汽車沖壓模具前景及模具MES-M系統(tǒng)管理軟件解決方案

  汽車沖壓模具是汽車生產的重要工藝裝備，其設計和制造時間約占汽車開發(fā)周期的2/3，是汽車換型的主要制約因素之一。汽車沖壓模具具有尺寸大、工作型面復雜、技術標準高等特點，屬于技術密集型產品。過去汽車沖壓模具普遍采用單工序模和復合模的結構設計，而隨著技術進步和裝備水平的提高，能夠降低成本、提高生產效率的多工位模、級進模逐漸應用于汽車沖壓模具的設計制造中，成為汽車沖壓模具制造技術的發(fā)展方向。

    沖壓模具是對原材料進行加工，賦予原材料以完整構型和精確尺寸的加工工具，主要用于高效、大批量生產工業(yè)產品中的有關零部件。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，模具的應用越來越廣泛，在汽車、電子、儀器儀表、家電、航空航天、建材、電機和通訊器材等產品中，約60%-80%的零部件都要依靠模具加工成型，因此被稱為“工業(yè)之母”。

    汽車沖壓模具行業(yè)的發(fā)展與下游汽車工業(yè)的發(fā)展息息相關，下游汽車行業(yè)的穩(wěn)步快速發(fā)展將極大推動汽車沖壓模具行業(yè)的發(fā)展。汽車行業(yè)的穩(wěn)步快速發(fā)展為汽車沖壓模具行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境在汽車的生產過程中90%以上的零部件需要依靠模具成形，制造一輛普通轎車大約需要1,000至1,500套沖壓模具。下游汽車行業(yè)的穩(wěn)步快速發(fā)展為汽車沖壓模具行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境。

一、汽車模具生產特點

模具作為汽車產業(yè)的重要工藝裝備，是汽車制造業(yè)的工藝基礎，由于產品本身的復雜性，及其典型的單件訂單生產方式，決定了其生產不同于一般產品，特點如下：

(1) 面向訂單生產。由于訂單規(guī)格、數(shù)目、交貨期變化大，每個產品都有其特殊性，從產品訂貨決策到制造全過程，每一套模具都具有一定的獨立性，企業(yè)必須按訂單組織生產。

(2) 生產進度難以控制。由于產品是單件生產，幾乎每個產品都需要重新進行設計、工藝、技術預備等工作，因此經常無法及時把握生產進度變化，難以控制整個生產過程。

(3) 計劃多變。由于產品種類繁多，影響生產過程的不確定因素多，經常出現(xiàn)緊急訂單、設備故障、零部件返工返修等情況，使得計劃多變，甚至出現(xiàn)計劃跟不上變化，與生產實際脫節(jié)的現(xiàn)象。

(4) 生產治理困難。模具制造過程復雜，并且生產過程中不確定因素多，憑經驗調度無法保證整個生產過程的協(xié)調，過程控制困難，治理難度大。

二、汽車模具行業(yè)信息化應用現(xiàn)狀

目前，我國汽車模具行業(yè)信息化建設剛剛起步，網(wǎng)絡化、信息化發(fā)展水平還比較低，經過具體調研，發(fā)現(xiàn)主要存在以下題目：

(1) 車間治理主要依靠人工進行，無法實現(xiàn)生產過程中海量數(shù)據(jù)的有效治理，難以保證各個生產活動所需信息正確一致，難以及時、快速響應生產動態(tài)變化。

(2) 大部分汽車模具企業(yè)網(wǎng)絡化程度較低，“信息孤島”現(xiàn)象突出，各個部分的數(shù)據(jù)不能實時共享，從而影響了企業(yè)數(shù)據(jù)的一致性和正確性，嚴重阻礙了模具產品的開發(fā)效率。

(3) 模具生產過程缺乏有效地監(jiān)控，無法實現(xiàn)制造過程信息及時反饋，難以及時把握生產進度和生產能力，難以對在制品進行有效跟蹤。

上述題目的存在，不利于車間生產過程信息的集成與共享，嚴重阻礙了企業(yè)信息化發(fā)展水平的進步，從而影響了企業(yè)生產效益和競爭力的進一步提升。

三、汽車模具行業(yè)MES系統(tǒng)結構

以大型關系型數(shù)據(jù)庫技術為基礎，采用面向對象技術、軟總線技術，建立開放的、靈敏的制造執(zhí)行系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對生產信息的監(jiān)測、控制以及生產過程的優(yōu)化治理。

