基于批量控制的電裝行業MES設計

向健明，辛曼玉，伍建軍，張魏巍，任崇軒

（1.江西理工大學 機電工程學院，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]。MES是實現車間生產管理敏捷化的基本技術手段，其敏捷化、智能化和集成化為MES技術及系統的重要發展趨勢[2,3]，能有效的提升企業的核心競爭力。文獻[4]針對軍品車間多品種、小批量的生產模式，設計并打造了一個先進且適用的制造執行系統，實現了將車間生產更加精細化的管理,建立了規范的車間生產管理信息平臺；文獻[5]對MES在離散制造業數字化車間中的應用進行了研究，應用UML建模技術建立了SCADA系統的環境監控、設備監控、生產進度監控、質量監控等功能模型；文獻[6]針對輪胎制造業信息脫節現象，提出了輪胎生產中的MES系統設計原則和架構，研發了輪胎生產中基于MES的成型和硫化生產調度系統；文獻[7]基于SOA的設計方法，建立基于工作流的電子裝配過程的軟件體系結構技術實現框架，對于電裝行業的小批量、多品種生產控制沒有過多考慮。由以上文獻可知目前大多的MES系統針對離散制造業模型進行設計，其系統架構方式不便于電子裝配類的制造執行管理，但是隨著電子裝配行業的日趨發戰，對電子裝配類MES系統研究甚是重要。本文提出了一種基于批量控制的電裝行業MES系統的總體架構，并且通過.Net架構及程序集組件技術對其設計實現。

1 電子裝配行業概述

我國電子裝配行業起步于80年代中期（1985年），最初從美、日等國成套引進了生產線用于彩電調諧器生產。隨后應用于袖珍式高檔多波段收音機、隨身聽、錄像機、VCD、DVD、BB機、手機等生產中，近幾年在計算機、通信設備、醫療器械、汽車電子、航空航天電子產品中也得到廣泛應用。全球的PCBA制造商，包括美、日、歐洲、新加坡、臺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。為了適應其業務發展，對于電裝行業的迫切需求點設計出對應的功能實現尤為重要，主要為以下三個方面：

1）電子產品裝配過程的實時可視化需求；

2）電子產品裝配車間的動態排程需求；

3）電子產品生產數據的實時跟蹤與追溯需求。

而針對于以上的三種需求點，本文設計出基于批量控制的電裝行業MES系統的總體架構，并且對于其需求點設計對應的功能模塊，達到產品生產實時可視化，動態排程以及數據跟蹤與追溯要求。

2 批量控制MES系統模型

近年來，隨著工業結構的調整，由大批量、少品種的生產方式向小批量、多品種轉變，采用批量過程的企業為了盡快開發新產品以保持市場競爭力，為了適應間歇生產周期短、更換品種容易、對多變的市場要求適應性強的特點，確保批量生產過程重復性和操作柔性，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系統業務流程個性化配置以滿足車間內外部環境的因素變化，對MES系統實現加工可視化、生產動態排程、實時生產跟蹤以及系統的可集成、可控制等具有重要意義，基于批量控制的MES總體架構圖如圖2所示，以廣東某電子裝配公司為例，針對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 系統架構圖

3 電裝行業MES的功能設計與實現

根據電裝行業的需求特點，需要設計從原材料上線、到工序加工、到成品入庫整個生產過程達到實時數據采集、控制、分析和歷史追溯的集成系統，且企業內部計劃、物流、生產、品質部門取得生產信息的數據也需要得到及時反映。因此，其功能模塊如圖1所示，并且通過.Net架構及程序集組件技術對其設計實現[11～13]。

1）ERP接口模塊是為了原有企業ERP無縫連接應。

2）物料管理包括供應商品號、超級BOM以及品質現象等，如圖3所示。

3）生產訂單管理包括新建或導入生產訂單、維護生產訂單工藝流程、新建或導入生產排程任務以及物料展望，如圖4所示。

4）倉庫管理包括導入領料單、搜索領料單發料、撤銷發料、發料智能推薦與數量管控。

圖3 BOM查詢顯示

圖4 生產訂單管理

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

圖5 生產測試維修流程

6）品質管理包括不良率統計分日月以及品質抽檢，如圖6所示。

圖6 日不良率統計

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

圖7 工序用料追溯生產訂單

8）數據采集功能為生產品質、工藝改善、管理決策和歷史追溯提供了最原始的數據支持。

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

圖8 看板設置顯示方式

4 批量控制電裝行業MES系統應用

基于批量控制的MES系統已經成功地應用在廣東某電子裝配企業的電子裝配車間。通過系統的運行，其裝配車間能實時地掌握各裝配線和單元的裝配用料、裝配工藝、品質質量和產品倉儲等的情況；根據設置的看板功能，大大縮短了不良率統計和用料缺料等事件的處理周期；同時通過數據追溯管理，使電子產品的生產過程信息、工藝參數記錄以及用料單號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性，改善物料配送的效率，提高生產線整體生產效率和生產質量，提高了企業的核心競爭力。

5 結束語

本文基于批量控制理論，設計了針對于電子裝配行業的MES系統總計架構，并且通過對于行業的需求點設計出對應的功能模塊，然后基于.Net架構及程序集組件技術對其功能實現，使電子裝配行業產品生產過程實現加工可視化、生產動態排程、實時生產跟蹤以及系統的可集成、可控制等功能達到可行性，為電子裝配企業的核心競爭力發展以及MES系統設計提供一定的思路。