基于批量控制的電裝行業(yè)MES設(shè)計(jì)

向健明，辛曼玉，伍建軍，張魏巍，任崇軒

（1.江西理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，贛州 431000；2.廣東匯興精工智造股份有限公司，東莞 523000）

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]。MES是實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)管理敏捷化的基本技術(shù)手段，其敏捷化、智能化和集成化為MES技術(shù)及系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢[2,3]，能有效的提升企業(yè)的核心競爭力。文獻(xiàn)[4]針對(duì)軍品車間多品種、小批量的生產(chǎn)模式，設(shè)計(jì)并打造了一個(gè)先進(jìn)且適用的制造執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了將車間生產(chǎn)更加精細(xì)化的管理,建立了規(guī)范的車間生產(chǎn)管理信息平臺(tái)；文獻(xiàn)[5]對(duì)MES在離散制造業(yè)數(shù)字化車間中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，應(yīng)用UML建模技術(shù)建立了SCADA系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)控、質(zhì)量監(jiān)控等功能模型；文獻(xiàn)[6]針對(duì)輪胎制造業(yè)信息脫節(jié)現(xiàn)象，提出了輪胎生產(chǎn)中的MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和架構(gòu)，研發(fā)了輪胎生產(chǎn)中基于MES的成型和硫化生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)；文獻(xiàn)[7]基于SOA的設(shè)計(jì)方法，建立基于工作流的電子裝配過程的軟件體系結(jié)構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)框架，對(duì)于電裝行業(yè)的小批量、多品種生產(chǎn)控制沒有過多考慮。由以上文獻(xiàn)可知目前大多的MES系統(tǒng)針對(duì)離散制造業(yè)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)架構(gòu)方式不便于電子裝配類的制造執(zhí)行管理，但是隨著電子裝配行業(yè)的日趨發(fā)戰(zhàn)，對(duì)電子裝配類MES系統(tǒng)研究甚是重要。本文提出了一種基于批量控制的電裝行業(yè)MES系統(tǒng)的總體架構(gòu)，并且通過.Net架構(gòu)及程序集組件技術(shù)對(duì)其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

1 電子裝配行業(yè)概述

我國電子裝配行業(yè)起步于80年代中期（1985年），最初從美、日等國成套引進(jìn)了生產(chǎn)線用于彩電調(diào)諧器生產(chǎn)。隨后應(yīng)用于袖珍式高檔多波段收音機(jī)、隨身聽、錄像機(jī)、VCD、DVD、BB機(jī)、手機(jī)等生產(chǎn)中，近幾年在計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、醫(yī)療器械、汽車電子、航空航天電子產(chǎn)品中也得到廣泛應(yīng)用。全球的PCBA制造商，包括美、日、歐洲、新加坡、臺(tái)商基本都已將電子裝配加工廠搬到了中國大陸，使得中國大陸成為了全球的電子制造中心和加工中心。為了適應(yīng)其業(yè)務(wù)發(fā)展，對(duì)于電裝行業(yè)的迫切需求點(diǎn)設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的功能實(shí)現(xiàn)尤為重要，主要為以下三個(gè)方面：

1）電子產(chǎn)品裝配過程的實(shí)時(shí)可視化需求；

2）電子產(chǎn)品裝配車間的動(dòng)態(tài)排程需求；

3）電子產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)跟蹤與追溯需求。

而針對(duì)于以上的三種需求點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)出基于批量控制的電裝行業(yè)MES系統(tǒng)的總體架構(gòu)，并且對(duì)于其需求點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的功能模塊，達(dá)到產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)時(shí)可視化，動(dòng)態(tài)排程以及數(shù)據(jù)跟蹤與追溯要求。

2 批量控制MES系統(tǒng)模型

近年來，隨著工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，由大批量、少品種的生產(chǎn)方式向小批量、多品種轉(zhuǎn)變，采用批量過程的企業(yè)為了盡快開發(fā)新產(chǎn)品以保持市場競爭力，為了適應(yīng)間歇生產(chǎn)周期短、更換品種容易、對(duì)多變的市場要求適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，確保批量生產(chǎn)過程重復(fù)性和操作柔性，由此提出了批量控制理論[8]，其分為過程模型、物理模型和程序控制模型[9,10]，其模型如圖1所示，因此它也支持MES系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程個(gè)性化配置以滿足車間內(nèi)外部環(huán)境的因素變化，對(duì)MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)加工可視化、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)排程、實(shí)時(shí)生產(chǎn)跟蹤以及系統(tǒng)的可集成、可控制等具有重要意義，基于批量控制的MES總體架構(gòu)圖如圖2所示，以廣東某電子裝配公司為例，針對(duì)工藝流程基于批量控制理論，建立其過程、物理以及程序控制模型。