頂層的計劃層是MRPⅡ/ERP等系統(tǒng)，其作用是治理企業(yè)中的各種生產資源、制定廠級生產計劃等，主要負責企業(yè)活動的計劃與生產決策。

處于中間層的是MES系統(tǒng)執(zhí)行層，主要負責生產計劃的執(zhí)行與控制。

生產控制層包括DCS（分布式控制系統(tǒng)）、PLC（可編程邏輯控制器）和DNC（分布式數(shù)控設備）等計算機控制系統(tǒng)，主要用來控制生產過程和設備。

MES系統(tǒng)提供了一種系統(tǒng)地在同一平臺上集成計劃排產、物料跟蹤、生產調度等功能的方式，通過與計劃層的治理系統(tǒng)（ERP）和底層控制系統(tǒng)的集成，將計劃、生產與控制緊密聯(lián)系起來，從而在計劃層和控制層之間建立了一座溝通的橋梁和紐帶。

四、汽車模具行業(yè)MES系統(tǒng)模塊的功能

MES系統(tǒng)系統(tǒng)主要包括計劃排產與作業(yè)調度、工位電子看板、物料跟蹤、生產本錢治理、生產統(tǒng)計與分析和系統(tǒng)治理等主要模塊，各模塊功能如下：

(1) 計劃排產與作業(yè)調度模塊

計劃排產與作業(yè)調度模塊是汽車模具MES系統(tǒng)的核心。在與MES系統(tǒng)其他模塊和ERP系統(tǒng)進行有效集成的基礎上，通過有限能力的作業(yè)排產，確定所有工件在設備上的加工順序，以及設備加工每道工序的開始、完工時間。當生產現(xiàn)場出現(xiàn)緊急訂單、設備故障、返工返修、生產拖期等情況時，采用公道的優(yōu)化技術和方法進行生產調度，調整作業(yè)計劃和調度資源，使之與實際生產條件相適應，從而進步生產過程的連貫性，確保生產高效運行。

(2) 工位電子看板模塊

電子看板是建立在計算機網(wǎng)絡基礎上的一種面向車間操縱工位的可視化看板。工位電子看板模塊通過車間計算機網(wǎng)絡將生產任務列表及相關工藝信息及時呈現(xiàn)在操縱工位的看板上，向操縱職員下達生產指令，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡派工，并向其提供操縱規(guī)程、設備、工具、物料、輔料等作業(yè)指導信息。

(3) 物料跟蹤模塊

物料跟蹤模塊運用條形碼技術跟蹤整個模具生產的全過程，實時采集在制品工序活動以及物料消耗、產品返工返修及報廢等信息，獲得每套模具的具體歷史記錄，從而使產品生產過程透明化，實現(xiàn)每套模具生產過程的可追溯性。

(4) 生產本錢治理模塊

按照動態(tài)作業(yè)本錢法，將用度按不同作業(yè)具體分類、回集和分配，正確劃分可變本錢和固定本錢、可控本錢和非可控本錢，依據(jù)產品BOM所描述的加工裝配過程，結合實時的數(shù)據(jù)采集信息，從低層向高層逐層累積，從而計算出車間生產本錢。它反映了產品動態(tài)增值的實際過程，能夠實時、正確地實現(xiàn)本錢的精確統(tǒng)計。

(5) 生產統(tǒng)計與分析模塊

生產統(tǒng)計與分析模塊將在和MES系統(tǒng)其他模塊及ERP系統(tǒng)進行有效集成的基礎上，實現(xiàn)對生產計劃、生產執(zhí)行進度、質量檢驗、資源利用率等信息的統(tǒng)計與分析，為更好的優(yōu)化生產過程，進步產品質量，維持最優(yōu)的生產狀態(tài)提供支持。

