面向電子裝配的制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

梁曉純，呂增勇，張曉峰

（1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊050081；2.石家莊市高級(jí)技工學(xué)校，河北石家莊050041）

0 引言

20世紀(jì)90年代初，美國的先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)AMR最先提出制造執(zhí)行系統(tǒng)的概念，并將其定義為“位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間的、面向車間層的管理信息系統(tǒng)”[1]，制造執(zhí)行系統(tǒng)還應(yīng)負(fù)責(zé)規(guī)劃與協(xié)調(diào)現(xiàn)場[2-3]所有的生產(chǎn)活動(dòng)[4]，進(jìn)行信息管理和統(tǒng)計(jì)分析以輔助生產(chǎn)決策[5-6]。在科研設(shè)計(jì)信息化已逐步穩(wěn)固的今天，為推進(jìn)由科研設(shè)計(jì)型院所向科研生產(chǎn)型院所的轉(zhuǎn)型發(fā)展，建立和完善生產(chǎn)制造相關(guān)信息系統(tǒng)已成為當(dāng)務(wù)之急，其中，管理整個(gè)制造執(zhí)行過程信息的MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分重要。

而目前大多的MES系統(tǒng)針對(duì)機(jī)械加工類進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)方式不適合電子裝配類的制造執(zhí)行管理，因此，對(duì)電裝類MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究勢在必行。介紹了一種面向電子裝配MES系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并重點(diǎn)闡述了在線工藝過程卡編制技術(shù)的設(shè)計(jì)，對(duì)電裝類MES系統(tǒng)在其他企業(yè)或院所的設(shè)計(jì)實(shí)施提供了參考。

1 電裝類MES系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在科研生產(chǎn)過程中，加工廠負(fù)責(zé)接收生產(chǎn)任務(wù)并組織生產(chǎn)，其中，電子裝配類工廠主要負(fù)責(zé)電子器件的工藝編制和裝配，工作方面比較專一，工作流程清晰。常見機(jī)械加工類工藝卡在CAPP系統(tǒng)中編制，再集成至MES系統(tǒng)輔助生產(chǎn)計(jì)劃決策，但此類CAPP的工藝卡類型并不完全適合電裝的特點(diǎn)，因此，此處采用MES系統(tǒng)中的在線工藝過程卡編制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)電裝制造執(zhí)行流程的信息貫穿管理，并使整個(gè)MES系統(tǒng)成為相對(duì)獨(dú)立的整體，避免了和其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口的設(shè)計(jì)考慮和局限。

首先對(duì)電子裝配業(yè)務(wù)流程進(jìn)行梳理，在規(guī)整工作流程和人員職責(zé)的同時(shí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能框架，依據(jù)企業(yè)電子裝配的工作需求，設(shè)計(jì)MES系統(tǒng)的功能模塊包括基礎(chǔ)信息管理、任務(wù)單管理、工藝卡管理、加工任務(wù)管理、派工管理、作業(yè)執(zhí)行管理、齊套管理和檢驗(yàn)管理，除此之外，系統(tǒng)也設(shè)計(jì)查詢統(tǒng)計(jì)模塊，支持對(duì)制造執(zhí)行過程中的負(fù)荷、進(jìn)度、工時(shí)及完成率等信息的查詢統(tǒng)計(jì)。電裝類MES系統(tǒng)的功能框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1電裝MES系統(tǒng)功能框架

由此功能框架可以看出，MES系統(tǒng)較全面地覆蓋了電裝制造執(zhí)行中的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)各流程和相關(guān)信息進(jìn)行了管理，可全面地保障電裝制造全過程的信息流轉(zhuǎn)和監(jiān)控。

2 電裝類MES系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

依據(jù)電裝類工廠的工作流程分析，設(shè)計(jì)電裝類MES系統(tǒng)的關(guān)鍵流程如圖2所示，將MES系統(tǒng)的整個(gè)流程分為生產(chǎn)準(zhǔn)備流程和加工執(zhí)行流程兩部分。

