分析MES在小批量電子產品生產管理中的應用

邊 疆

（開封大學電子電氣工程學院 475100）

美國先進制造機構，首先提出了MES的大致概念，并且將定位了MES的應用方向——解決重點生產管理問題。制造執(zhí)行系統(tǒng)，能夠采集生產現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，面向制造過程，在企業(yè)生產管理系統(tǒng)中有著承上啟下的重要作用，對于生產計劃監(jiān)控、資源調配、調度和生產過程優(yōu)化等工作有著促進作用。國內企業(yè)隨著信息化工作的逐步深入，目前，在電子、航天、航空等領域MES都獲得了廣泛的應用，MES儼然已經(jīng)成為了企業(yè)應用和企業(yè)制造信息化研究的熱點之一。

1 電子產品制造業(yè)的特點及小批量電子產品生產管理的主要問題

電子電器制造類企業(yè)，既有單件小批量生產，也有批量生產；有按庫存生產，也有按訂單生產，屬于典型的離散制造行業(yè)。因產品的不同其生產工藝流程也不盡相同，生產設備的布置不是按產品，而是按照工藝進行布置。而且，可以同一種工藝可以有多臺機床同時進行加工，所以，同時要對所加工的物料進行調度，并且中間品需要進行搬運。其企業(yè)自動化主要在單元級，自動化水平相對較低，因此產品的生產率和產品質量很大程度依賴于工作人員的技術水平。因為電子生產企業(yè)多數(shù)為按訂單進行組織生產的企業(yè)，對生產車間和采購的計劃需要很好的生產計劃系統(tǒng)，產品生產的工藝過程經(jīng)常需要變更，并且很難預測到什么時候有訂單，所以生產計劃系統(tǒng)對投資效益來說作用較大。電子制造業(yè)制訂生產計劃的依據(jù)可以根據(jù)市場的預測，企業(yè)的ERP系統(tǒng)主要是采用工作令的方式向MES下達作業(yè)計劃指令。

在成本核算方式方面，是由底層向高層逐層累積得出的，電子制造業(yè)的計算產品成本是按照產品的BOM所描述的加工裝配過程，它反映了產品增值的整個實際過程。電子制造業(yè)對設備級、工序級的作業(yè)計劃進行調度，需要根據(jù)工作中心能力、均衡生產、優(yōu)先級和設備能力等方面。在電子制造業(yè)中，讓操作人員及時掌握相關工序的生產任務一般采用電子看板方式，或者采用作業(yè)指示書、派工單等方式將作業(yè)計劃調度結果下達給操作人員，作業(yè)的計劃內容，一般包括該工序的開工時間、成產數(shù)據(jù)和完工時間等方面。由于電子制造業(yè)的一臺或幾臺設備故障，對整個產品的工藝生產過程一般不會產生特別嚴重的影響，所以在設備管理方面，一般只需要對瓶頸和關鍵設備進行重點管理。

制造過程是整個工程應用的重要保障。目前，一部分產品具有產品質量要求高、多品種、技術尖端和小批量等特點，生產環(huán)節(jié)多，生產過程也相對復雜。近年來，科研生產呈現(xiàn)出多種型號產品的生產和研究，生產計劃有一定的不確定性，項目要求變更也在日漸增多等特點。邊研制邊進行成產和定型，新型號的研制打破了傳統(tǒng)的串行研究制程序，研制周期也很短，這對生產組織的管來來說有著很大的難度。

采用傳統(tǒng)的生產管理方式來完成任務，在這種形式下則需要投入較大的管理成本。隨著型號產品的日漸增多，研制周期的日益縮短，傳統(tǒng)的生產管理方式面臨著重大挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在，生產和技術準備周期過長，管理信息和技術信息管理程序不夠規(guī)范及信息不能共享；生產過程中工作主動性及車間工作人員調度能力，管理部門、生產車間對生產過程的不可監(jiān)控；各部門的數(shù)據(jù)統(tǒng)計不夠協(xié)調，不能及時發(fā)現(xiàn)問題，缺乏資源一致性維護；工時定額不夠準確，不能為型號的成本核算提供相對準確和合理的數(shù)據(jù)，也無法作為工作人員績效考核的有效依據(jù)；難以對制造過程中的產品質量進行動態(tài)分析和監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集困難；生產流程的數(shù)據(jù)信息和分支也在隨著設備和型號產品的不斷激增而不斷的增多，快速分析各產品的加工過程信息和各工位的任務情況，已經(jīng)無法僅僅依靠人力來完成，只能依靠對最終節(jié)點情況的了解。這種傳統(tǒng)的生產管理方式，對生產過程的了解往往是滯后的、局部的、粗略的，同時也無法對生產過程進行有效控制。

2 電子產品制造業(yè)MES功能模型框架

電子產品制造業(yè)的MES功能系統(tǒng)主要可分為九個子系統(tǒng)，分別是：信息查詢子系統(tǒng)、質量管理子系統(tǒng)、系統(tǒng)安全管理子系統(tǒng)、設備管理子系統(tǒng)、庫存管理子系統(tǒng)、工作人員崗位管理子系統(tǒng)、制造管理子系統(tǒng)、成本核算子系統(tǒng)和成產計劃管理子系統(tǒng)。

