用于微波電路模塊生產(chǎn)線信息化管理的MES系統(tǒng)

張 健，姜 洋，叢遠(yuǎn)如，姜偉卓

ZHANG Jian, JIANG Yang, CONG Yuan-ru, JIANG Wei-zhuo

（南京電子技術(shù)研究所，南京 210039）

0 引言

當(dāng)前，制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是生產(chǎn)制造行業(yè)信息化研究與應(yīng)用的一大熱點(diǎn)。美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)AMR（Advanced Manufacturing Research）將MES定義為[1]“位于上層資源管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間的、面向車(chē)間層的管理信息系統(tǒng)”，即MES在計(jì)劃管理層與底層控制之間架起了一座橋梁，彌補(bǔ)了ERP或MRP偏重對(duì)計(jì)劃的管控而無(wú)法監(jiān)控制造現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行情況的缺陷，通過(guò)信息的數(shù)字化傳遞實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)指令下發(fā)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理。

微波電路模塊在各類(lèi)電子裝備中運(yùn)用廣泛，通常具有工作頻率較高、外形尺寸小、集成度高、批產(chǎn)數(shù)量大且性能指標(biāo)一致性要求高等特點(diǎn)，其生產(chǎn)模式具備離散型制造的多項(xiàng)特征[2,3]：1）產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)由多個(gè)零部件構(gòu)成，零部整件之間存在多級(jí)套裝關(guān)系；2）多種型號(hào)產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行小批量試制和大批量生產(chǎn)，共用生產(chǎn)線資源；3）新型號(hào)產(chǎn)品研制周期短，生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)計(jì)、工藝要求變更較多；4）工藝流程復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)涉及用料批次、工藝參數(shù)、質(zhì)檢信息等方面，數(shù)據(jù)采集與分析處理要求高。因此亟需對(duì)微波電路模塊生產(chǎn)線推進(jìn)信息化建設(shè)，構(gòu)建MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化、實(shí)時(shí)化、透明化管理[4]。

1 需求分析

圖1 微波電路模塊生產(chǎn)線信息流

微波電路模塊的特點(diǎn)決定了生產(chǎn)線管理信息化的基本出發(fā)點(diǎn)：第一，產(chǎn)量大要求借助信息化手段提升生產(chǎn)效率；第二，小尺寸、高集成度與高性能指標(biāo)要求使得日常產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)管顯得尤為重要。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)線以往運(yùn)行中的各類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行梳理，MES系統(tǒng)應(yīng)著重在以下方面提升生產(chǎn)線的管理水平：

1）將ERP生產(chǎn)訂單細(xì)化分解至工序級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃，明確生產(chǎn)線內(nèi)各工序單元的任務(wù)輸入，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品在各工序的完成進(jìn)度；

2）推行產(chǎn)品單件管理，實(shí)現(xiàn)單件在制品狀態(tài)跟蹤，對(duì)每件產(chǎn)品建立全生命周期的生產(chǎn)檔案；

3）產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的各類(lèi)質(zhì)量信息全面實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化記錄，并提供實(shí)時(shí)查詢(xún)報(bào)表，為質(zhì)量追溯和SPC提供數(shù)據(jù)支撐；

4）實(shí)時(shí)監(jiān)控各類(lèi)產(chǎn)品的齊套情況，建立生產(chǎn)用物料領(lǐng)用與消耗情況的電子臺(tái)帳，缺料自動(dòng)預(yù)警。

2 功能設(shè)計(jì)

MES系統(tǒng)須完成與上層ERP、PDS、PDM系統(tǒng)的集成[5,6]，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)信息的采集與傳遞[7,8]。微波電路模塊生產(chǎn)線由計(jì)劃組、工藝組、庫(kù)房以及不同工序?qū)傩缘纳a(chǎn)單元組成，生產(chǎn)單元下屬的工位類(lèi)型包括自動(dòng)化生產(chǎn)工位、人工裝配工位、人工調(diào)試工位、自動(dòng)測(cè)試工位、檢驗(yàn)工位等。MES系統(tǒng)管理下的生產(chǎn)線信息流示意圖如圖1所示。

