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吴忠仪表:制造执行系统的多元集成

2022/1/19        作者:e-works整理      
关键字:MES案例  e-works年度盘点  智能制造  吴忠仪表  
本文为“2021年度中国智能制造最佳应用实践奖”参评案例。本次活动将评选出2021年度,为中国智能制造领域带来突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业推进智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,供广大制造业行业企业学习供鉴。
一、企业简介

       吴忠仪表有限责任公司(以下简称“吴忠仪表”)控制阀产品广泛应用于石油化工、煤化工、电站、核电、空分、油气管线等高温、低温、高压、高压差、耐腐蚀、耐冲刷严酷的工况场合。重点项目控制阀全面替代进口,实现国产化,确保长周期运行。是典型单件小批量个别定制产品,公司生产的控制阀产品公司产品有76个系列、38种附件、7000多个品种规格,品种覆盖率达到90%以上。产品质量控制难,生产过程共146类质量控制,5000多个质量控制点。交货周期,组织难度大,个别定制、离散度高。

二、企业在智能制造方面的现状

       吴忠仪表智能控制阀产品智能制造工程实践的过程中,从实践到理论,再以理论指导实践的螺旋上升。

       当前智能化建设的实施以质量更好成本更低和效率更高效益更好为目标,从技术、管理、装备、物料、制造五个维度开展自动化、数字化、信息化、精益化、网络化、柔性化、可视化和智能化八个方面的建设。全面覆盖包括客户关系管理、销售订单管理、产品研发、工艺设计、计划调度、制造执行、供应链管理、设备管理、仓储物流、质量管控、协同制造和内控体系建设等业务。

       研发了软件系统及APP约60个,研制了由自动化设备+数据终端+单元级MES+有线及无线网络构成的数字化柔性加工岛,实现刚性设备的柔性加工;研制了满足多规格多品种单件小批定制化产品的自动化喷涂线;研制了由自动悬挂输送系统+数字化装配工位+智能压力测试装备+数字化调试装备构成的装配线 ,实现了单件小批定制化产品的产线化组装;研制了由高参数立体仓库+自动化配餐线+激光引导AGV构成的仓储及配餐一体化系统,实现配餐拉动立库作业;实现了基于一物一码的全过程质量追溯。

       提升了企业整体经营指标,形成了业务一体化、全流程透明可视化服务能力,并形成机泵阀领域可复制的传统制造业端到端智能制造新模式。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

1.项目背景介绍

       面向大规模小批量个性化定制模式,客户需求日益多样,产品结构日趋复杂,企业制造工艺、检测方法、原材料、零部件、整机、设备加工能力、人员操作技能和生产管理方法的通用性正在逐步缩小,而需要个性化采购、制造、协同、装配和检测的市场订单却越来越多,由此产生的反向差距也正在拉大。并且,市场个性化定制程度越深、客户定制批量越小、企业定制规模越大,这种反向差距就越大、越突出,也成了新常态。客户需求的个性和多变,使得产品数据、计划指令的变更频率呈上升态势,制造材料、制造装备和装配部件的采购越来越全球化,进而使得产前准备业务更加离散、更加广泛、更加长期,导致企业生产过程的组织和执行不得不面对更多的不确定性、多样性和复杂性。企业物资采购部门、生产技术部门、质保保证部门、生产部门的管理压力和执行压力随之快速倍增。

       面对短期交货要求、客户需求多样、产品结构复杂、制造工艺个性、产品数据多变、物资采购离散、设备能力不足、人员技能不够和计划模式陈旧等新型现状,企业生产部门如何更好协同研发部门、工艺部门、采购部门、铸造部门、质量保证部门、财务部门、人力资源部门和外部协同单位,灵活调度人力、财力、物力和信息资源,高效组织毛坯备料、零件加工、整机装配、检验试验、包装发运等生产过程,确保按合同交货日期准时交付满足客户个性要求的高质量定制产品,同时保持个性化定制产品生产成本的相对稳定,是摆在企业生产部门和所有管理人员面前的一项巨大挑战。面向这一挑战,企业在制造维度主要有如下几个核心业务问题:一是如何确保生产全过程可视,二是如何确保生产全过程有序,三是如何确保全生产过程受控。

       业务问题1:如何确保生产全过程可视

       可视就是看得见,即以一种简单实用、通俗易懂的模块化方式,让各类原本看不见或难以看见的生产过程信息通过友好的计算机软件界面展示出来,以便于生产人员直观的、清楚的、毫不费力的理解和掌握生产状态,从而更加实时、更加科学的做出管理决策或操作行为。从而降低生产管理难度、简化生产管理过程、减少制造执行成本、提高制造执行效率。

       从生产过程角度,企业如何基于信息系统实现毛坯备料、零件加工、整机装配、检验试验和包装发运等业务过程的可视?

       从设备管理角度,企业如何基于信息系统实现生产设备、检测设备、物流设备等设备状态的可视?

       从生产物料角度,企业如何基于信息系统实现生产物料进度状态、质量状态、位置状态的可视?

       从产品数据角度,企业如何基于信息系统实现零部件信息、物料清单、设计图纸、工艺文件、材料定额、数控程序、检测规划等产品数据的可视? 

       从绩效管理角度,企业如何基于信息系统实现操作者工时、外部协同加工费用、内部协同加工费用、生产成本、质量合格率等绩效数据的可视?

       从生产管理角度,企业如何基于信息系统实现设备排班、人员排班、工位作业负载、质量异常、物料异常、设备异常、进度异常、产品数据异常等管理要素的可视?

