案例 | 借助MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)粉末冶金行業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型

粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金制品的應(yīng)用非常廣泛，從普通機(jī)械制造到精密機(jī)械；從五金工具到大型機(jī)械；從電子工業(yè)到電機(jī)制造；從民用工業(yè)到軍事工業(yè)；從一般技術(shù)到高端技術(shù)，均能見到粉末冶金工藝的應(yīng)用。由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，它已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。

某新材料有限公司為國內(nèi)粉末冶金機(jī)械零件制造行業(yè)的領(lǐng)頭羊企業(yè)，集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的專業(yè)化粉末冶金制品生產(chǎn)公司，是“國家重點(diǎn)高新企業(yè)”。隨著公司業(yè)務(wù)的持續(xù)拓展與深入、數(shù)字化生產(chǎn)制造工廠建設(shè)目標(biāo)，企業(yè)對信息化系統(tǒng)的建設(shè)提出了更高的要求。目前在生產(chǎn)管理和信息化方面存在如下不足：

生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集不及時(shí)和批次追溯的困難

數(shù)據(jù)監(jiān)控不完整

文檔管理問題

現(xiàn)場產(chǎn)品作業(yè)指導(dǎo)書等工藝文件，目前均為紙制版本，文件的有效性和版本控制困難；產(chǎn)品的質(zhì)量管理現(xiàn)場均通過放置質(zhì)量管理單據(jù)管理，產(chǎn)量質(zhì)量管理需要通過查驗(yàn)單子進(jìn)行管理，亟待電子化、無紙化作業(yè)；

現(xiàn)場異常響應(yīng)速度慢

現(xiàn)場異常報(bào)警通過現(xiàn)場管理，無報(bào)警記錄、報(bào)警響應(yīng)以及異常處理記錄信息，平臺信息化管理水平低，且缺少異常升級預(yù)警；

這些問題都極大地限制了公司智能化車間的發(fā)展。而導(dǎo)致問題的主要原因在于生產(chǎn)信息化、采集自動化、管理精益化沒有深度融合。為解決以上生產(chǎn)制造過程中的問題，公司選擇借助MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)粉末冶金行業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型，基于“三化融合”思想打造具有示范性、先進(jìn)性以及可擴(kuò)展的數(shù)字化車間，最終實(shí)現(xiàn)信息化、自動化、精益化與現(xiàn)場制造過程的無縫結(jié)合。

粉末冶金工藝比鋼鐵冶煉流程短，和其他制造工藝相比，粉末冶金的材料利用率和能耗均為最優(yōu)：

1、粉末冶金工藝使用范圍十分廣闊，特別適合大批量中小零件的快速生產(chǎn)。

2、由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質(zhì)，而燒結(jié)一般在真空和還原氣氛中進(jìn)行，不怕氧化，也不會給材料任何污染，故有可能制取高純度的材料。

3、粉末冶金適宜于生產(chǎn)同一形狀而數(shù)量多的產(chǎn)品，特別是齒輪等加工費(fèi)用高的產(chǎn)品，用粉末冶金法制造能大大降低生產(chǎn)成本，特別適合大批量生產(chǎn)的中小零部件。

4、絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。

5、由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機(jī)械加工，故能大大節(jié)約金屬，降低產(chǎn)品成本。

生產(chǎn)制造MES系統(tǒng)的建設(shè)主要為實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

數(shù)字化車間的建立基于現(xiàn)場計(jì)劃、工藝、生產(chǎn)、物流、質(zhì)量、設(shè)備數(shù)據(jù)采集、人員、物料的配送的人、機(jī)、料、法、環(huán)、測關(guān)鍵因素?cái)?shù)據(jù)的采集，所以，各關(guān)鍵因素的數(shù)據(jù)采集將是系統(tǒng)是否可以滿足規(guī)劃的重要要素。 

考慮到智能化產(chǎn)線、車間的建設(shè)將來會在全廠及子公司鋪開，因此在實(shí)施數(shù)字化制造管理系統(tǒng)時(shí)，既要滿足現(xiàn)企業(yè)對目前的數(shù)字化管理的功能需求，又要對企業(yè)未來系統(tǒng)的可擴(kuò)展性提供足夠的支持。以下是生產(chǎn)制造管理MES系統(tǒng)建設(shè)功能：

圖 生產(chǎn)制造MES系統(tǒng)建設(shè)功能

• 平臺架構(gòu)上

生產(chǎn)制造管理MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)最初就定位于柔性的可定制平臺，結(jié)合在行業(yè)方面積累的豐富的組件庫，使用可視化的快速建模工具，實(shí)現(xiàn)針對企業(yè)個性化需求的快速定制和定制后的變更。為不同信息系統(tǒng)間的集成建立標(biāo)準(zhǔn)化的、統(tǒng)一的集成接口，以滿足企業(yè)不斷提升的集成需求與擴(kuò)展需要，并且與其他系統(tǒng)建立標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)作規(guī)范，以利于企業(yè)信息化的不斷深入發(fā)展。

