新材料作為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是浙江省重點(diǎn)打造的三大科創(chuàng)高地之一，也是杭州制造業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。自杭州聚力打造五大產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈以來(lái)，新材料產(chǎn)業(yè)持續(xù)攀高向新、點(diǎn)“材”成金，2024年實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值1852億元，在膜材料、高性能金屬材料、先進(jìn)半導(dǎo)體材料、微納材料、生物材料等重點(diǎn)方向取得一批技術(shù)性突破，推動(dòng)核心技術(shù)從“填補(bǔ)空白”向“國(guó)際領(lǐng)先”跨越。

然而，新材料產(chǎn)業(yè)的特殊屬性決定了其數(shù)字化轉(zhuǎn)型的獨(dú)特路徑。從“實(shí)驗(yàn)室”到“生產(chǎn)線”再到“大市場(chǎng)”，新材料產(chǎn)品需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的驗(yàn)證周期和嚴(yán)格的工藝控制，客觀上存在“有材不好用，好材不敢用”、生產(chǎn)與應(yīng)用脫節(jié)等問題。在杭州加快打造具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的新材料特色產(chǎn)業(yè)集群的背景下，如何利用MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）這一數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心抓手，推動(dòng)新材料企業(yè)從“實(shí)驗(yàn)室樣品”邁向“工業(yè)化量產(chǎn)”，已成為產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效、跨越發(fā)展的關(guān)鍵命題。

一、新材料行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)與轉(zhuǎn)型痛點(diǎn)

新材料行業(yè)的生產(chǎn)過程具有鮮明的特殊性：工藝流程復(fù)雜、質(zhì)量要求嚴(yán)苛、環(huán)境參數(shù)敏感、追溯要求完整。無(wú)論是功能膜材料、高性能金屬材料，還是先進(jìn)半導(dǎo)體材料、生物材料，其生產(chǎn)過程中不僅需要嚴(yán)格控制溫濕度、壓力等環(huán)境參數(shù)，還要對(duì)投料、反應(yīng)、混合等多個(gè)工步進(jìn)行精準(zhǔn)管控。生產(chǎn)過程中始終被三大核心難題所困擾：工藝驗(yàn)證依賴物理調(diào)試，試錯(cuò)成本高、投產(chǎn)周期長(zhǎng)；批次管理缺乏系統(tǒng)性支撐，難以實(shí)現(xiàn)工藝的精準(zhǔn)復(fù)刻與全流程追溯；人工操作環(huán)節(jié)密集，經(jīng)驗(yàn)缺失易引發(fā)品質(zhì)波動(dòng)與安全隱患。

具體而言，杭州新材料企業(yè)在傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式下面臨以下瓶頸：

一是工藝驗(yàn)證成本高。 新材料研發(fā)從實(shí)驗(yàn)室走向量產(chǎn)，工藝放大帶來(lái)的困難重重。傳統(tǒng)模式下，工藝驗(yàn)證依賴物理調(diào)試，每次試錯(cuò)都意味著巨大的時(shí)間和資金成本，嚴(yán)重影響新產(chǎn)品投產(chǎn)效率。

二是質(zhì)量追溯難度大。 新材料生產(chǎn)涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理變化，品質(zhì)數(shù)據(jù)獲取成本高且滯后，分析難度大。當(dāng)出現(xiàn)質(zhì)量異常時(shí)，難以快速鎖定問題源頭，處理客訴時(shí)無(wú)法及時(shí)提取過程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

三是過程管控依賴人工。 高溫、高壓等特殊反應(yīng)過程的管控依賴人工經(jīng)驗(yàn)，不僅效率低下，更存在安全隱患。人工操作環(huán)節(jié)密集，經(jīng)驗(yàn)缺失易引發(fā)品質(zhì)波動(dòng)，影響產(chǎn)品穩(wěn)定性。