       解决思路:

       从生产过程来看,要基于制造执行系统(MES)构建适用于毛坯备料、零件加工、整机装配、检验试验和包装发运等生产过程的各级作业单,通过开发友好的软件功能界面实现各级作业任务的可视。

       从设备管理来看,要借助设备监控系统全面实现生产设备联网,通过开发友好软件功能界面实现生产、检测、物流、仓储等设备状态的可视。

       从生产物料来看,要基于制造执行系统(MES)全面采集生产过程数据,通过开发友好的软件功能界面实现生产物料进度状态、质量状态、位置状态的可视。

       从产品数据来看,要做好制造执行系统(MES)与产品全生命周期管理系统(PLM)的集成应用,通过开发友好的软件功能界面实现零部件信息、物料清单、设计图纸、工艺文件、材料定额、数控程序、检测规划等产品数据的可视。 

       从绩效管理来看,要基于制造执行系统(MES),通过构建各类适用的模块统计分析模块,实现操作者工时、外部协同加工费用、内部协同加工费用、生产成本、质量合格率等绩效数据的可视。

       从生产管理来看,要基于制造执行系统(MES)采集生产过程数据,开发友好的软件功能界面实现设备排班、人员排班、工位作业负载、质量异常、物料异常、设备异常、进度异常、产品数据异常等管理要素的可视。

       业务问题2:如何确保生产全过程有序

       有序就是有顺序,就是要在“可视”的基础上,以一种简单实用、直观有效的模块化方式,让各类原本没有顺序或难以有序化的生产任务通过友好的计算机软件功能界面有序的展示出来,以便于生产人员直观的、清楚的、轻松的理解、掌握和执行有序化的生产指令,从而提高订单在部门之间、车间之间、班组之间、工位之间的协同执行能力,提高生产资源、生产资金、产能利用的合理性,缩短个性定制产品制造周期。确保合同有序履约、产品有序交付。

       从生产过程角度,企业如何基于信息系统实现毛坯备料、零件加工、整机装配、检验试验和包装发运等业务过程整体有序?

       从部门协同角度,企业如何基于信息系统实现采购部门、财务部门、毛坯铸造部门、机加部门、装配部门、质量保证部门、外协加工单位、生产技术部门以及产品研发部门之间协同有序?

       从生产班组角度,企业如何基于信息系统实现生产班组之间协同有序?

       从生产工位角度,企业如何基于信息系统实现工位协同有序?

       从物料投放角度,企业如何基于信息系统实现原材料投放有序?

       从设备利用角度,企业如何基于信息系统实现生产设备利用有序?

       从资金使用角度,企业如何基于信息系统实现资金利用有序?

       解决思路:

       要确保生产全过程整体有序,就是要开发、完善和持续优化制造执行系统(MES)的各级作业单(软件功能模块),包括:部门级作业单、车间级作业单、班组级作业单、工位级作业单。各级作业单要始终以生产计划为中心,依据计划开始时间或计划完成时间自动排定作业任务的优先顺序,作为各级执行者的带有优先顺序的作业指令。

       通过全面统一应用各级作业单功能,确保毛坯备料过程、零件加工过程、整机装配过程、外协加工过程、物料转运过程、质量检测过程和包装发运过程整体有序。确保部门之间、车间之间、班组之间、工位之间整体有序,确保物料投放、设备利用、资金使用和人员利用整体有序。

       业务问题3:如何确保全生产过程受控

       受控就是所有生产活动都要受控于生产管理中心,就是要在“可视”和“有序”的基础上,让高级生产管理人员能够在宏观层面上根据交期临近和实际生产进度,以一种简约灵活、富有弹性的模块化方式,有的放矢的暂停、放行或调控各级作业任务、灵活调控订单生产优先级,进而使各类原本无法控制或难以控制的生产任务都能够自动受控于制造执行系统(MES)的各级作业单。所有部门级、车间级、班组级、工位级作业任务,以及平行协同、上下协同和内外协同,都要统一受控于生产宏观调控措施。调控措施要张弛有度,调控指令要直达工位、全面自动响应,以此控制生产活动向计划进度回归。这是在生产管理上进一步进行“质”的提升。

       从生产过程角度,企业如何基于信息系统实现毛坯备料、零件加工、整机装配、检验试验和包装发运等业务过程整体受控?

       从部门协同角度,企业如何基于信息系统实现采购部门、财务部门、毛坯铸造部门、机加部门、装配部门、质量保证部门、外协加工单位、生产技术部门以及产品研发部门之间协同受控?

       从生产班组角度,企业如何基于信息系统实现生产班组之间协同受控?

       从生产工位角度,企业如何基于信息系统实现工位协同受控?

       从变更管理角度,企业如何基于信息系统实现产品设计、制造工艺、检测方法、生产计划等业务变更在全生产过程受控?

       从物料投放角度,企业如何基于信息系统实现原材料投放受控?

       从设备利用角度,企业如何基于信息系统实现生产设备利用受控?

       从资金使用角度,企业如何基于信息系统实现资金利用受控?

