汽车冲压模具前景及模具MES-M系统管理软件解决方案

汽车冲压模具是汽车生产的重要工艺装备，其设计和制造时间约占汽车开发周期的2/3，是汽车换型的主要制约因素之一。汽车冲压模具具有尺寸大、工作型面复杂、技术标准高等特点，属于技术密集型产品。过去汽车冲压模具普遍采用单工序模和复合模的结构设计，而随着技术进步和装备水平的提高，能够降低成本、提高生产效率的多工位模、级进模逐渐应用于汽车冲压模具的设计制造中，成为汽车冲压模具制造技术的发展方向。

冲压模具是对原材料进行加工，赋予原材料以完整构型和精确尺寸的加工工具，主要用于高效、大批量生产工业产品中的有关零部件。随着现代化工业的发展，模具的应用越来越广泛，在汽车、电子、仪器仪表、家电、航空航天、建材、电机和通讯器材等产品中，约60%-80%的零部件都要依靠模具加工成型，因此被称为“工业之母”。

汽车冲压模具行业的发展与下游汽车工业的发展息息相关，下游汽车行业的稳步快速发展将极大推动汽车冲压模具行业的发展。汽车行业的稳步快速发展为汽车冲压模具行业发展创造了良好的环境在汽车的生产过程中90%以上的零部件需要依靠模具成形，制造一辆普通轿车大约需要1,000至1,500套冲压模具。下游汽车行业的稳步快速发展为汽车冲压模具行业发展创造了良好的环境。

一、汽车模具生产特点

模具作为汽车产业的重要工艺装备，是汽车制造业的工艺基础，由于产品本身的复杂性，及其典型的单件订单生产方式，决定了其生产不同于一般产品，特点如下：

(1) 面向订单生产。由于订单规格、数目、交货期变化大，每个产品都有其特殊性，从产品订货决策到制造全过程，每一套模具都具有一定的独立性，企业必须按订单组织生产。

(2) 生产进度难以控制。由于产品是单件生产，几乎每个产品都需要重新进行设计、工艺、技术预备等工作，因此经常无法及时把握生产进度变化，难以控制整个生产过程。

(3) 计划多变。由于产品种类繁多，影响生产过程的不确定因素多，经常出现紧急订单、设备故障、零部件返工返修等情况，使得计划多变，甚至出现计划跟不上变化，与生产实际脱节的现象。

(4) 生产治理困难。模具制造过程复杂，并且生产过程中不确定因素多，凭经验调度无法保证整个生产过程的协调，过程控制困难，治理难度大。

二、汽车模具行业信息化应用现状

目前，我国汽车模具行业信息化建设刚刚起步，网络化、信息化发展水平还比较低，经过具体调研，发现主要存在以下题目：

(1) 车间治理主要依靠人工进行，无法实现生产过程中海量数据的有效治理，难以保证各个生产活动所需信息正确一致，难以及时、快速响应生产动态变化。

(2) 大部分汽车模具企业网络化程度较低，“信息孤岛”现象突出，各个部分的数据不能实时共享，从而影响了企业数据的一致性和正确性，严重阻碍了模具产品的开发效率。

(3) 模具生产过程缺乏有效地监控，无法实现制造过程信息及时反馈，难以及时把握生产进度和生产能力，难以对在制品进行有效跟踪。

上述题目的存在，不利于车间生产过程信息的集成与共享，严重阻碍了企业信息化发展水平的进步，从而影响了企业生产效益和竞争力的进一步提升。

三、汽车模具行业MES系统结构

以大型关系型数据库技术为基础，采用面向对象技术、软总线技术，建立开放的、灵敏的制造执行系统，从而实现对生产信息的监测、控制以及生产过程的优化治理。

顶层的计划层是MRPⅡ/ERP等系统，其作用是治理企业中的各种生产资源、制定厂级生产计划等，主要负责企业活动的计划与生产决策。

处于中间层的是MES系统执行层，主要负责生产计划的执行与控制。

生产控制层包括DCS（分布式控制系统）、PLC（可编程逻辑控制器）和DNC（分布式数控设备）等计算机控制系统，主要用来控制生产过程和设备。

MES系统提供了一种系统地在同一平台上集成计划排产、物料跟踪、生产调度等功能的方式，通过与计划层的治理系统（ERP）和底层控制系统的集成，将计划、生产与控制紧密联系起来，从而在计划层和控制层之间建立了一座沟通的桥梁和纽带。

四、汽车模具行业MES系统模块的功能

MES系统系统主要包括计划排产与作业调度、工位电子看板、物料跟踪、生产本钱治理、生产统计与分析和系统治理等主要模块，各模块功能如下：

(1) 计划排产与作业调度模块

计划排产与作业调度模块是汽车模具MES系统的核心。在与MES系统其他模块和ERP系统进行有效集成的基础上，通过有限能力的作业排产，确定所有工件在设备上的加工顺序，以及设备加工每道工序的开始、完工时间。当生产现场出现紧急订单、设备故障、返工返修、生产拖期等情况时，采用公道的优化技术和方法进行生产调度，调整作业计划和调度资源，使之与实际生产条件相适应，从而进步生产过程的连贯性，确保生产高效运行。