電子制造業(yè)MES系統(tǒng)實施主要有現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和作業(yè)調度兩個關鍵性技術。現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集除了生產數(shù)據(jù)的實時收集外，還有收集強調與設備控制系統(tǒng)的集成。電子制作業(yè)的作業(yè)調度是指MES系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)生產環(huán)節(jié)的各種問題，并且進行提異常警報示，從而使系統(tǒng)可以根據(jù)各站點的情況進行重新排配，高效地解決瓶頸問題。要遵循相關的標準進行與設備控制系統(tǒng)的集成，為了方便分析和調用，系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)標準肯定要有一個統(tǒng)一管理方式。通過規(guī)范化的編碼信息來完成實時生產數(shù)據(jù)的收集，比如缺陷和型號以及供應商等，基于這些數(shù)據(jù)，制造管理、產品追蹤、品質管理和設備管理，是其功能的核心模塊。從核心功能模塊派生出來的有異常警報、品質信息報表查詢、生產狀況監(jiān)控和生產信息表報查詢等，同時，MES系統(tǒng)還應該提供其他一些系統(tǒng)的接口。

實行所和車間是電子產品生產過程通常實行的兩級生產管理體制。實行所其工作內容側重于對產品生產流程的全程管理、監(jiān)控和生產計劃的制定，是生產管理部門的科研生產處。實際生產任務車間主要由質檢中心、機械加工車間、工藝室和電子裝聯(lián)車間等單位來承擔。科研生產處下達的批次生產計劃由車間接收，車間根據(jù)現(xiàn)階段的實際生產情況和具體生產任務，進一步制定出各生產小組的具體批次生產計劃。同時根據(jù)生產資源制定出作業(yè)計劃，進行粗能力平衡，并且確定各工序的開工及完工日期。按照正常流程，整批產品的一道工序完成后就應該提交進行質量檢驗，質量檢查中心檢驗不合格的產品進行返工返修或者實行報廢補投，而經(jīng)檢驗后合格的的產品則入庫。

各相關生產單位在電子產品MES中的主要工作模式為：為了及時掌握并組織解決生產過程中所出現(xiàn)的問題，生產單位及科研生產處利用MES對現(xiàn)場生產活動進行查詢和監(jiān)控，對生產計劃做出有效調整；在MES中科研生產處完成所生產任務單；在MES中，明確生產數(shù)量，進行工藝定額制定，完成工時定額及材料定額，作為車間進行生產組織的依據(jù)和數(shù)據(jù)，將工時定額和材料定額信息儲存在MES中；工藝部門根據(jù)生產任務單在計算機輔助工藝過程設計系統(tǒng)中完成工藝規(guī)程設計；根據(jù)所生產工藝規(guī)程及生產計劃，電子裝聯(lián)車間和機械加工車間自動從CAPP系統(tǒng)中導出工藝信息，并在MES中完成車間計劃調度及生產指令卡生成等過程，并且根據(jù)生產指令卡組織工序進行；在條碼技術的支持下，質量檢驗部門在工序檢驗過程中，要將質量信息和操作者等相關生產現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄入MES中提供系統(tǒng)管理。

3 在電子產品生產管理中MES的具體應用

在MES的應用和實施中，通過共享信息，管理效率、信息的利用率及透明度都得到了有效的提高。MES的所有數(shù)據(jù)都以科研生產任務為主線，都基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺，使各崗位工作人員都能夠通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能和信息查詢功能獲得與自己相關聯(lián)的數(shù)據(jù)。通過與CAPP系統(tǒng)的集成，減少了信息的重復錄入量，自動生成了生產指令卡，有效的縮短了車間的生產準備時間。通過MES系統(tǒng)內豐富的生產數(shù)據(jù)，為產品的生產資源優(yōu)化配置、產品質量分析和生產計劃的合理安排提供了科學的依據(jù)。對生產過程中的各環(huán)節(jié)的數(shù)量、進度和時間節(jié)點等信息，通過MES系統(tǒng)進行了有效的監(jiān)控和限制，規(guī)范了生產管理流程，并且達到了規(guī)范生產流程的目的。總而言之，MES的開發(fā)以及它在小批量電子產品生產管理中的應用和實施，對電子產品生產業(yè)的發(fā)展，是具有良好的實際效果的。

4 總結

針對特定的產業(yè)生產形態(tài)以及功能需求，開發(fā)MES應采用相應的功能模塊設計，MES系統(tǒng)的功能設計，是開發(fā)設計MES系統(tǒng)的關鍵工作之一。今后，隨著MESBCO的進一步實施和優(yōu)化，MES的應用將起到提高產品質量和規(guī)范生產過程控制的作用，將有效的提高各部門的快速響應能力，推動科研生產管理活動高效益、快節(jié)奏的有序運行。同時，也可增加生產信息的透明度，通過信息集成、信息共享和信息處理等技術，減少電子產品的生產準備時間，大大提高生產管理效率。

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