微波電路模塊生產(chǎn)線MES系統(tǒng)應(yīng)具備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置、生產(chǎn)計(jì)劃管理、無(wú)紙化文檔管理、物料管理、制造過(guò)程管理、生產(chǎn)信息管理和工時(shí)管理等功能。

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置包含三個(gè)方面：一是生產(chǎn)線基本組成信息的自定義，主要有各工序單元及其下屬各工位的定義、各工位所用設(shè)備/儀表的關(guān)聯(lián)、物料存儲(chǔ)庫(kù)位的定義、生產(chǎn)操作人員的權(quán)限設(shè)定等；二是產(chǎn)品基本信息在投產(chǎn)前的預(yù)設(shè)置，包括工序級(jí)物料BOM、檢驗(yàn)項(xiàng)目、工藝參數(shù)、缺陷故障現(xiàn)象及其返工返修操作等；三是各產(chǎn)品工序標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)與系數(shù)的制訂，用于操作人員的績(jī)效統(tǒng)計(jì)。

2.2 生產(chǎn)計(jì)劃管理

2.2.1 生產(chǎn)任務(wù)的分解下達(dá)

依據(jù)PDM中產(chǎn)品既定的工藝流程，將ERP上的生產(chǎn)訂單進(jìn)行數(shù)量、時(shí)間和工序三個(gè)維度的分解，最終生成工序級(jí)的生產(chǎn)計(jì)劃——派工單作為現(xiàn)場(chǎng)操作人員的任務(wù)輸入，在多產(chǎn)品任務(wù)并行時(shí)可依據(jù)其輕重緩急程度對(duì)派工單的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行設(shè)置。

2.2.2 完工進(jìn)度的統(tǒng)計(jì)查詢(xún)

指定生產(chǎn)訂單、工序、日期區(qū)間內(nèi)的完工數(shù)量統(tǒng)計(jì)并生成日?qǐng)?bào)表，便于計(jì)劃員和管理者實(shí)時(shí)掌控產(chǎn)品計(jì)劃完成進(jìn)度。

2.3 無(wú)紙化文檔管理

操作人員在MES界面上對(duì)選定的派工單直接調(diào)閱其設(shè)計(jì)文檔（設(shè)計(jì)圖、物料BOM表等）和工藝文檔（工序卡、操作規(guī)程等），無(wú)須另行登錄PDS、PDM查詢(xún)相關(guān)文檔。

2.4 物料管理

物料實(shí)行分批次條碼管理，條碼包含物料編碼和批次信息（其中物料編碼是物料種類(lèi)的唯一標(biāo)識(shí)）。裝機(jī)物料在庫(kù)房的出入庫(kù)登記和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的消耗、制件在現(xiàn)場(chǎng)各工序單元的完工周轉(zhuǎn)以及成品入庫(kù)與轉(zhuǎn)出均通過(guò)掃描物料條形碼完成。

基于庫(kù)房物料的電子臺(tái)帳與各工序單元的完工/返工用料信息，實(shí)現(xiàn)按訂單、按工序、按物料編碼、按批次號(hào)實(shí)時(shí)查詢(xún)物料齊套性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)細(xì)化至單個(gè)在制件的狀態(tài)跟蹤。

2.5 制造過(guò)程管理

對(duì)在制產(chǎn)品實(shí)行單件管理，即時(shí)填報(bào)在制件在各工序單元的完工情況，同時(shí)支持在制件異常狀態(tài)（待處理、返工、報(bào)廢）的處理，實(shí)時(shí)記錄在制件各道工序的生產(chǎn)信息，包括操作者、操作時(shí)間、裝機(jī)物料批次號(hào)、工藝參數(shù)值、檢驗(yàn)參數(shù)值、缺陷故障現(xiàn)象與返工返修操作等。基于MES系統(tǒng)的生產(chǎn)操作流程如圖2所示。

圖2 基于MES系統(tǒng)的生產(chǎn)操作流程

2.6 生產(chǎn)信息管理

基于產(chǎn)品制造過(guò)程中記錄的各項(xiàng)生產(chǎn)信息，建立產(chǎn)品全生命周期的生產(chǎn)檔案，提供產(chǎn)品生產(chǎn)信息的追溯查詢(xún)，為后期進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）提供數(shù)據(jù)支持。具體包括：