圖2電裝類MES系統(tǒng)總體流程設(shè)計(jì)

2.1 生產(chǎn)準(zhǔn)備流程設(shè)計(jì)

電裝類MES系統(tǒng)的生產(chǎn)準(zhǔn)備部分是指生產(chǎn)任務(wù)擬制起至作業(yè)計(jì)劃制定完成的階段。針對(duì)電裝類制造流程特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有任務(wù)單擬制管理、缺件信息管理、齊套管理、工藝卡編制和加工計(jì)劃制定幾個(gè)關(guān)鍵功能節(jié)點(diǎn)。

通過對(duì)電裝類制造管理特點(diǎn)分析，MES系統(tǒng)生產(chǎn)準(zhǔn)備流程設(shè)計(jì)時(shí)需考慮以下關(guān)鍵問題：①在生產(chǎn)任務(wù)擬制時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為可自動(dòng)生成生產(chǎn)編號(hào)，并作為后期整單任務(wù)查詢的唯一標(biāo)識(shí)；②計(jì)劃員可對(duì)需加工的任務(wù)單按模板導(dǎo)入加工明細(xì)信息；③針對(duì)需加工制造的明細(xì)，系統(tǒng)自動(dòng)生成工作令號(hào)編號(hào)，作為加工明細(xì)查詢的唯一依據(jù)。對(duì)這些關(guān)鍵問題的考慮，在有效節(jié)約工作時(shí)間的同時(shí)，明確了系統(tǒng)管理的任務(wù)標(biāo)識(shí)。

生產(chǎn)準(zhǔn)備流程設(shè)計(jì)如下：

①生產(chǎn)任務(wù)單管理：生產(chǎn)任務(wù)單是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的源頭，MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)任務(wù)單管理模塊，可針對(duì)各任務(wù)單信息進(jìn)行相應(yīng)處理；

②齊套信息管理：系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)每條工作令號(hào)信息進(jìn)行齊套管理，包括缺件信息維護(hù)及齊套確認(rèn)等功能，系統(tǒng)在齊套階段存在問題的數(shù)據(jù)項(xiàng)以高亮顯示，以示關(guān)注；

③工藝過程卡編制：針對(duì)電裝類工作特點(diǎn)，MES系統(tǒng)上線前對(duì)工序、工步信息和工序工步關(guān)系進(jìn)行規(guī)劃，制定工時(shí)核算標(biāo)準(zhǔn)，以便在線編制工藝過程卡時(shí)可直接選取所需工步，有效節(jié)約工藝編制時(shí)間，并使整個(gè)生產(chǎn)準(zhǔn)備流程信息化，有利于信息流轉(zhuǎn)和記錄，并有效輔助后期生產(chǎn)計(jì)劃安排；

④加工計(jì)劃安排：針對(duì)電裝類任務(wù)的加工特點(diǎn)，系統(tǒng)有任務(wù)單的明細(xì)級(jí)拆分管理功能，以便對(duì)涉及不同工段的任務(wù)安排加工計(jì)劃。

MES系統(tǒng)對(duì)電裝類生產(chǎn)準(zhǔn)備過程管理的流程設(shè)計(jì)使得整個(gè)過程信息前后貫通，任務(wù)的處理方式簡化，借助電裝工藝卡的在線編制和管理，為后續(xù)生產(chǎn)計(jì)劃制定和生產(chǎn)過程管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)，使整個(gè)制造執(zhí)行過程管理的信息化成為可能。

2.2 加工執(zhí)行流程設(shè)計(jì)

電裝類MES系統(tǒng)的加工執(zhí)行部分指工段長任務(wù)分配起至加工完成品交接的階段，針對(duì)電裝類制造流程特點(diǎn)，此階段系統(tǒng)設(shè)計(jì)有任務(wù)分配、執(zhí)行反饋、檢驗(yàn)結(jié)果反饋和合格品交接幾個(gè)關(guān)鍵功能節(jié)點(diǎn)。

