低成本铝箔MES系统规划和实施

蒋恩伟，吴俊，李文华

（洛阳万基铝加工有限公司，洛阳 ）

MES（Manufacturing Execution System）即制造企业生产过程执行系统，是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排产管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块。

铝箔的MES系统的项目实施建议应分两期进行，第一期主要完成生产过程卷数据的管理，保证卷数据的准确性，做到 “账物”相符。从成本方面考虑，一套最简且实用的MES系统需要用到计划排产管理、质量管理、库存管理、生产过程管理、客户管理（标签、质检证明）等模块。第二期主要完成MES系统与生产设备、表面检测设备的连接，读取设备工艺参数，完成一些高级数据分析。

铝箔生产可以说是铝加工行业中流程最复杂的，根据铝箔生产工艺的特点，一卷10吨左右，直径2米的铝箔坯料大卷从开坯到装箱入库，因工艺分卷、自然断带，最后套切成成品小卷，会产生大量的卷数据，怎么管理这些卷数据，从卷数据上追溯卷的生产过程、质量信息，需要在MES系统实施前做个完整的规划。本文从低成本、高实用性方面论述铝箔MES的运行流程和实施要点。

1 铝箔MES的方案规划

1.1 需求分析

生产计划的管理传统的做法是由工艺计划员编制生产料本，并将生产工艺要求填写在工艺卡片上，轧机操作人员根据料本挑选坯料，按照工艺卡片的要求进行生产，并将生产情况填写在工艺卡片上，工艺卡片随生产工序流转。由于所有的工艺参数填写都是手工填写，由于疏忽以及字迹不规范造成许多错误，甚至有些错误能够一直伴随着产品到客户而不被发现。

由于是手工填写的工艺卡片，不利于工艺资料的收集、整理，不利于生产经验的总结，而MES系统可以轻松做到。

有些上下游企业走在了信息化发展的前列，已经实施了各自的MES系统，实现了产品出库、入库的电子化识别统计，没有实施MES系统的企业的产品标识无法与这些先进企业的MES系统兼容，有些企业甚至因为这个原因拒绝接受上游客户产品入库，造成不必要的纠纷。

1.2 方案规划

一个完整的铝箔MES流程如下图1：

图1 完整的铝箔MES流程

建设一套低成本的实用和够用的铝箔MES系统需要考虑以下因素：

（1） 功能模块不宜过多，但至少有计划排产管理模块、质量管理模块、库存管理模块、生产过程管理模块、客户管理模块（标签、质检证明）、称重和账物校验等模块。

（2） 为减少数据录入时出错，绝大部分的数据录入工作由计划员和质检人员等有良好办公条件的人员录入，尽量减少设备操作人员录入数据的工作量，这样一来生产计划编排的人员的工作量就大大增加了，要同时加强计划人员的力量。

（3） MES系统中要用到移动扫描设备，生产厂区必须有WiFi网络覆盖；数据服务器须有冗余功能，保证数据安全，数据服务架构选用B/S模式，可以降低对现场计算机设备的要求。

（4） 程序设计及上考虑预留与自动化设备和表面检测设备的接口，预留与企业其它软件系统的接口。

铝箔MES系统的逻辑结构图2：

图2 铝箔MES系统的逻辑结构

2 项目实施

2.1 硬件配置

铝箔MES系统对服务器的要求不高，没有大量的计算任务，中低档的服务器就能胜任，但没有硬件冗余功能的服务器风险太大，一旦服务器宕机，给铝箔生产带来混乱，要重视数据安全。从低成本上考虑必须具备双机热备用功能，如果企业已经上了私有云系统，在私有云上运行虚拟服务器会更加安全。

考虑到现场布线困难，在轧制车间、分切车间、包装车间、成品库车间进行WiFi覆盖，为保证网络连接可靠，选用电信级无线AP。

铝箔MES使用手持式PDA作为“账物”校验工具，每台生产设备配备一台带无线网卡的台式电脑运行MES系统，作为数据录入终端，台式电脑可加装无线网卡，无线连接到网络上。

老式的电子平台秤都标配有com通讯口，只需要一根com通讯线，就能将平台秤连接到台式电脑的com通讯口上，实现自动称重。新式的电子平台秤标一般都有以太网通讯功能，可通过以太网交换机与台式电脑通讯，硬件拓扑图3：

图3 以太网交换机与台式电脑通讯

2.2 一个完整的铝箔MES系统流程图

（1）轧制工序流程：轧机工艺计划员根据事先录入系统的铝箔坯料信息和排产单制作轧机生产计划，这些计划可以在轧机主操MES界面上看到，轧机主操选择其中一项任务进行生产，道次结束进行报工操作，完成报工的卷信息传送至质检MES界面，质检员检验后在MES界面录入质检信息，再进行第二道次的生产，直至生产出成品大卷。流程图如下：

（2）分切工序流程：轧制工序完成的成品大卷信息传至分切工艺计划员，制作分切计划单，完成后的分切计划单传至分切操作员MES界面，分切操作员按计划生产，每车次完工后，通知分切质检员检验，同时打印不干胶标签贴在对应的分切成品小卷上并进行报工、装框，分切质检员将质检结果录入MES系统。当一个料框装满后工作人员用PDA按约定的顺序逐个扫描料框的分切成品小卷标签，记录分切成品小卷在料框里的物理位置，生成料框随行卡。在MES系统里执行转框操作，料框信息传至退火工序。

