低成本鋁箔MES系統(tǒng)規(guī)劃和實施

蔣恩偉，吳俊，李文華

（洛陽萬基鋁加工有限公司，洛陽 ）

MES（Manufacturing Execution System）即制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)，是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。MES可以為企業(yè)提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計劃排產(chǎn)管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理、質(zhì)量管理、人力資源管理、工作中心/設(shè)備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項目看板管理、生產(chǎn)過程控制、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊。

鋁箔的MES系統(tǒng)的項目實施建議應(yīng)分兩期進行，第一期主要完成生產(chǎn)過程卷數(shù)據(jù)的管理，保證卷數(shù)據(jù)的準確性，做到 “賬物”相符。從成本方面考慮，一套最簡且實用的MES系統(tǒng)需要用到計劃排產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、庫存管理、生產(chǎn)過程管理、客戶管理（標簽、質(zhì)檢證明）等模塊。第二期主要完成MES系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備、表面檢測設(shè)備的連接，讀取設(shè)備工藝參數(shù)，完成一些高級數(shù)據(jù)分析。

鋁箔生產(chǎn)可以說是鋁加工行業(yè)中流程最復(fù)雜的，根據(jù)鋁箔生產(chǎn)工藝的特點，一卷10噸左右，直徑2米的鋁箔坯料大卷從開坯到裝箱入庫，因工藝分卷、自然斷帶，最后套切成成品小卷，會產(chǎn)生大量的卷數(shù)據(jù)，怎么管理這些卷數(shù)據(jù)，從卷數(shù)據(jù)上追溯卷的生產(chǎn)過程、質(zhì)量信息，需要在MES系統(tǒng)實施前做個完整的規(guī)劃。本文從低成本、高實用性方面論述鋁箔MES的運行流程和實施要點。

1 鋁箔MES的方案規(guī)劃

1.1 需求分析

生產(chǎn)計劃的管理傳統(tǒng)的做法是由工藝計劃員編制生產(chǎn)料本，并將生產(chǎn)工藝要求填寫在工藝卡片上，軋機操作人員根據(jù)料本挑選坯料，按照工藝卡片的要求進行生產(chǎn)，并將生產(chǎn)情況填寫在工藝卡片上，工藝卡片隨生產(chǎn)工序流轉(zhuǎn)。由于所有的工藝參數(shù)填寫都是手工填寫，由于疏忽以及字跡不規(guī)范造成許多錯誤，甚至有些錯誤能夠一直伴隨著產(chǎn)品到客戶而不被發(fā)現(xiàn)。

由于是手工填寫的工藝卡片，不利于工藝資料的收集、整理，不利于生產(chǎn)經(jīng)驗的總結(jié)，而MES系統(tǒng)可以輕松做到。

有些上下游企業(yè)走在了信息化發(fā)展的前列，已經(jīng)實施了各自的MES系統(tǒng)，實現(xiàn)了產(chǎn)品出庫、入庫的電子化識別統(tǒng)計，沒有實施MES系統(tǒng)的企業(yè)的產(chǎn)品標識無法與這些先進企業(yè)的MES系統(tǒng)兼容，有些企業(yè)甚至因為這個原因拒絕接受上游客戶產(chǎn)品入庫，造成不必要的糾紛。

1.2 方案規(guī)劃

一個完整的鋁箔MES流程如下圖1：

圖1 完整的鋁箔MES流程

建設(shè)一套低成本的實用和夠用的鋁箔MES系統(tǒng)需要考慮以下因素：

（1） 功能模塊不宜過多，但至少有計劃排產(chǎn)管理模塊、質(zhì)量管理模塊、庫存管理模塊、生產(chǎn)過程管理模塊、客戶管理模塊（標簽、質(zhì)檢證明）、稱重和賬物校驗等模塊。

（2） 為減少數(shù)據(jù)錄入時出錯，絕大部分的數(shù)據(jù)錄入工作由計劃員和質(zhì)檢人員等有良好辦公條件的人員錄入，盡量減少設(shè)備操作人員錄入數(shù)據(jù)的工作量，這樣一來生產(chǎn)計劃編排的人員的工作量就大大增加了，要同時加強計劃人員的力量。

（3） MES系統(tǒng)中要用到移動掃描設(shè)備，生產(chǎn)廠區(qū)必須有WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋；數(shù)據(jù)服務(wù)器須有冗余功能，保證數(shù)據(jù)安全，數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)選用B/S模式，可以降低對現(xiàn)場計算機設(shè)備的要求。