通過對(duì)電裝類制造管理特點(diǎn)分析，MES系統(tǒng)加工執(zhí)行流程設(shè)計(jì)時(shí)需考慮以下關(guān)鍵問題：①系統(tǒng)建設(shè)前期應(yīng)規(guī)劃人員、設(shè)備和工裝等信息資源庫，以輔助任務(wù)分配決策和查詢；②系統(tǒng)設(shè)計(jì)借助RFID技術(shù)的作業(yè)執(zhí)行結(jié)果和檢驗(yàn)結(jié)果的處理。對(duì)這些關(guān)鍵問題的考慮，在優(yōu)化任務(wù)決策的同時(shí)，亦可提升操作效率。

加工執(zhí)行流程設(shè)計(jì)如下：

①任務(wù)分配管理：系統(tǒng)設(shè)計(jì)了人員、設(shè)備和工裝信息資源庫，輔助任務(wù)分配決策；

②作業(yè)執(zhí)行管理：系統(tǒng)借助RFID技術(shù)，通過掃入加工任務(wù)的工作令號(hào)和操作者身份信息作為加工任務(wù)完成的標(biāo)識(shí)，并設(shè)計(jì)了問題反饋功能，可對(duì)加工作業(yè)中的相關(guān)問題在系統(tǒng)中進(jìn)行問題反饋；

③檢驗(yàn)管理及合格品交接管理：系統(tǒng)借助RFID技術(shù)，通過掃入或輸入此條工作令號(hào)條碼和檢驗(yàn)結(jié)果條碼作為檢驗(yàn)完成標(biāo)識(shí)，檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品可在系統(tǒng)中進(jìn)行后續(xù)的交接管理。

由此部分加工流程設(shè)計(jì)可見，MES系統(tǒng)可對(duì)電裝類生產(chǎn)任務(wù)的分配、加工和檢驗(yàn)全過程電子化管理，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)無阻礙或延遲，并借助系統(tǒng)資源庫的建立，使優(yōu)化任務(wù)分配決策和效率成為可能。

3 在線工藝過程卡編制研究

工藝過程卡編制作為制造執(zhí)行過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，承接生產(chǎn)準(zhǔn)備過程和后續(xù)加工計(jì)劃的制定和執(zhí)行，若不能納入MES系統(tǒng)統(tǒng)一管理，則整個(gè)系統(tǒng)的管理效率和應(yīng)用效果將大打折扣。由于常用的工藝過程卡編制軟件CAPP不完全適用于電子裝配的特點(diǎn)，所以電裝類MES系統(tǒng)借助在線工藝過程卡編制技術(shù)。

在線工藝過程卡編制中的關(guān)鍵技術(shù)是建立規(guī)范的工序、工步和工序工步關(guān)系資源庫，系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期應(yīng)對(duì)此資源庫進(jìn)行規(guī)劃，在后臺(tái)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)表進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和關(guān)聯(lián)，并設(shè)定規(guī)則限制工序和工步關(guān)系，以限定不同工序類型可添加的工步種類，并且在信息內(nèi)容或關(guān)聯(lián)關(guān)系需更改時(shí)，系統(tǒng)提供界面自行修改。此種設(shè)計(jì)為在線工藝過程卡編制中工序和工步的編輯選擇提供了數(shù)據(jù)依據(jù)，規(guī)范了工藝卡中的信息內(nèi)容，可有效提升工藝卡的編制效率和質(zhì)量。

工藝過程卡編制實(shí)現(xiàn)時(shí)，首先梳理規(guī)整工藝卡中所需的數(shù)據(jù)信息，如加工件數(shù)、產(chǎn)品系數(shù)、收?qǐng)D人、收?qǐng)D時(shí)間、收件人、收件時(shí)間、裝配尺寸、擬制人、審核人和批準(zhǔn)人等，并將產(chǎn)品類型、應(yīng)用環(huán)境和裝配特性信息設(shè)計(jì)成枚舉形式，系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持枚舉維護(hù)，便于根據(jù)情況進(jìn)行擴(kuò)展。

