面向電子裝配的制造執行系統設計

梁曉純，呂增勇，張曉峰

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

0 引言

20世紀90年代初，美國的先進制造研究機構AMR最先提出制造執行系統的概念，并將其定義為“位于上層計劃管理系統與底層工業控制之間的、面向車間層的管理信息系統”[1]，制造執行系統還應負責規劃與協調現場[2-3]所有的生產活動[4]，進行信息管理和統計分析以輔助生產決策[5-6]。在科研設計信息化已逐步穩固的今天，為推進由科研設計型院所向科研生產型院所的轉型發展，建立和完善生產制造相關信息系統已成為當務之急，其中，管理整個制造執行過程信息的MES系統的設計十分重要。

而目前大多的MES系統針對機械加工類進行設計，其設計方式不適合電子裝配類的制造執行管理，因此，對電裝類MES系統的設計研究勢在必行。介紹了一種面向電子裝配MES系統的總體設計，并重點闡述了在線工藝過程卡編制技術的設計，對電裝類MES系統在其他企業或院所的設計實施提供了參考。

1 電裝類MES系統總體設計

在科研生產過程中，加工廠負責接收生產任務并組織生產，其中，電子裝配類工廠主要負責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。常見機械加工類工藝卡在CAPP系統中編制，再集成至MES系統輔助生產計劃決策，但此類CAPP的工藝卡類型并不完全適合電裝的特點，因此，此處采用MES系統中的在線工藝過程卡編制技術，以實現整個電裝制造執行流程的信息貫穿管理，并使整個MES系統成為相對獨立的整體，避免了和其他系統數據接口的設計考慮和局限。

首先對電子裝配業務流程進行梳理，在規整工作流程和人員職責的同時設計系統功能框架，依據企業電子裝配的工作需求，設計MES系統的功能模塊包括基礎信息管理、任務單管理、工藝卡管理、加工任務管理、派工管理、作業執行管理、齊套管理和檢驗管理，除此之外，系統也設計查詢統計模塊，支持對制造執行過程中的負荷、進度、工時及完成率等信息的查詢統計。電裝類MES系統的功能框架設計如圖1所示。

圖1電裝MES系統功能框架

由此功能框架可以看出，MES系統較全面地覆蓋了電裝制造執行中的各個環節，對各流程和相關信息進行了管理，可全面地保障電裝制造全過程的信息流轉和監控。

2 電裝類MES系統流程設計

依據電裝類工廠的工作流程分析，設計電裝類MES系統的關鍵流程如圖2所示，將MES系統的整個流程分為生產準備流程和加工執行流程兩部分。

圖2電裝類MES系統總體流程設計

2.1 生產準備流程設計

電裝類MES系統的生產準備部分是指生產任務擬制起至作業計劃制定完成的階段。針對電裝類制造流程特點，系統設計有任務單擬制管理、缺件信息管理、齊套管理、工藝卡編制和加工計劃制定幾個關鍵功能節點。

通過對電裝類制造管理特點分析，MES系統生產準備流程設計時需考慮以下關鍵問題：①在生產任務擬制時系統設計為可自動生成生產編號，并作為后期整單任務查詢的唯一標識；②計劃員可對需加工的任務單按模板導入加工明細信息；③針對需加工制造的明細，系統自動生成工作令號編號，作為加工明細查詢的唯一依據。對這些關鍵問題的考慮，在有效節約工作時間的同時，明確了系統管理的任務標識。

生產準備流程設計如下：

①生產任務單管理：生產任務單是系統數據的源頭，MES系統設計生產任務單管理模塊，可針對各任務單信息進行相應處理；

②齊套信息管理：系統設計對每條工作令號信息進行齊套管理，包括缺件信息維護及齊套確認等功能，系統在齊套階段存在問題的數據項以高亮顯示，以示關注；

③工藝過程卡編制：針對電裝類工作特點，MES系統上線前對工序、工步信息和工序工步關系進行規劃，制定工時核算標準，以便在線編制工藝過程卡時可直接選取所需工步，有效節約工藝編制時間，并使整個生產準備流程信息化，有利于信息流轉和記錄，并有效輔助后期生產計劃安排；

④加工計劃安排：針對電裝類任務的加工特點，系統有任務單的明細級拆分管理功能，以便對涉及不同工段的任務安排加工計劃。

MES系統對電裝類生產準備過程管理的流程設計使得整個過程信息前后貫通，任務的處理方式簡化，借助電裝工藝卡的在線編制和管理，為后續生產計劃制定和生產過程管理提供數據依據，使整個制造執行過程管理的信息化成為可能。

2.2 加工執行流程設計

電裝類MES系統的加工執行部分指工段長任務分配起至加工完成品交接的階段，針對電裝類制造流程特點，此階段系統設計有任務分配、執行反饋、檢驗結果反饋和合格品交接幾個關鍵功能節點。

