2.广东省现代控制技术重点实验室，广东广州510070；3.广东省现代控制与光机电技术公共实验室，广东广州510070）

针对中小型压铸企业模具当前实际生产情况，提出中小型压铸企业模具MES应用研究，有效地解决计划层和控制层之间的“信息断层”和“信息孤岛”问题，达到计划层、车间层、控制层三者信息互通，促进自动化和信息化两化融合，辅助生产管理，实现智能制造，同时为企业管理层提供关键生产信息、把握企业决策和方向，帮助企业降低生产成本、提高生产效率、稳定产品质量、增强竞争力。

制造执行系统；生产数据；中小型压铸企业；信息化；模具

1990年美国先进制造研究机构（AMR）提出企业三层集成模型：企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）、制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）、工业控制系统（Industrial Control System，ICS）。其中，MES位于上层的企业资源计划与下层的工业控制系统之间，面向车间层的管理系统。对上层ERP来说，MES接收ERP的生产计划，并将ICS的生产数据传输给ERP；对下层ICS而言，MES接收ICS的生产数据，并将ERP的生产计划传递给ICS，这样MES有效地解决计划层和控制层之间的“信息断层”和“信息孤岛”问题，达到计划管理层、车间层、控制层的三者信息融合，能够为企业提供高效、智能的制造环境，帮助企业降低生产成本、提高生产效率、稳定产品质量、增强竞争力，其核心是将信息技术、计算机技术、管理技术运用于智能制造，实现制造业信息化、自动化、智能化[1]。

模具是中小型压铸企业最为重要的生产设备之一，随着制造业大量定制化需求，模具数量众多，工作环境恶劣，制造成本高，制造工序繁琐，制造时间长，体积非常大，存放的仓库要求严格，定期维护保证质量，直接影响生产订单/计划，寿命和报废涉及成本、资金。为解决当前实际生产情况，实现模具智能制造，提出压铸模具制造执行系统（Die Casting Mold Manufacturing Execution System，DCMMES），如图1所示，其中，工业PDA，型号为HPC-6000、支持RFID频段：低频125 kHz/高频13.56 MHz/超高频860~960 MHz；RFID门禁系统型号为C216006，支持RFID频段：860~960 MHz，计算机客户端、采集器、位置指示灯自主研发，电子看板采用50寸以上显示器，显示界面定制研发，服务器用于采集/存储生产数据，均与工业局域无线网络通讯。

图1 压铸模具制造执行系统DCMMES

一般情况下，模具主要在制造部、仓库部、生产部、维护部、报废部流通，通过实时采集模具的生产数据，分析归纳、总结模具行为规律，指导相关部门人员以规范、健全模具管理，实现中小型压铸企业信息化，提高生产效率、稳定产品质量，全面降低企业成本，提升企业的市场竞争能力，获得巨大的经济效益和社会效益。

1 制造部DCMMES

在制造新模具的同时，在模具正面镶嵌超高频（860~960 MHz）、抗金属耐高温（250~300℃）型号RCC9001的RFID标签。制造部配备几台PDA，员工拿来PDA扫描模具RFID标签和员工RFID标签（型号RC4003，125 kHz/860-960 MHz），写入模具编码，PDA实时上传生产数据至服务器，实现人、模具、交付时间关联，代表着模具生命的开始。员工通过计算机客户端根据模具编码在服务器存入/导入相关生产数据，包括员工的数据（姓名、部门），模具的数据（名称、重量、材料、文档、模型、图纸和镶件），压铸的数据（材料、周期、重量、机型）等等。制造部大门安装RFID门禁系统，模具出制造部时，门禁系统自动扫描模具RFID标签，实时上传生产数据至服务器，实现模具、位置、时间关联定位[2]。

2 仓库部DCMMES

目前，模具数量多，仓库大，要高效准确地找到模样相似的模具，是有一定难度的，时而会出现找错的模具需要重新归位，占用人力和时间，严重影响生产计划，排产排期。通过DCMMES，快速精准寻找模具，节约生产成本，解决员工最为关切的生产问题，满足模具管理的要求[3]。

仓库的货架数量数百，每货架3~4层，每层数十固定位，需粘贴固定位RFID标签（型号RC2004，13.56 MHz）和安装位置指示灯。模具入仓库部，放到固定位，仓库部配备几台PDA，员工拿来PDA，扫描模具/员工/固定位RFID标签，实时上传生产数据至服务器，实现人、模具、位置、时间关联。模具出仓库部，员工拿来PDA或使用计算机客户端，输入模具RFID编码，显示范围区域，位置指示灯闪烁，快捷找寻定位。仓库部大门安装RFID门禁系统，模具和员工出入仓库部，门禁系统自动扫描模具/员工RFID标签，实时上传生产数据至服务器，实现模具、员工、位置、时间关联定位。

3 生产部DCMMES

当前，中小型压铸企业出现生产瓶颈：产品种类多，批量小，模具更换频繁，生产过程监控困难，产品质量难以追溯，生产订单进度缺乏跟踪，生产排产不能根据实际生产实时调整，交货时间不能保障准时，生产准备活动不够充分，生产能力难以估测，生产数据出现信息断层，不能满足管理层决策需求。通过DCMMES，实现智能生产信息化、自动化、透明化、实时化，提高生产效率，稳定产品质量，提升经济效益，为管理决策层提供数据支持[4]。