1）查詢(xún)產(chǎn)品在各道工序的操作時(shí)間、工藝參數(shù)與自檢參數(shù)；

2）查詢(xún)產(chǎn)品歷次返工返修操作；

3）產(chǎn)品批次號(hào)與裝機(jī)元器件批次號(hào)的雙向追溯；

4）產(chǎn)品批次號(hào)與缺陷故障現(xiàn)象的雙向查詢(xún)；

5）……

2.7 工時(shí)管理

依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置中各產(chǎn)品各工序的單件工時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)×系數(shù)）以及產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中記錄的操作者信息，匯總統(tǒng)計(jì)出一定時(shí)期內(nèi)各操作人員的累計(jì)工時(shí)，為人員績(jī)效考核提供重要參考。

3 開(kāi)發(fā)實(shí)施

基于上述功能需求并考慮到生產(chǎn)線的業(yè)務(wù)拓展，MES系統(tǒng)應(yīng)兼顧良好的模塊化和高度的可擴(kuò)展能力。微波電路模塊生產(chǎn)線MES系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，由系統(tǒng)管理、基礎(chǔ)資料管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理、物料配送管理、作業(yè)管理、綜合查詢(xún)六大功能模塊組成，各功能模塊下包含若干子業(yè)務(wù)模塊（如圖3所示），各模塊通過(guò)權(quán)限設(shè)置向生產(chǎn)線不同角色的人員開(kāi)放。

圖3 MES模塊組成

MES軟件使用PowerBuilder進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)，部分業(yè)務(wù)模塊的操作界面如圖4、圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

MES系統(tǒng)投入試運(yùn)行半年多以來(lái)，生產(chǎn)信息的數(shù)字化采集和實(shí)時(shí)化查詢(xún)使得微波電路模塊生產(chǎn)過(guò)程的“透明度”顯著提高，管理人員可隨時(shí)查詢(xún)產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度和質(zhì)量狀況，同時(shí)生產(chǎn)效率也因人工填報(bào)統(tǒng)計(jì)時(shí)間的節(jié)省而得以提高，生產(chǎn)線的信息化管理已初現(xiàn)成效。

圖4 車(chē)間排產(chǎn)及派工界面

圖5 生產(chǎn)作業(yè)管理界面

微波電路模塊的生產(chǎn)是典型的離散型制造流程，其生產(chǎn)計(jì)劃的指令性、產(chǎn)品種類(lèi)的多樣性、產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)的多變性以及加工工藝的復(fù)雜性等多方面特點(diǎn)，要求運(yùn)用現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理理念，構(gòu)建MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線信息化管理。MES的建立與完善應(yīng)以生產(chǎn)線的實(shí)際需求為基本出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)反復(fù)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、梳理流程、功能設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程，使得MES的功能不斷優(yōu)化，MES的應(yīng)用持續(xù)緊密地契合生產(chǎn)線運(yùn)行中的各方各面，并隨著生產(chǎn)線業(yè)務(wù)能力的拓展而發(fā)展。

[1]李春磊.基于MES的離散制造車(chē)間生產(chǎn)系統(tǒng)分析[D].南京：南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,2011.

[2]李志華.MES在小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中的應(yīng)用[J].軍民兩用技術(shù),2012.6：53-54.

[3]張京都,張倩,楊俊.軍工研制型企業(yè)MES系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].信息化研究,2013.8：52-57.

[4]孫袁,劉剛,嚴(yán)偉,平麗浩.數(shù)字化工廠技術(shù)在電子制造領(lǐng)域的應(yīng)用[J].中國(guó)電子科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào),2013.6：551-556.

[5]付海波,夏光蔚,胡冰.基于ERP/PDM/MES/PCS的數(shù)字制造系統(tǒng)信息集成研究[J].電氣制造,2009.3：34-37.

[6]戚寶運(yùn),許自力,毛勤儉.數(shù)字化車(chē)間MES系統(tǒng)構(gòu)建[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2013.1：25-29.

[7]周長(zhǎng)英.基于離散制造業(yè)車(chē)間的制造執(zhí)行（MES）方案設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2012.10：15-18.

[8]孟翔,薛善良,李建平,楊年寶.航天產(chǎn)品裝配生產(chǎn)MES研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程,2013.10：43-46.