MES系统在热轧扁钢车间质量管理中的应用

方 震，卢 刚，梅忠琴

MES（Manufacturing Execution System）即制造企业生产过程执行系统，是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统,其优点是人员、生产、质量、管理集成在一起，将信息技术、管理技术和制造技术结合，应用于产品全生产周期的各个阶段，更好实现全面质量管理（TQM），人人质量、全员参与。随着科学和技术的进步，冶金钢铁得到巨大的发展，同时市场竞争激烈，由单纯的价格竞争转变为产品品种（Product）、交货时间（Time）、产品质量（Quality）、产品成本（Cost）等方面的竞争。我公司生产的热轧扁钢是冶金钢铁型材产品之一，其生产特点为规格多、钢种多、订单量小，改规格、换钢种频繁，造成产品成本（Cost）、产品质量（Quality）、交货时间（Time）管理难度大。对此，我公司于2010年后引进MES生产执行系统，通过不断的升级完善，在生产信息的传递、生产数据的采集汇总等更加便捷，品种钢的质量管理更加高效，系统得到很好的运用，为公司打造了一个扎实、可靠、全面、可行的质量协同管理平台。

1 热轧扁钢生产管理及质量管理现状

1.1 热轧扁钢车间生产特点

热轧扁钢车间一般分为原料区、加热、轧制、精整、包装、成品区六个工序，如图1。由于规格多、定尺多、钢种多、订单量小特性，钢坯进厂、加热、轧制、精整、包装、入库及发货等工序记录多、统计报表多，需要配备的记录、统计人员多，记录和报表在填写过程中经常发生人为错误，存在数据失真现象，不利于质量追溯和改进。另外人工统计的数据样本小，不便于开展大数据分析、总结，不利于开展质量提升工作。

图1 热轧扁钢车间设备平面布置示意图

1.2 炉号质量管理现状

原来，热轧扁钢车间炉号管理流程如图2。

图2 生产工艺流程图

扁钢产品订单下发后，热轧扁钢车间从计划、生产、质量检验、产品入库等生产质量管理采用传统的管理模式，数据传递及记录都是纸质进行传递或记录，效率非常低、人工成本高。生产订单下发后，人工编排好生产计划，根据现场生产进度电话或人工到现场组织转运钢坯和编组。钢坯入炉、加热、出炉、轧制，成品材定尺剪切、过跨、检验、包装、称重、标识、入库，其过程炉号质量管理全部派专人手持《按炉送钢流动卡》逐个炉批号跟踪（如图2），防止发生混号质量事故，同时质量文件记录均由岗位工纸质记录。

从生产工艺流程图（图2）和《按炉送钢流动卡》（表1）看，热轧扁钢生产涉及的岗位多，为防止出错，配备专职炉号员炉批号跟踪，还要求每个岗位人员依次交接，确认、签名，各岗位依据生产产品的信息做好相应人工记录。

表1 《按炉送钢流动卡》记录样表

1.3 质量信息沟通现状

原来分厂、部门与生产车间管理组织结构图如图3，分厂下辖多个部门，多个生产车间，虽然采取矩阵组织结构图进行管理，但部门多，信息沟通相对不畅，尤其对质量优先的特钢生产厂，质量管理尤为重要，因此部门还是需要派专人下达到车间了解生产控制过程、质量检验过程，造成质量管理人员多，劳动强度大。针对现场质量情况生产车间采用电话方式进行汇报，有时难以描述清楚。产品质量检测结果如何，性能是否达标，综合判定是否符合国家标准要求等相关信息，不能及时传达到各级管理人员及关键岗位上，对产品的判定、入库、发货等造成很大影响，从而导致一些问题形成恶性循环。

图3 分厂、部门与车间组织结构图

1.4 质量数据统计现状

原来原料库存报表、原料消耗报表、成品材入库报表、成品材库存报表、成品材发货报表、表面检验结果等均由人工统计，输入到电脑，报表统计量大，信息传递慢，劳动强度高，且容易出错，配备了多名统计员。另外表面质量检验结果只掌握在质量管理人员手中，其他相关人员难以第一时间掌握质量信息，造成生产与质量、质量与发货脱节。

2 MES生产执行系统质量管理功能设计

2.1 MES生产执行系统工作原理

生产订单规格、钢种、定尺、客户、特殊要求等信息输入MES系统形成生产计划，热轧扁钢车间根据MES系统生产计划组织生产，通过MES系统对生产过程及产品进行判定，产品合格进行发货，MES系统进行结算。具体工作流程如图4。

图4 MES生产执行系统工作流程图

2.2 MES生产执行系统功能

用计算机实现质量系统管理，不是照搬原有的人工管理模式，而是根据质量管理的目标对现有生产流程进行优化，强调过程为核心，实现全员质量管理。从图5看，MES系统涵盖了热轧扁钢车间所有工序、所有岗位，每个岗位均实现MES系统跟踪，产生记录，最终形成热轧扁钢车间技术经济指标报表。

