馬麗麗

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

電子裝配行業(yè)作為高科技制造產(chǎn)業(yè)之一，在新一輪技術(shù)革命的大潮下，應(yīng)用信息化手段提升企業(yè)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品良率，進(jìn)一步打造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，已成為大勢(shì)所趨。

車間制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是助力電子裝配行業(yè)企業(yè)提升制造管理能力的核心系統(tǒng)。通過MES的應(yīng)用，可以揭開車間生產(chǎn)信息管理的“黑箱”，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)過程與質(zhì)量過程的透明化控制，實(shí)現(xiàn)車間制造執(zhí)行全過程的跟蹤與管理。與此同時(shí)，基于實(shí)時(shí)提取的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量追溯，并為后續(xù)統(tǒng)計(jì)分析、工藝改善提供助力，為電子裝配行業(yè)企業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)奠定基礎(chǔ)。

1 電子裝配行業(yè)特點(diǎn)及對(duì)MES系統(tǒng)需求分析

電子裝配行業(yè)較傳統(tǒng)離散制造業(yè)相比，產(chǎn)品更新迭代快，生命周期短，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、產(chǎn)品工藝相對(duì)固定。擁有大量的自動(dòng)化設(shè)備來滿足多品種小批量的加工需求。從市場(chǎng)地位來講，通常以客戶需求為第一驅(qū)動(dòng)，交期變更較為頻繁，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量追溯要求較高。

基于以上特性，總結(jié)出現(xiàn)階段，電子裝配行業(yè)企業(yè)對(duì)MES系統(tǒng)的需求如下：

1）生產(chǎn)排程管理需求

電子裝配企業(yè)多以流水線形式組織生產(chǎn)，不同品種產(chǎn)品混線生產(chǎn)。受到客戶需求變動(dòng)影響，需支持動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)排程管理，能夠依照在制情況滾動(dòng)編制產(chǎn)線計(jì)劃，以最大限度滿足交期。

2）制程管理透明化需求

電子裝配企業(yè)車間，往往同時(shí)生產(chǎn)不同品種的產(chǎn)品，各個(gè)產(chǎn)品的裝配工藝、質(zhì)量要求、檢測(cè)流程均存在差異。需要通過系統(tǒng)管理，規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)操作，實(shí)時(shí)監(jiān)控車間物料、人員、工藝、裝備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對(duì)產(chǎn)品投料上線、生產(chǎn)加工、完工下線、包裝等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制和記錄，從而提升作業(yè)效率，保證產(chǎn)品品質(zhì)。

3）產(chǎn)品質(zhì)量追溯需求

終端主機(jī)廠發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常時(shí)，需要及時(shí)獲取各個(gè)裝配部件的質(zhì)量信息，確認(rèn)溯源的范圍，以便于及時(shí)召回，減少損失。這就要求電子裝配企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)產(chǎn)品建立批次/單件追溯檔案，記錄好相關(guān)生產(chǎn)過程。

4）數(shù)據(jù)采集需求

產(chǎn)品生產(chǎn)加工實(shí)時(shí)性高，測(cè)試數(shù)據(jù)累積量大。應(yīng)通過條碼、與設(shè)備集成等方式，自動(dòng)和手工采集各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)過程中的物料進(jìn)行追蹤，對(duì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行記錄，為后續(xù)的追溯和分析打好基礎(chǔ)。

5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與報(bào)表管理需求

根據(jù)采集到的生產(chǎn)車間數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成報(bào)表，如進(jìn)度報(bào)表、質(zhì)量報(bào)表、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性報(bào)表；采用圖表的形式根據(jù)獲取的生產(chǎn)進(jìn)度數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)等進(jìn)行圖表展示，使用戶直觀地了解生產(chǎn)過程信息。

6）系統(tǒng)集成需求

一方面，需要實(shí)現(xiàn)MES與ERP、PLM、WMS等信息化系統(tǒng)的集成，另一方面，提升與智能裝配裝備、智能檢測(cè)裝備等硬件設(shè)備的集成，減少人工操作帶來的失誤，提升作業(yè)效率。

