0 概述
在全球金融經濟危機的大社會環(huán)境下，有色金屬企業(yè)的生產環(huán)境發(fā)生了很大的變化。企業(yè)為了生存和發(fā)展的需求，在生產經營管理方面，從重視現(xiàn)場操作發(fā)展到自上而下的全面制造管理過程，同時對信息化建設提出了更高的要求。在生產制造領域，“敏捷生產、柔性制造”，“JIT準時生產”及“協(xié)同生產”等理念得到了廣泛認同和大力推廣，并融人到了ERP、SCM、CRM、APS、MES等相關軟件中。企業(yè)通過應用這些軟件，將市場、供貨商和合作伙伴的相關業(yè)務和企業(yè)內部的生產、質量控制等都納入了企業(yè)管理的范疇，使得企業(yè)能夠更加迅速地了解外部市場和自身的運營情況，統(tǒng)籌安排企業(yè)各類資源，從而快速響應客戶個性化需求。國際、國內主要流程制造企業(yè)，如美鋼聯(lián)、新日鐵、寶鋼等，均逐漸形成了以ERP+MES+PCS”為體系架構的企業(yè)信息系統(tǒng)。其中，制造執(zhí)行系統(tǒng)MES是介于上層經營管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)。在大型制造企業(yè)，MES的應用有助于對生產制造過程進行優(yōu)化管理。以下擬以中鋁上銅高精度板帶產線MES為例，介紹MES在銅板帶、銅箔產線上的應用。
1 高精度銅板帶制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)
中鋁上海銅業(yè)有限公司是在原上海有色金屬涑團洧限公司銅加工、貿易板塊的基礎上組建而成，是中國鋁業(yè)公司控股子公司。高精度銅板帶改擴建工程位于該公司吳淞廠區(qū)。工程建設投資108 875萬元。該項目主導產品以電子行業(yè)大量需求的高端產品為主，目標為目前國內市場急需、市場潛力大、主要依賴進口的高精度銅板帶材。工程的建設規(guī)模為70 Kt/a其中三車間改造新增產能10 Kt/a新建(與中鋁大冶公司配套的)銅帶車間設計生產能力60 Kt/a。項目完成后，中鋁上海銅業(yè)有限公司銅板帶生產規(guī)模將從目前的50 Kt/a增加到120 Kt/a。根據制造行業(yè)信息化建設的理論和實踐經驗，結合企業(yè)高精度板帶工程的實際情況，中鋁上銅構建相應的高精度銅板帶制造執(zhí)行系統(tǒng)（簡稱銅板帶MES系統(tǒng)）。該系統(tǒng)采用了基于過程與時間的一體化集成技術、基于敏捷制造的一體化集成技術和基于構件化設計的軟件開發(fā)技術，具有適用性、靈活性和有效性的功能特點。其應用模塊主要包括訂單管理、質量管理、生產合同管理、作業(yè)計劃管理、物料跟蹤與實績管理、倉庫管理、發(fā)貨管理、軋輥管理、現(xiàn)場設備管理、備品備件管理、能源消耗收集及工序成本管理等。銅板帶MES系統(tǒng)向上接收ERP系統(tǒng)下達的銷售合同，經過質量設計、合同計劃、生產調度和物料平衡等過程組織生產，并收集和加工處理實績信息，及時呈報ERP系統(tǒng)。向下將生產指令下發(fā)給各Pcs，收集各工序生產實績、過程控制參數。系統(tǒng)上下連通現(xiàn)場控制設備與企業(yè)管理平臺，前后貫通所有產線，實現(xiàn)銅板帶、銅箔生產全過程的一體化質量設計，完成計劃與物流調度以及現(xiàn)場的生產、質量的控制與管理�？傮w架構如圖1所示。
圖1 總體架構
2 應用系統(tǒng)特色
2.1 生產組批優(yōu)化
中鋁上銅高精度板帶產品價格主要為原材料價格加上加工費的形式，電解銅等主要原材料價格對公司產品的價格影響重大，且外購冷軋戴坯在產品庫存越大風險越大。因此銷售訂單存在小批量、多品種、多規(guī)格趨勢，生產組織則完全基于訂單的客戶化方式。然而從降低庫存及余材、最大化利用產能的角度出發(fā)，生產組織要求盡可能批量投料、批量加工，因此在生產過程中就產生了歸并訂單、組批生產的需求。訂單的合并處理一直沒有很好的辦法，靠制造部門計劃人員的經驗進行人工處理。為了解決這個問題，中鋁上銅參考鋼鐵企業(yè)煉鋼-熱軋生產計劃中連鑄區(qū)組批、厚板組批及鋁加工的虛擬組卷等生產組織方式，建立了銅加工的生產組批優(yōu)化。組批有PUSH和PULL兩種模型，即一種從消化余材角度出發(fā)，按材料組批（原料、余材組批）；一種從滿足訂單及交貨期考慮，以合同為單位組批（虛擬材料組批）。每種模型可實現(xiàn)多種方式的組批套裁；既可以對單個合同組批，也可以對多個合同組批；原料組批可以僅縱切，可以僅橫切，也可以縱橫組合。套裁示意如圖2。
圖2 套裁示意
