基于LTCC生產(chǎn)線的MES系統(tǒng)研究與設(shè)計*

趙忠志，馬世杰

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024)

0 引言

目前，公司的LTCC生產(chǎn)線現(xiàn)有的管家系統(tǒng)，只是一個簡單的數(shù)據(jù)記錄，沒有實(shí)時的更新功能和數(shù)據(jù)管理能力，整個生產(chǎn)操作流程過程中，主要還是通過人工手寫的方式記錄和傳遞數(shù)據(jù)，不能有效地指導(dǎo)和管理生產(chǎn)。隨著產(chǎn)品線的增多以及產(chǎn)品工序的復(fù)雜度逐漸加劇，并且傳統(tǒng)Excel統(tǒng)計方式的數(shù)據(jù)規(guī)范性問題、數(shù)據(jù)追溯性以及格式等標(biāo)準(zhǔn)化難度太高，無法在有限的時間里統(tǒng)計并反饋出各個層面都關(guān)注的數(shù)據(jù)，線下統(tǒng)計的方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了產(chǎn)品基本的管理需求?；谀壳暗倪@種情況，亟需用信息化的手段幫助解決這一難題，構(gòu)建滿足LTCC基板智能制造生產(chǎn)工藝流程的MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個LTCC基板生產(chǎn)車間的信息化和智能化。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計思路

通過與生產(chǎn)線相關(guān)負(fù)責(zé)人的詳細(xì)溝通，提出了MES系統(tǒng)的整體設(shè)計思路與解決方案，此方案的應(yīng)用可有效解決當(dāng)前工廠生產(chǎn)過程中面臨的問題，改善管理現(xiàn)狀。本次LTCC MES系統(tǒng)將基于開放組件體系結(jié)構(gòu)框架(TOGAF)的企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)思想，力爭建設(shè)成為一套高可用性、高穩(wěn)定性的業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)[1]。

系統(tǒng)采用MVC(Model View Controller)三層架構(gòu)的體系設(shè)計，基于框架、模型和模式，全程支持基于服務(wù)的可視化業(yè)務(wù)過程建模，自動生成服務(wù)組件代碼框架，控制服務(wù)發(fā)布和配置，采用業(yè)務(wù)與技術(shù)相分離的B/S+C/S架構(gòu)，易于擴(kuò)展和更新，遵循開放的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，方便與其它軟件的互操作性，也為客戶眾多的應(yīng)用系統(tǒng)接口提供了完善的基礎(chǔ)平臺[2]。數(shù)據(jù)庫、緩存庫、MES應(yīng)用服務(wù)、MES接口服務(wù)、MES WEB服務(wù)部署在服務(wù)器中。SCADA監(jiān)控和控制服務(wù)部署在工控機(jī)中，并且與設(shè)備網(wǎng)互通。MES操作界面/SCADA操作界面采用瀏覽器訪問的方式部署在車間電腦上并且配置USB手動掃描器。

1.2 系統(tǒng)總體功能藍(lán)圖

建立覆蓋切片到產(chǎn)品終檢及緩存庫、生產(chǎn)線整體生產(chǎn)過程的MES系統(tǒng)，涵蓋工單到加工完成全過程生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量、設(shè)備、AGV調(diào)度、物料管理等功能，具體功能藍(lán)圖設(shè)計如圖1。

圖1 系統(tǒng)總體功能藍(lán)圖

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為IT網(wǎng)絡(luò)層，主要是管理人員和指揮中心使用，方便操作訂單和查詢相關(guān)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和統(tǒng)計分析報表，提供電子看板實(shí)現(xiàn)可視化管理。自動工站采用從PLC或設(shè)備串口自動采集的方式，手動工站采用PC電腦人工錄入的方式，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)采用ProfiNet總線。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計

2.1 系統(tǒng)管理

根據(jù)公司實(shí)際結(jié)構(gòu)建立相應(yīng)組織機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)穿透的組織管理。同時，可以與ERP信息進(jìn)行同步，各組織機(jī)構(gòu)設(shè)置對應(yīng)的標(biāo)識，方便不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)進(jìn)行交互[3]。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

對公司生產(chǎn)車間信息的定義，完成對車間信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。針對不同車間，對生產(chǎn)線進(jìn)行配置。配置好生產(chǎn)線后，針對每一個產(chǎn)品都可追溯到生產(chǎn)線和設(shè)備。對使用本系統(tǒng)的所有單據(jù)和條碼制定編碼規(guī)則，設(shè)置好規(guī)則后，系統(tǒng)根據(jù)此規(guī)則自動生成編碼，保證系統(tǒng)編碼不重復(fù)。系統(tǒng)對現(xiàn)場使用的AGV信息進(jìn)行維護(hù)和管理，包括AGV編號、名稱以及對接的上位機(jī)IP地址等信息，作為基礎(chǔ)信息為在線的物料調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2 物料管理

對公司生產(chǎn)的單片、半成品、成品、輔料、耗材、原料類型等信息進(jìn)行定義，并且可提供接口與公司MES或未來ERP系統(tǒng)對接，完成數(shù)據(jù)無縫對接。系統(tǒng)根據(jù)工藝資源庫中工藝BOM的用料消耗，形成物料齊套分析報表，用戶可以將該報表轉(zhuǎn)換為物料備料表，在原料庫中進(jìn)行備料，不足的物料需及時進(jìn)行采購。齊套為生產(chǎn)主料。例如：生瓷片、漿料、網(wǎng)板、及所有工藝BOM中的物料。齊套主要針對訂單以及生產(chǎn)派工單進(jìn)行分析。

