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作者：老谢，来源：老谢聊智造，本文经授权发布
✎导 读
近年来，随着信息技术的快速发展和智能制造概念的兴起，越来越多的传统行业开始探索数字化转型之路。铜拉丝加工行业作为金属加工领域的重要组成部分，也逐渐意识到数字化转型对于提升生产效率、优化生产流程以及降低成本具有重要意义。今天分享一个因内转型较为成功的铜拉丝企业的数字化工厂建设历程。
铜拉丝加工作为金属加工行业中的一个重要分支，在国内乃至全球工业领域都扮演着不可或缺的角色。特别是在高导材料领域，铜拉丝加工更是发挥着重要作用。
铜作为一种传统的金属材料，其拉丝加工技术早在古代就有应用。随着工业化进程的加快，铜拉丝加工逐渐被引入现代工业生产之中。中国作为世界上最大的铜生产和消费国之一，铜拉丝加工行业也得到了迅猛发展。
经过多年的发展，铜拉丝加工行业已形成了完善的产业链条，涵盖了从原料采购、加工制造、到产品销售等各个环节。在这个过程中，不仅促进了相关产业的发展，也为整个工业领域提供了重要的支撑和保障。
高导材料是指导电、导热性能优异的材料，铜作为其中的重要代表之一，被广泛应用于电力传输、通讯设备、航空航天等领域。其优异的导电性和导热性使之成为众多高科技产品中不可或缺的材料之一。
在现代工业领域中，电子产品、新能源设备、交通工具等诸多行业对高导材料的需求日益增长。而铜拉丝加工行业作为高导材料供应链中至关重要的一环，承担着满足市场需求、推动产业升级的重要使命。
近年来，随着信息技术的快速发展和智能制造概念的兴起，越来越多的传统行业开始探索数字化转型之路。铜拉丝加工行业作为金属加工领域的重要组成部分，也逐渐意识到数字化转型对于提升生产效率、优化生产流程以及降低成本具有重要意义。今天分享一个因内转型较为成功的铜拉丝企业的数字化工厂建设历程。
一、项目工厂背景
本案例中的工厂位于浙江杭州市某经济开发区，工厂设计铜加工总产能10万吨，一期年产5万吨，以铜拉丝高导材料加工为主，加工工序包括大拉、中拉、小拉、微拉、多头拉、绞线、退镀、热镀锡、电镀锡等。工厂制造车间为四层厂房。一楼为重型生产设备包括大拉机、中拉机、多头拉丝机，二楼为绞线机，三楼暂时预留、四楼为退镀、镀锡、小拉、微拉、并丝等设备，电镀工厂规划在异地电镀园区。
图/某铜拉丝加工企业工艺路线规划
为了打造行业一流企业，该公司决定在工厂筹建的同时将数字化、智能化同步规划，其设计规划通过MES技术来实现车间制造运营管理一体化。MES系统的实施旨在将生产数据流、工艺流、物流进行有机统一，实现涵盖计划、生产、质量、物料、设备管理的生产制造过程管理一体化，保证企业车间实现生产柔性化、流程规范化、过程透明化、质量可溯化、设备联网化、系统集成化，同时考虑实现部分工序全自动化生产。此次MES项目的业务范围主要包括基础数据建模、生产计划管理、生产执行管理、物料管理、质量管理、设备管理、看板管理、经营报表等。
二、项目需求分析与系统架构设计
本项目工厂属于材料加工行业，是典型的离散制造企业，具有按订单制造，多品种、小批量的生产特点。其中，拉丝是其重要的工艺环节，其产品加工的前道工序通用性比较强，可实现规模化生产，后道工序需结合客户订单要求进行小批量生产，如何实现产品的标准化、模块化以及工艺标准化和产线的柔性化来改造并提升产能是这次项目关键任务。
本案例工厂MES系统的建设需求重点包括以下方面：
1.该项目建设将作为整个集团数字化、智能化工厂的样板，有助公司转型升级，提升产品工艺及生产技术，成为行业标杆，同时为其他子公司提供推广示范与借鉴。为此需要平台化、可配置的MES系统来支持产品工艺的调整变化和多工厂快速部署的功能。
2.工厂通过MES系统建设，支持工厂实现按需、准时拉动流水作业模式。在实现库存最小化。和准时生产的同时，保证产品的及时交付。
3.合理充分地应用数字化、自动化、智能化技术与设备，实现生产作业、物料识别与配送、质量检测及其数据采集的自动化、智能化。减少违规操作，提升安全水平，避免因质量问题造成的客户投诉，帮助企业改善成本，提升产能，提高客户体验。
4.通过与数字化装配的集成，以及与ERP、WMS等系统的集成，实现设计制造一体化、生产操作智能化、物料配送自动化、质量控制规范化、生产过程可视化，提高数字化工厂的整体效能，全面提升企业的生产管控能力、质量控制水平和订单交付能力。
根据上述企业需求的分析，项目组对整个数字化工厂以层次结构为设计框架，设计以计划层、执行层、控制层为主体的三层架构模式，其MES为本次项目的核心层，整个项目在实施中需要通过分步建设，逐步搭建数字化、智能化生产执行和多层级、一体的生产运营协同平台。
图/某铜拉丝加工企业数字化工厂架构设计方案
1.计划层：项目在整体数字化架构中的计划层决定采购国内某知名厂商的ERP，其功能模块包括销售管理、采购管理、仓库管理、财务管理、MRP等，厂商实施按企业设计需要提供系统接口，厂商安排实施人员参与整体数字化的实施工作。
