用于微波電路模塊生產線信息化管理的MES系統

張 健，姜 洋，叢遠如，姜偉卓

ZHANG Jian, JIANG Yang, CONG Yuan-ru, JIANG Wei-zhuo

（南京電子技術研究所，南京 210039）

0 引言

當前，制造執行系統（MES）是生產制造行業信息化研究與應用的一大熱點。美國先進制造研究機構AMR（Advanced Manufacturing Research）將MES定義為[1]“位于上層資源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”，即MES在計劃管理層與底層控制之間架起了一座橋梁，彌補了ERP或MRP偏重對計劃的管控而無法監控制造現場執行情況的缺陷，通過信息的數字化傳遞實現從生產指令下發到產品完成的整個生產過程進行優化管理。

微波電路模塊在各類電子裝備中運用廣泛，通常具有工作頻率較高、外形尺寸小、集成度高、批產數量大且性能指標一致性要求高等特點，其生產模式具備離散型制造的多項特征[2,3]：1）產品BOM結構由多個零部件構成，零部整件之間存在多級套裝關系；2）多種型號產品同時進行小批量試制和大批量生產，共用生產線資源；3）新型號產品研制周期短，生產過程中的設計、工藝要求變更較多；4）工藝流程復雜，生產過程數據涉及用料批次、工藝參數、質檢信息等方面，數據采集與分析處理要求高。因此亟需對微波電路模塊生產線推進信息化建設，構建MES系統實現生產過程的數字化、實時化、透明化管理[4]。

1 需求分析

圖1 微波電路模塊生產線信息流

微波電路模塊的特點決定了生產線管理信息化的基本出發點：第一，產量大要求借助信息化手段提升生產效率；第二，小尺寸、高集成度與高性能指標要求使得日常產品生產過程中的質量監管顯得尤為重要。通過對生產線以往運行中的各類問題進行梳理，MES系統應著重在以下方面提升生產線的管理水平：

1）將ERP生產訂單細化分解至工序級生產計劃，明確生產線內各工序單元的任務輸入，統計產品在各工序的完成進度；

2）推行產品單件管理，實現單件在制品狀態跟蹤，對每件產品建立全生命周期的生產檔案；

3）產品生產過程中的各類質量信息全面實現無紙化記錄，并提供實時查詢報表，為質量追溯和SPC提供數據支撐；

4）實時監控各類產品的齊套情況，建立生產用物料領用與消耗情況的電子臺帳，缺料自動預警。

2 功能設計

MES系統須完成與上層ERP、PDS、PDM系統的集成[5,6]，實現各類信息的采集與傳遞[7,8]。微波電路模塊生產線由計劃組、工藝組、庫房以及不同工序屬性的生產單元組成，生產單元下屬的工位類型包括自動化生產工位、人工裝配工位、人工調試工位、自動測試工位、檢驗工位等。MES系統管理下的生產線信息流示意圖如圖1所示。

微波電路模塊生產線MES系統應具備基礎數據配置、生產計劃管理、無紙化文檔管理、物料管理、制造過程管理、生產信息管理和工時管理等功能。

2.1 基礎數據配置

基礎數據配置包含三個方面：一是生產線基本組成信息的自定義，主要有各工序單元及其下屬各工位的定義、各工位所用設備/儀表的關聯、物料存儲庫位的定義、生產操作人員的權限設定等；二是產品基本信息在投產前的預設置，包括工序級物料BOM、檢驗項目、工藝參數、缺陷故障現象及其返工返修操作等；三是各產品工序標準工時與系數的制訂，用于操作人員的績效統計。

2.2 生產計劃管理

2.2.1 生產任務的分解下達

依據PDM中產品既定的工藝流程，將ERP上的生產訂單進行數量、時間和工序三個維度的分解，最終生成工序級的生產計劃——派工單作為現場操作人員的任務輸入，在多產品任務并行時可依據其輕重緩急程度對派工單的優先級進行設置。

2.2.2 完工進度的統計查詢

指定生產訂單、工序、日期區間內的完工數量統計并生成日報表，便于計劃員和管理者實時掌控產品計劃完成進度。

2.3 無紙化文檔管理

操作人員在MES界面上對選定的派工單直接調閱其設計文檔（設計圖、物料BOM表等）和工藝文檔（工序卡、操作規程等），無須另行登錄PDS、PDM查詢相關文檔。

2.4 物料管理

物料實行分批次條碼管理，條碼包含物料編碼和批次信息（其中物料編碼是物料種類的唯一標識）。裝機物料在庫房的出入庫登記和生產現場的消耗、制件在現場各工序單元的完工周轉以及成品入庫與轉出均通過掃描物料條形碼完成。

