電子裝配行業的車間制造執行系統（MES）應用

馬麗麗

（北京機械工業自動化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

電子裝配行業作為高科技制造產業之一，在新一輪技術革命的大潮下，應用信息化手段提升企業的生產效率、產品良率，進一步打造企業核心競爭力，已成為大勢所趨。

車間制造執行系統（MES）是助力電子裝配行業企業提升制造管理能力的核心系統。通過MES的應用，可以揭開車間生產信息管理的“黑箱”，實現企業生產過程與質量過程的透明化控制，實現車間制造執行全過程的跟蹤與管理。與此同時，基于實時提取的生產數據，可以進一步實現產品的質量追溯，并為后續統計分析、工藝改善提供助力，為電子裝配行業企業智能制造轉型升級奠定基礎。

1 電子裝配行業特點及對MES系統需求分析

電子裝配行業較傳統離散制造業相比，產品更新迭代快，生命周期短，產品結構簡單、產品工藝相對固定。擁有大量的自動化設備來滿足多品種小批量的加工需求。從市場地位來講，通常以客戶需求為第一驅動，交期變更較為頻繁，對產品質量追溯要求較高。

基于以上特性，總結出現階段，電子裝配行業企業對MES系統的需求如下：

1）生產排程管理需求

電子裝配企業多以流水線形式組織生產，不同品種產品混線生產。受到客戶需求變動影響，需支持動態的生產排程管理，能夠依照在制情況滾動編制產線計劃，以最大限度滿足交期。

2）制程管理透明化需求

電子裝配企業車間，往往同時生產不同品種的產品，各個產品的裝配工藝、質量要求、檢測流程均存在差異。需要通過系統管理，規范現場操作，實時監控車間物料、人員、工藝、裝備的運轉情況，對產品投料上線、生產加工、完工下線、包裝等各個環節進行控制和記錄，從而提升作業效率，保證產品品質。

3）產品質量追溯需求

終端主機廠發現質量異常時，需要及時獲取各個裝配部件的質量信息，確認溯源的范圍，以便于及時召回，減少損失。這就要求電子裝配企業應用系統，對產品建立批次/單件追溯檔案，記錄好相關生產過程。

4）數據采集需求

產品生產加工實時性高，測試數據累積量大。應通過條碼、與設備集成等方式，自動和手工采集各類生產數據，對生產過程中的物料進行追蹤，對檢測的結果進行記錄，為后續的追溯和分析打好基礎。

5）數據統計與報表管理需求

根據采集到的生產車間數據，自動生成報表，如進度報表、質量報表、設備運行穩定性報表；采用圖表的形式根據獲取的生產進度數據、質量數據、設備運行狀態數據等進行圖表展示，使用戶直觀地了解生產過程信息。

6）系統集成需求

一方面，需要實現MES與ERP、PLM、WMS等信息化系統的集成，另一方面，提升與智能裝配裝備、智能檢測裝備等硬件設備的集成，減少人工操作帶來的失誤，提升作業效率。

2 系統建設思路

依照現階段電子裝配行業信息化應用現狀，建議企業MES系統總體建設，依圖1路線進行。

圖1 MES項目的建設路線

系統建設過程分為三個階段，三個階段的任務分別是功能建設、系統集成和統計分析。

第一階段建設M E S系統的生產建模、物料管理、質量管理與追溯、預警報警管理、看板管理等模塊，完成各模塊建設，實現MES與設備的互聯互通。

第二階段要將MES與ERP、PLM、WMS等系統進行集成，MES可以從ERP/PLM中提取物料數據、產品BOM數據、工藝路線等基礎數據，獲取生產任務信息，并且可以回傳計劃執行情況；可以從WMS系統中獲取實物管理信息。

第三階段依照企業實際需求，對系統運行積累的數據進行統計分析，并予以圖形化方式展現。

3 詳細解決方案

3.1 MES系統基礎功能建設

1）生產建模

MES系統的運行，需要構建車間的數字化生產模型，模型可以直接從PLM中讀入，也可以在MES中建立，模型可以指導生產，每次生產任務將是這個模型的一次實例化；模型主要定義生產過程所需要的制造BOM，在這個BOM結構里面定義了產品是如何加工出來的，以及在加工過程中所有的約束條件；生產模型包括物料屬性、生產工位、加工路徑、加工方法、加工資源、定額工時、質量標準、相關約束（如最小批量）等。

2）生產排程與調度管理

根據ERP系統下達的生產工單，MES系統按照生產線流水生產的組織模式進行管理，采用產線拉動的方式，以交期為導向，考慮在制和產能，實現排產。同時，結合交期的變化，支持計劃的滾動編制及對計劃臨時進行調整。

在生產線計劃基礎上，編制與之配套的物料配送計劃，保證物料的及時供應。

3）車間物料在制管理

車間線邊倉庫按照生產線物料配送計劃將物料運送到指定上料工位，并進行物料接收的確認，接收確認過程要對物料的正確性進行核對，接收人員通過掃描產品條碼、物料條碼及工位條碼后，系統根據掃描的信息，自動與當前的產品計劃及產品的工位物料清單數據進行比較，確認送料的正確性。如果不一致進行報警，進行物料配錯管理。