四是“產(chǎn)用脫節(jié)”問題突出。 新材料進(jìn)入市場(chǎng)初期需要長(zhǎng)期的應(yīng)用考核與大量資金投入，下游用戶首次使用存在風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致“有材不好用，好材不敢用”的現(xiàn)象突出。這種生產(chǎn)與應(yīng)用脫節(jié)的問題，嚴(yán)重影響了新材料成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用和新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展整體水平提升。

二、新材料數(shù)字化轉(zhuǎn)型MES系統(tǒng)核心需求

MES作為連接計(jì)劃層與控制層的橋梁，正成為新材料企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心平臺(tái)。它通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、過程精準(zhǔn)控制、質(zhì)量完整追溯，幫助企業(yè)構(gòu)建透明化、智能化生產(chǎn)體系。MES系統(tǒng)可從以下維度賦能新材料制造：

1. 工藝精準(zhǔn)管控與批量控制

針對(duì)新材料生產(chǎn)工藝復(fù)雜的特點(diǎn)，MES系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)配方管理與批量控制的深度融合。采用和利時(shí)批量控制系統(tǒng)，遵循ISA S88國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新開發(fā)“基于Batch的訂單批量下發(fā)+DCS程序順序執(zhí)行”模式，為產(chǎn)線生產(chǎn)過程提供嚴(yán)謹(jǐn)、標(biāo)準(zhǔn)、詳細(xì)的工藝配方與動(dòng)作步序，可實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)線與多批次靈活、安全管控。系統(tǒng)同時(shí)打通ERP/MES與DCS的數(shù)據(jù)通道，為全流程透明化生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2. 虛擬調(diào)試與數(shù)字孿生

在新材料領(lǐng)域，工藝驗(yàn)證成本高、投產(chǎn)周期長(zhǎng)是普遍痛點(diǎn)。項(xiàng)目基于GPRES嚴(yán)格機(jī)理建模平臺(tái)，采用真實(shí)的DCS組態(tài)，結(jié)合領(lǐng)先的虛擬DPU技術(shù)，搭建覆蓋工藝模擬、控制模擬、Batch交互驗(yàn)證三大核心的全方位模擬驗(yàn)證底座，1:1復(fù)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景。動(dòng)態(tài)的工藝機(jī)理模型與真實(shí)的Batch數(shù)據(jù)交互，構(gòu)建完整的“數(shù)字孿生調(diào)試中樞”，通過“設(shè)計(jì)驗(yàn)證→孿生測(cè)試→方案改進(jìn)→響應(yīng)反饋”的閉環(huán)調(diào)試，保證Batch控制邏輯在投產(chǎn)前已經(jīng)完全調(diào)試正確，大幅縮短實(shí)際裝置調(diào)試周期，避免風(fēng)險(xiǎn)與浪費(fèi)。

3. 全流程質(zhì)量追溯

質(zhì)量是新材料產(chǎn)品的生命線。MES系統(tǒng)支持來(lái)料檢、過程檢、成品檢全流程線上化，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)歸檔。通過SAP、MES、智能物流系統(tǒng)與立體倉(cāng)庫(kù)的深度集成，真正實(shí)現(xiàn)了從原料入廠到成品出庫(kù)的“數(shù)字化、自動(dòng)化、綠色化”全流程覆蓋。這不僅大幅降低了人工操作誤差，更讓生產(chǎn)、物流、銷售、運(yùn)營(yíng)管理等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了“無(wú)縫銜接”，確保每一批次產(chǎn)品的完整質(zhì)量追溯。

4. 物料精細(xì)化與倉(cāng)儲(chǔ)透明化

新材料生產(chǎn)往往涉及專用容器和特殊存儲(chǔ)條件，如溫濕度敏感材料、危險(xiǎn)化學(xué)品等。MES系統(tǒng)支持三級(jí)庫(kù)位管理和特殊區(qū)域標(biāo)識(shí)，原材料批次號(hào)與生產(chǎn)工單綁定，實(shí)現(xiàn)掃碼校驗(yàn)“專料專用”。有效期預(yù)警功能對(duì)臨近失效物料自動(dòng)標(biāo)黃，超期物料凍結(jié)并推送評(píng)審流程，有效防范質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