       解决思路:

       通过制造执行系统宏观调控“当日可开工任务窗口”大小,将每日可开工任务调控在特定范围之内,保证部门级、车间级、班组级、工位级在特定时间段内执行指定的作业任务,保证平行协同、上下协同和内外协同的一致性,防止过早开工和滞后开工。避免不合理占用和消耗物料、人员、机器、场地、器具、时间等生产资源,高级别规避生产资源争用,盘活并有效利用可用产能和生产资金。进一步优化作业任务有序性、提升生产过程协同性,进一步提高生产资源、生产资金、产能利用的合理性,进一步降低生产成本、缩短制造周期、提高产品质量。

       通过统一的、柔性的宏观调控措施和有序的、受控的各级作业单,确保毛坯备料、零件加工、整机装配、检验试验和包装发运等业务过程整体受控,确保采购部门、财务部门、毛坯铸造部门、机加部门、装配部门、质量保证部门、外协加工单位、生产技术部门、产品研发部门之间协同受控,确保产品设计、制造工艺、检测方法、生产计划等业务变更在全生产过程受控,确保原材料投放、生产设备利用和生产资金使用受控。

       总得来说,解决方法如下所示:

       首先,要实现生产工位全员计算机化。就是要通过设计、定制并向制造工位集成工业计算机(工位数字化看板)或手持终端,确保毛坯备料、零件加工、整机装配、检验试验和包装发运等所有制造工位都有计算机系统可用。确保在全生产过程人人都有计算机可用,是操作者和信息系统交互的硬件基础,也是实现智能制造的立足点。

       其次,要实现生产车间全范围网络化。就是要以工位、车间、厂房为单位,依次构建工业计算机网络。确保每个工位、每个车间、每个厂房都要有计算机网络可用。网络形式可包括:有线网络、无线网络、移动网络。就是要以各类信息系统为工具,将所有生产设备接入计算机网络,将所有工业计算机接入计算机网络,确保全生产过程处处都有计算机网络,实现生产车间全员网络化,为企业实施和应用制造执行系统(MES)奠定网络基础。

       再其次,要实现生产过程全要素数字化。就是要面向生产工位、生产班组、生产车间、生产部门,研究、分析、规划、开发、实施和持续优化集成的制造执行系统(MES),确保全生产过程、全生产要素都能享受制造执行系统带来的工作便利和效率提升。就是要通过制造执行系统全面呈现作业任务、产品数据、制造工艺、检测方法和时限要求。就是要通过制造执行系统全向采集生产过程数据,监控任务状态、设备状态、物流状态和质量状态。就是要通过制造执行系统实时在线跟踪订单生产进度、追溯产品制造过程和调度生产资源。就是要通过制造执行系统全面替代人力,在线统计和分析生产绩效、自动汇编和输出产品报告。

       然后,要实现生产过程管理智能化。就是要始终以生产计划为中心,结合产品制造工艺和车间实际产能,有节制的自动生成各级作业任务序列(部门级、车间级、班组级、工位级),弹性调控各级作业任务有序执行。就是要通过制造执行系统实时监控各级作业任务的执行状态,自动预警进度异常、设备异常、质量异常、物流异常、仓储异常、设计异常、工艺异常和资金异常,在线受理和处置各类生产异常、监督并使异常处理结果按原路返回生产现场。就是要以制造执行系统为生产管理核心抓手,降低生产管理难度、简化生产管理过程、提高生产管理技能,增强生产状态感知、提升生产调度时效、提高生产资源利用。

2.项目实施与应用情况详细介绍

       2.1 主要系统
1

 

       2.2 主要集成

       2.2.1 MES集成生产计划管理系统

MES集成生产计划管理系统示意图

MES集成生产计划管理系统示意图

       注:生产计划主要包括零件加工计划、整机装配计划。

       MES集成生产计划管理系统,主要用于提高生产制造人员对个性化订单产品生产计划的获取效能,主要作用于制造执行过程。

       本集成使得生产人员能够在MES系统环境下,直接打开个性化订单产品的毛坯铸造计划、零件加工计划、整机装配计划、包装发运计划、质量见证督查控制点以及合同技术参数和要求(源自生产计划系统),方便生产人员组织和执行个性化订单产品生产任务。避免生产制造人员在MES工作界面和生产计划系统工作界面之间频繁切换,减少了生产制造人员与生产计划人员之间的沟通工作量,使生产制造人员能够更加致力于个性产品生产过程,而不是忙于生产指令查询、生产进度反馈等人机或人人交互过程。同时,使得制造执行系统(MES)能够直接向生产计划管理系统反馈产品生产状态,直接接收来自生产计划管理系统的计划变更。提高了产品生产效率,缩短了产品生产周期,降低了产品生产成本。

       2.2.2 MES集成采购管理系统

MES集成采购管理系统示意图

MES集成采购管理系统示意图

       MES集成采购管理系统,主要用于提高生产制造人员对个性化订单产品制造原材料和外购零部件采购进度的监控效能,主要作用于制造执行过程。

       本集成使得生产人员能够在MES系统环境下,直接查看个性化订单产品制造原材料和外购零部件的采购状态(源自采购管理系统),包括:物资编码、物资名称、采购数量、供应商、计划到货日期、预计到货日期、当前采购状态等信息,方便生产人员掌握、组织和执行个性化订单产品生产任务。避免生产制造人员在MES工作界面和采购管理系统工作界面之间频繁切换,减少了生产制造人员与物资采购人员之间的沟通工作量,使生产制造人员能够更加致力于个性产品生产过程,而不是忙于采购状态查询、采购进度沟通等人机或人人交互过程。同时,使得制造执行系统(MES)能够直接向采购管理系统反馈产品生产急需物资,直接接收来自采购管理系统的到货交检信息。提高了产品生产效率,缩短了产品生产周期,降低了产品生产成本。