(6) 系統(tǒng)治理模塊

對系統(tǒng)用戶按角色進行治理，治理其部分、崗位、職員、權限等信息，保存系統(tǒng)登錄記錄，保證產品信息的安全性、保密性，提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復功能，確保系統(tǒng)安全運行。

五、汽車模具行業(yè)MES系統(tǒng)關鍵技術

MES系統(tǒng)是汽車模具行業(yè)車間信息化建設的重點，是否成功開發(fā)與應用關系著汽車模具企業(yè)信息化建設的成敗，其關鍵技術主要包括：

(1)作業(yè)排序優(yōu)化技術

作業(yè)排序優(yōu)化是計劃排產與作業(yè)調度的核心功能，決定了工件在設備或工作中心上的最佳加工順序。采用啟發(fā)式算法的優(yōu)先調度規(guī)則法進行作業(yè)排序優(yōu)化，以預先定義好的優(yōu)先規(guī)則作為啟發(fā)條件，從等待的作業(yè)中選取優(yōu)先級最高的作業(yè)安排加工。在加工優(yōu)先級的設定中，將交貨期、零件、設備三者綜合考慮，以交貨期先后設定模具優(yōu)先級；根據(jù)實際情況和經驗人為設定零件優(yōu)先級；按照已排定的任務最少原則設定設備優(yōu)先級。這種方法易于實現(xiàn)、計算復雜度低，并且加工優(yōu)先級可以人為調整，使得排定的作業(yè)順序更符合生產實際。

(2)條形碼數(shù)據(jù)采集技術

條形碼數(shù)據(jù)采集技術是以計算機技術、光電技術和通訊技術為基礎的一項綜合科學技術，是一種信息識別、采集的重要方法和手段，它具有速度快、正確率高、操縱簡單、采集信息量大等優(yōu)點。利用條形碼自動識別技術對生產過程的物流信息進行采集跟蹤，能夠對整個生產過程進行實時監(jiān)控，記錄和處理生產中的大量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可追溯、反查、報表等功能，進步治理效率和質量。

(3) 系統(tǒng)集成技術

為了實現(xiàn)異構系統(tǒng)產品信息的共享和交換，采用XML（可擴展標記語言）中性文件的方式來實現(xiàn)MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的集成。XML技術具有開放性、易擴展性等特點，能夠在不同程序之間交換和共享數(shù)據(jù)。MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)集成的信息包括生產計劃、BOM信息、工藝信息和物料信息等。這種集成方式，不僅能夠進步系統(tǒng)之間傳遞數(shù)據(jù)的正確性和一致性，還能夠進步信息的反饋速度，有利于信息共享。

六、汽車模具行業(yè)MES系統(tǒng)發(fā)展趨勢

MES系統(tǒng)是面向車間層的信息治理系統(tǒng)，它的應用給企業(yè)帶來了巨大的經濟效益。隨著信息技術發(fā)展和制造企業(yè)競爭需求，企業(yè)對 MES系統(tǒng)應用技術提出了更高的要求，滿足可集成性、可適應性、開放性和協(xié)同性要求是MES系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。具體表現(xiàn)以下各個方面：

(1) 采用XML技術解決MES系統(tǒng)與ERP和底層控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)異構題目，使系統(tǒng)更具開放性、可集成性，融合的更緊密；

(2) 在對汽車模具MES系統(tǒng)軟件產品研究的基礎上，建立面向離散行業(yè)的通用解決方案，以適應離散行業(yè)各種具體實際需要；

(3) 數(shù)據(jù)挖掘、知識治理、最優(yōu)化技術、精益思想等治理技術和理念將在MES系統(tǒng)中得到廣泛應用，推動MES系統(tǒng)理論向前發(fā)展；

(4) 隨著信息和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，協(xié)同MES系統(tǒng)成為研究的熱門。

小結

通過汽車模具行業(yè)MES系統(tǒng)的構建，建立了生產信息共享的機制和平臺，加強了汽車模具行業(yè)生產資源及生產過程的數(shù)字化治理與控制。MES系統(tǒng)在計劃層與控制層之間架起了一座溝通的橋梁，起到了承上啟下的作用。

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