基于庫房物料的電子臺帳與各工序單元的完工/返工用料信息，實現按訂單、按工序、按物料編碼、按批次號實時查詢物料齊套性，同時實現細化至單個在制件的狀態跟蹤。

2.5 制造過程管理

對在制產品實行單件管理，即時填報在制件在各工序單元的完工情況，同時支持在制件異常狀態（待處理、返工、報廢）的處理，實時記錄在制件各道工序的生產信息，包括操作者、操作時間、裝機物料批次號、工藝參數值、檢驗參數值、缺陷故障現象與返工返修操作等。基于MES系統的生產操作流程如圖2所示。

圖2 基于MES系統的生產操作流程

2.6 生產信息管理

基于產品制造過程中記錄的各項生產信息，建立產品全生命周期的生產檔案，提供產品生產信息的追溯查詢，為后期進一步的統計過程控制（SPC）提供數據支持。具體包括：

1）查詢產品在各道工序的操作時間、工藝參數與自檢參數；

2）查詢產品歷次返工返修操作；

3）產品批次號與裝機元器件批次號的雙向追溯；

4）產品批次號與缺陷故障現象的雙向查詢；

5）……

2.7 工時管理

依據基礎數據配置中各產品各工序的單件工時（標準工時×系數）以及產品生產過程中記錄的操作者信息，匯總統計出一定時期內各操作人員的累計工時，為人員績效考核提供重要參考。

3 開發實施

基于上述功能需求并考慮到生產線的業務拓展，MES系統應兼顧良好的模塊化和高度的可擴展能力。微波電路模塊生產線MES系統采用C/S架構，由系統管理、基礎資料管理、生產計劃管理、物料配送管理、作業管理、綜合查詢六大功能模塊組成，各功能模塊下包含若干子業務模塊（如圖3所示），各模塊通過權限設置向生產線不同角色的人員開放。

圖3 MES模塊組成

MES軟件使用PowerBuilder進行程序開發，部分業務模塊的操作界面如圖4、圖5所示。

4 結束語

MES系統投入試運行半年多以來，生產信息的數字化采集和實時化查詢使得微波電路模塊生產過程的“透明度”顯著提高，管理人員可隨時查詢產品的生產進度和質量狀況，同時生產效率也因人工填報統計時間的節省而得以提高，生產線的信息化管理已初現成效。

圖4 車間排產及派工界面

圖5 生產作業管理界面

微波電路模塊的生產是典型的離散型制造流程，其生產計劃的指令性、產品種類的多樣性、產品技術狀態的多變性以及加工工藝的復雜性等多方面特點，要求運用現代化的生產管理理念，構建MES系統實現生產線信息化管理。MES的建立與完善應以生產線的實際需求為基本出發點，通過反復的發現問題、梳理流程、功能設計和軟件開發過程，使得MES的功能不斷優化，MES的應用持續緊密地契合生產線運行中的各方各面，并隨著生產線業務能力的拓展而發展。

[1]李春磊.基于MES的離散制造車間生產系統分析[D].南京：南京航空航天大學自動化學院,2011.

[2]李志華.MES在小批量電子產品生產管理中的應用[J].軍民兩用技術,2012.6：53-54.

[3]張京都,張倩,楊俊.軍工研制型企業MES系統的應用研究[J].信息化研究,2013.8：52-57.

[4]孫袁,劉剛,嚴偉,平麗浩.數字化工廠技術在電子制造領域的應用[J].中國電子科學院研究生院學報,2013.6：551-556.

[5]付海波,夏光蔚,胡冰.基于ERP/PDM/MES/PCS的數字制造系統信息集成研究[J].電氣制造,2009.3：34-37.

[6]戚寶運,許自力,毛勤儉.數字化車間MES系統構建[J].指揮信息系統與技術,2013.1：25-29.

[7]周長英.基于離散制造業車間的制造執行（MES）方案設計[J].制造業自動化,2012.10：15-18.

[8]孟翔,薛善良,李建平,楊年寶.航天產品裝配生產MES研究[J].機械設計與制造工程,2013.10：43-46.