       2.2.3 MES集成铸造管理系统

MES集成铸造管理系统示意图

MES集成铸造管理系统示意图

       MES集成铸造管理系统,主要用于提高生产制造人员对个性化订单产品零件毛坯铸造进度的监控效能,主要作用于制造执行过程。

       本集成使得生产人员能够在MES系统环境下,直接查看个性化订单产品零件毛坯的铸造状态(源自铸造管理系统),包括:铸造批次号、毛坯图号、毛坯材质、工艺分类、计划数量、计划入库日期、预计入库日期、当前铸造状态等信息,方便生产人员掌握、组织和执行个性化订单产品零部件生产任务。避免生产制造人员在MES工作界面和铸造管理系统工作界面之间频繁切换,减少了生产制造人员与毛坯铸造人员之间的沟通工作量,使生产制造人员能够更加致力于个性产品生产过程,而不是忙于铸造状态查询、铸造进度沟通等人机或人人交互过程。同时,使得制造执行系统(MES)能够直接向铸造管理系统反馈产品生产急需毛坯,直接接收来自铸造管理系统的毛坯交检信息。提高了产品生产效率,缩短了产品生产周期,降低了产品生产成本。

       2.2.4 MES集成库存管理系统

MES集成库存管理系统示意图

MES集成库存管理系统示意图

       MES集成库存管理系统,主要用于提高生产制造人员对个性化订单产品制造原材料和零部件库存状态的监控效能,主要作用于制造执行过程。

       本集成使得生产人员能够在MES系统环境下,直接查看个性化订单产品制造原材料和零部件库存状态(源自库存管理系统),包括:零件图号、名称、材质、工艺分类、库存数量、入库日期等信息,方便生产人员掌握、组织和执行个性化订单产品生产任务。避免生产制造人员在MES工作界面和库存管理系统工作界面之间频繁切换,减少了生产制造人员与库存管理人员之间的沟通工作量,使生产制造人员能够更加致力于个性产品生产过程,而不是忙于库存状态查询等人机或人人交互过程。同时,使得制造执行系统(MES)能够直接向库存管理系统反馈后续产品生产任务(方便库存管理人员提前齐套,提高出库效率),直接接收来自库存管理系统的紧急资源入库信息。提高了产品生产效率,缩短了产品生产周期,降低了产品生产成本。

       2.2.5 MES集成物流管理系统

MES集成物流管理系统示意图

MES集成物流管理系统示意图

       MES集成物流管理系统,主要用于提高个性化订单产品制造过程中的物料流动效能,主要作用于制造执行过程。

       本集成使得生产人员能够在MES系统环境下,直接监控个性化订单产品制造物流状态(源自物流管理系统),包括:物资编码、名称、材质、工艺分类、数量、出发地、计划出发时间、实际出发时间、目的地、计划到达时间、实际到达时间、配送人员、配送车辆等信息,方便生产人员掌握、组织和执行个性化订单产品生产任务。避免生产制造人员在MES工作界面和物流管理系统工作界面之间频繁切换,减少了生产制造人员与物流配送人员之间的沟通工作量,使生产制造人员能够更加致力于个性产品生产过程,而不是忙于物流状态信息获取等人机或人人交互过程。同时,使得制造执行系统(MES)能够直接向物流管理系统下发后续物流配送需求(方便物流管理人员调度物流,提高物流配送效率),直接接收来自物流管理系统的物流物流配送异常信息。提高了产品生产效率,缩短了产品生产周期,降低了产品生产成本。

       2.2.6 MES集成设备管理系统

MES集成设备管理系统示意

MES集成设备管理系统示意

       MES集成设备管理系统,主要用于提高生产制造人员对生产设备保养计划、实际保养执行情况、维修记录的监控效能,也用于提高生产制造人员对生产设备状态(关键、空闲、运行、报警)的监控效能,主要作用于制造执行过程。

       本集成使得生产人员能够在MES系统环境下,直接查看生产设备保养计划、实际保养执行情况、维修记录、设备操作手册、设备技术参数和设备状态(源自设备管理系统),包括:设备编号、设备名称、设备型号、下次计划保养日期、最近保养日期、保养人员、保养内容等信息,方便生产人员监督落实全面设备保全计划、了解掌握设备利用状态。避免生产制造人员在MES工作界面和设备管理系统工作界面之间频繁切换,减少了生产制造人员与设备管理人员、设备维修保养人员之间的沟通工作量,使生产制造人员能够更加致力于个性产品生产过程,而不是忙于设备状态获取、设备保养计划等人机或人人交互过程。同时,使得制造执行系统(MES)能够直接向设备管理系统反馈设备配备信息、设备班次操作人员信息,直接读取来自设备管理系统的预计故障恢复时间。提高了产品生产效率,缩短了产品生产周期,降低了产品生产成本。

       2.2.7 MES集成工装管理系统

MES集成工装管理系统示意图

MES集成工装管理系统示意图

       MES集成工装管理系统,主要用于提高生产制造人员对生产工装的管理和使用效能,主要作用于制造执行过程。

       本集成使得生产人员能够在MES系统环境下,直接查看执行生产任务所需的工装信息(源自工装管理系统),包括:工装编号、工装型号、工装名称、可用数量、健康状态、所在位置、当前使用人、预计释放时间、工装设计图纸等信息。能够从MES系统环境下,直接查看公司工装台账、工位工装台账,直接发起工装申领流程、维修申请流程、报废申请流程。方便生产人员掌握工装状态。避免生产制造人员在MES工作界面和工装管理系统工作界面之间频繁切换,减少了生产制造人员与工装管理人员、工艺设计人员、工装占用人员之间的沟通工作量,使生产制造人员能够更加致力于个性产品生产过程,而不是忙于工装状态获取、申请领用、申请维修、申请报废等人机或人人交互过程。同时,使得制造执行系统(MES)能够直接向工装管理系统反馈工装损坏信息,直接读取来自工装管理系统的新制或新购工装入库信息。提高了产品生产效率,缩短了产品生产周期,降低了产品生产成本。

