铜板带加工企业MES系统应用

李 岩

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

铜板带加工企业在日益激烈的市场竞争下，降低企业加工成本同时，缩短交货期和提升产品质量是关键环节。目前，国内很多企业在进行以ERP系统为标志的信息化建设的同时，往往忽视了与过程控制层直接相连的MES系统的支撑，使得ERP系统不能及时掌握工厂发生的实际情况，成为空中楼阁。国内外一些先进的制造型企业信息化结构日趋统一在ERP/MES/PCS的架构下，特别是目前国家倡导企业转型升级，建立数字化工厂，实现智能制造，MES在企业信息化中起到越来越重要的使用，MES在企业信息化的分层模型中处于中间层，是传递、转换、加工经营信息与具体实现的桥梁，它上下连通现场控制设备与企业管理平台，实现数据的无缝连接与信息共享；前后贯通所有工序，实现全生产过程的计划与物料调度、生产控制与管理、生产成本在线预测和优化控制，是整个企业信息的综合集成。

1 行业现状分析

1.1 典型工艺

采用热轧开坯的方式生产铜带与铜箔、铜带一般经过，原料→配料→熔炼→铸造(立式全连续或半连续铸造)→锯切→加热→热轧→铣面→冷粗轧→切边→退火→表面清洗→(中轧→退火→表面清洗→)精轧→退火→(表面清洗→)拉伸弯曲矫直→检验→分切→包装入库。

1.2 铜板带企业现状

多数企业建设ERP，主要解决企业的资源优化、财务管理；对于生产数据的获取、应用、挖潜增效欠缺，缺少对生产底层系统的了解、开发与应用管理经验。企业有多个分厂、车间、装置等组成，互相之间数据不能共享、管理层调度决策不能及时到位、决策经营层的决策依据(即生产数据)不够透明与真实，在管理效率上没发挥较高水平。

MES是工业企业信息化建设体系中为必不可少的重要部份，企业建立一套高度精细化和智能化的生产制造执行系统(MES)来控制、疏导整个生产过程，使企业向生产制造柔性化和管理精细化方向发展，提高市场应对的实时性和灵活性，降低不良品率，改善生产线的运行效率，降低生产成本。

2 工厂制造执行系统(MES系统)

2.1 总体框架设计

建设原则为，实用性，适用性，可靠性，互联性，先进性；技术路线为，实时性，集成性，易用性，安全性，如图1所示。

2.2 应用系统核心功能设计

2.2.1 计划管理

作业计划管理包括生产计划与工序计划的编制和调度。生产计划一般称之为一级计划，由计划部门根据生产订单下达，在一级计划中指定了工单的工艺路线、采用的工艺文档号、每道次的计划开工完工时间、工序所对应的生产设备；二级计划即机台派工单，属执行层面的，一般由车间计划员下达，由车间计划员将任务指派到空闲机台。生产计划单在生产合同审核后进行释放，系统根据合同上的存货编码和工艺路线自动创建生产计划单，在生产计划单中描述了整个生产路径，工序计划完成时间，标准工时等信息。

图1Fig.1

工序派工单将严格按照生产计划单的计划开工、完工日期生产，通过可配置的计分规则，系统自动计算优先级，车间计划员根据系统自动推荐的排序规则进行派工，必须严格按照计划的顺序进行生产，避免了工序复杂的料卷总是排在后面生产的问题。系统自动将每天的工序派工信息推送至各工序，无需手动传达生产指令，费时费力。

在主操作台可以接收与查询到某时间段工序派工单下发出的需要生产的料卷信息，以及关联的工艺料卡信息，并可选择相关的料卷进行取料生产。通过一系列报表进行计划的跟踪与分析，方便计划人员跟踪作业计划的完成情况。各工序进行报工时也会将生产实绩数据回写至相应的生产计划单、工序派工单上，通过原有单据也可以很方便地跟踪到计划的完成情况。

2.2.2 质量管理

质量管理通过实施MES系统，以质量部门为原点，所有的报检、检验、质量数据进行统计分析，实施质量跟踪，产生各工序的质量报表，对产生的质量信息进行判断，制造过程中出现的质量异常、客户投诉进行总结分析，总结的预防纠正措施很多时候又是通过MES平台来进行监控和落实，这一系列的管理过程形成了PDCA闭环管理。

质量管理贯穿生产组织的全过程，是执行一贯质量管理的重要组成部分，质量管理包含工艺管理和产品质量管理两大部分。产品规范管理通过建立合同牌号档案，客户技术协议通常作为销售合同的附件，文件对产品的技术指标都有明确要求，成为客户的验货标准，生产过程中如果未按客户技术协议来指导生产，很有可能就得退货、报废处理。客户所提出的产品标准，系统在生产的不同环节指导工序进行生产，进行判定。工艺规范管理在企业制造工艺贯穿于产品的生产全过程，现代企业既要建立企业工艺标准体系，提高工艺标准化水平，同时也要兼顾客户个性化要求，提高工艺的快速反应能力，增强企业的应变能力。尤其是在铜板带加工行业，对于过程质量控制的要求尤为严格，同种合金同种规格的产品，即使外观完全一样，不同客户也有不同的技术要求，中间工序控制参数也可能完全不同。工艺规范管理子系统，就是将工艺流程、工艺参数、检化验标准、包装要求、质保书等要求进行有机组合形成的集合，它贯穿生产和质量控制的全过程。