工藝過程卡創(chuàng)建后可針對(duì)每條工作令號(hào)添加相關(guān)工步，添加完工序和工步信息后，需填寫工件量和工時(shí)信息。在系統(tǒng)中對(duì)工藝卡添加工步時(shí)，只需選擇工步資源庫中的工步名稱和對(duì)應(yīng)的工序名稱即可，并可對(duì)工步添加工裝和設(shè)備信息，或填寫特殊材料要求等，最后，可選擇工步是否需檢驗(yàn)等。

各工步信息添加完成后，系統(tǒng)支持可對(duì)此工藝卡信息進(jìn)行瀏覽、導(dǎo)出和打印，并可將工藝過程卡導(dǎo)出為標(biāo)準(zhǔn)格式，作為指導(dǎo)操作、歸檔或其他依據(jù)快速輔助工藝卡的生成。由MES系統(tǒng)生成的工藝過程卡制式含工藝卡基礎(chǔ)信息、工序工步信息和審核批準(zhǔn)信息三部分：①工藝卡基礎(chǔ)信息為生產(chǎn)相關(guān)的編號(hào)、批次、優(yōu)先級(jí)、件數(shù)、類型和特性等；② 工序工步信息為工藝過程的具體指導(dǎo)信息；③審核批準(zhǔn)信息可顯示MES系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的審核人和日期信息等。此三部分信息清晰完整，便于全面指導(dǎo)后期操作和進(jìn)行完整保存追溯。

借助在線工藝過程卡編制技術(shù)的MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，使整個(gè)電裝類制造執(zhí)行過程的信息傳遞成為可能，且此種工藝卡編制方式適合電裝工藝編制的特點(diǎn)，可有效管理和規(guī)范工藝設(shè)計(jì)過程并提升工藝員工作效率，為其他企業(yè)電子裝配類加工執(zhí)行的工藝卡編制功能設(shè)計(jì)提供了有利參考。

4 結(jié)束語

通過對(duì)此電裝類MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，使整個(gè)電裝制造執(zhí)行過程管理電子化，再借助在線電裝工藝過程卡編制技術(shù)，將電裝工藝設(shè)計(jì)有效納入MES系統(tǒng)中進(jìn)行管理，貫穿整個(gè)制造過程相關(guān)數(shù)據(jù)，優(yōu)化作業(yè)計(jì)劃決策，可有效提升電裝類加工執(zhí)行效率。目前針對(duì)電子裝配類企業(yè)設(shè)計(jì)的MES系統(tǒng)已平穩(wěn)運(yùn)行，且取得了較好的效果，將不規(guī)范的業(yè)務(wù)操作進(jìn)行了規(guī)范化管理，輔助生產(chǎn)管理者及時(shí)了解生產(chǎn)計(jì)劃及進(jìn)度情況。在提高生產(chǎn)計(jì)劃有效性的同時(shí)，強(qiáng)化了生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃的嚴(yán)肅性，簡化和改善了管理模式，使生產(chǎn)運(yùn)行更平順和高效。

[1]王勝強(qiáng),芮執(zhí)元,劉軍.制造執(zhí)行系統(tǒng)MES及其功能技術(shù)模型[J].甘肅科技,2009,5(25):18-21．

[2]Bill Swanton.MES Five Years Later:Prelude to Phase III[R].American:AMR Report,1995．

[3]Qiu R,Wysk R,Xu Q.An Extended Structured Adaptive Supervisory Control Model of Shop Floor Controls for An E-Manufacturing System[J].Int J Prod Res,2003,41(8):1605-1620．

[4]李亞杰,何衛(wèi)平,董蓉.面向制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能進(jìn)化實(shí)施方法[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2013,19(3)：507-515．

[5]皮明峰.基于復(fù)雜事件處理和RFID的制造執(zhí)行系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2011．

[6]阮學(xué)斌.生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,9(5):541-546．