5. 數(shù)據(jù)融合與系統(tǒng)集成

MES的價(jià)值在于打破數(shù)據(jù)孤島。通過與ERP系統(tǒng)雙向交互，同步物料編碼、工單狀態(tài)、庫(kù)存數(shù)據(jù)；與DCS控制系統(tǒng)集成，自動(dòng)采集反應(yīng)溫度、壓力、流量等關(guān)鍵工藝參數(shù)；與智能物流系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化調(diào)度。SAP、MES、智能物流系統(tǒng)與立體倉(cāng)庫(kù)的深度集成，對(duì)比數(shù)字化轉(zhuǎn)型前，企業(yè)在制造品質(zhì)穩(wěn)定性、生產(chǎn)成本控制、生產(chǎn)效率提升以及節(jié)能降耗等方面均取得顯著突破。

三、MES系統(tǒng)新材料數(shù)字化轉(zhuǎn)型的路徑

基于杭州及國(guó)內(nèi)新材料企業(yè)的成功實(shí)踐，MES系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)遵循以下實(shí)施路徑：

第一步：頂層設(shè)計(jì)，分步實(shí)施。 堅(jiān)持總體規(guī)劃與分步推進(jìn)相結(jié)合，優(yōu)先解決工藝驗(yàn)證周期長(zhǎng)、質(zhì)量追溯難等痛點(diǎn)。通過分步實(shí)施實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)過渡。企業(yè)需結(jié)合自身工藝特點(diǎn)和發(fā)展階段，制定清晰的數(shù)字化轉(zhuǎn)型路線圖。

第二步：夯實(shí)基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)先行。 MES系統(tǒng)通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范，將研發(fā)、生產(chǎn)、質(zhì)量等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)于標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)中。企業(yè)需先梳理主數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，確保物料編碼、工藝路線、配方參數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的規(guī)范統(tǒng)一。

第三步：系統(tǒng)集成，消除孤島。 MES與ERP、DCS、WMS等系統(tǒng)深度集成，形成橫向貫通、縱向貫穿的數(shù)字化架構(gòu)。通過打通ERP/MES與DCS的數(shù)據(jù)通道，為全流程透明化生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。SAP、MES、智能物流系統(tǒng)與立體倉(cāng)庫(kù)的深度集成，實(shí)現(xiàn)全流程覆蓋。

第四步：虛實(shí)聯(lián)動(dòng)，優(yōu)化迭代。 構(gòu)建數(shù)字孿生平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工藝流程建模、控制策略虛擬調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)批量執(zhí)行與運(yùn)行優(yōu)化的閉環(huán)鏈路。通過“設(shè)計(jì)驗(yàn)證→孿生測(cè)試→方案改進(jìn)→響應(yīng)反饋”的閉環(huán)調(diào)試，大幅縮短實(shí)際裝置調(diào)試周期，降低投產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)與成本。

第五步：全員參與，持續(xù)優(yōu)化。 MES建設(shè)不僅是技術(shù)工程，更是管理變革。企業(yè)需建立跨部門協(xié)同機(jī)制，將管理流程優(yōu)化與系統(tǒng)建設(shè)同步推進(jìn)。通過前期深入調(diào)研企業(yè)需求，為每家企業(yè)量身定制服務(wù)方案。

結(jié)語(yǔ)

新材料是杭州制造業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，也是高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域。面對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時(shí)代浪潮，MES系統(tǒng)已成為企業(yè)從“實(shí)驗(yàn)室樣品”邁向“工業(yè)化量產(chǎn)”的必由之路。實(shí)踐已經(jīng)證明：誰(shuí)能率先構(gòu)建完整的MES數(shù)字化體系，誰(shuí)就能在新材料產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中贏得先機(jī)。