MES制造執行系統在南南鋁加工中的應用

劉湯詞

摘 要：MES制造執行系統是位于上層計劃管理系統與底層工業控制之間的、面向車間層的管理信息系統。它在ERP/MES/PCS三層架構中起到承上啟下的關鍵作用，它通過計劃監控、生產調度，實時傳遞生產過程數據，在企業計劃管理和車間生產控制之間架起一座信息溝通和管理的橋梁，支持企業實行一體化的生產管理和質量控制，實現生產的自動化、有效的生產管理和全程物料跟蹤。南南鋁加工通過實施MES系統，幫助企業提高工廠及時交貨能力、改善物料的流通性能、提高產品質量、降低物料和人力等資源的消耗，提高了生產回報率。

關鍵詞：MES系統；實施范圍；系統功能；系統架構；系統效益

中圖分類號：TB497 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）09-0066-03

南南鋁加工公司是一家年生產能力20萬t的鋁加工企業，主導產品是以航空航天用鋁合金預拉伸板、交通運輸用鋁合金板、型材為代表的大規格、高性能鋁合金板帶型材產品。為了實現南南鋁加工“國內領先、國際一流”的高端產品制造目標，南南鋁加工需要在生產組織、過程控制、質量管理、物料運輸、產品交付等方面實現生產管理透明化、精細化和規范化。配套生產設備建設，實施了MES制造執行系統。幫助企業提高工廠及時交貨能力、改善物料的流通性能、提高產品質量、降低物料和人力等資源的消耗，提高了生產回報率。

1 系統建設范圍

系統覆蓋熔鑄、擠壓、熱軋及冷軋四個生產廠，具體包括：

熔鑄車間：覆蓋該車間所有生產線以及機組和配套設施。

擠壓車間：覆蓋該車間所有生產線以及機組和配套設施（包括模具加工中心）。

熱軋車間：覆蓋該車間所有生產線以及機組和配套設施（包括中厚板區）。

冷軋車間：覆蓋該車間所有生產線以及機組和配套設施。

涉及的庫區有：

熔鑄庫：原料庫、輔料庫、廢料庫、鑄錠庫、結晶器庫。

擠壓庫：鑄錠庫、成品庫、模具庫。

熱軋庫：鑄錠庫、卷材庫、板材庫。

冷軋庫：坯料庫、中間庫、成品庫。

技術質量中心：樣品庫（備查樣）。

物流中心：成品庫。

涉及的周邊工藝環節包括：檢化驗室、能介車間、工模具車間等。

2 系統的主要功能

銷售訂單管理：銷售訂單是MES按合同組織生產的源頭。負責產品合同的訂單接收/錄入、訂單評審、訂單變更、訂單結案等。

質量管理：通過產品規范管理、制造規范管理、合同處理、檢化驗管理、質量判定管理、質保書管理等各分項模塊，對產品及其各加工工序進行一貫質量設計，全面跟蹤產品的過程質量。通過對產品的化學成分、力學、物理、顯微組織等理化檢驗及表面質量檢驗、人工抽檢等質量實績的收集，對產品進行質量綜合判定。

生產訂單管理：生產訂單管理是銷售訂單在經過質量設計后，對釋放生產的生產訂單進行實時動態管理。生產訂單管理主要包括訂單計劃、材料轉用與充當、訂單合并、物料計劃、準發資源管理、生產訂單跟蹤等功能。

作業計劃管理：作業計劃管理的目標是將已放行生產的、有欠量的訂單以及可以投入生產的材料按照產線設備作業規程進行計劃編制，確保合同交期。

物料跟蹤與實績管理：物料跟蹤與實績管理主要目的是收集各工序生產實績，對物料進行動態跟蹤與管理，起到實時掌握廠內物料加工信息，物料管理有序。

倉庫管理：倉庫管理完成產品/再制品的入庫、出庫、轉庫、盤庫等業務，做到減少庫存，加快物料運轉，快速準確地跟蹤所管理的物料信息。

工器具管理：包括模具管理、軋輥管理、結晶器管理、套筒管理等，主要完成工器具基礎信息、維護、報廢等全生命周期管理。

發貨管理：發貨管理的目標是規范產品發貨管理業務，根據合同交貨要求，合理有效組織出廠發貨，縮短出廠物流周期，降低產品庫存。主要包括發貨資源管理、發貨計劃管理、現場發貨管理、發貨紅沖管理等功能。

工序成本管理：利用收集到原材料消耗、輔料消耗、能源消耗數據等，按照實際生產時間、重量等分攤方式，按分工序、分品種、分牌號、分規格、分班組或分時間段等進行工序成本統計分析，為控制和降低成本消耗，改進工藝科學決策奠定基礎。

報表管理：提供功能畫面查詢清單的導出功能及報表數據導出功能，導出格式可以是EXCEL或者文本格式，方便用戶進行進一步加工、統計分析。

系統管理：主要有用戶管理、權限設置、通信接口等功能。

3 重點解決的關鍵技術

3.1 建立統一的編碼體系

編碼體系是支持系統正常運行的重要前提工作，必須保證編碼的系統性、唯一性、正確性、和擴展性。在系統中按編碼的屬性分為銷售訂單類、生產合同類、物料類、作業計劃類、倉庫類、發貨類、質量類（含標準、工藝、產線、檢化驗、質量控制等）、工器具類、工序成本類等。

3.2 建立產品規范體系和制造規范體系

產品規范體系是對產品的統一編碼，包括產品的品名、標準、牌號、狀態、表面特性等，確保產品從銷售到生產、標簽、質保書的統一引用。制造規范體系是對成品表面要求、檢化驗要求、生產過程控制參數等質量要求進行模型化組件，形成的質量知識庫。建立企業產品規范管理體系及制造規范管理體系，是實現一貫質量管理的關鍵技術。