通過對電裝類制造管理特點分析，MES系統加工執行流程設計時需考慮以下關鍵問題：①系統建設前期應規劃人員、設備和工裝等信息資源庫，以輔助任務分配決策和查詢；②系統設計借助RFID技術的作業執行結果和檢驗結果的處理。對這些關鍵問題的考慮，在優化任務決策的同時，亦可提升操作效率。

加工執行流程設計如下：

①任務分配管理：系統設計了人員、設備和工裝信息資源庫，輔助任務分配決策；

②作業執行管理：系統借助RFID技術，通過掃入加工任務的工作令號和操作者身份信息作為加工任務完成的標識，并設計了問題反饋功能，可對加工作業中的相關問題在系統中進行問題反饋；

③檢驗管理及合格品交接管理：系統借助RFID技術，通過掃入或輸入此條工作令號條碼和檢驗結果條碼作為檢驗完成標識，檢驗合格的產品可在系統中進行后續的交接管理。

由此部分加工流程設計可見，MES系統可對電裝類生產任務的分配、加工和檢驗全過程電子化管理，數據流轉無阻礙或延遲，并借助系統資源庫的建立，使優化任務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行過程中的關鍵環節，承接生產準備過程和后續加工計劃的制定和執行，若不能納入MES系統統一管理，則整個系統的管理效率和應用效果將大打折扣。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，所以電裝類MES系統借助在線工藝過程卡編制技術。

在線工藝過程卡編制中的關鍵技術是建立規范的工序、工步和工序工步關系資源庫，系統設計初期應對此資源庫進行規劃，在后臺建立相應的數據表進行數據存儲和關聯，并設定規則限制工序和工步關系，以限定不同工序類型可添加的工步種類，并且在信息內容或關聯關系需更改時，系統提供界面自行修改。此種設計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據依據，規范了工藝卡中的信息內容，可有效提升工藝卡的編制效率和質量。

工藝過程卡編制實現時，首先梳理規整工藝卡中所需的數據信息，如加工件數、產品系數、收圖人、收圖時間、收件人、收件時間、裝配尺寸、擬制人、審核人和批準人等，并將產品類型、應用環境和裝配特性信息設計成枚舉形式，系統設計支持枚舉維護，便于根據情況進行擴展。

工藝過程卡創建后可針對每條工作令號添加相關工步，添加完工序和工步信息后，需填寫工件量和工時信息。在系統中對工藝卡添加工步時，只需選擇工步資源庫中的工步名稱和對應的工序名稱即可，并可對工步添加工裝和設備信息，或填寫特殊材料要求等，最后，可選擇工步是否需檢驗等。

各工步信息添加完成后，系統支持可對此工藝卡信息進行瀏覽、導出和打印，并可將工藝過程卡導出為標準格式，作為指導操作、歸檔或其他依據快速輔助工藝卡的生成。由MES系統生成的工藝過程卡制式含工藝卡基礎信息、工序工步信息和審核批準信息三部分：①工藝卡基礎信息為生產相關的編號、批次、優先級、件數、類型和特性等；② 工序工步信息為工藝過程的具體指導信息；③審核批準信息可顯示MES系統中各環節的審核人和日期信息等。此三部分信息清晰完整，便于全面指導后期操作和進行完整保存追溯。

借助在線工藝過程卡編制技術的MES系統的設計和實現，使整個電裝類制造執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，可有效管理和規范工藝設計過程并提升工藝員工作效率，為其他企業電子裝配類加工執行的工藝卡編制功能設計提供了有利參考。

4 結束語

通過對此電裝類MES系統的設計和實現，使整個電裝制造執行過程管理電子化，再借助在線電裝工藝過程卡編制技術，將電裝工藝設計有效納入MES系統中進行管理，貫穿整個制造過程相關數據，優化作業計劃決策，可有效提升電裝類加工執行效率。目前針對電子裝配類企業設計的MES系統已平穩運行，且取得了較好的效果，將不規范的業務操作進行了規范化管理，輔助生產管理者及時了解生產計劃及進度情況。在提高生產計劃有效性的同時，強化了生產進度計劃的嚴肅性，簡化和改善了管理模式，使生產運行更平順和高效。

[1]王勝強,芮執元,劉軍.制造執行系統MES及其功能技術模型[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,何衛平,董蓉.面向制造執行系統的功能進化實施方法[J].計算機集成制造系統,2013,19(3)：507-515．

[5]皮明峰.基于復雜事件處理和RFID的制造執行系統關鍵技術研究[D].廣州:華南理工大學,2011．

[6]阮學斌.生產過程制造執行系統的開發及應用[J].江南大學學報:自然科學版,2010,9(5):541-546．