• 業(yè)務(wù)功能上

系統(tǒng)功能業(yè)務(wù)層面將涉及到整個車間生產(chǎn)管理（上料、成形、燒結(jié)、機(jī)加、外協(xié)、包裝入庫等）、質(zhì)量管理（黃單、不合格品、評價(jià)審核、返工返修等）、計(jì)劃管理（審核、發(fā)布、工單調(diào)整、排臺等）、文件管理（工藝文件下發(fā)、作業(yè)指導(dǎo)書等）、首件檢驗(yàn)、設(shè)備PM管理（維修保養(yǎng)點(diǎn)檢等）、數(shù)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、人員管理（人員技能、績效等）等業(yè)務(wù)場景需求，能完全滿足公司生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求。具體業(yè)務(wù)流程規(guī)劃如下：

1、實(shí)現(xiàn)混粉上料校驗(yàn)與成形工序報(bào)工批次的自動化

系統(tǒng)上線運(yùn)行后，混料粉員通過手持終端掃描粉牌號、設(shè)備號進(jìn)行上料，系統(tǒng)自動校驗(yàn)上料粉牌與當(dāng)前開工工單粉牌一致性；粉牌批次不同時(shí)，系統(tǒng)自動生成新批次號，成形作業(yè)員也可以根據(jù)實(shí)際需要，如班次變化、模具更換、人為另設(shè)等情況，為報(bào)工設(shè)立新的批次號。

作業(yè)員報(bào)工時(shí)，系統(tǒng)自動記錄該產(chǎn)品報(bào)工時(shí)的設(shè)備各采集數(shù)據(jù)（如節(jié)拍、狀態(tài)、溫度等各參數(shù)指標(biāo)），其將作為后續(xù)的產(chǎn)品質(zhì)量排查依據(jù)之一。

作業(yè)員可通過系統(tǒng)PEC操作界面時(shí)時(shí)反饋現(xiàn)場異常信息，如質(zhì)量問題、設(shè)備問題、物料短缺等問題，若異常等級達(dá)到一定級別后，系統(tǒng)自動將該異常反饋至相關(guān)責(zé)任人，通過異常等級控制，確保異常的問題的有效管控。

2、實(shí)現(xiàn)計(jì)劃排臺自由化與生產(chǎn)報(bào)工實(shí)時(shí)反饋

系統(tǒng)自動同步上位系統(tǒng)的傳送的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝路徑，計(jì)劃員可根據(jù)工單的生產(chǎn)需求，進(jìn)行排臺作業(yè)，支持一單多工作中心。排臺完成后，現(xiàn)場操作工，可以看到登錄工作中心的計(jì)劃排臺順序，操作工根據(jù)工單順序進(jìn)行生產(chǎn)報(bào)工作業(yè)。

系統(tǒng)支持工作中心的計(jì)劃順序調(diào)整，若生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可將工單排臺到可正常生產(chǎn)的工作中心，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工單的無縫生產(chǎn)對接。

現(xiàn)場作業(yè)員的報(bào)工數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)反饋到管理人員的查詢界面，系統(tǒng)通過多種緯度及方式展示各生產(chǎn)、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

3、產(chǎn)品追溯顆粒化，數(shù)據(jù)透明化

在實(shí)施系統(tǒng)之前，現(xiàn)場產(chǎn)品流轉(zhuǎn)、質(zhì)量管控通過批次號且無條碼標(biāo)識，無法做到產(chǎn)品全生產(chǎn)過程中的跟蹤，當(dāng)產(chǎn)品異?；蚍倒し敌藓?，只能按照批次號進(jìn)行反向追溯，涉及產(chǎn)品大，嚴(yán)重時(shí)會影響整個產(chǎn)品的生產(chǎn)以及交付。

使用系統(tǒng)后，產(chǎn)品從成形工序報(bào)工開始，每個產(chǎn)品車、托盤均以唯一的二維碼標(biāo)識，燒結(jié)報(bào)工后，生成托盤全過程流轉(zhuǎn)單，每個單據(jù)擁有唯一編號。確保各道工序的流轉(zhuǎn)、質(zhì)量管控、車運(yùn)、店鋪存儲等各狀態(tài)下最小管理單位。