（3）退火工序流程：退火工艺员接到接收料框的请求后，持PDA按照约定的扫描顺序对料框里的成品小卷（标签）进行扫描，扫描结果自动与系统里的料框随行卡进行比对，防止分切工序扫描顺序错误或其他原因造成随行卡与料框成品小卷物理位置不符，这个步骤非常重要，因为最终成品小卷在包装前要进行扒料检验，成品小卷标签有可能丢失，MES系统需要根据系统里随行卡记录的成品小卷的物理位置打印对应成品小卷商标。

（4） 包装工序流程：完成退火的料框送至包装车间，经成品检验合格后，在MES系统输入需要包装的料框号码，该料框的所有成品小卷明细按照随行卡记录的顺序显示出来，料框里第一轴第一卷就与MES系统里的第一条卷明细对应起来，将该卷放到称重台上计算机自动记录称重结果保存在第一条卷明细内，同时打印成品小卷商标，以此类推直到该料框所有成品小卷称重完毕。

在称重前包装计划员需要制作制箱和包装任务单，称重管理员根据制箱和包装任务单的要求对成品小卷进行配箱，MES系统也会记录哪几个成品小卷装在一个箱子内，同时按事先设计好的模板打印出箱商标。

装箱人员用PDA先扫描箱商标的条形码，PDA上显示该箱装箱的卷的数量和明细，再依次扫描箱内的成品小卷商标条形码，MES系统会自动进行核对，完成装箱。流程简图如下：

（5） 入库和出库流程：在MES系统上制作入库单，入库单上有入库单条形编码，库管人员用PDA扫描入库单条形码，将要入库的箱子明细装入PDA里，找到存放在成品库里的箱子，扫描箱子上的箱商标条形码核对入库，并记录箱子存放位置。

出库时先在MES上选择需要出库的箱子生成出库单，打印并交给叉车司机备货，货物备齐后，仓库保管员用PDA扫描出库单上的条形编码，将需要出库的箱子明细装入PDA，扫描箱子上的箱商标条形码，核对出库，核对无误后打印货物随行卡，完成出库。

图4 完整的铝箔MES系统流程图

图5 分切工序流程简图

图6 退火工序流程简图

3 程序开发中需要注意的事项

（1） 做好卷号的编码规则制定，便于MES系统能从卷编号上追溯到坯料来源、成品用途等，卷号是卷的身份证号码，卷标签是铝箔卷的身份证，要及时准确的张贴在成品小卷上。

标签纸的材质应选用亚银纸，亚银纸最高可承受250度退火温度而不损坏而成本较低，普通的不干胶标签，在这个温度下变黑而不能辨认标签信息。如果退火温度达到三百度左右，亚银纸也会变黑。能耐到300度高温的标签纸成本较高，不建议使用。

成品小卷标签（下图）

（2） 要做好料框的管理，从分切工序开始直到包装入库，物料流转都是以料框为单位进行的。每个料框要有唯一的编号，便于MES系统根据料框来判断哪些成品小卷在什么位置，需要对成品小卷进行什么操作。

对料框的操作有料框删除、装框扫描、料框转移、料框清零。料框删除是指在分切工序成品小卷需要在两个料框之间调整，其中被清空的一个料框可以执行料框删除（把已经装入的成品小卷记录删除）；装框扫描是指在分切工序用PDA扫描料框里的成品小卷物理位置，制作料框的随行卡；料框转移用于把装满成品小卷的料框从分切工序往退火工序转移，并在退火工序对料框里边的成品小卷进行校验，校验成品小卷的物理位置和卷号是否和随行卡记录的一致；料框清零是指料框里的成品小卷都被装箱入库，该料框运往分切工序允许进行装框扫描操作。

（3） 要严格做好“账物”的核对工作，铝箔MES的5个流程中有4个流程都有“账物”核对操作，这4个流程都是容易产生“账物”不符的流程。为了减少错误的发生，不但要从程序的严谨性上下功夫，生产管理者还要制定管理制度，保证这些“账物”核对工作严格执行。

（4） 要重视箱商标和卷商标程序功能的开发，铝箔MES系统这么多流程和校验功能，主要是用来保证数据准确、“账物”相符的，“账物”相符的最终目的是为了在打印商标时商标上的客户名称、规格、合金牌号、净重、毛重、长度、状态、生产日期等商品属性与实物一一对应的，这些属性对下游客户来说非常重要，不能有任何差错。

4 结束语

企业MES系统的建设要遵循由简到繁的规则，先以较少的投入解决工厂的实际问题，使用一段时间后再决定是不是需要更高级的MES功能，有选择的进行MES二期的建设。

与其它铝箔MES系统相比，本系统虽然功能较少，但基本解决了铝箔厂生产过程中卷数据错误率高，员工在操作过程中容易犯低级错误的问题，也解决了与上下游客户的出入库兼容问题，另外低成本的投入也是本系统一个大特点。