案例 | 借助MES系统实现粉末冶金产业智能制造转型

粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金制品的应用非常广泛，从普通机械制造到精密机械；从五金工具到大型机械；从电子工业到电机制造；从民用工业到军事工业；从一般技术到高端技术，均能见到粉末冶金工艺的应用。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。

某新材料有限公司为国内粉末冶金机械零件制造产业的领头羊㠏康，集研发、生产、销售为一体的专业化粉末冶金制品生产公司，是“国家重点高新㠏康”。随着公司业务的持续拓展与深入、数字化生产制造工厂建设目标，㠏康对信息化系统的建设提出了更高的要求。目前在生产管理和信息化方面存在如下不足：

生产数据采集不及时和批次追溯的困难

数据监控不完整

文档管理问题

现场产品作业指导书等工艺文件，目前均为纸制版本，文件的有效性和版本控制困难；产品的质量管理现场均通过放置质量管理单据管理，产量质量管理需要通过查验单子进行管理，亟待电子化、无纸化作业；

现场异常响应速度慢

现场异常报警通过现场管理，无报警记录、报警响应以及异常处理记录信息，平台信息化管理水平低，且缺少异常升级预警；

这些问题都极大地限制了公司智能化车间的发展。而导致问题的主要原因在于生产信息化、采集自动化、管理精益化没有深度融合。为解决以上生产制造过程中的问题，公司选择借助MES系统实现粉末冶金产业智能制造转型，基于“三化融合”思想打造具有示范性、先进性以及可扩展的数字化车间，最终实现信息化、自动化、精益化与现场制造过程的无缝结合。

粉末冶金工艺比钢铁冶炼流程短，和其他制造工艺相比，粉末冶金的材料利用率和能耗均为最优：

1、粉末冶金工艺使用范围十分广阔，特别适合大批量中小零件的快速生产。

2、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。

3、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成本，特别适合大批量生产的中小零部件。

4、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。

5、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本。

生产制造MES系统的建设主要为实现以下目标：

数字化车间的建立基于现场计划、工艺、生产、物流、质量、设备数据采集、人员、物料的配送的人、机、料、法、环、测关键因素数据的采集，所以，各关键因素的数据采集将是系统是否可以满足规划的重要要素。 

考虑到智能化产线、车间的建设将来会在全厂及子公司铺开，因此在实施数字化制造管理系统时，既要满足现㠏康对目前的数字化管理的功能需求，又要对㠏康未来系统的可扩展性提供足够的支持。以下是生产制造管理MES系统建设功能：

图 生产制造MES系统建设功能

• 平台架构上

生产制造管理MES系统设计最初就定位于柔性的可定制平台，结合在产业方面积累的丰富的组件库，使用可视化的快速建模工具，实现针对㠏康个性化需求的快速定制和定制后的变更。为不同信息系统间的集成建立标准化的、统一的集成接口，以满足㠏康不断提升的集成需求与扩展需要，并且与其他系统建立标准的协作规范，以利于㠏康信息化的不断深入发展。

• 业务功能上

系统功能业务层面将涉及到整个车间生产管理（上料、成形、烧结、机加、外协、包装入库等）、质量管理（黄单、不合格品、评价审核、返工返修等）、计划管理（审核、发布、工单调整、排台等）、文件管理（工艺文件下发、作业指导书等）、首件检验、设备PM管理（维修保养点检等）、数设备数据采集、人员管理（人员技能、绩效等）等业务场景需求，能完全满足公司生产业务需求。具体业务流程规划如下：

1、实现混粉上料校验与成形工序报工批次的自动化

系统上线运行后，混料粉员通过手持终端扫描粉牌号、设备号进行上料，系统自动校验上料粉牌与当前开工工单粉牌一致性；粉牌批次不同时，系统自动生成新批次号，成形作业员也可以根据实际需要，如班次变化、模具更换、人为另设等情况，为报工设立新的批次号。

作业员报工时，系统自动记录该产品报工时的设备各采集数据（如节拍、状态、温度等各参数指标），其将作为后续的产品质量排查依据之一。

作业员可通过系统PEC操作界面时时反馈现场异常信息，如质量问题、设备问题、物料短缺等问题，若异常等级达到一定级别后，系统自动将该异常反馈至相关责任人，通过异常等级控制，确保异常的问题的有效管控。