       2.2.8 MES集成刀具管理系统

MES集成刀具管理系统示意图

MES集成刀具管理系统示意图

       MES集成刀具管理系统,主要用于提高生产制造人员对生产刀具的管理和使用效能,主要作用于制造执行过程。

       本集成使得生产人员能够在MES系统环境下,直接查看执行生产任务所需的刀具信息(源自刀具管理系统),包括:刀具编号、品牌、型号、名称、可用数量、健康状态、所在位置、当前使用人、预计释放时间、刀具组合图纸等信息。能够从MES系统环境下,直接查看公司刀具台账、工位刀具台账,直接发起刀具申领流程、维修申请流程、报废申请流程。方便生产人员掌握刀具状态。避免生产制造人员在MES工作界面和工装管理系统工作界面之间频繁切换,减少了生产制造人员与刀具管理人员、工艺设计人员、刀具占用人员之间的沟通工作量,使生产制造人员能够更加致力于个性产品生产过程,而不是忙于刀具状态获取、申请领用、申请维修、申请报废等人机或人人交互过程。同时,使得制造执行系统(MES)能够直接向刀具管理系统反馈刀具损坏信息,直接读取来自刀具管理系统的新制或新购刀具入库信息。提高了产品生产效率,缩短了产品生产周期,降低了产品生产成本。

       2.2.9 MES集成计量器具管理系统

MES集成计量器具管理系统示意图

MES集成计量器具管理系统示意图

       MES集成计量器具管理系统(IPS),主要用于提高生产制造人员对计量设备的管理和使用效能,主要作用于制造执行过程。

       本集成使得生产人员能够在MES系统环境下,直接查看监视和计量产品质量所需的计量设备信息(源自计量器具管理系统),包括:计量器具编号、品牌、型号、名称、可用数量、健康状态、所在位置、当前使用人、预计释放时间、生命周期状态、操作说明书、技术参数等信息。能够从MES系统环境下,直接查看公司计量器具台账、工位计量器具台账,直接发起计量器具申领流程、维修申请流程、报废申请流程。方便生产人员掌握计量器具状态。避免生产制造人员在MES工作界面和工装管理系统工作界面之间频繁切换,减少了生产制造人员与计量器具管理人员、工艺设计人员、计量器具占用人员之间的沟通工作量,使生产制造人员能够更加致力于个性产品生产过程,而不是忙于计量器具状态获取、申请领用、申请维修、申请报废等人机或人人交互过程。同时,使得制造执行系统(MES)能够直接向计量器具管理系统反馈计量器具损坏信息,直接读取来自计量器具管理系统的新制或新购计量器具入库信息。提高了产品生产效率,缩短了产品生产周期,降低了产品生产成本。

       本集成示例如下:

MES计量器具管理系统示例图

MES计量器具管理系统示例图

       在上述集成示例中,生产现场的各类人员可以基于制造执行系统(MES),多条件在线查询计量器具的台账信息。

       2.2.10 MES集成热处理炉温监控系统

MES集成热处理炉温监控系统示意图

MES集成热处理炉温监控系统示意图

       MES集成热处理炉温监控系统,主要用于提高生产制造人员对零部件热处理过程的管理效能,主要作用于制造执行过程。

       本集成使得生产人员能够在MES系统环境下,直接监视零部件在热处理过程中的炉温变化情况信息(源自热处理炉温监控系统),包括:零件名称、材质、数量、设备编号、装炉时间、装炉温度、到温温度、保温开始时间、保温时长、出炉时间、出炉温度等信息。能够从MES系统环境下,直接查看零部件热处理开工信息和完工信息。方便生产人员掌握热处理进度状态,促进实物生产流动,输出零部件热处理报告。提高了产品生产效率,缩短了产品生产周期,降低了产品生产成本。

       本集成示例如下:

MES集成热处理炉温监控系统示例图

MES集成热处理炉温监控系统示例图

       在上述集成示例中,生产现场的各类人员可以基于制造执行系统(MES),全天24小时不间断在线监控热处理炉的实时温度状态信息,通过温度监控控制零部件热处理过程质量。精准透明可视的炉温状态监控功能,打破了热处理设备信息孤岛,填补了热处理工艺执行过程可视化在线监控空白,使得生产管理人员能够直观的洞察热处理炉温调控和工艺问题,更好的管理零部件热处理过程、更好的优化的零部件人处理工艺。是对热处理过程管理能力的重大提升。

