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数字化工厂,从一条产线开始:MES×QMS×能源管理的“轻量级落地法”

一、为什么从一条产线开始
一次吃成胖子的数字化,失败概率最高;与其“铺摊子”,不如以 产能瓶颈或核心产品线 为试点。试点目标必须可量化:OTD 提升 20%、一次合格率+3%,能耗/吨下降 8%。

二、核心架构:三张网互联
1)数据采集层(设备联网):通过 OPC UA/Modbus/TCP 采集温度、压力、转速、振动、功率、计量数据;老旧设备加“边缘采集盒”。
2)MES:工单下发、条码防错、工艺参数配方、换型时间统计、在制品(WIP)追踪。
3)QMS/实验室 LIMS:来料 IQC、制程 IPQC、出货 OQC、SPC 管控、8D 闭环。
4)EMS 能源管理:电/气/水/蒸汽分表计量与分时电价策略,能耗归集到工单与设备。
5)可视化看板:班产、节拍、异常停机、直通率、能耗与碳排。

三、数据模型与追溯

一物一码:从铸件炉号、热处理批号、机加工位,到 NDT 报告与装配扭矩,全流程绑定;

工艺配方:温度/压力/时间/转速/真空/电流等参数形成“配方版本”,变更走 ECN 审批;

异常码体系:停机原因、报废代码、维修分类标准化,便于 Pareto 分析。

四、质量与过程控制(SPC)

对关键尺寸、硬度、气密、表面粗糙度、重量等设置 控制图;

应用 Western Electric 规则 自动判异并触发叫停/复检;

与 QMS 连接,生成在线 8D 报告,欠料/工装/设备/人员 4M1E 自动串因。

五、能源与碳管理

设备级电表与气表接入 EMS,计算 kWh/件、m³/件;

负荷预测 + 生产排程联动,峰段错峰开炉;

记录碳排放系数,形成“产品级碳足迹”,服务客户绿色采购。

六、信息安全与可靠性

生产网与办公网分区,VPN+零信任访问;

关键数据做本地 + 云端双备份;

设备侧边缘网关具备断网续传与本地缓存。

七、从试点到复制

第 0–1 个月:设备清单、数据点表、工艺配方梳理;

第 2–3 个月:上线采集、看板、SPC 与工单流转,形成度量体系;

第 4–6 个月:网格化扩展到相邻产线,导入仓储 WMS 与SRM 供应商协同。

八、可量化收益(真实项目复盘)
首条产线上线 90 天:

工单按期交付率从 82% → 98%;

一次合格率 +4.6%,返工工时 -28%;

单位能耗 -11%,设备综合效率(OEE)+9%。

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