2 系統(tǒng)建設(shè)思路

依照現(xiàn)階段電子裝配行業(yè)信息化應(yīng)用現(xiàn)狀，建議企業(yè)MES系統(tǒng)總體建設(shè)，依圖1路線進(jìn)行。

圖1 MES項(xiàng)目的建設(shè)路線

系統(tǒng)建設(shè)過程分為三個(gè)階段，三個(gè)階段的任務(wù)分別是功能建設(shè)、系統(tǒng)集成和統(tǒng)計(jì)分析。

第一階段建設(shè)M E S系統(tǒng)的生產(chǎn)建模、物料管理、質(zhì)量管理與追溯、預(yù)警報(bào)警管理、看板管理等模塊，完成各模塊建設(shè)，實(shí)現(xiàn)MES與設(shè)備的互聯(lián)互通。

第二階段要將MES與ERP、PLM、WMS等系統(tǒng)進(jìn)行集成，MES可以從ERP/PLM中提取物料數(shù)據(jù)、產(chǎn)品BOM數(shù)據(jù)、工藝路線等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，獲取生產(chǎn)任務(wù)信息，并且可以回傳計(jì)劃執(zhí)行情況；可以從WMS系統(tǒng)中獲取實(shí)物管理信息。

第三階段依照企業(yè)實(shí)際需求，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行積累的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并予以圖形化方式展現(xiàn)。

3 詳細(xì)解決方案

3.1 MES系統(tǒng)基礎(chǔ)功能建設(shè)

1）生產(chǎn)建模

MES系統(tǒng)的運(yùn)行，需要構(gòu)建車間的數(shù)字化生產(chǎn)模型，模型可以直接從PLM中讀入，也可以在MES中建立，模型可以指導(dǎo)生產(chǎn)，每次生產(chǎn)任務(wù)將是這個(gè)模型的一次實(shí)例化；模型主要定義生產(chǎn)過程所需要的制造BOM，在這個(gè)BOM結(jié)構(gòu)里面定義了產(chǎn)品是如何加工出來的，以及在加工過程中所有的約束條件；生產(chǎn)模型包括物料屬性、生產(chǎn)工位、加工路徑、加工方法、加工資源、定額工時(shí)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)約束（如最小批量）等。

2）生產(chǎn)排程與調(diào)度管理

根據(jù)ERP系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)工單，MES系統(tǒng)按照生產(chǎn)線流水生產(chǎn)的組織模式進(jìn)行管理，采用產(chǎn)線拉動(dòng)的方式，以交期為導(dǎo)向，考慮在制和產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)排產(chǎn)。同時(shí)，結(jié)合交期的變化，支持計(jì)劃的滾動(dòng)編制及對(duì)計(jì)劃臨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

在生產(chǎn)線計(jì)劃基礎(chǔ)上，編制與之配套的物料配送計(jì)劃，保證物料的及時(shí)供應(yīng)。

3）車間物料在制管理

車間線邊倉(cāng)庫(kù)按照生產(chǎn)線物料配送計(jì)劃將物料運(yùn)送到指定上料工位，并進(jìn)行物料接收的確認(rèn)，接收確認(rèn)過程要對(duì)物料的正確性進(jìn)行核對(duì)，接收人員通過掃描產(chǎn)品條碼、物料條碼及工位條碼后，系統(tǒng)根據(jù)掃描的信息，自動(dòng)與當(dāng)前的產(chǎn)品計(jì)劃及產(chǎn)品的工位物料清單數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確認(rèn)送料的正確性。如果不一致進(jìn)行報(bào)警，進(jìn)行物料配錯(cuò)管理。