       2.2.11 MES集成产品全生命周期管理系统

MES集成产品全生命周期管理系统示意图

MES集成产品全生命周期管理系统示意图

       注:产品数据主要包括产品设计图纸、产品三维模型、工艺设计文件、数控加工程序、检测规划图纸等。

       MES集成产品全生命周期管理系统(PLM),主要用于提高生产制造人员对个性化订单产品的生产制造效能,主要作用于生产制造过程。

       本集成使得生产制造人员能够在MES系统环境下,直接从PLM中调阅和使用以产品设计图纸、产品三维模型、工艺设计文件、数控加工程序、检测规划图纸为代表的产品数据。撤除了图文档打印科室、纸质图文档库,减少了图文档耗材消耗,降低了废品制造率,增加了产品数据获取应用便捷性,精简了组织结构和产品数据管理流程。使产品制造全过程实现无纸化,大幅度提高了生产制造过程对产品数据的获取应用能力;也能够形成产品数据异常在线闭环管理。当生产现场发现产品数据异常时,可直接从制造执行系统(MES)实时在线采集生产现场发现的产品数据异常到产品全生命周期管理系统(PLM),自动追溯产品设计人并将其指定为产品数据异常受理人,在产品数据异常受理工作流发布时,再将产品数据异常处理结果自动交付给制造执行系统(MES)应用;还能够形成产品数据变更闭环管理。当PLM端发起产品数据升版流程时,MES端保持实时联动响应、自动向生产现场提示产品数据版本升级消息并控制旧版产品数据的继续使用,防止产品数据升级阶段的不确定性引起更多材料消耗和产能浪费。提升了产品制造合格率,提高了产品生产效率,缩短了产品生产周期,降低了产品生产成本。

       本集成示例如下:

MES集成产品全生命周期管理系统示例图

MES集成产品全生命周期管理系统示例图

个性产品定制—零件生产批次号条形码示例图

个性产品定制—零件生产批次号条形码示例图

       在上述集成示例中,生产现场的各类人员可以基于制造执行系统(MES),通过扫描个性定制产品零件的生产批次号条形码,直接在线打开与之相关的产品数据(源自PLM),包括:零件基本信息、材料定额、工时定额、工艺路线、产品设计图纸、产品三维模型、工艺过程卡、数控工序卡、数控加工程序、检测规划图纸,直接在线反馈产品数据异常、呼叫缺项产品数据。

       产品数据在全生产过程的网络化应用方式,彻底替代了以纸质媒介为载体的传统应用方式。消除了纸质产品数据管理环境下的图文档打印、装订、成套、下发、签收、借去、登记、规划等过程,不再需要设置图文档打印科室和人员、不再需要打印设备和特规纸张,也不存在图文档争用、等待情况。生产人员和产品研发人员在线零距离沟通,产品数据管理和应用能力都得到提升。生产现场没有了脏乱的纸质产品图文档,可视化环境和精神面貌焕然一新。生产人员配置更精简、文档查阅更方便、版本控制更有力、质量成本在减少。生产废品率明显减少,生产效率明显提升,生产成本明显下降,生产周期明显缩短。

       总之,MES集成产品全生命周期管理系统(PLM)是打通产品数据在个性产品定制全生产过程在线流通应用的关键战略性举措。不论是在效率效益方面,还是在质量成本方面,都有非凡的价值意义! 

       2.2.12 MES集成项目计划管理系统

MES集成项目计划管理系统示意图

MES集成项目计划管理系统示意图

       MES集成项目计划管理系统,主要用于提高项目经理对个性化订单产品生产进度的监控和管理效能,主要作用于项目计划管理过程。

       本集成使得项目经理,能够在项目计划管理系统环境下,直接从MES中读取个性化订单产品生产任务的执行状态,从而实现对所有个性化订单产品生产任务的实时在线监控,包括:毛坯铸造进度、零件加工进度、产品组装进度、质量检测结果、包装发运进度等信息。能够在MES系统环境下,自动响应个性化订单项目计划的变更,例如:当项目计划暂停时,MES自动停滞并冻结所有与该项目相关的零件生产任务的执行,全面控制相关零件生产计划暂停在当前状态,直到新的项目计划指令到达,降低项目计划变更风险,防止不确定性带来更多损失。提升了项目经理对个性化订单项目生产过程的监控能力,提升了生产过程对项目计划变更的适应能力和反应能力。提高了项目管理效率,缩短了项目管理周期,降低了项目管理成本。

       2.2.13 MES集成数控程序传输系统

MES集成数控程序传输系统示意图(数控程序下载过程)

MES集成数控程序传输系统示意图(数控程序下载过程)

       MES集成数控程序传输系统(IPS),主要用于提高生产制造人员对个性化订单产品数控加工程序的上传、下载和共享利用效能,主要作用于生产制造过程。
本集成使得生产制造人员能够在MES系统环境下,直接从PLM中调取数控加工程序,进而通过数控程序传输系统将目标数控程序传送给目标数控机床,或者通过数控程序传输系统将最新的经过改进的数控加工程序上传到PLM归档,或者通过数控程序传输系统将数控加工程序共享给其它同类数控机床。有利于固化、存储、传播零部件数控加工经验智慧,从而大幅度发挥数控加工程序作用价值,提高产品生产效率、设备利用率和加工质量稳定性,减少制造成本和生产周期。

       本集成示例如下:

MES集成数控程序传输系统示例图

MES集成数控程序传输系统示例图

       在上述集成示例中,生产现场的各类人员可以基于制造执行系统(MES),全天24小时随时就地上传、下载和共享应用数控加工程序。便捷易操作的数控程序传输应用功能,将全体数控机床互联在一起,打破了数控机床加工程序孤岛,使数控机床之间、数控操作者之间能够通过网络交换和共享数控加工程序,大幅度提升了既有数控加工程序再利用能力。在发挥数控程序价值作用的同时,提高了数控机床利用率,增强了零件加工质量稳定性,缩短了零件生产周期,降低了零件生产成本。