產(chǎn)品異常時(shí)，可通過托盤二維碼反向追溯該產(chǎn)品下的各道工序生產(chǎn)狀態(tài)及數(shù)采信息，為產(chǎn)品的鎖定及追溯層級提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，并以此實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的全追溯。

4、質(zhì)量管理無紙化

使用前，品質(zhì)管理人員（巡檢員、質(zhì)量檢驗(yàn)員）對現(xiàn)場不良品開具黃單或評價(jià)單等，標(biāo)識產(chǎn)品問題，控制流轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)生不良較多，鎖定產(chǎn)品時(shí)，因追溯單位為批次層級，只能按照批次、生產(chǎn)時(shí)間對產(chǎn)品進(jìn)行鎖定，而且產(chǎn)品無法快速有效的進(jìn)行反向追溯。

使用系統(tǒng)后，產(chǎn)品流轉(zhuǎn)單位為唯一二維標(biāo)識碼的托盤（工序全工序流轉(zhuǎn)單），巡檢員通過掃描流轉(zhuǎn)單二維碼進(jìn)行不良品的錄入與判斷，通過系統(tǒng)線上評定產(chǎn)品的處理結(jié)果以及流轉(zhuǎn)工序，系統(tǒng)自動采集質(zhì)量過程數(shù)據(jù)，并在不同緯度和層級進(jìn)行不良品信息的展示與統(tǒng)計(jì)。

5、實(shí)現(xiàn)了工藝文件的自動推送以及版本控制，防止作業(yè)員使用錯誤的工藝文件

在實(shí)施系統(tǒng)之前，工藝文件均為紙制版，新版的工藝文件通過人員進(jìn)行派發(fā)，極易造成各設(shè)備作業(yè)員使用的工藝文件與新版要求的工藝文件不同，進(jìn)而造成實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)品的差異。

使用系統(tǒng)后，工藝人員通過MES系統(tǒng)對不同工位、不同設(shè)備進(jìn)行工藝指導(dǎo)文件、作業(yè)指導(dǎo)書的上傳、版本的禁用/啟用等維護(hù)操作，進(jìn)而對各文件的管理達(dá)到統(tǒng)一的版本化要求，避免現(xiàn)場作業(yè)員因文件的不同而造成生產(chǎn)產(chǎn)品的浪費(fèi)。

6、實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及設(shè)備參數(shù)的采集

通過SCADA設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行集成，系統(tǒng)可對設(shè)備的工況信息（狀態(tài)、溫度、工藝參數(shù)等）進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并基于采集到的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行多維度的統(tǒng)計(jì)分析，并將結(jié)果以可視化的方式進(jìn)行展示，為生產(chǎn)人員及設(shè)備使用人員提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

7. 實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)透明化

作業(yè)員通過MES系統(tǒng)PEC操作界面，掃描錄入實(shí)現(xiàn)報(bào)工數(shù)、不良品、報(bào)廢品等數(shù)據(jù)，并通過現(xiàn)場集成、檢驗(yàn)設(shè)備集成，系統(tǒng)自動采集相應(yīng)的生產(chǎn)過程、檢驗(yàn)過程信息，并進(jìn)行報(bào)工反饋。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程無紙化采集，也可以數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性，便于后續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)追溯查詢。同時(shí)，通過生產(chǎn)看板可以反饋生產(chǎn)進(jìn)度，最終實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)進(jìn)度的透明化、智能化過程控制。

8、看板可視化展示，提升數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)有效性

系統(tǒng)可基于自動采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和可視化展示，用于幫助管理人員查詢和分析生產(chǎn)情況，為決策提供有效依據(jù)。為方便報(bào)表展示和車間現(xiàn)場目視化管理，可以在車間的顯示屏上輪播顯示這些看板，并可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置需要展示的看板。

圖 車間可視化看板

某新材料有限公司為粉末冶金行業(yè)先進(jìn)企業(yè)，是國內(nèi)應(yīng)用生產(chǎn)制造MES系統(tǒng)的第一家在粉末冶金公司，通過MES系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)快速有效解決現(xiàn)有的困難點(diǎn)問題，并通過MES系統(tǒng)的實(shí)施與系統(tǒng)集成，打造數(shù)據(jù)字生產(chǎn)車間，幫助企業(yè)優(yōu)化現(xiàn)行的管理流程和模式。實(shí)現(xiàn)對工藝BOM、產(chǎn)品流轉(zhuǎn)、產(chǎn)品追溯、數(shù)據(jù)采集以及產(chǎn)品流轉(zhuǎn)作業(yè)進(jìn)行了實(shí)時(shí)掌控與把握，對后續(xù)的產(chǎn)品生產(chǎn)作業(yè)優(yōu)化以及產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)改善，提供有力的決策數(shù)據(jù)。