基于批量控制的电装行业MES设计

向健明，辛曼玉，伍建军，张魏巍，任崇轩

（1.江西理工大学 机电工程学院，赣州 431000；2.广东汇兴精工智造股份有限公司，东莞 523000）

0 引言

20世纪90年代初，美国的先进制造研究机构AMR最先提出制造执行系统的概念，并将其定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”[1]。MES是实现车间生产管理敏捷化的基本技术手段，其敏捷化、智能化和集成化为MES技术及系统的重要发展趋势[2,3]，能有效的提升企业的核心竞争力。文献[4]针对军品车间多品种、小批量的生产模式，设计并打造了一个先进且适用的制造执行系统，实现了将车间生产更加精细化的管理,建立了规范的车间生产管理信息平台；文献[5]对MES在离散制造业数字化车间中的应用进行了研究，应用UML建模技术建立了SCADA系统的环境监控、设备监控、生产进度监控、质量监控等功能模型；文献[6]针对轮胎制造业信息脱节现象，提出了轮胎生产中的MES系统设计原则和架构，研发了轮胎生产中基于MES的成型和硫化生产调度系统；文献[7]基于SOA的设计方法，建立基于工作流的电子装配过程的软件体系结构技术实现框架，对于电装行业的小批量、多品种生产控制没有过多考虑。由以上文献可知目前大多的MES系统针对离散制造业模型进行设计，其系统架构方式不便于电子装配类的制造执行管理，但是随着电子装配行业的日趋发战，对电子装配类MES系统研究甚是重要。本文提出了一种基于批量控制的电装行业MES系统的总体架构，并且通过.Net架构及程序集组件技术对其设计实现。

1 电子装配行业概述

我国电子装配行业起步于80年代中期（1985年），最初从美、日等国成套引进了生产线用于彩电调谐器生产。随后应用于袖珍式高档多波段收音机、随身听、录像机、VCD、DVD、BB机、手机等生产中，近几年在计算机、通信设备、医疗器械、汽车电子、航空航天电子产品中也得到广泛应用。全球的PCBA制造商，包括美、日、欧洲、新加坡、台商基本都已将电子装配加工厂搬到了中国大陆，使得中国大陆成为了全球的电子制造中心和加工中心。为了适应其业务发展，对于电装行业的迫切需求点设计出对应的功能实现尤为重要，主要为以下三个方面：

1）电子产品装配过程的实时可视化需求；

2）电子产品装配车间的动态排程需求；

3）电子产品生产数据的实时跟踪与追溯需求。

而针对于以上的三种需求点，本文设计出基于批量控制的电装行业MES系统的总体架构，并且对于其需求点设计对应的功能模块，达到产品生产实时可视化，动态排程以及数据跟踪与追溯要求。

2 批量控制MES系统模型

近年来，随着工业结构的调整，由大批量、少品种的生产方式向小批量、多品种转变，采用批量过程的企业为了尽快开发新产品以保持市场竞争力，为了适应间歇生产周期短、更换品种容易、对多变的市场要求适应性强的特点，确保批量生产过程重复性和操作柔性，由此提出了批量控制理论[8]，其分为过程模型、物理模型和程序控制模型[9,10]，其模型如图1所示，因此它也支持MES系统业务流程个性化配置以满足车间内外部环境的因素变化，对MES系统实现加工可视化、生产动态排程、实时生产跟踪以及系统的可集成、可控制等具有重要意义，基于批量控制的MES总体架构图如图2所示，以广东某电子装配公司为例，针对工艺流程基于批量控制理论，建立其过程、物理以及程序控制模型。

图1 批量控制模型

图2 系统架构图

3 电装行业MES的功能设计与实现

根据电装行业的需求特点，需要设计从原材料上线、到工序加工、到成品入库整个生产过程达到实时数据采集、控制、分析和历史追溯的集成系统，且企业内部计划、物流、生产、品质部门取得生产信息的数据也需要得到及时反映。因此，其功能模块如图1所示，并且通过.Net架构及程序集组件技术对其设计实现[11～13]。

1）ERP接口模块是为了原有企业ERP无缝连接应。

2）物料管理包括供应商品号、超级BOM以及品质现象等，如图3所示。

3）生产订单管理包括新建或导入生产订单、维护生产订单工艺流程、新建或导入生产排程任务以及物料展望，如图4所示。

4）仓库管理包括导入领料单、搜索领料单发料、撤销发料、发料智能推荐与数量管控。

图3 BOM查询显示

图4 生产订单管理

5）测试与维修功能包括测试基本信息的维护、测试操作流程、记录测试结果、搜索待维修产品以及维修报表记录，其生产测试维修流程如图6所示。

图5 生产测试维修流程

6）品质管理包括不良率统计分日月以及品质抽检，如图6所示。

图6 日不良率统计

7）追溯管理包括通过产品条码追溯该产品的历史生产过程信息、工艺参数记录以及原料批号查询其历史使用记录，如图7所示。

图7 工序用料追溯生产订单

8）数据采集功能为生产品质、工艺改善、管理决策和历史追溯提供了最原始的数据支持。

9）看板管理包括新建电子看板、设置显示方式、新建看板播放组、设置播放方式以及全屏显示看板，看板设置显示方式如图8所示。

图8 看板设置显示方式

4 批量控制电装行业MES系统应用

基于批量控制的MES系统已经成功地应用在广东某电子装配企业的电子装配车间。通过系统的运行，其装配车间能实时地掌握各装配线和单元的装配用料、装配工艺、品质质量和产品仓储等的情况；根据设置的看板功能，大大缩短了不良率统计和用料缺料等事件的处理周期；同时通过数据追溯管理，使电子产品的生产过程信息、工艺参数记录以及用料单号查询可以精确到批次和单件等。因此极大改善了装配车间的管理效率和决策及时性，改善物料配送的效率，提高生产线整体生产效率和生产质量，提高了企业的核心竞争力。

5 结束语

本文基于批量控制理论，设计了针对于电子装配行业的MES系统总计架构，并且通过对于行业的需求点设计出对应的功能模块，然后基于.Net架构及程序集组件技术对其功能实现，使电子装配行业产品生产过程实现加工可视化、生产动态排程、实时生产跟踪以及系统的可集成、可控制等功能达到可行性，为电子装配企业的核心竞争力发展以及MES系统设计提供一定的思路。