面向电子装配的制造执行系统设计

梁晓纯，吕增勇，张晓峰

（1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081；2.石家庄市高级技工学校，河北石家庄050041）

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]，制造执行系统还应负责规划与协调现场[2-3]所有的生产活动[4]，进行信息管理和统计分析以辅助生产决策[5-6]。在科研设计信息化已逐步稳固的今天，为推进由科研设计型院所向科研生产型院所的转型发展，建立和完善生产制造相关信息系统已成为当务之急，其中，管理整个制造执行过程信息的MES系统的设计十分重要。

而目前大多的MES系统针对机械加工类进行设计，其设计方式不适合电子装配类的制造执行管理，因此，对电装类MES系统的设计研究势在必行。介绍了一种面向电子装配MES系统的总体设计，并重点阐述了在线工艺过程卡编制技术的设计，对电装类MES系统在其他企业或院所的设计实施提供了参考。

1 电装类MES系统总体设计

在科研生产过程中，加工厂负责接收生产任务并组织生产，其中，电子装配类工厂主要负责电子器件的工艺编制和装配，工作方面比较专一，工作流程清晰。常见机械加工类工艺卡在CAPP系统中编制，再集成至MES系统辅助生产计划决策，但此类CAPP的工艺卡类型并不完全适合电装的特点，因此，此处采用MES系统中的在线工艺过程卡编制技术，以实现整个电装制造执行流程的信息贯穿管理，并使整个MES系统成为相对独立的整体，避免了和其他系统数据接口的设计考虑和局限。

首先对电子装配业务流程进行梳理，在规整工作流程和人员职责的同时设计系统功能框架，依据企业电子装配的工作需求，设计MES系统的功能模块包括基础信息管理、任务单管理、工艺卡管理、加工任务管理、派工管理、作业执行管理、齐套管理和检验管理，除此之外，系统也设计查询统计模块，支持对制造执行过程中的负荷、进度、工时及完成率等信息的查询统计。电装类MES系统的功能框架设计如图1所示。

图1电装MES系统功能框架

由此功能框架可以看出，MES系统较全面地覆盖了电装制造执行中的各个环节，对各流程和相关信息进行了管理，可全面地保障电装制造全过程的信息流转和监控。

2 电装类MES系统流程设计

依据电装类工厂的工作流程分析，设计电装类MES系统的关键流程如图2所示，将MES系统的整个流程分为生产准备流程和加工执行流程两部分。

图2电装类MES系统总体流程设计

2.1 生产准备流程设计

电装类MES系统的生产准备部分是指生产任务拟制起至作业计划制定完成的阶段。针对电装类制造流程特点，系统设计有任务单拟制管理、缺件信息管理、齐套管理、工艺卡编制和加工计划制定几个关键功能节点。

通过对电装类制造管理特点分析，MES系统生产准备流程设计时需考虑以下关键问题：①在生产任务拟制时系统设计为可自动生成生产编号，并作为后期整单任务查询的唯一标识；②计划员可对需加工的任务单按模板导入加工明细信息；③针对需加工制造的明细，系统自动生成工作令号编号，作为加工明细查询的唯一依据。对这些关键问题的考虑，在有效节约工作时间的同时，明确了系统管理的任务标识。

生产准备流程设计如下：

①生产任务单管理：生产任务单是系统数据的源头，MES系统设计生产任务单管理模块，可针对各任务单信息进行相应处理；

②齐套信息管理：系统设计对每条工作令号信息进行齐套管理，包括缺件信息维护及齐套确认等功能，系统在齐套阶段存在问题的数据项以高亮显示，以示关注；

③工艺过程卡编制：针对电装类工作特点，MES系统上线前对工序、工步信息和工序工步关系进行规划，制定工时核算标准，以便在线编制工艺过程卡时可直接选取所需工步，有效节约工艺编制时间，并使整个生产准备流程信息化，有利于信息流转和记录，并有效辅助后期生产计划安排；

④加工计划安排：针对电装类任务的加工特点，系统有任务单的明细级拆分管理功能，以便对涉及不同工段的任务安排加工计划。

MES系统对电装类生产准备过程管理的流程设计使得整个过程信息前后贯通，任务的处理方式简化，借助电装工艺卡的在线编制和管理，为后续生产计划制定和生产过程管理提供数据依据，使整个制造执行过程管理的信息化成为可能。

2.2 加工执行流程设计

电装类MES系统的加工执行部分指工段长任务分配起至加工完成品交接的阶段，针对电装类制造流程特点，此阶段系统设计有任务分配、执行反馈、检验结果反馈和合格品交接几个关键功能节点。