圖2 生產(chǎn)模型創(chuàng)建

圖3 流水生產(chǎn)線計(jì)劃編制流程圖

建立物料在制和產(chǎn)品在制賬，以便對(duì)車間在制情況進(jìn)行管理和統(tǒng)計(jì)，保證物流和信息流的同步。

4）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)監(jiān)控

MES系統(tǒng)針對(duì)電子裝配企業(yè)車間現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)業(yè)務(wù)的解決方案，主要包含如下幾個(gè)方面：用戶登錄、生產(chǎn)流轉(zhuǎn)過程管理、投料管理、文檔管理、完工匯報(bào)、現(xiàn)場(chǎng)品質(zhì)控制、生產(chǎn)時(shí)效性管理、條碼應(yīng)用、托盤管理及異常報(bào)警預(yù)警管理。

圖4 車間作業(yè)管理功能示意圖

（1）用戶登錄：系統(tǒng)應(yīng)支持刷卡登錄和用戶名密碼登錄兩種模式，進(jìn)入系統(tǒng)操作平臺(tái)；

（2）生產(chǎn)流轉(zhuǎn)過程管理：依照預(yù)先設(shè)定的格式，產(chǎn)生作業(yè)流轉(zhuǎn)卡，通過流轉(zhuǎn)卡條碼進(jìn)行批次跟蹤，記錄生產(chǎn)過程，管控產(chǎn)品過站；

（3）投料管理：對(duì)投料進(jìn)行校驗(yàn)管理，實(shí)時(shí)把控物料消耗。對(duì)特定保質(zhì)期的物料，提供叫料功能；

（4）文檔管理：在工位機(jī)或其他操作頁(yè)面上，可以鏈接查看生產(chǎn)所需圖文檔；

（5）完工匯報(bào)：記錄完工信息，對(duì)跳站進(jìn)行管控，并提供多維度的生產(chǎn)進(jìn)度報(bào)表；

（6）現(xiàn)場(chǎng)品質(zhì)控制：記錄檢測(cè)結(jié)果，防止不良品混入，并設(shè)置一次校驗(yàn)合格率，出現(xiàn)品質(zhì)異常時(shí)，能夠及時(shí)報(bào)警；

（7）生產(chǎn)時(shí)效性管理：對(duì)錫膏、膠水、敏感元器件等原材料進(jìn)行管控；對(duì)烘烤、固化等工序的加工時(shí)間進(jìn)行管控；對(duì)前序和后序間的完工與上料間隔時(shí)間進(jìn)行管控；

（8）條碼應(yīng)用：支持為工具工裝、產(chǎn)品、托盤、流程管控卡、包裝編碼，并依照條碼進(jìn)行追蹤和記錄。

（9）托盤管理：對(duì)物料托盤和產(chǎn)品流轉(zhuǎn)托盤進(jìn)行管理，記錄物料配送、接收和產(chǎn)品流轉(zhuǎn)信息；

（10）異常預(yù)警報(bào)警管理：系統(tǒng)根據(jù)采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和指標(biāo)核對(duì)。當(dāng)數(shù)據(jù)與設(shè)定目標(biāo)數(shù)據(jù)有差異時(shí)，通過電子看板提示操作工和生產(chǎn)管理人員注意生產(chǎn)異常，并及時(shí)處理，保障車間的正常生產(chǎn)。

5）品質(zhì)管理

應(yīng)用系統(tǒng)，幫助品質(zhì)人員控制并完成產(chǎn)品的檢驗(yàn)，形成產(chǎn)品單件檔案，記錄產(chǎn)品生產(chǎn)過程中各工序檢驗(yàn)到產(chǎn)品最終檢驗(yàn)的全部過程，發(fā)現(xiàn)品質(zhì)問題、分析故障原因、及時(shí)反饋問題，并采用必要的手段處理品質(zhì)問題，從而有效地控制產(chǎn)品品質(zhì)，提高品質(zhì)管理水平。包括品質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、品質(zhì)數(shù)據(jù)采集、控制及預(yù)警、品質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析、追溯管理等。