生產組批之前，需要設定訂單之間的可組批原則規(guī)則庫、訂單與材料之間的可匹配關系規(guī)則庫、成品與原料關系規(guī)則庫。選定組批模型、套裁方式后，經組批設計，形成組批初步設計結果。針對設計結果，計算組批基準收得率及命令收得率，若收得率滿足生產設定需求，則組批結果正式建立。根據組批結果，重新進行組批合同的生產設計，如寬度損失量、切邊量等相關生產數據，形成可組織生產的組批合同。
2.2 銅加工行業(yè)技術知識庫
在MES中設計制造規(guī)范知識庫，將技術質量部門所管理的所有工藝流程、工藝控制參數、品質要求等等關鍵數據進行合理組合，形成中鋁上銅銅板帶、銅箔行業(yè)技術知識庫集合，同時，從產品質量策劃著手，以國家、行業(yè)、廠級規(guī)程和質量控制要求為依據，在滿足用戶需求的前提下，按照產品系列以生產質量為中心，設定生產制造全過程的產品規(guī)范體系、制造規(guī)范體系，以充實知識庫內容。通過MEs系統(tǒng)，將產品規(guī)范要求帶人銷售接單、接單后合同處理、生產制造、檢化驗、質量判定和質保書等制造及檢驗全過程，實現(xiàn)規(guī)范生產控制及管理的目的。制造規(guī)范庫的建成，徹底改變了由計劃調度人員根據經驗設定生產路徑，人工下達過程控制參數的生產組織方式；改變了檢化驗過程由質檢人員根據產品工藝標準確定取樣機組、取樣方式、檢測項日、檢測方法，檢化驗數據經人工采集后，依據質量管理部門下發(fā)的產品執(zhí)行標準進行判定的狀況。
制造規(guī)范知識庫將質量一貫制管理貫穿于銅加工的全過程。通過建立制造規(guī)范體系，將用戶的訂貨要求及統(tǒng)一的制造標準(國家標準、國際標準、企業(yè)標準等等)轉換為銅加工的丁藝流程及具體的工藝參數，細化生產過程的質量要求，最終實現(xiàn)了合同的生產過程完全按照質量規(guī)范要求進行，確保工序質量的一致性，為提高產品質量提供了保證。
2.3 精準庫存跟蹤
有色金屬為高價材料。因此物料跟蹤是中鋁上銅關注的重點之一。為了避免生產過程中物料的丟失、浪費，MEs建設之初就設計了無線數傳模塊：外購冷軋帶坯采購入庫時貼條碼標簽，無線手持機實時掃描，進入MES原料庫存。物料生產過程中所有庫位移動，例如生產上料、產出入庫、發(fā)貨出庫等，均通過過程控制系統(tǒng)上傳跟蹤信息或者以操作工使用無線手持機掃描庫位號+卷號方式，在第一時間反饋到MES系統(tǒng)，實現(xiàn)全面實時的物料庫存及庫位跟蹤。
2.4 管控一體
中鋁上銅采用數據就源獲取方式，重視數據來源的準確性、及時性。為了保證數據正確及時采集，減少人為因素f擾，不影響生產執(zhí)行效率，中鋁上銅強調制作執(zhí)行系統(tǒng)(MEs)與周邊系統(tǒng)，特別是PCS過程控制系統(tǒng)的實時通信。銅板帶和銅箔產線的所有主線過程控制系統(tǒng)都實現(xiàn)了與MES系統(tǒng)的實時數據交換，真正做到“管控一體”，即通過MEs系統(tǒng)上下連通現(xiàn)場控制設備與生產制造管理層，貫通全產線的計劃、物流、現(xiàn)場的生產、質量的控制與管理。中鋁上銅不僅僅重視生產加工過程數據的實時收集，對于重要的工器具，例如軋輥的計劃、使用、磨削情況也通過MES與磨床、軋機等PCS層計算機系統(tǒng)信息交互，直接進行管理和信息收集。電作為銅加工主要的能源消耗，同樣實現(xiàn)了高峰、低谷不同時段的使用量由下位機直接發(fā)送到制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。
3 結束語
發(fā)展高精銅業(yè)是中鋁公司實施節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展和完善產業(yè)鏈的一項具體措施。中鋁上銅高精度板帶項目對提升我國華東地區(qū)高品質銅加工材以及發(fā)展深加工產品具有重要意義。中鋁上銅為提升企業(yè)競爭力，謀求企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，在進行工程項目改擴建的同時，重視與之配套的信息化系統(tǒng)的建設，并利用信息化建設的契機，對制造執(zhí)行及管理過程進行了優(yōu)化，實現(xiàn)r將質量設計到產品中的理念。其高精度板帶產線MES系統(tǒng)在管理層和執(zhí)行層之間實現(xiàn)信息上傳下達，為管理層做生產決策提供切實依據，使得執(zhí)行層得到清晰明確的生產指令，解決了生產與管理之間的斷層問題，達到了先進的生產線配以先進的信息化系統(tǒng)的系統(tǒng)建設初始目標。
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本文標題：MES在銅板帶、銅箔產線上的應用
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