2.执行层：项目在执行层决定与国内有行业经验的MES厂商合作，通过厂商提供的MES平台进行功能配置与二次开发。通过MES接收数字化计划层的ERP生产订单制订详细的车间任务派工由车间产线执行，编制物料配送计划，建立物料队列由立体库、AGV执行，并获取生产、物流执行完成情况传递给ERP等系统。向下通过与控制层和应用层的条码、RFID、SCADA等集成连接数字化、智能化设备。实现从车间计划调度、生产执行到现场管理等核心生产制造业务 ，以及物料配送、质量控制、设备管理与联网监控数字采集、工装与劳动资源管理等支持业务的数字化和智能化，以支撑数字化、智能化的实现。
3.控制层：项目控制层以生产设备、智能设备厂商的自带控制系统为主，由公司统一规范数据接口实现整体集成化。
本方案设计特点：
1.设计、设计、执行、控制一体化协同。通过跨系统、跨组织、跨层级的整体协同，实现准确的生产作业计划、全面的生产准备检查、高效的生产调度协调、实时的设备集成数据采集和监控。同时通过系统对各种精益技术的支持，如看板、防错防呆、自动化等，消除和减少了生产过程的波动和异常带来的影响。
2.智能化、精准化生产与物流作业控制。应用自动化、智能化生产、物流、检测设备和装置，将适宜的信息化技术，如机器人、智能读码、智能验证技术，融入生产制造、物料存储配送、质量检测等作业环节，实现了自动化、智能化生产。
3.垂直打通，建立生产运营管控与生产执行的联系。通过生产运营监控平台和动态报表实时汇集生产执行过程数据，可视化地监控和调度企业各生产组织协同运作，获取和分析生产绩效，支持持续改善生产作业活动、消除浪费。
4.水平打通，实现跨部门、跨车间和业务协同。通过与ERP等系统的集成，使技术变更、异常处理、质量问题、设备故障等业务流程能直接延伸到生产一线，形成完整的控制闭环管理，确保了“人、机、料、法、环“生产要素的统一协调。
5.全过程、全方位的实时跟踪、控制与追溯。以关键信息如订单号、产品号、SN号等为基础，将这些关键信息条码化，借助物联网和条码技术采集信息，同时将作业规划、质量标准数字化。
6.整体方案与系统的可优化、可扩展、可移植。本方案以MES智能制造平台为基础，支持多工厂、多产线的生产组织架构，可以自定义从公司、工厂、车间、产线、到工位等多级架构。提供参数配置、自定义脚本、二次开发平台等进行系统扩展与客户定制化的功能，系统具有调度柔性。
三、项目系统集成
为了预防出现数据孤岛，本项目从设计开始就要求实现所有数字化产品集成，规范所有数字化产品接口定义。本项目以MES为数字桥梁，向上计划层与ERP集成，向下控制层与AGV、SCADA等与智能设备、生产设备集成。
1.与ERP系统集成
本项目MES与ERP的集成分为两类数据：动态数据和静态数据。静态数据集成的内容包括物料、员工、部门、供应商、客户等基础数据信息；动态数据集成的内容包括生产订单、报工数据、物料配送数据、库存变动等。
图/某铜拉丝加工企业ERP与MES数据接口与数据集成设计示例
制造数据，即将ERP物料、员工、部门、供应商、客户等基础信息传递到MES，用于MES的基础数据定义。
生产订单，即将ERP计划生产订单同步到MES，用于生产调度与任务派工。
工序完成进度，即MES将生产完工的进度信息反馈给ERP由ERP完成成本核算。
物料库存信息，即将ERP物料库存、在途信息等传递给MES用于生产齐套检查。
物料交易信息，即MES反馈物料线边库、立体库出入库交易信息给ERP。
2.与AGV系统集成
MES与AGV系统集成的主要目的是将物料配送需求传递给AGV，并获取AGV物料配送执行结果。
物料配送需求，即MES传递已经下达生产派工的物料配送需求信息给AGV，包括工单号、物料号、数量、配送时间、需求工位、存货库位等信息。
物料配送结果，即AGV将配送执行结果反馈给MES。
3.与SCADA系统集成
MES与SCADA系统集成的主要内容是设备状态、工艺参数等信息，集成方式采用API、Web Service、数据库中间表，信息集成的内容包括：
设备状态信息，即SCADA将设备状态、故障信息反馈给MES。
生产加工信息，即MES将加工任务、制造标准工艺等参数传递给SCADA，SCADA将执行过程中的工艺参数实际值反馈给MES。
本次MES系统的实施，将企业制造车间的生产数据、制造工艺、物流进行了有序统一，实现了涵盖计划、生产、质量、物料、设备管理的生产制造过程管控一体化，保证了车间生产柔性化、流程规范化、过程可视化、质量可溯化、设备联网化和系统集成化。MES系统的实施运行，不仅降低了生产成本，改善了产品质量，还提升了异常反馈速度和管理流程，减少了因缺料造成的现场停工，提高了生产效率，提高了客户对企业的满意度，为企业集团的数字化、智能化工厂建设奠定了坚实的基础。（本文完）
转自公众号：工业4点0