生瓷片、漿料等原料建立單獨(dú)的信息管理頁面，原料庫打印條碼后，在MES中掃碼解析后錄入或?qū)氲組ES系統(tǒng)中。系統(tǒng)通過在物料管理中維護(hù)的該原料的檢驗(yàn)周期，進(jìn)行過期物料的檢測，并且提供實(shí)時的預(yù)警功能。

網(wǎng)板信息建立獨(dú)立的信息管理頁面。制網(wǎng)工序完成網(wǎng)版的制作后，將網(wǎng)板的信息維護(hù)入MES系統(tǒng)中，做永久性保存。在印刷工序開始時，掃碼網(wǎng)板的條碼。系統(tǒng)自動將印刷工序的信息與網(wǎng)板進(jìn)行綁定，網(wǎng)板信息也作為追溯環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)。

通過MES系統(tǒng)錄入到的實(shí)際消耗量，作為數(shù)據(jù)長期記錄在數(shù)據(jù)庫中，并為事后物料消耗和備料提供數(shù)據(jù)分析的支撐。物料消耗記錄可形成產(chǎn)品物料消耗分析，可以通過多條件查詢以及圖表分析進(jìn)行橫向和縱向?qū)Ρ取?/p>

2.3 工藝知識庫

建立工藝知識庫，包括工藝規(guī)則、工藝流程、工藝資源等信息，在生產(chǎn)開始時用戶從工藝知識庫中選擇工藝流程即可。

工藝知識庫中數(shù)據(jù)匯總了專家意見、歷史版本、參考數(shù)據(jù)等?？梢愿鶕?jù)權(quán)限進(jìn)行增加、編輯、刪除等操作，也可以通過多條件組合查詢，模糊或準(zhǔn)確定位到工藝庫中相關(guān)信息。

2.4 訂單管理

生產(chǎn)訂單主要是依托客戶需求和公司計劃建立，訂單類型分為單片、半成品、成品三種。根據(jù)需求情況制定，主要分為兩種訂單的生成方式。

1)MES系統(tǒng)自己建立訂單信息。

2)通過公司ERP接口獲取LTCC的訂單信息。

訂單信息主要包括：訂單編號、圖號、名稱、訂單數(shù)量、交貨日期等。訂單完成情況可以通過接口回傳給公司MES，實(shí)時監(jiān)控訂單的執(zhí)行進(jìn)度。

2.5 質(zhì)量管理

MES系統(tǒng)的質(zhì)量管理模塊，包括質(zhì)量檢驗(yàn)基礎(chǔ)資料、請檢單、檢驗(yàn)結(jié)果、檢驗(yàn)評審以及半成品/成品修復(fù)記錄。產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果與請檢單一一對應(yīng)，產(chǎn)品檢驗(yàn)完成后，錄入合格數(shù)量和不合格數(shù)量，結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量臺帳，生成產(chǎn)品質(zhì)檢報告。如果檢驗(yàn)不合格錄入產(chǎn)品的不合格原因，及處置對策，并記錄工序、檢驗(yàn)人員、時間、檢驗(yàn)設(shè)備等。處置對策分為：放行、返修、報廢、評審。

2.6 設(shè)備管理

對各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行分類管理，歸集具有相同屬性的同類設(shè)備，大類下設(shè)小類，臺帳管理將具體設(shè)備放置于所屬類別。設(shè)備類型包括：生產(chǎn)設(shè)備、物流設(shè)備、倉庫設(shè)備等。

設(shè)備知識庫主要為設(shè)備維修知識庫，在知識庫中記錄所有生產(chǎn)設(shè)備的故障報警說明及維修的知識庫，按設(shè)備類型和設(shè)備進(jìn)行分類，按故障等級進(jìn)行分類。用戶可以無限制的維護(hù)設(shè)備故障發(fā)生的現(xiàn)象，以及解決的方法與故障排除流程。當(dāng)設(shè)備發(fā)送故障或報警時，可以通過全文檢索快速地找到知識庫中故障的解決辦法和具體流程。

2.7 集控看板展示

工廠門戶將所有業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)通過IE瀏覽器或LED看板第一時間展現(xiàn)在每個人員的眼前[4]，讓所有的員工第一時間了解公司現(xiàn)在的運(yùn)行狀態(tài)并及時調(diào)整策略。

●待辦任務(wù)(如待開工、待完工、待檢驗(yàn)任務(wù))

●預(yù)警信息(如工序異常、設(shè)備異常、環(huán)境異常)

●統(tǒng)計信息(如今日任務(wù)量、今日產(chǎn)量、今日合格率)

●通知信息(通過后臺發(fā)布相應(yīng)的管理通知、會議通知等)

圖3 集控看板

3 總結(jié)

通過技術(shù)分析，基于LTCC生產(chǎn)線的MES系統(tǒng)研究與設(shè)計方案是可行的，結(jié)合二所在智能制造領(lǐng)域，尤其是LTCC基板生產(chǎn)上的智能化建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，只要將流程對接詳細(xì)，軟件方面的程序和數(shù)據(jù)處理也是沒有問題的。

整個系統(tǒng)通過軟件將工藝設(shè)備、AGV傳輸和緩存庫等聯(lián)系起來，形成一個協(xié)同的系統(tǒng)，可以有效地提升生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，降低運(yùn)行成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

系統(tǒng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)和軟件方面會留下相應(yīng)的接口，方便后期生產(chǎn)調(diào)整和增加工藝設(shè)備的需要，也方便進(jìn)行維護(hù)升級。