圖1 批量控制模型

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 電裝行業(yè)MES的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)電裝行業(yè)的需求特點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)從原材料上線、到工序加工、到成品入庫整個(gè)生產(chǎn)過程達(dá)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、控制、分析和歷史追溯的集成系統(tǒng)，且企業(yè)內(nèi)部計(jì)劃、物流、生產(chǎn)、品質(zhì)部門取得生產(chǎn)信息的數(shù)據(jù)也需要得到及時(shí)反映。因此，其功能模塊如圖1所示，并且通過.Net架構(gòu)及程序集組件技術(shù)對(duì)其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[11～13]。

1）ERP接口模塊是為了原有企業(yè)ERP無縫連接應(yīng)。

2）物料管理包括供應(yīng)商品號(hào)、超級(jí)BOM以及品質(zhì)現(xiàn)象等，如圖3所示。

3）生產(chǎn)訂單管理包括新建或?qū)肷a(chǎn)訂單、維護(hù)生產(chǎn)訂單工藝流程、新建或?qū)肷a(chǎn)排程任務(wù)以及物料展望，如圖4所示。

4）倉庫管理包括導(dǎo)入領(lǐng)料單、搜索領(lǐng)料單發(fā)料、撤銷發(fā)料、發(fā)料智能推薦與數(shù)量管控。

圖3 BOM查詢顯示

圖4 生產(chǎn)訂單管理

5）測試與維修功能包括測試基本信息的維護(hù)、測試操作流程、記錄測試結(jié)果、搜索待維修產(chǎn)品以及維修報(bào)表記錄，其生產(chǎn)測試維修流程如圖6所示。

圖5 生產(chǎn)測試維修流程

6）品質(zhì)管理包括不良率統(tǒng)計(jì)分日月以及品質(zhì)抽檢，如圖6所示。

圖6 日不良率統(tǒng)計(jì)

7）追溯管理包括通過產(chǎn)品條碼追溯該產(chǎn)品的歷史生產(chǎn)過程信息、工藝參數(shù)記錄以及原料批號(hào)查詢其歷史使用記錄，如圖7所示。

圖7 工序用料追溯生產(chǎn)訂單

8）數(shù)據(jù)采集功能為生產(chǎn)品質(zhì)、工藝改善、管理決策和歷史追溯提供了最原始的數(shù)據(jù)支持。

9）看板管理包括新建電子看板、設(shè)置顯示方式、新建看板播放組、設(shè)置播放方式以及全屏顯示看板，看板設(shè)置顯示方式如圖8所示。

圖8 看板設(shè)置顯示方式

4 批量控制電裝行業(yè)MES系統(tǒng)應(yīng)用

基于批量控制的MES系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用在廣東某電子裝配企業(yè)的電子裝配車間。通過系統(tǒng)的運(yùn)行，其裝配車間能實(shí)時(shí)地掌握各裝配線和單元的裝配用料、裝配工藝、品質(zhì)質(zhì)量和產(chǎn)品倉儲(chǔ)等的情況；根據(jù)設(shè)置的看板功能，大大縮短了不良率統(tǒng)計(jì)和用料缺料等事件的處理周期；同時(shí)通過數(shù)據(jù)追溯管理，使電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程信息、工藝參數(shù)記錄以及用料單號(hào)查詢可以精確到批次和單件等。因此極大改善了裝配車間的管理效率和決策及時(shí)性，改善物料配送的效率，提高生產(chǎn)線整體生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，提高了企業(yè)的核心競爭力。

5 結(jié)束語

本文基于批量控制理論，設(shè)計(jì)了針對(duì)于電子裝配行業(yè)的MES系統(tǒng)總計(jì)架構(gòu)，并且通過對(duì)于行業(yè)的需求點(diǎn)設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的功能模塊，然后基于.Net架構(gòu)及程序集組件技術(shù)對(duì)其功能實(shí)現(xiàn)，使電子裝配行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)加工可視化、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)排程、實(shí)時(shí)生產(chǎn)跟蹤以及系統(tǒng)的可集成、可控制等功能達(dá)到可行性，為電子裝配企業(yè)的核心競爭力發(fā)展以及MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一定的思路。