每台压铸机安装一套自主研发的采集器，触摸屏（型号TK6070IP），模具RFID读写器（型号C216019，支持RFID频段：860~960 MHz），员工RFID读卡器（型号C221014，支持RFID频段：125 kHz）。触摸屏、模具RFID读写器、员工RFID读卡器、压铸机，均与采集器RS232串口通讯，采集器实时上传生产数据至服务器：（1）模具安装在压铸机上，模具RFID读写器实时自动读取模具RFID标签，实现模具、位置、时间关联定位；（2）员工通过员工RFID读卡器打卡，表示作业起止时间，实现人、位置、时间关联；（3）触摸屏显示员工的数据（姓名、工种、部门），模具的数据（编码、名称），生产计划，生产订单编号，可以输入质检的生产数据；（4）实时采集生产数据上传至服务器包括：（a）停产的数据：停产时间；（b）待机的数据：待机时间、铸料温度、模具温度、进/出水口温度；（c）试模的数据：试模时间、合模次数、铸料温度、预热温度、模具温度、压射力、压射速度、压射比压、进/出水口温度、试模缺陷数据如流痕、凹陷、粘模、气泡、裂纹、欠铸、毛刺、飞边、错边、变形、渗漏等等、根据试模缺陷实时调整后的数据；（d）量产的数据：量产时间、合模次数、铸料温度、模具温度、压射力、压射速度、进/出水口温度。

生产部大门安装RFID门禁系统，模具出入生产部时，门禁系统会自动扫描模具RFID标签，实时上传生产数据至服务器，实现模具、位置、时间关联定位。电子看板和计算机客户端显示整个生产部的生产情况，生产主管/经理可以随时监控实际生产情况，实时调整生产排产[5]。

4 维护部DCMMES

模具需要按时维护，保证模具正常使用，稳定产品质量，配合生产计划。模具使用环境极其复杂恶劣，高温、高湿、腐蚀、振动，目前，维护人员根据个人经验，随机性离散性检测维护模具，检测报告没有系统化、电子化，生产管理没有制度化，很难把生产经验、知识积累沉淀下来。通过DCMMES，实现维护电子规范、系统文档，做出提前维护，提高使用时间。可以进行历史追溯，以专家经验的形式积累下来[6]。

维护部员工登录计算机客户端，根据模具RFID编码，查询模具维护的历史数据，做出新的维护计划，做好相应的生产计划/排产，精准定位模具位置，把模具运至维护部进行维修，在计算机客户端记录维护数据：时间、原因、材料、设备，实现人、模具、维护、时间关联。维护完成，模具入仓库部。

5 报废部DCMMES

在实际使用过程中，模具寿命受多种因数影响，一直以来是模具研究的重点、难点和热点。通过DCMMES，报废部员工登录计算机客户端，根据模具RFID编码，查询模具制造/生产/维护历史数据，提前做出预报废计划，告知制造部/生产部/财务部/计划部，提前做出生产计划、模具备件计划，这样有助于优化生产排产，降低固定资产，增加流动资金，降低企业生产成本。最终报废，在计算机客户端做好记录，代表着模具生命的结束[7]。

6 应用

由广东省、广州市科技计划项目和企业项目支持，通过多年的项目调研、商谈、合作、研究，压铸模具制造执行系统DCMMES得一实际应用，如图2所示。

（续上图）

图2 DCMMES实际应用界面

7 结束语

中小型压铸企业模具制造执行系统应用研究，通过监控实时准确的生产数据来指导、管理、响应、报告车间发生的各项生产活动，为生产员工、管理者、调度人员实时了解当前生产情况提供帮助，以便做出实时精确的生产管理与计划，可为企业决策人员制定企业的长远发展和宏观政策提供非常强有力的指导和帮助，对企业生产管理、信息化、可持续发展、成本节约、提高竞争力，都具有十分重要的意义[8]。

[1]王志新，金寿松.制造执行系统MES及其应用[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]李亚杰，何卫平，董蓉.面向制造执行系统的功能进化实施方法[J].计算机集成制造系统，2013，19（3）：507-515.

[3]吴梅磊.离散型制造执行系统（MES）研究[D].济南：山东大学，2007.

[4]莫太平，赵佩斯，段任航，等.制造执行系统的Petri网建模及性能分析[J].计算机集成制造系统，2015，21（8）：2063-2071.

[5]杨海素.面向MES的制造过程信息采集与处理系统研究[D].南京：南京理工大学，2014.

[6]王军强，周雪明，郭银洲，等.可扩展制造执行系统软件体系结构设计与实现[J].计算机集成制造系统，2014，20（5）：1035-1050.

[7]王海英.MES构架及与企业信息系统集成研究[D].合肥：合肥工业大学，2006.

[8]李孝斌，尹超.面向生产过程云服务的制造执行系统[J].计算机集成制造系统，2016，22（1）：177-187.

（续下图）

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

广东省科技计划项目（2016B090912006）；广东省科技计划项目（2015A010106007）；广州市科技计划项目（2014J4500021）

邹兵（1981-），男，广东广州人，助理研究员，工学硕士，研究方向为自动化与信息化。