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MES在铜板带、铜箔产线上的应用

有594人浏览 日期:2019-09-27放大字体  缩小字体

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 依据中高精度板带产线MES实施现状,介绍了制造执行系统(MES)在有色铜加工行业实现自上而下全面制造管理实际应用概况;分析了该系统针对有色属加工行业的加工工艺复杂、生产流程多变、自动化程度相对较低的普遍情况,所对应具备的先进、合理的技术架构及适用、有效的功能设计特点。

0 概述

在全球金融经济危机的大社会环境下,有色金属企业的生产环境发生了很大的变化。企业为了生存和发展的需求,在生产经营管理方面,从重视现场操作发展到自上而下的全面制造管理过程,同时对信息化建设提出了更高的要求。在生产制造领域,“敏捷生产、柔性制造”,“JIT准时生产”及“协同生产”等理念得到了广泛认同和大力推广,并融人到了ERP、SCM、CRM、APS、MES等相关软件中。企业通过应用这些软件,将市场、供货商和合作伙伴的相关业务和企业内部的生产、质量控制等都纳入了企业管理的范畴,使得企业能够更加迅速地了解外部市场和自身的运营情况,统筹安排企业各类资源,从而快速响应客户个性化需求。国际、国内主要流程制造企业,如美钢联、新日、宝钢等,均逐渐形成了以ERP+MES+PCS”为体系架构的企业信息系统。其中,制造执行系统MES是介于上层经营管理系统与底层工业控制之间的面向车间层的管理信息系统。在大型制造企业,MES的应用有助于对生产制造过程进行优化管理。以下拟以中铝上铜高精度板带产线MES为例,介绍MES在铜板带、铜箔产线上的应用。

1 高精度铜板带制造执行系统(MES)
中铝上海铜业有限公司是在原上海有色金属集团公司铜加工、贸易板块的基础上组建而成,是中国铝业公司控股子公司。高精度铜板带改扩建工程位于该公司吴淞厂区。工程建设投资108 875万元。该项目主导产品以电子行业大量需求的高端产品为主,目标为目前国内市场急需、市场潜力大、主要依赖进口的高精度铜板带材。工程的建设规模为70 Kt/a其中三车间改造新增产能10 Kt/a新建(与中铝大冶公司配套的)铜带车间设计生产能力60 Kt/a。项目完成后,中铝上海铜业有限公司铜板带生产规模将从目前的50 Kt/a增加到120 Kt/a。
根据制造行业信息化建设的理论和实践经验,结合企业高精度板带工程的实际情况,中铝上铜构建相应的高精度铜板带制造执行系统(简称铜板带MES系统)。该系统采用了基于过程与时间的一体化集成技术、基于敏捷制造的一体化集成技术和基于构件化设计的软件开发技术,具有适用性、灵活性和有效性的功能特点。其应用模块主要包括订单管理、质量管理、生产合同管理、作业计划管理、物料跟踪与实绩管理、仓库管理、发货管理、轧辊管理、现场设备管理、备品备件管理、能源消耗收集及工序成本管理等。
铜板带MES系统向上接收ERP系统下达的销售合同,经过质量设计、合同计划、生产调度和物料平衡等过程组织生产,并收集和加工处理实绩信息,及时呈报ERP系统。向下将生产指令下发给各Pcs,收集各工序生产实绩、过程控制参数。系统上下连通现场控制设备与企业管理平台,前后贯通所有产线,实现铜板带、铜箔生产全过程的一体化质量设计,完成计划与物流调度以及现场的生产、质量的控制与管理。总体架构如图1所示。
2 应用系统特色

2.1 生产组批优化
中铝上铜高精度板带产品价格主要为原材料价格加上加工费的形式,电解铜等主要原材料价格对公司产品的价格影响重大,且外购冷轧戴坯在产品库存越大风险越大。因此销售订单存在小批量、多品种、多规格趋势,生产组织则完全基于订单的客户化方式。然而从降低库存及余材、最大化利用产能的角度出发,生产组织要求尽可能批量投料、批量加工,因此在生产过程中就产生了归并订单、组批生产的需求。订单的合并处理一直没有很好的办法,靠制造部门计划人员的经验进行人工处理。
  为了解决这个问题,中铝上铜参考钢铁企业炼钢-热轧生产计划中连铸区组批、厚板组批及铝加工的虚拟组卷等生产组织方式,建立了铜加工的生产组批优化。组批有PUSH和PULL两种模型,即一种从消化余材角度出发,按材料组批(原料、余材组批);一种从满足订单及交货期考虑,以合同为单位组批(虚拟材料组批)。每种模型可实现多种方式的组批套裁;既可以对单个合同组批,也可以对多个合同组批;原料组批可以仅纵切,可以仅横切,也可以纵横组合。套裁示意如图2。