（4） 程序設(shè)計及上考慮預(yù)留與自動化設(shè)備和表面檢測設(shè)備的接口，預(yù)留與企業(yè)其它軟件系統(tǒng)的接口。

鋁箔MES系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖2：

圖2 鋁箔MES系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

2 項目實施

2.1 硬件配置

鋁箔MES系統(tǒng)對服務(wù)器的要求不高，沒有大量的計算任務(wù)，中低檔的服務(wù)器就能勝任，但沒有硬件冗余功能的服務(wù)器風險太大，一旦服務(wù)器宕機，給鋁箔生產(chǎn)帶來混亂，要重視數(shù)據(jù)安全。從低成本上考慮必須具備雙機熱備用功能，如果企業(yè)已經(jīng)上了私有云系統(tǒng)，在私有云上運行虛擬服務(wù)器會更加安全。

考慮到現(xiàn)場布線困難，在軋制車間、分切車間、包裝車間、成品庫車間進行WiFi覆蓋，為保證網(wǎng)絡(luò)連接可靠，選用電信級無線AP。

鋁箔MES使用手持式PDA作為“賬物”校驗工具，每臺生產(chǎn)設(shè)備配備一臺帶無線網(wǎng)卡的臺式電腦運行MES系統(tǒng)，作為數(shù)據(jù)錄入終端，臺式電腦可加裝無線網(wǎng)卡，無線連接到網(wǎng)絡(luò)上。

老式的電子平臺秤都標配有com通訊口，只需要一根com通訊線，就能將平臺秤連接到臺式電腦的com通訊口上，實現(xiàn)自動稱重。新式的電子平臺秤標一般都有以太網(wǎng)通訊功能，可通過以太網(wǎng)交換機與臺式電腦通訊，硬件拓撲圖3：

圖3 以太網(wǎng)交換機與臺式電腦通訊

2.2 一個完整的鋁箔MES系統(tǒng)流程圖

（1）軋制工序流程：軋機工藝計劃員根據(jù)事先錄入系統(tǒng)的鋁箔坯料信息和排產(chǎn)單制作軋機生產(chǎn)計劃，這些計劃可以在軋機主操MES界面上看到，軋機主操選擇其中一項任務(wù)進行生產(chǎn)，道次結(jié)束進行報工操作，完成報工的卷信息傳送至質(zhì)檢MES界面，質(zhì)檢員檢驗后在MES界面錄入質(zhì)檢信息，再進行第二道次的生產(chǎn)，直至生產(chǎn)出成品大卷。流程圖如下：

（2）分切工序流程：軋制工序完成的成品大卷信息傳至分切工藝計劃員，制作分切計劃單，完成后的分切計劃單傳至分切操作員MES界面，分切操作員按計劃生產(chǎn)，每車次完工后，通知分切質(zhì)檢員檢驗，同時打印不干膠標簽貼在對應(yīng)的分切成品小卷上并進行報工、裝框，分切質(zhì)檢員將質(zhì)檢結(jié)果錄入MES系統(tǒng)。當一個料框裝滿后工作人員用PDA按約定的順序逐個掃描料框的分切成品小卷標簽，記錄分切成品小卷在料框里的物理位置，生成料框隨行卡。在MES系統(tǒng)里執(zhí)行轉(zhuǎn)框操作，料框信息傳至退火工序。

（3）退火工序流程：退火工藝員接到接收料框的請求后，持PDA按照約定的掃描順序?qū)α峡蚶锏某善沸【恚撕灒┻M行掃描，掃描結(jié)果自動與系統(tǒng)里的料框隨行卡進行比對，防止分切工序掃描順序錯誤或其他原因造成隨行卡與料框成品小卷物理位置不符，這個步驟非常重要，因為最終成品小卷在包裝前要進行扒料檢驗，成品小卷標簽有可能丟失，MES系統(tǒng)需要根據(jù)系統(tǒng)里隨行卡記錄的成品小卷的物理位置打印對應(yīng)成品小卷商標。

（4） 包裝工序流程：完成退火的料框送至包裝車間，經(jīng)成品檢驗合格后，在MES系統(tǒng)輸入需要包裝的料框號碼，該料框的所有成品小卷明細按照隨行卡記錄的順序顯示出來，料框里第一軸第一卷就與MES系統(tǒng)里的第一條卷明細對應(yīng)起來，將該卷放到稱重臺上計算機自動記錄稱重結(jié)果保存在第一條卷明細內(nèi)，同時打印成品小卷商標，以此類推直到該料框所有成品小卷稱重完畢。

在稱重前包裝計劃員需要制作制箱和包裝任務(wù)單，稱重管理員根據(jù)制箱和包裝任務(wù)單的要求對成品小卷進行配箱，MES系統(tǒng)也會記錄哪幾個成品小卷裝在一個箱子內(nèi)，同時按事先設(shè)計好的模板打印出箱商標。