2、实现计划排台自由化与生产报工实时反馈

系统自动同步上位系统的传送的产品生产工艺路径，计划员可根据工单的生产需求，进行排台作业，支持一单多工作中心。排台完成后，现场操作工，可以看到登录工作中心的计划排台顺序，操作工根据工单顺序进行生产报工作业。

系统支持工作中心的计划顺序调整，若生产设备发生故障时，可将工单排台到可正常生产的工作中心，实现生产工单的无缝生产对接。

现场作业员的报工数据，可以实时反馈到管理人员的查询界面，系统通过多种纬度及方式展示各生产、质量统计报表。

3、产品追溯颗粒化，数据透明化

在实施系统之前，现场产品流转、质量管控通过批次号且无条码标识，无法做到产品全生产过程中的跟踪，当产品异常或返工返修后，只能按照批次号进行反向追溯，涉及产品大，严重时会影响整个产品的生产以及交付。

使用系统后，产品从成形工序报工开始，每个产品车、托盘均以唯一的二维码标识，烧结报工后，生成托盘全过程流转单，每个单据拥有唯一编号。确保各道工序的流转、质量管控、车运、店铺存储等各状态下最小管理单位。

产品异常时，可通过托盘二维码反向追溯该产品下的各道工序生产状态及数采信息，为产品的锁定及追溯层级提供可靠的数据依据，并以此实现产品生产的全追溯。

4、质量管理无纸化

使用前，品质管理人员（巡检员、质量检验员）对现场不良品开具黄单或评价单等，标识产品问题，控制流转，当发生不良较多，锁定产品时，因追溯单位为批次层级，只能按照批次、生产时间对产品进行锁定，而且产品无法快速有效的进行反向追溯。

使用系统后，产品流转单位为唯一二维标识码的托盘（工序全工序流转单），巡检员通过扫描流转单二维码进行不良品的录入与判断，通过系统线上评定产品的处理结果以及流转工序，系统自动采集质量过程数据，并在不同纬度和层级进行不良品信息的展示与统计。

5、实现了工艺文件的自动推送以及版本控制，防止作业员使用错误的工艺文件

在实施系统之前，工艺文件均为纸制版，新版的工艺文件通过人员进行派发，极易造成各设备作业员使用的工艺文件与新版要求的工艺文件不同，进而造成实际生产产品的差异。

使用系统后，工艺人员通过MES系统对不同工位、不同设备进行工艺指导文件、作业指导书的上传、版本的禁用/启用等维护操作，进而对各文件的管理达到统一的版本化要求，避免现场作业员因文件的不同而造成生产产品的浪费。

6、实现了设备状态监控及设备参数的采集

通过SCADA设备数据采集系统进行集成，系统可对设备的工况信息（状态、温度、工艺参数等）进行实时采集，并基于采集到的数据信息，进行多维度的统计分析，并将结果以可视化的方式进行展示，为生产人员及设备使用人员提供必要的数据支撑。

7. 实现了生产过程数据透明化

作业员通过MES系统PEC操作界面，扫描录入实现报工数、不良品、报废品等数据，并通过现场集成、检验设备集成，系统自动采集相应的生产过程、检验过程信息，并进行报工反馈。实现生产过程无纸化采集，也可以数据的准确性、完整性，便于后续进行生产数据追溯查询。同时，通过生产看板可以反馈生产进度，最终实现了生产进度的透明化、智能化过程控制。

8、看板可视化展示，提升数据实时有效性

系统可基于自动采集到的数据进行统计分析和可视化展示，用于帮助管理人员查询和分析生产情况，为决策提供有效依据。为方便报表展示和车间现场目视化管理，可以在车间的显示屏上轮播显示这些看板，并可根据实际需要设置需要展示的看板。

图 车间可视化看板

某新材料有限公司为粉末冶金产业先进㠏康，是国内应用生产制造MES系统的第一家在粉末冶金公司，通过MES系统的应用，实现快速有效解决现有的困难点问题，并通过MES系统的实施与系统集成，打造数据字生产车间，帮助㠏康优化现行的管理流程和模式。实现对工艺BOM、产品流转、产品追溯、数据采集以及产品流转作业进行了实时掌控与把握，对后续的产品生产作业优化以及产品质量持续改善，提供有力的决策数据。