6）設(shè)備管理

在系統(tǒng)中建立設(shè)備臺(tái)賬，并對(duì)設(shè)備的運(yùn)行、報(bào)警、故障維修等進(jìn)行記錄，形成設(shè)備履歷。管理設(shè)備點(diǎn)檢、設(shè)備維修保養(yǎng)工作，降低設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)施監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并通過電子看板讓車間管理人員、設(shè)備維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行情況。

3.2 系統(tǒng)集成

如圖5所示，對(duì)應(yīng)用PLM和ERP系統(tǒng)的電子裝配企業(yè)，采用如下的系統(tǒng)間業(yè)務(wù)交互方式。MES系統(tǒng)從PLM系統(tǒng)中獲取物料定義和制造BOM等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從ERP系統(tǒng)中獲取生產(chǎn)工單，并向ERP系統(tǒng)提出領(lǐng)料需求，進(jìn)一步開展生產(chǎn)，并對(duì)生產(chǎn)過程中的人、機(jī)、料、法、環(huán)進(jìn)行全面記錄和控制。生產(chǎn)完工后，將完工信息反饋給ERP系統(tǒng)，令工單形成閉環(huán)。

對(duì)于應(yīng)用WMS進(jìn)行庫(kù)存管理的企業(yè)，MES系統(tǒng)生產(chǎn)領(lǐng)料及完工入庫(kù)操作可進(jìn)一步與WMS系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)庫(kù)房庫(kù)位與產(chǎn)線工位間物料及產(chǎn)品的定時(shí)定向傳輸。保證生產(chǎn)的及時(shí)供應(yīng)、車間在制的有效清理及庫(kù)存的先進(jìn)先出，提升物料和產(chǎn)品周轉(zhuǎn)效率。

另一方面，應(yīng)用中間表、SCADA、DNC等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)MES與智能裝配與檢測(cè)設(shè)備的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程的海量數(shù)據(jù)采集。減少人員操作，提升自動(dòng)化集成水平，提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品一致性。

3.3 統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)功能建設(shè)及系統(tǒng)集成后，結(jié)合BI等技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)制造核心資源的數(shù)據(jù)進(jìn)一步精細(xì)和豐富，并通過看板和報(bào)表等方式進(jìn)行展現(xiàn)。

1）看板管理

車間現(xiàn)場(chǎng)管理的情況復(fù)雜、多變，因此為了能夠提高車間所有人員的業(yè)務(wù)協(xié)同能力，需要能夠讓所有人員及時(shí)了解車間生產(chǎn)現(xiàn)狀，例如任務(wù)完成進(jìn)度，領(lǐng)料情況，生產(chǎn)異常等。系統(tǒng)為各個(gè)部門所關(guān)注的看板需求提供統(tǒng)一定制管理平臺(tái)。依托于系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)源，進(jìn)行定制化開發(fā)，看板的主要分類如圖6所示。

圖5 與PLM系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)集成

圖6 主要看板類型

2）報(bào)表管理

依托于報(bào)表工具，實(shí)現(xiàn)電子裝配行業(yè)生產(chǎn)加工過程中記錄的多個(gè)數(shù)據(jù)源關(guān)聯(lián)，集中各相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)于一張報(bào)表，便于管理者實(shí)施掌握企業(yè)信息，及時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)管控和管理改善；定制多樣化的生產(chǎn)達(dá)成率、車間及單工站良率報(bào)表，進(jìn)行豐富多樣的圖表分析、多維分析、即時(shí)分析，體現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)的價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

文章從電子裝配行業(yè)MES系統(tǒng)的需求出發(fā)，介紹了MES系統(tǒng)功能建設(shè)、系統(tǒng)集成、統(tǒng)計(jì)分析三個(gè)建設(shè)階段的主要工作，結(jié)合電子裝配行業(yè)的特點(diǎn)和以往的成功實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各個(gè)階段的具體解決方案進(jìn)行了闡述，為行業(yè)內(nèi)MES系統(tǒng)的應(yīng)用落地提供切實(shí)可行的參考，助力行業(yè)企業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)。