产品介绍

一、行业与工厂背景

 

1. 精密工业陶瓷行业特点

精密陶瓷（Advanced Ceramics）是指在高温、腐蚀性或特殊物理化学环境下，依然能够保持优异性能的一类新材料。氧化锆（ZrO₂）因其高强度、耐磨性、耐高温、良好电学与热学性能，在以下领域被广泛应用：

·         医疗（牙科种植体、假牙、外科刀具）

·         电子（氧化锆氧传感器、固体氧化物燃料电池 SOFC 基体）

·         工业（耐磨零件、精密球、阀门密封件）

·         消费品（手表外壳、珠宝、3C 陶瓷结构件）

其工艺路线涉及：粉体制备 → 成型 → 脱脂 → 烧结 → 精加工 → 表面处理/电极涂覆 → 检测 → 包装。

 

2. 工厂管理挑战

精密工业陶瓷工厂在生产过程中常见的痛点：

1.  工艺复杂 & 设备多样：成型（等静压/注射/模压）、高温烧结、数控加工、镀膜设备，彼此耦合度高。

2.  批次与单件双重追溯：同一批粉体可能分多工序流转，但单件成品也必须有唯一身份。

3.  质量管控难度大：陶瓷材料的烧结收缩、气孔率、显微结构都直接影响成品率。

4.  柔性化生产要求：客户定制化强，订单数量小而多样，需快速切换工艺。

5.  能耗高 & 周期长：高温烧结炉、等离子喷涂等工序能耗大、时间长，排产和能源利用需优化。

6.  研发与量产结合不足：新材料和新产品研发过程中，缺乏与量产工艺的一致化管理，数据割裂。

因此，工厂需要一套 MES 系统来解决人、机、料、法、环的全方位管理问题。

 

二、MES 系统的核心需求

结合氧化锆精密陶瓷工厂的实际，MES 需求可分为以下几个维度：

1.  生产过程管控

·         管控复杂工艺路线，支持多工艺并行、多路径切换。

·         保证工艺参数在标准范围内执行，减少人为误差。

2.  质量追溯与分析

·         实现粉体批次、成型坯体、烧结批次、单件产品的全生命周期追溯。

·         建立质量数据库，支持 SPC、失效模式分析。

3.  设备与能耗管理

·         实时采集烧结炉、加工设备等运行数据。

·         统计设备稼动率、OEE，并分析能耗水平。

4.  计划与排产优化

·         针对烧结等瓶颈工序，实现自动化排产，缩短等待时间。

·         根据炉容、工艺时间、能耗负荷进行优化排程。

5.  物料与库存控制

·         跟踪原料（粉体、添加剂）、半成品（坯体、烧结件）、在制品和成品状态。

·         避免批次混乱，确保先进先出（FIFO）。

6.  研发与量产一体化

·         研发过程中的配方、烧结曲线、检测结果可直接转化为量产工艺。

·         新品导入更快，减少试错成本。

7.  合规与客户需求

·         满足 ISO9001、IATF16949（汽车零部件）、ISO13485（医疗器械）等认证要求。

·         支持客户验厂的全链路数据展示。

 

三、MES 系统如何解决这些问题

1.  通过工艺建模与电子化作业指导

·         将复杂的工艺路线配置在 MES 中，支持多路径、多工序条件。

·         电子化作业指导书替代纸质工单，确保工人按标准执行。

2.  通过一物一码 & 批次管理实现追溯

·         半成品和成品均绑定唯一条码/RFID。

·         MES 建立“批次-单件”双维度数据库，快速查询质量问题来源。

3.  通过设备接口实现数据自动采集

·         与 PLC/SCADA 系统对接，采集温度曲线、压力、加工尺寸等关键参数。

·         超限自动预警，减少人为录入错误。

4.  通过质量数据与 SPC 实现闭环

·         统计传感器电学性能、陶瓷致密度等数据，实时分析工艺波动。

·         异常批次自动锁定，防止流入下道工序。

5.  通过排产算法优化瓶颈工序

·         MES 与 APS（高级计划排程）结合，根据炉容、工艺曲线、交期自动生成最优排产方案。

·         提高烧结炉利用率，减少等待时间。

6.  通过库存与物料条码化管理

·         建立仓库与产线一体化条码系统，实现原料先进先出。

·         避免过期粉体使用，提高物料利用率。

7.  通过研发模块与生产模块打通

·         新配方、新工艺在研发 MES 中实验后，直接导入生产 MES，减少重复录入。

·         研发与量产数据共享，便于工艺优化。

 

四、MES 系统的主要功能模块

1.  生产计划与调度管理

·         工单下达与分解

·         多工序、多路径排程

·         瓶颈工序优先级控制

2.  工艺管理与电子作业指导

·         工艺路线建模

·         工艺参数库管理（烧结曲线、成型压力等）

·         电子 SOP 指导

3.  物料与库存管理

·         原料批次管理

·         半成品与在制品管理

·         仓库与产线一体化条码系统

4.  质量管理与追溯

·         一物一码标识与全流程追溯

·         SPC（统计过程控制）

·         不良品隔离与异常批次锁定

·         检测数据自动采集与分析

5.  设备与能耗管理

·         设备实时状态监控

·         OEE、稼动率分析

·         能源消耗统计与优化

6.  数据采集与可视化报表

·         与 ERP、PLM、SCADA 对接

·         工艺参数实时显示与趋势图

·         质量、能耗、生产效率报表

7.  研发与试制管理

·         配方与试验条件记录

·         中试与量产工艺转化

·         新品导入流程管理

 

五、实施效果与价值

1.  质量提升

·         产品一次合格率提高 5-10%，返工率明显下降。

·         质量问题可在分钟级追溯到具体批次与工序。

2.  效率提升

·         生产周期缩短 15-20%，瓶颈工序利用率提升 20%以上。

·         工单流转电子化，减少人工交接时间。

3.  成本优化

·         避免批次混乱与过期原料浪费，物料利用率提高。

·         能源利用优化，烧结炉运行成本降低 8-12%。

4.  研发与生产协同

·         新配方导入周期缩短，研发成果更快转化为量产能力。

5.  合规性与客户满意度

·         符合国际认证要求，便于进入高端客户供应链。

·         客户可随时查看批次质量报告，提升信任度。