       2.2.14 MES集成数控机床监控系统

MES集成数控机床监控系统示意图

MES集成数控机床监控系统示意图

       注:数控机床状态包括主要关机、空闲、运行和报警。

       MES集成数控机床监控系统,主要用于提高生产制造人员对数控机床状态的监控效能,主要作用于生产制造过程。

       本集成使得生产制造人员能够在MES系统环境下,直接从数控机床监控系统中读取数控机床的当前状态和历史状态,状态包括:关机、空闲、运行和报警。统计数控机床在每个班次、日、周、月、季度和全年的关机率、空闲率、运行率和报警率,支持生产管理人员发现设备利用问题和管理问题、查找并分析根本原因,进而做出科学管理决策,改善数控机床利用。

       本集成示例如下:

MES集成数控机床监控系统示例图1

 MES集成数控机床监控系统示例图2

MES集成数控机床监控系统示例图

       在上述集成示例中,生产现场的各类人员可以基于制造执行系统(MES),全天24小时不间断在线监控数控机床、自动产线、自动仓储设备、自动物流设备、数字检测设备等主要设备的空闲、报警、运行、关机状态信息。精准透明可视的设备状态监控功能,使得生产管理人员能够直观的洞察设备调度管理应用问题,支撑设备全面统筹、统一配给、合理调度、管理决策、挖掘整体效能、发挥1+1>2叠加效应。

       2.3 制造执行系统运行现状

       截止目前,生产工位全部实现信息化作业,数控设备运行状态全部实现在线监控,数控加工程序全部实现在线传输和共享,纸质图文档库和图文档全面停止应用并彻底封存(已运行了60年),电子版产品技术文档全面服务于生产过程(全年在线查阅100万次以上),生产工位全部实现操作者数字化自检,订单生产状态全部实现在线跟踪定位和逆向追溯,订单生产过程质量文档全部能在线打印输出(40种以上),生产管理粒度从车间级下沉到了工位级和工序级,时间管理维度从每周细化到每天(任何车间每日交货任务全部量化和考核)。

       所有的生产工位全部接入了公司内部计算机网络并集成安装了工位看板,所有数控机床全部实现联网监控和数控程序在线传输,所有操作者全部享有制造执行系统定制化软件服务。所有零部件机加工位和整机装配工位全部实现了操作者数字化自检,所有工序自检数据都能实时上传到中央数据库,所有生产过程质量文档都能在线打印,所有产品生产过程都能在线追溯。

       所有合同的生产计划都独立编制,每一条生产计划都更加具有针对性、独立性和时限性,也都更为具体、更加明确。所有路线单都下沉到出料现场随时随地打印。每一道工序的生产过程数据都得到了采集、管理和应用,每一份合同都能在线实时跟踪其各级生产计划的执行状态,每一张路线单都能在线反向追溯其需求合同的具体要求。

       创造并应用了工位作业单管理模式。每个操作者都开始执行加工任务接收确认和实物接收确认(合称工序接收确认),每个生产管理者能够在线查询每台设备的任务负载和零件明细,每个生产工位的作业顺序得到进一步明确、任务时限要求更为清晰、当日可执行任务得到了动态宏观调控。所有机加工位、外协单位、特殊工序工位、专检工位和备料工位都开始有序作业,所有物料在工位之间的流转过程有了时间和位置数据。生产管理的颗粒度从车间级深化到了工位级和工序级,时间管理的维度从周细化到了天。

       所有操作者工时收入、所有车间委托费用、所有外协加工费用全部实现了在线统计、打印和导出。任何操作者都能够在线实时统计自己在过去任何一个时段内的工时收入汇总,也能够实时在线查询自己在过去任何时候的工时收入明细。

       所有生产口员工全都开始围绕制造执行系统开展工作,有下发调度指令的,有统计工位任务负载的,有分析车间调度问题的,有查询加工任务的,有浏览图文档的,有来料接收确认的,有反馈生产异常的,有跟踪生产进度的,有定位物料所在位置的,有监控设备状态的,有传输数控程序的,有统计加工工时的,有外协加工任务的,有统计委托费用的,有调用检测规程的,有录入检测数据的,有打印质量报告的,有追溯生产过程的,有打印标记标签的,等等。

       总之,全员在参与、全员有收获,全员有提高,人人都享受到了制造执行系统带来的便利功效。

3.效益分析
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       3.1 图文档应用网络化

       制造执行系统(MES)通过集成产品全生命周期管理系统(PLM),全面实现产品设计图文档在线应用(受控)。应用过程包括:采购、铸造、零件加工、产品组装和质检等全生产过程。图文档包括:BOM、设计图纸、工艺文件、数控程序、检测标准、体系文件等。

       达到:人员配置更精简、文档查阅更方便、版本控制更有力、质量成本在减少。

       3.2 零件下料过程管理智能化

       软件代替人力,自动生成、自动派发、自动维护下料任务

       以生产宏观调控措施、零件生产计划、下料业务规则为依据,构建基础数据、设计软件算法、开发应用软件功能,自动识别、选择下料任务(下料件和锻件),自动计算计划下料完成日期,自动生成计划下料任务,自动指派下料人员;自动分析、发现和抛出各类异常数据,并在异常数据得到完善后自动补偿性追加相关下料任务;自动响应生产宏观调控、合同交期变更、零件生产计划变更、更新或追加或撤销下料计划,始终保持下料计划与项目计划、零件计划的一致性。