图5 MES生产执行系统功能树图

3 MES生产执行系统在质量管理的应用

为了降低数据记录、数据统计劳动强度，质量信息沟通顺畅，提高执行能力，提高质量管理服务水平，我公司于2010年后引进MES生产执行系统，MES执行系统运行流程图及应用效果如下。

3.1 MES生产执行系统质量管理流程

MES系统实现钢坯、生产、包装、检验四大工序跟踪、管理（如图6），每个岗位自动形成跟踪记录，实现成品材系统自动判定，实现全员质量管理。MES系统还可生成钢坯、成品材仓储垛位图，实现库房仓储可视化。

图6 MES系统质量管理流程图

3.2 炉号跟踪管理运用

整个MES系统数据、信息输入工作由MES完成，各岗位只需勾选、点击确认操作。首先，配料员在坯料充当界面完成生产订单与炉号勾选配对（如图7），MES系统将对钢坯成分、钢坯断面、钢坯定尺长度自动校验，异常进行卡阻并报警。生产过程中MES系统逐支跟踪并生成记录，各岗位人员在操作室可视化监控。最后，MES系统对各炉批记录集成质量信息，进行自动判定，并把判定信息传送给检验人员确定。

图7 MES组坯输入界面

通过MES生产执行系统平台集成了产品的钢种、规格、客户、交付时间、使用的原材料、生产标准、检验标准等信息，排产计划员根据产品订单信息在电脑中配料组批、排产，现场操作工根据MES生产执行系统信息匹配实物组织生产、检验、包装、发货。通过MES系统从钢坯入炉、加热、出炉、轧制到定尺剪切、过跨检验、包装、称重、标识，再到入库及发货实现了全员炉号跟踪管理，有效防止混号质量隐患。另外增加LED大屏，达到炉号跟踪管理可视化，便于指导现场员工按工艺要求、质量标准生产。

3.3 产品实物标识对应MES生产执行系统信息实现质量追溯功能运用

通过MES生产执行系统平台把生产的产品按钢种、规格、客户、生产班组、炉批号、重量、包装及发货标准集成到炉号牌，同时在炉号牌上打印上条形码及二维码，还可把客户特殊要求集成到炉号牌上，便于下道工序操作及检验。通过炉号牌上的信息可追溯本产品生产过程，检验及包装责任人。或通过扫描条形码或二维码，同样可实现查找本产品生产过程。

3.4 产品大数据存储及查询功能运用

通过MES生产执行系统实现按炉批号记录生产轧制信息数据、产品入库信息数据、产品质量检验信息数据、产品生产过程工艺参数数据。把每条记录按时间汇总在一起，则形成大数据库，也实现了信息数据查询功能，针对产品质量提升提供了数据支撑。

3.5 产品质量报表统计功能的运用

MES生产执行系统按炉号记录质量数据，对此设计质量报表格式，输入到系统中，系统计算机语言自动生成报表，如《生产记录报表》、《生产质量指标统计报表》、《成品材入库报表》、《成品材外观检验报表》等，便于产品质量生产信息追溯。

4 取得的效果

4.1 做到全员炉号跟踪管理

实现了全员质量管理，各个生产岗位参与到炉号跟踪管理中来，避免了有一个岗位在钢种传递过程中出现失误，带来了一错到底的连锁反应。另外在关键岗位增加LED大屏，生产信息、质量标准做到了可视化，对关键质量技术标准进行提醒。

4.2 便于产品质量追溯

通过产品实物悬挂的炉号牌信息，从MES生产执行系统平台很方便追溯产品质量控制过程，可发现生产过程中是否符合工艺标准或质量技术要求。在质量管理体系审核中，可以快速查询相关信息，为快速高效审核提供了有利的帮助。

4.3 便于产品质量大数据分析

MES生产执行系统存储了大量的生产过程工艺数据及质量数据，便于从大数据中分析出产生质量问题的规律，便于统计产品质量工序能力指数CPk值，分析产品质量所处控制状态。

4.4 降低质量数据统计劳动强度

生产记录、生产质量指标、产品质量数据均可通过MES生产执行系统形成报表，方便各个岗位、各个部门查询。若需质量记录则从MES系统中导出报表打印存档。

4.5 有利于产品质量信息传递，提高质量管控水平

扁钢生产规格多、钢种多、订单量小，改规格、换钢种频繁，钢种管理难度大，该系统能有效传递钢种、质量信息，各岗位接收质量信息更加快捷，对产品质量把控起到了关键作用。

5 结语

MES生产执行系统优化了企业质量管理模式，强化了质量过程管理和控制，达到精细化管理目的。加强了各生产岗位、各生产部门的协同办公能力，提高了工作效率。在生产调度方面，MES生产执行系统也发挥了较大作用，下达的生产计划是否按期执行，坯材是否匹配，产品发货计划是否能按期完成，顺利装车出厂，都能及时了解掌握，整个系统应用的较好。同时在成本管理、工具工装管理、设备管理方面同样具有优势。是一个扎实、可靠、全面、可行的质量协同管理平台。