(2) 工位电子看板模块

电子看板是建立在计算机网络基础上的一种面向车间操纵工位的可视化看板。工位电子看板模块通过车间计算机网络将生产任务列表及相关工艺信息及时呈现在操纵工位的看板上，向操纵职员下达生产指令，从而实现网络派工，并向其提供操纵规程、设备、工具、物料、辅料等作业指导信息。

(3) 物料跟踪模块

物料跟踪模块运用条形码技术跟踪整个模具生产的全过程，实时采集在制品工序活动以及物料消耗、产品返工返修及报废等信息，获得每套模具的具体历史记录，从而使产品生产过程透明化，实现每套模具生产过程的可追溯性。

(4) 生产本钱治理模块

按照动态作业本钱法，将用度按不同作业具体分类、回集和分配，正确划分可变本钱和固定本钱、可控本钱和非可控本钱，依据产品BOM所描述的加工装配过程，结合实时的数据采集信息，从低层向高层逐层累积，从而计算出车间生产本钱。它反映了产品动态增值的实际过程，能够实时、正确地实现本钱的精确统计。

(5) 生产统计与分析模块

生产统计与分析模块将在和MES系统其他模块及ERP系统进行有效集成的基础上，实现对生产计划、生产执行进度、质量检验、资源利用率等信息的统计与分析，为更好的优化生产过程，进步产品质量，维持最优的生产状态提供支持。

(6) 系统治理模块

对系统用户按角色进行治理，治理其部分、岗位、职员、权限等信息，保存系统登录记录，保证产品信息的安全性、保密性，提供系统数据备份和数据恢复功能，确保系统安全运行。

五、汽车模具行业MES系统关键技术

MES系统是汽车模具行业车间信息化建设的重点，是否成功开发与应用关系着汽车模具企业信息化建设的成败，其关键技术主要包括：

(1)作业排序优化技术

作业排序优化是计划排产与作业调度的核心功能，决定了工件在设备或工作中心上的最佳加工顺序。采用启发式算法的优先调度规则法进行作业排序优化，以预先定义好的优先规则作为启发条件，从等待的作业中选取优先级最高的作业安排加工。在加工优先级的设定中，将交货期、零件、设备三者综合考虑，以交货期先后设定模具优先级；根据实际情况和经验人为设定零件优先级；按照已排定的任务最少原则设定设备优先级。这种方法易于实现、计算复杂度低，并且加工优先级可以人为调整，使得排定的作业顺序更符合生产实际。

(2)条形码数据采集技术

条形码数据采集技术是以计算机技术、光电技术和通讯技术为基础的一项综合科学技术，是一种信息识别、采集的重要方法和手段，它具有速度快、正确率高、操纵简单、采集信息量大等优点。利用条形码自动识别技术对生产过程的物流信息进行采集跟踪，能够对整个生产过程进行实时监控，记录和处理生产中的大量数据，实现数据的可追溯、反查、报表等功能，进步治理效率和质量。

(3) 系统集成技术

为了实现异构系统产品信息的共享和交换，采用XML（可扩展标记语言）中性文件的方式来实现MES系统与ERP系统和控制系统的集成。XML技术具有开放性、易扩展性等特点，能够在不同程序之间交换和共享数据。MES系统与ERP系统集成的信息包括生产计划、BOM信息、工艺信息和物料信息等。这种集成方式，不仅能够进步系统之间传递数据的正确性和一致性，还能够进步信息的反馈速度，有利于信息共享。

六、汽车模具行业MES系统发展趋势

MES系统是面向车间层的信息治理系统，它的应用给企业带来了巨大的经济效益。随着信息技术发展和制造企业竞争需求，企业对 MES系统应用技术提出了更高的要求，满足可集成性、可适应性、开放性和协同性要求是MES系统的发展趋势。具体表现以下各个方面：

(1) 采用XML技术解决MES系统与ERP和底层控制系统之间的数据异构题目，使系统更具开放性、可集成性，融合的更紧密；

(2) 在对汽车模具MES系统软件产品研究的基础上，建立面向离散行业的通用解决方案，以适应离散行业各种具体实际需要；

(3) 数据挖掘、知识治理、最优化技术、精益思想等治理技术和理念将在MES系统中得到广泛应用，推动MES系统理论向前发展；

(4) 随着信息和网络技术的发展，协同MES系统成为研究的热门。

小结

通过汽车模具行业MES系统的构建，建立了生产信息共享的机制和平台，加强了汽车模具行业生产资源及生产过程的数字化治理与控制。MES系统在计划层与控制层之间架起了一座沟通的桥梁，起到了承上启下的作用。