       开发应用下料作业单、下料实时作业监控看板,使下料任务得到量化、有序化和可视化

       每项下料任务及其执行状态,以手机版“下料作业单”、大屏版“下料实时作业看板”两种方式同时呈现。使未来下料任务、当日应完成下料任务、当日已完成下料任务、逾期未完成下料任务都得到量化、有序化和可视化。

       一是实时预告未来任务,监控原材料可用库存;二是,实时显示当日应完成任务和逾期未完成任务,监控必保下料任务执行。

       MES-APP提供“缺少料反馈”功能,下料人员通过手持终端扫码反馈因缺料、少料而无法按期完成的下料任务,自动呈现到“下料实时作业看板”上,方便监督和解决。
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       完善原材料一物一标、炉批号采集方法,实现从零件到原材料精准可靠追溯

       以原材料既有一物一标工作为基础,进一步规范原材料进厂检测过程,从源头(化学成分分析)建立原材料炉批号数据库和理化检验记录数据库。通过补充和实施“原材料炉批号二维码标签” ,对原材料执行“一物一标、一物两码”管理(检验合格二维码、炉批号二维码)。每根原材料都用二维码准确标记其到货批号、材质、规格、检验结论、炉批号等关键质量信息。 
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       MES-APP提供“扫码采集炉批号”功能,下料人员通过手持终端直接扫码采集原材料炉批号、关联炉批号到路线单号。

       此过程建立从零件到原材料追溯的关键质量数据链。为在线追溯质量和输出质量文档,奠定坚实基础。

       基于制造执行系统(MES)和质量数据库,从路线单号出发,通过与其直接关联的炉批号,可直接查找到原材料的化学成分分析记录、机械性能检测记录以及其它检测记录。

       至此,公司在真正意义上,通过信息化实现了从零件到原材料的精准可靠追溯。
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       改进下料工作绩效考核方法,提升零件下料按期完成率

       一是,将路线单打印工作随同下料任务一起,移交给下料人员按需自主打印(受控)。即节省时间,又方便下料。二是,将炉批号扫码采集时间,视为实际下料完成时间。系统通过比较实际下料完成日期、计划下料完成日期,自动判定每项下料任务的逾期状态和完成状态。使量化、考核、激励下料班实际工作绩效有了基础。三是,开发和应用“零件下料工作量统计”功能模块,支持多条件统计、导出下料工作绩效数据,包括:下料任务项数、件数、计划下料完成日期、实际下料完成日期、下料人员、逾期状态、完成状态、按期完成率等汇总和明细信息。四是,将下料按期完成率作为对下料人员工作绩效的考核指标,激励和控制实际下料工作“以计划为中心” 有序进行。

       提高了下料按期完成率、提高了原材料有效利用率、提高了下料人机利用率。

       改进下料完工消息传感方法,提高零件领料及时性,保障零件及时投产开工

       制造执行系统(MES)在下料完工确认后(采集了炉批号),自动将实际下料完成时间和数量等消息,传递到手机版“零件领料作业单”和大屏版“零件领料实时作业看板”,刷新其中相关领料任务的“备料完成状态”,告知车间转序人员及时领料,提醒车间管理人员关注投产。

       提高了人员感知下料完成状态的能力,提高了零件领料投产的及时性。
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       3.3 生产过程可跟踪

       通过全面采集生产任务的实际开工时间、实际完工时间、操作人员、加工设备、质量测量等绩效数据,实时在线跟踪订单的原材料采购进度、毛坯铸造进度、零部件生产进度、物料配送、整机装配、打压调试、包装发运等进度。也有能力实时在线跟踪每个人机作业工位的任务完成情况、质量合格情况、变更执行情况和异常处置情况。

       3.4 生产过程可追溯

       采用条形码、无线射频电子标签(RFID)等信息技术,对原材料、毛坯、零部件、整机、包装箱等实物,实行全过程 “一物一码、一物一标”,赋予产品零件唯一的“电子身份证”,采集、移植、继承不同阶段的产品质量数据,保持信息流与实物流一致,自动形成产品质量数字档案。支持按合同编号、产品编号、批次号等关键字,可在线追溯单台产品全部生产过程。质量数据永久性存储,终身保持原始状态,为用户建立长期的产品档案。

       3.5 生产过程可调控

       通过宏观调控“当日可开工任务窗口”大小,将每日可开工任务调控在特定范围之内,防止车间过早开工。避免不合理占用和消耗物料、人员、机器、场地、器具等生产资源,高级别规避资源争用,盘活和有效利用可用产能。项目计划调度中心根据交期临近和实际生产进度,灵活调控订单生产优先级,控制生产活动向计划进度回归。调控措施张弛有度,调控指令直达工位,全面自动响应。

       3.6 绩效统计在线化

       MES基于生产过程大数据和算法,全面接替人力执行所有生产绩效统计工作。例如:在制数量统计、在制金额统计、操作者工时统计、外协费用统计等。每月盘点核算时,车间管理人员实时在线完成统计工作(秒速)。

       3.7 质量报告可实时在线输出

       构建了一整套符合质量管理体系要求的信息化质量报告模板。在控制阀整机完工检验通过后,MES自动提取、关联并聚合不同生产阶段的产品质量数据,自动灌入质量报告模板,按用户需求有序输出产品质量报告。彻底替换了人力检索质量数据、编制质量报告的工作模式。
 
责任编辑:魏蝶
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