物料工艺路线将会定义每个料卷所经过的加工路线，是生产计划的核心资料，指导每张计划单的生产流程走向，通过物料工艺路线实现工序与资源的绑定、机台与工艺的绑定。对于需要改制的批号，可以在生产计划单中对工艺路线进行编辑，同一个料号的产品其实际的生产工艺路线可以不同。企业内控标准是企业内部为在生产过程中控制产品质量而自行制定的标准。内控标准中产品的技术参数、性能指标都高于当时的国家标准和行业标准，目的是使企业的产品质量始终保持在超前或一定的水平上，以更好地满足市场和用户的需要。合金成分标准是企业核心技术资料，在系统中采用了严格的数据权限控制，所有存入后台的数据都是经过加密的。

工艺技术文档针对不同机台、不同合金、不同的来料规格和目标规格都有对应具体的工艺技术要求，通过工艺文档电子化，可以取消纸质作业指导书，未来实现开工自动下发工艺参数，减少手工输入，自动按导入参数进行生产。根据企业需要可自行设计工艺技术文档结构。检化验信息管理作为MES质量管理的子模块，系统是以分析测试工作为核心，包括一个以样品分析为主线的从样品登录、登记管理、分析测试、数据统计分析到结果输出的基本流程的管理。

质量异常评审对于生产过程中出现的质量实时反馈到机台，不合格品评审模块后，将评审流程定义到系统中，评审结果与现场物料挂勾，评审期间挂起的料卷不允许往下生产，质量追溯时可联询料卷全过程的不合格品评审单。质量判定与控制会根据产品规范和生产工艺要求，系统可实现工序完工进行自动质量判定，避免不良品往下流转，实现在线判定。对于表面判定MES系统还可以集成有表面检测系统工序，当表面检测完成后，根据检测数据直接发起质量评审。检验判定是当产品检验时自动带出各项质量标准，在收集完实验实测数据后，调用系统质量判定组件，产出自检报告。系统可以支持所有检验项目的自动判定，如化学成分检验、力学性能检验判定、金相组织报告判定等。

质量证明书是由生产企业的质量管理检测部门出具的，不同产品不同客户使用的产品质量证明书格式可能不一样，质量证明书上信息项可能贯穿整个生产，如检测参数、某些机台主操的测量数据、订单信息、产品属性等。系统质量证明书模块，包括了质量证明书设计、质量证明书制作和质量证明书打印功能，质量证明书上所有信息从生产过程数据中抽取，对于一些重要的检验指标，根据顾客个性化、技术标准和实测数据进行判定，自检不合格的项目，自动在质量证明书显示不同的背景颜色，在打印质保书时也会进行提醒，由系统对料卷进行最后把关，降低了有质量问题的产品流入客户。

2.2.3 设备管理

MES系统设备管理模块，主要提供企业设备台账、计量设备台账、使用信息管理、基础资料、辅助资料维护，统计日常运行情况和设备点检情况，制定保养和润滑计划，记录保养和润滑计划的执行情况，提供设备维修的作业管理，作业计划的制定，维修工单的执行情况以及维修的验收记录，统计设备故障并分析原因，提出反馈等设备日常维护管理工作，实现用户维护设备的主要信息，根据设备运行、维修情况的统计数据，进行分析，对设备进行预防性保养和维修，提高设备的使用寿命，从而降低成本，提供企业的经济效益。

备件管理是按设备类型实现个性化的管理，了解备件的现有库存及安全库存设置，对于长期未使用备件亦可及时发现，当设备某部位故障报修后可快速掌握其零配件是否有库存。备件管理员通过备件周转率的分析，对于周转率低的备件作重点分析，通过分析找到工作改进的方向，如有些备件需要调整其安全库存。备件管理员亦可通过备件装机量查询报表，产生备件请购需求，提交给采购部，通过备件最低库存、安全库存及装机量的对比分析及不断调整优化，逐步降低备件库存水平，由此给企业带来的价值是巨大的。

运行管理是生产企业设备管理的重要组成部分，必须建立一套切实可行、行之有效的运行管理制度，才能达到加强设备管理、确保设备安全可靠、无故障运行之目的，系统提供了丰富的业务功能及统计分析报表，可使企业设备运行管理机制有效地落地执行。系统包括部门/机台作业计划、计划停机维护、主操控制台记录、作业单管理、设备运行分析报表。预防维护通过对产品的系统性检查、设备测试和更换以防止功能故障发生，使其保持在规定状态所进行的全部活动，它可以包括调整、润滑、定期检查等。系统包括制订预防性维护方案、现场巡检、维保计划执行一览表。

能源消耗管理指采集过来的能耗数据结合设备的运行情况以及机台完工记录，可以对不同产品、不同机台、不同时段的产品能耗进行多纬度分析，并给后面的工序成本提供数据支撑。通过系统自动采集能耗各能源介质数据,为工序绩效考核提供数据依据。通过实际与标准能耗进行对比分析，及时发现能源消耗中的异常问题，并及时应对，系统通过采集的能耗数据与生产过程数据相结合，为企业的能源消耗管理提供更多的分析与诊断。作业成本是利用从各工序L2系统收集到的生产实际数据、能源消耗数据，通过分工序、分品种、分牌号、分作业班组或分时间段等的主辅原料消耗的统计分析，揭示标准与实际的差异,评估生产成本，为控制和降低成本消耗，改进工艺科学决策奠定基础。如果企业能建立能源标准、工时标准，还可对比实际与标准之间的差异，评估生产成本。

3 结束语

铜板带企业智能制造技术包括了智能装备、制造执行系统、实现整个生产制造过程的优化控制、智能调度、生产及设备运行状态监控、质量管理、车间绩效等，对生产、设备、质量的异常做出正确的判断和处置，实现制造执行与运营管理、研发设计、智能装备的集成。铜板带企业的生产制造执行MES系统是智能工厂实现信息化管控的重要组成部分，通过系统对企业运行过程中产生的核心数据如作业计划、质量、设备等实施高效管理，实现生产作业效率提升、产品质量改善和设备稳定运行。