  生产组批之前,需要设定订单之间的可组批原则规则库、订单与材料之间的可匹配关系规则库、成品与原料关系规则库。选定组批模型、套裁方式后,经组批设计,形成组批初步设计结果。针对设计结果,计算组批基准收得率及命令收得率,若收得率满足生产设定需求,则组批结果正式建立。根据组批结果,重新进行组批合同的生产设计,如宽度损失量、切边量等相关生产数据,形成可组织生产的组批合同。

2.2 铜加工行业技术知识库
在MES中设计制造规范知识库,将技术质量部门所管理的所有工艺流程、工艺控制参数、品质要求等等关键数据进行合理组合,形成中铝上铜铜板带、铜箔行业技术知识库集合,同时,从产品质量策划着手,以国家、行业、厂级规程和质量控制要求为依据,在满足用户需求的前提下,按照产品系列以生产质量为中心,设定生产制造全过程的产品规范体系、制造规范体系,以充实知识库内容。通过MES系统,将产品规范要求带人销售接单、接单后合同处理、生产制造、检化验、质量判定和质保书等制造及检验全过程,实现规范生产控制及管理的目的。
    制造规范库的建成,彻底改变了由计划调度人员根据经验设定生产路径,人工下达过程控制参数的生产组织方式;改变了检化验过程由质检人员根据产品工艺标准确定取样机组、取样方式、检测项日、检测方法,检化验数据经人工采集后,依据质量管理部门下发的产品执行标准进行判定的状况。
    制造规范知识库将质量一贯制管理贯穿于铜加工的全过程。通过建立制造规范体系,将用户的订货要求及统一的制造标准(国家标准、国际标准、企业标准等等)转换为铜加工的丁艺流程及具体的工艺参数,细化生产过程的质量要求,最终实现了合同的生产过程完全按照质量规范要求进行,确保工序质量的一致性,为提高产品质量提供了保证。

2.3 精准库存跟踪
  有色金属为高价材料。因此物料跟踪是中铝上铜关注的重点之一。为了避免生产过程中物料的丢失、浪费,MES建设之初就设计了无线数传模块:外购冷轧带坯采购入库时贴条码标签,无线手持机实时扫描,进入MES原料库存。物料生产过程中所有库位移动,例如生产上料、产出入库、发货出库等,均通过过程控制系统上传跟踪信息或者以操作工使用无线手持机扫描库位号+卷号方式,在第一时间反馈到MES系统,实现全面实时的物料库存及库位跟踪。

2.4 管控一体
  中铝上铜采用数据就源获取方式,重视数据来源的准确性、及时性。为了保证数据正确及时采集,减少人为因素f扰,不影响生产执行效率,中铝上铜强调制作执行系统(MES)与周边系统,特别是PCS过程控制系统的实时通信。铜板带和铜箔产线的所有主线过程控制系统都实现了与MES系统的实时数据交换,真正做到“管控一体”,即通过MES系统上下连通现场控制设备与生产制造管理层,贯通全产线的计划、物流、现场的生产、质量的控制与管理。中铝上铜不仅仅重视生产加工过程数据的实时收集,对于重要的工器具,例如轧辊的计划、使用、磨削情况也通过MES与磨床、轧机等PCS层计算机系统信息交互,直接进行管理和信息收集。电作为铜加工主要的能源消耗,同样实现了高峰、低谷不同时段的使用量由下位机直接发送到制造执行系统(MES)。

3 结束语
发展高精铜业是中铝公司实施节能减排、可持续发展和完善产业链的一项具体措施。中铝上铜高精度板带项目对提升我国华东地区高品质铜加工材以及发展深加工产品具有重要意义。中铝上铜为提升企业竞争力,谋求企业的可持续发展,在进行工程项目改扩建的同时,重视与之配套的信息化系统的建设,并利用信息化建设的契机,对制造执行及管理过程进行了优化,实现r将质量设计到产品中的理念。其高精度板带产线MES系统在管理层和执行层之间实现信息上传下达,为管理层做生产决策提供切实依据,使得执行层得到清晰明确的生产指令,解决了生产与管理之间的断层问题,达到了先进的生产线配以先进的信息化系统的系统建设初始目标。

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