MES在各行業中的需求與解決方案（十）

MES在各行業中的需求與解決方案（十）

羅克韋爾自動化（中國）有限公司 華镕

紙/金屬

制造紙和金屬產品的工藝復雜，需要許多公共MES功能。生產通常由多個制造步驟組成，其間包括材料的儲存和運輸。因此，庫存管理扮演著重要的角色。制造過程的特性是工藝混合：初始過程，如制漿或高爐運行是連續的；隨后是批處理或過程工序（紙漿準備，連鑄）；最后一組過程是離散和面向批處理的，是分開而不是聚合生產步驟。

這些過程的特點是生產成本高和規模大。輸出常常由半成品構成，需要進一步的處理。因此，保證交付時間至關重要。由于是時間密集型生產鏈，預測（生產調度）在重工業中十分重要。企業資源規劃（ERP）系統，外部規劃模塊或內部MES組件用于塊或粗糙規劃。這就對MES提出了特別的挑戰，必須部分協調不同過程階段。本文重點針對最初生產階段。對于造紙生產，包括了造紙機的運行到紙卷包裝。對于金屬生產，重點是熔化車間的運行。

1 典型運行概述

客戶訂單經由IT基礎設施接收，進入到系統的第4級，通常轉移到ERP系統。從這些數據中，為給定等級收集大概的生產量，如每周的生產量，這是為了使生產設施能夠有效和經濟地利用。產品或等級的轉換應最小化，由于轉換成本通常比較高昂。因此，用MES或手動的調度方法把客戶訂單轉換成生產工單。

為了盡量減少造紙機或鋼鐵設備昂貴的轉換時間，轉換通常在生產中執行，這就優化了生產率。制造過程生產特定等級或質量的產品。各個產品的模樣僅在后續階段才出現，例如在紙生產中的切割過程。

生產調度要求

（1）產品特性由庫存的編號（庫存可用的物品）來定義，而不是獨有材料的編號。這個規程可用于這兩個行業的客戶訂單處理。

（2）為制造規劃（尤其是重工業）預測數據。

（3）工單和能力的協調（客戶訂單轉換成多個生產工單），因為生產執行需要多個步驟或階段。中間存儲容量的可用性也必須考慮。

（4）確保供應商的交付時間，因為產品往往是中間產品（半成品），需要進一步處理。

（5）適應客戶的訂單。例如，顧客訂了10噸A4的紙，具有特定屬性，用巨型卷軸作為“原料”。在實際生產中，對應的裁剪規劃是產量最大化的關鍵。在鋼鐵生產的相應關鍵因素是加熱/板坯設計。

（6）所需組件的維護，采購和可用性規劃，例如在切割過程中，輥芯的正確尺寸。

（7）與其他任務調度的密切協調，如儲存或裁剪運行的優化。

（8）關于生產性能的信息。

生產準備要求

（1）檢查材料是否可用，如果工廠狀態令人滿意并且可用，準備必要的組件。

（2）產品轉換的準備，包括所需設備。

（3）材料運輸（輥軸，包裝，廢品），排空鋼包和容器，并進行標準清潔。

（4）確保所需資源的可用性，修正工作分配。

（5）連續的質量分析（行規，趨勢，問題）和其它特性，以及可能的詳細調度調整。

生產執行要求

（1）監視過程的狀態。對于復雜的流程工業，生產控制非常重要。例如，在金屬應用中包含多個溫度和厚度控制器。在造紙機中，基本的重量，濕度和厚度要連續測量，并由兩臺機器進行橫向控制。

（2）早期發現潛在問題，并支持自動數據分析。

（3）質量監視使用各種傳感器（在線和離線）檢查多個質量特性。由實驗室進行樣品的收集和分析。

（4）對材料，排放和能源消耗數據進行跟蹤、采集和分析。

（5）由人工交互支持計算機輔助規劃和控制系統。

（6）在不存在集成平臺時，由操作員手動分派過程階段。

（7）用起重機和叉車進行內部材料運輸。

（8）為每個客戶訂單編制質量文檔，為交付準備所有文件。

生產評估要求

（1）用具有高度精密測量技術（極端溫度，速度等）的自動化質量控制系統，以及相應的快速過程信息管理系統（PIMS）/實驗室信息管理系統（ LIMS）。

（2）材料特性和專業文檔的可用性。生產后，這些內容必須已經生成，因為質量文檔常常是交付的一部分。

（3）把多個質量特性與相應的客戶需求進行比較，準備產品被拒絕或進一步再加工的可能行動。

紙張和金屬制造是重生產過程。例如，一臺8米紙寬的造紙機運行的速度是100公里/小時，每小時生產80噸（或約1.3噸/分鐘）、基本重量為100克/平方米的紙。鋼坯一般的重量約15到25噸。典型批次（加熱）的重量從120至150噸，鋼鐵廠的典型吞吐量為50至100噸/小時。這導致每小時生產的價值為40, 000到200, 000歐元。因為兩個行業的生產過程都是非常耗能的，所以良好運行MES是非常重要的。

2 MES功能支持的運行

（1）資源管理

（2）定義管理

（3）詳細調度

（4）分派

（5）執行管理

（6）數據收集