3.3 自動的合同處理與設計技術

合同處理模塊整合了合同質量設計和合同生產設計，在產品規范和制造規范的支持下，自動對釋放生產的銷售合同進行質量設計和生產設計。質量設計是設計合同的加工工藝途徑及產品從鑄坯準備、生產、檢驗、發貨、出廠等全過程的工藝控制參數、取樣要求、檢化驗要求等內容；而生產設計是設計合同生產加工途徑中各工序的物料規格、重量，并根據各工序的投料系數計算合同的工序欠量，工序最晚生產日期等內容。

3.4 產品質量判定的自動處理技術

制造規范對于產品的最終放行條件做出規定，對于同一種產品，可以針對不同的用戶、不同的用途分別制定不同的放行條件，真正體現了按用戶要求進行質量管理的模式。根據質量設計的放行標準和產品的檢化驗實績，實現對產品實物的自動質量判定，最終實現按質交貨。

3.5 實時動態合同跟蹤技術

根據合同處理結果及生產過程的實時拋帳，對合同各工序生產欠量進行動態平衡，實時監控合同進度，動態反映合同的庫存量、封鎖量、計劃量、通過量。合同跟蹤從訂單、質量、生產直至出廠為止，實現動態的全程合同跟蹤管理。

3.6 全程管控的精細化物流管理技術

通過全流程的各工序生產實績采集以及物料動態跟蹤技術，實現精細化的全程物流跟蹤和集中管控，加快物流、降低庫存，提高物料管理的精度和效率。針對物料形態的多樣性，物料管理及跟蹤提供按卷、按支、按捆、按爐、按合同等多種管理形式，同時支持從原料到成品的全程質量追溯。

4 MES系統主機和網絡平臺建設

4.1 MES系統主機平臺架構

系統平臺的建設，將涉及到存儲、小型機和刀片服務器等核心設備。應用服務器通過訪問小型機上的數據庫系統，對外提供服務。小型機的數據庫存儲在專用的磁盤陣列中。詳細如下：

①核心數據庫系統采用2臺高可靠、高性能POWER7系列小型機，組成群集方式。

②核心存儲采V7000用2套FC光通道存儲，兩個存儲之間的數據實現鏡像，保證數據的安全性。

③利用2臺POWER處理器的刀片服務器搭建應用平臺，兩臺應用以群集方式運行。

④利用1臺POWER處理器的刀片服務器搭建開發平臺。

⑤利用2臺x86刀片服務器搭建計劃服務器。

⑥利用4臺x86刀片服務器搭建打印、備份和網管平臺。

⑦利用1臺IBM HX5服務器作為order dressing服務器。

⑧利用1臺IBM DS3100和一套NBU備份軟件，實現數據備份平臺。

系統架構圖，如圖1所示。

4.2 MES網絡系統方案

MES網絡系統主要考慮中心機房、辦公區、車間、倉庫間的網絡構建，主干線路建設1 000 M光纖主干網，操作終端建設100 M光纖網。將整個網絡系統劃分為應用系統、生產主干網及行政辦公網絡，整個網絡系統的結構方案設計，如圖2所示。

5 實施MES制造執行系統的效益

5.1 管理效益

MES系統的建設，引入了先進的生產管理思想，并且管理人員能夠及時、準確的獲得生產數據信息，為經營決策提供科學依據。

5.2 生產效益

5.2.1 提高資源利用率，增加效益

MES系統的建設，已實現對生產過程進行動態監控，增強各生產環節的應變能力，保證低成本、高質量、均衡生產，產品質量得以持續改進。同時優化合同的生產安排，減少非計劃產品，提高企業資源利用率，提高合同交期完成率。

5.2.2 縮短生產，物流周期

通過對產品的開發、質量設計、生產計劃、實績收集、質量控制、成品發貨采用全過程集中一貫管理，強化物流控制手段，加快在制品的流動，減少物料滯留時間，加快生產節奏，縮短產品的生產、物流周期。

5.2.3 生產績效最優化

MES系統通過與設備過程控制系統的數據交互，收集各工序的投入產出、能介消耗等基礎數據，結合計劃管理、全程合同跟蹤功能，在保證質量、產能的前提下，實現生產績效的持續優化。

5.2.4 客戶服務最佳化

從接受銷售訂單到成品發貨出庫的整個合同生產周期內，嚴格按訂單組織生產，將用戶的產品要求、交貨期要求、特殊加工要求、成品最終用途等，體現在生產路徑設計、各工序計劃日期要求、加工工藝控制參數中，確保按時、按質交貨，提升客戶服務水平，增強企業市場競爭力。

5.2.5 統一完整的產品追溯體系

按照產品質量體系要求，建立各個分廠的產品追溯數據模型，以產品生產任務和工序任務為核心，關聯物料批次信息、加工過程信息、質量檢測信息，可追溯查找生產過程中的全部數據，符合航空航天的產品質量認證要求。

5.3 經濟效益

在實施MES系統后，企業的生產時間、物料運轉、產品質量、合同交期、產能、勞動力投入等方面都有很大改善與提高，增加了企業收益。

6 結 語

通過MES系統全面的精細化和規范化管理，提高了企業生產效率，減低企業成本，提高了企業效益。使企業生產決策更加科學，管理更加規范，企業面貌發生了根本變化。助推企業向“國內領先、國際一流”的高端制造領域邁出了堅實的一步，實現產品一流、管理一流、信息化一流的示范企業。

參考文獻：

[1] 李謝華.MES信息系統在鋁加工業中的應用[A].2010年全國鋁板帶箔 技術交流會論文集[C].2010.