裝箱人員用PDA先掃描箱商標的條形碼，PDA上顯示該箱裝箱的卷的數(shù)量和明細，再依次掃描箱內(nèi)的成品小卷商標條形碼，MES系統(tǒng)會自動進行核對，完成裝箱。流程簡圖如下：

（5） 入庫和出庫流程：在MES系統(tǒng)上制作入庫單，入庫單上有入庫單條形編碼，庫管人員用PDA掃描入庫單條形碼，將要入庫的箱子明細裝入PDA里，找到存放在成品庫里的箱子，掃描箱子上的箱商標條形碼核對入庫，并記錄箱子存放位置。

出庫時先在MES上選擇需要出庫的箱子生成出庫單，打印并交給叉車司機備貨，貨物備齊后，倉庫保管員用PDA掃描出庫單上的條形編碼，將需要出庫的箱子明細裝入PDA，掃描箱子上的箱商標條形碼，核對出庫，核對無誤后打印貨物隨行卡，完成出庫。

圖4 完整的鋁箔MES系統(tǒng)流程圖

圖5 分切工序流程簡圖

圖6 退火工序流程簡圖

3 程序開發(fā)中需要注意的事項

（1） 做好卷號的編碼規(guī)則制定，便于MES系統(tǒng)能從卷編號上追溯到坯料來源、成品用途等，卷號是卷的身份證號碼，卷標簽是鋁箔卷的身份證，要及時準確的張貼在成品小卷上。

標簽紙的材質(zhì)應(yīng)選用亞銀紙，亞銀紙最高可承受250度退火溫度而不損壞而成本較低，普通的不干膠標簽，在這個溫度下變黑而不能辨認標簽信息。如果退火溫度達到三百度左右，亞銀紙也會變黑。能耐到300度高溫的標簽紙成本較高，不建議使用。

成品小卷標簽（下圖）

（2） 要做好料框的管理，從分切工序開始直到包裝入庫，物料流轉(zhuǎn)都是以料框為單位進行的。每個料框要有唯一的編號，便于MES系統(tǒng)根據(jù)料框來判斷哪些成品小卷在什么位置，需要對成品小卷進行什么操作。

對料框的操作有料框刪除、裝框掃描、料框轉(zhuǎn)移、料框清零。料框刪除是指在分切工序成品小卷需要在兩個料框之間調(diào)整，其中被清空的一個料框可以執(zhí)行料框刪除（把已經(jīng)裝入的成品小卷記錄刪除）；裝框掃描是指在分切工序用PDA掃描料框里的成品小卷物理位置，制作料框的隨行卡；料框轉(zhuǎn)移用于把裝滿成品小卷的料框從分切工序往退火工序轉(zhuǎn)移，并在退火工序?qū)α峡蚶镞叺某善沸【磉M行校驗，校驗成品小卷的物理位置和卷號是否和隨行卡記錄的一致；料框清零是指料框里的成品小卷都被裝箱入庫，該料框運往分切工序允許進行裝框掃描操作。

（3） 要嚴格做好“賬物”的核對工作，鋁箔MES的5個流程中有4個流程都有“賬物”核對操作，這4個流程都是容易產(chǎn)生“賬物”不符的流程。為了減少錯誤的發(fā)生，不但要從程序的嚴謹性上下功夫，生產(chǎn)管理者還要制定管理制度，保證這些“賬物”核對工作嚴格執(zhí)行。

（4） 要重視箱商標和卷商標程序功能的開發(fā)，鋁箔MES系統(tǒng)這么多流程和校驗功能，主要是用來保證數(shù)據(jù)準確、“賬物”相符的，“賬物”相符的最終目的是為了在打印商標時商標上的客戶名稱、規(guī)格、合金牌號、凈重、毛重、長度、狀態(tài)、生產(chǎn)日期等商品屬性與實物一一對應(yīng)的，這些屬性對下游客戶來說非常重要，不能有任何差錯。

4 結(jié)束語

企業(yè)MES系統(tǒng)的建設(shè)要遵循由簡到繁的規(guī)則，先以較少的投入解決工廠的實際問題，使用一段時間后再決定是不是需要更高級的MES功能，有選擇的進行MES二期的建設(shè)。

與其它鋁箔MES系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)雖然功能較少，但基本解決了鋁箔廠生產(chǎn)過程中卷數(shù)據(jù)錯誤率高，員工在操作過程中容易犯低級錯誤的問題，也解決了與上下游客戶的出入庫兼容問題，另外低成本的投入也是本系統(tǒng)一個大特點。