通过对电装类制造管理特点分析，MES系统加工执行流程设计时需考虑以下关键问题：①系统建设前期应规划人员、设备和工装等信息资源库，以辅助任务分配决策和查询；②系统设计借助RFID技术的作业执行结果和检验结果的处理。对这些关键问题的考虑，在优化任务决策的同时，亦可提升操作效率。

加工执行流程设计如下：

①任务分配管理：系统设计了人员、设备和工装信息资源库，辅助任务分配决策；

②作业执行管理：系统借助RFID技术，通过扫入加工任务的工作令号和操作者身份信息作为加工任务完成的标识，并设计了问题反馈功能，可对加工作业中的相关问题在系统中进行问题反馈；

③检验管理及合格品交接管理：系统借助RFID技术，通过扫入或输入此条工作令号条码和检验结果条码作为检验完成标识，检验合格的产品可在系统中进行后续的交接管理。

由此部分加工流程设计可见，MES系统可对电装类生产任务的分配、加工和检验全过程电子化管理，数据流转无阻碍或延迟，并借助系统资源库的建立，使优化任务分配决策和效率成为可能。

3 在线工艺过程卡编制研究

工艺过程卡编制作为制造执行过程中的关键环节，承接生产准备过程和后续加工计划的制定和执行，若不能纳入MES系统统一管理，则整个系统的管理效率和应用效果将大打折扣。由于常用的工艺过程卡编制软件CAPP不完全适用于电子装配的特点，所以电装类MES系统借助在线工艺过程卡编制技术。

在线工艺过程卡编制中的关键技术是建立规范的工序、工步和工序工步关系资源库，系统设计初期应对此资源库进行规划，在后台建立相应的数据表进行数据存储和关联，并设定规则限制工序和工步关系，以限定不同工序类型可添加的工步种类，并且在信息内容或关联关系需更改时，系统提供界面自行修改。此种设计为在线工艺过程卡编制中工序和工步的编辑选择提供了数据依据，规范了工艺卡中的信息内容，可有效提升工艺卡的编制效率和质量。

工艺过程卡编制实现时，首先梳理规整工艺卡中所需的数据信息，如加工件数、产品系数、收图人、收图时间、收件人、收件时间、装配尺寸、拟制人、审核人和批准人等，并将产品类型、应用环境和装配特性信息设计成枚举形式，系统设计支持枚举维护，便于根据情况进行扩展。

工艺过程卡创建后可针对每条工作令号添加相关工步，添加完工序和工步信息后，需填写工件量和工时信息。在系统中对工艺卡添加工步时，只需选择工步资源库中的工步名称和对应的工序名称即可，并可对工步添加工装和设备信息，或填写特殊材料要求等，最后，可选择工步是否需检验等。

各工步信息添加完成后，系统支持可对此工艺卡信息进行浏览、导出和打印，并可将工艺过程卡导出为标准格式，作为指导操作、归档或其他依据快速辅助工艺卡的生成。由MES系统生成的工艺过程卡制式含工艺卡基础信息、工序工步信息和审核批准信息三部分：①工艺卡基础信息为生产相关的编号、批次、优先级、件数、类型和特性等；② 工序工步信息为工艺过程的具体指导信息；③审核批准信息可显示MES系统中各环节的审核人和日期信息等。此三部分信息清晰完整，便于全面指导后期操作和进行完整保存追溯。

借助在线工艺过程卡编制技术的MES系统的设计和实现，使整个电装类制造执行过程的信息传递成为可能，且此种工艺卡编制方式适合电装工艺编制的特点，可有效管理和规范工艺设计过程并提升工艺员工作效率，为其他企业电子装配类加工执行的工艺卡编制功能设计提供了有利参考。

4 结束语

通过对此电装类MES系统的设计和实现，使整个电装制造执行过程管理电子化，再借助在线电装工艺过程卡编制技术，将电装工艺设计有效纳入MES系统中进行管理，贯穿整个制造过程相关数据，优化作业计划决策，可有效提升电装类加工执行效率。目前针对电子装配类企业设计的MES系统已平稳运行，且取得了较好的效果，将不规范的业务操作进行了规范化管理，辅助生产管理者及时了解生产计划及进度情况。在提高生产计划有效性的同时，强化了生产进度计划的严肃性，简化和改善了管理模式，使生产运行更平顺和高效。

[1]王胜强,芮执元,刘军.制造执行系统MES及其功能技术模型[J].甘肃科技,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]李亚杰,何卫平,董蓉.面向制造执行系统的功能进化实施方法[J].计算机集成制造系统,2013,19(3)：507-515．

[5]皮明峰.基于复杂事件处理和RFID的制造执行系统关键技术研究[D].广州:华南理工大学,2011．

[6]阮学斌.生产过程制造执行系统的开发及应用[J].江南大学学报:自然科学版,2010,9(5):541-546．