圖2 生產模型創建

圖3 流水生產線計劃編制流程圖

建立物料在制和產品在制賬，以便對車間在制情況進行管理和統計，保證物流和信息流的同步。

4）現場作業監控

MES系統針對電子裝配企業車間現場作業業務的解決方案，主要包含如下幾個方面：用戶登錄、生產流轉過程管理、投料管理、文檔管理、完工匯報、現場品質控制、生產時效性管理、條碼應用、托盤管理及異常報警預警管理。

圖4 車間作業管理功能示意圖

（1）用戶登錄：系統應支持刷卡登錄和用戶名密碼登錄兩種模式，進入系統操作平臺；

（2）生產流轉過程管理：依照預先設定的格式，產生作業流轉卡，通過流轉卡條碼進行批次跟蹤，記錄生產過程，管控產品過站；

（3）投料管理：對投料進行校驗管理，實時把控物料消耗。對特定保質期的物料，提供叫料功能；

（4）文檔管理：在工位機或其他操作頁面上，可以鏈接查看生產所需圖文檔；

（5）完工匯報：記錄完工信息，對跳站進行管控，并提供多維度的生產進度報表；

（6）現場品質控制：記錄檢測結果，防止不良品混入，并設置一次校驗合格率，出現品質異常時，能夠及時報警；

（7）生產時效性管理：對錫膏、膠水、敏感元器件等原材料進行管控；對烘烤、固化等工序的加工時間進行管控；對前序和后序間的完工與上料間隔時間進行管控；

（8）條碼應用：支持為工具工裝、產品、托盤、流程管控卡、包裝編碼，并依照條碼進行追蹤和記錄。

（9）托盤管理：對物料托盤和產品流轉托盤進行管理，記錄物料配送、接收和產品流轉信息；

（10）異常預警報警管理：系統根據采集到的生產數據，在后臺進行數據計算和指標核對。當數據與設定目標數據有差異時，通過電子看板提示操作工和生產管理人員注意生產異常，并及時處理，保障車間的正常生產。

5）品質管理

應用系統，幫助品質人員控制并完成產品的檢驗，形成產品單件檔案，記錄產品生產過程中各工序檢驗到產品最終檢驗的全部過程，發現品質問題、分析故障原因、及時反饋問題，并采用必要的手段處理品質問題，從而有效地控制產品品質，提高品質管理水平。包括品質基礎數據管理、品質數據采集、控制及預警、品質統計分析、追溯管理等。

6）設備管理

在系統中建立設備臺賬，并對設備的運行、報警、故障維修等進行記錄，形成設備履歷。管理設備點檢、設備維修保養工作，降低設備風險。實施監控設備運行狀態，并通過電子看板讓車間管理人員、設備維護人員實時掌握設備的運行情況。

3.2 系統集成

如圖5所示，對應用PLM和ERP系統的電子裝配企業，采用如下的系統間業務交互方式。MES系統從PLM系統中獲取物料定義和制造BOM等基礎數據，從ERP系統中獲取生產工單，并向ERP系統提出領料需求，進一步開展生產，并對生產過程中的人、機、料、法、環進行全面記錄和控制。生產完工后，將完工信息反饋給ERP系統，令工單形成閉環。

對于應用WMS進行庫存管理的企業，MES系統生產領料及完工入庫操作可進一步與WMS系統集成，實現庫房庫位與產線工位間物料及產品的定時定向傳輸。保證生產的及時供應、車間在制的有效清理及庫存的先進先出，提升物料和產品周轉效率。

另一方面，應用中間表、SCADA、DNC等技術，實現MES與智能裝配與檢測設備的互聯互通，實現生產全過程的海量數據采集。減少人員操作，提升自動化集成水平，提高生產效率，提升產品一致性。

3.3 統計分析

實現基礎功能建設及系統集成后，結合BI等技術，將企業生產制造核心資源的數據進一步精細和豐富，并通過看板和報表等方式進行展現。

1）看板管理

車間現場管理的情況復雜、多變，因此為了能夠提高車間所有人員的業務協同能力，需要能夠讓所有人員及時了解車間生產現狀，例如任務完成進度，領料情況，生產異常等。系統為各個部門所關注的看板需求提供統一定制管理平臺。依托于系統采集的數據源，進行定制化開發，看板的主要分類如圖6所示。

圖5 與PLM系統和ERP系統集成

圖6 主要看板類型

2）報表管理

依托于報表工具，實現電子裝配行業生產加工過程中記錄的多個數據源關聯，集中各相關業務數據于一張報表，便于管理者實施掌握企業信息，及時進行業務管控和管理改善；定制多樣化的生產達成率、車間及單工站良率報表，進行豐富多樣的圖表分析、多維分析、即時分析，體現工業互聯、大數據的價值。

4 結語

文章從電子裝配行業MES系統的需求出發，介紹了MES系統功能建設、系統集成、統計分析三個建設階段的主要工作，結合電子裝配行業的特點和以往的成功實施經驗，對各個階段的具體解決方案進行了闡述，為行業內MES系統的應用落地提供切實可行的參考，助力行業企業智能制造轉型升級。