面向电子配件行业运用的制造执行系统

lihuolin958

　　随着全球经济一体化的演进和市场竞争环境的巨大变化，以及电子配件行业外资企业产品与服务进入带来的严峻挑战，电子配件行业将面临前所未有的竞争压力。电子配件作为电子工业的基础，是支撑电子工业持续健康发展的必要因素。电子配件行业的一个显著特点是适应厂商的需求进行专门设计制造，产品要实现多样性和适应性，要有专门为客户建设的生产线;行业进入壁垒较高，如电子用PCB板特别强调高可靠性和低DPPM(极低不良率品)的要求。面对这种竞争的环境，如何提高产品质量和生产效率，如何改善服务、提高企业的综合竞争力，本文以某电子配件企业为背景，列举了制造执行系统(MES)应用于该企业的实现情况，帮助企业实现提高产品质量和生产效率的过程。
　　一、离散型电子配件行业的特点
　　制造业企业的类型通常可分为两大基本类型：离散型与流程型。离散型意指由一个个单独的电子零部件组成最终产成品的生产方式。因为其产成品的最终形成是以电子零部件的拼装为主要工序，所以装配自然就成了重点。近年来，以电子工业为主的离散型电子组装发展迅猛，很多企业为了适应市场变化，纷纷引进国外先进管理思想，如“丰田精益生产”、“JIT”六西格玛”，但是为了让这些先进管理思想切实能够发挥效应，越来越多的离散型电子组装企业运用制造执行系统(MES)来提高生产力，从而为企业实现数字化的生产和管理提供了切实可能。
　　离散型电子组装是一个人员密集、自动化水平相对较低的行业。它具有如下特点：①离散型电子组装企业的产品结构不仅可以用树的概念进行描述，而且最终产品一定是固定个数的零部件组成且部件间关系明确和固定;单件小批生产一般按工艺专业化原则建立成组生产单元，采用柔性制造系统。大量生产的组织形式多采用流水生产线、自动生产线，保证其生产的连续性;②生产设备的布置是按照工艺流程或对象方式布置，需要对所加工的物料进行调配，在制品(WIP)需要进行搬运;③产品的质量和生产率在一定程度上依赖于工人的技术水平，自动化主要在单元级(如全自动绕线机等)。
　　二、制造执行系统的定义及企业需求
　　MESA协会白皮书(MESA White Paper No.6，1997)对MES系统作如下之定义：MES系统在产品从工单发出到成品产出的过程中，扮演生产活动最佳化的信息传递者。当事件发生变异时，凭借实时正确的信息、生产执行系统规范、原始工作情况、资料反应及回馈，作出快速的响应以减少无附加价值之生产活动，提升工厂生产制程的效率。MES改善生产条件及准时出货、库存周转、生产毛利及现金流量效益，MES并且也在企业与供应链之间提供一个双向的生产信息流。MESA协会白皮书(MESA White Paper No.3，1997)中提出说明企业资源规划(ERP)、MES与控制系统间的作业互动与信息流模式，如图1所示。
　　

　　图1 MES在工厂中的数据流

　　例如某电子配件有限公司，企业面临的主要问题：①过去在企业产供销脱节的现象时有发生，主要原因是相当一部分部品材料是从国外进口，由于订货周期长以及部品本身质量等因素，影响产品的交货日期;②产品品种繁多，订货批量较小，具有典型的多品种、小批量的生产特点。但在生产经营过程中，由于企业缺乏有效的管理，导致库存积压、质量波动、效率低下等问题，使生产经营处于投入多、消耗高、效益低的粗放型状态。因此，MES的体系结构由于MES在产品从工单发出到成品产出的整个过程中，扮演生产活动重要的信息传递的角色，其必然具有多种功能并且能够同时为生产、质检、工艺、物流等多个部门服务，因此该电子配件公司的MES的结构的设计主要是能满足与其他信息系统(如ERP，PCS)相连接，且能提供高效的企业生产管理功能，减少产供销脱节的现象。在企业内部，各功能站通过局域网对MES服务器进行交互操作，形成了一个紧密的整体，做到实时信息共享，使业务流程变得有序而高效。
　　三、MES系统的设计理念
　　(一)总体结构设计
　　该电子企业运用了上海巴陆信息科技公司生产制造管理系统，设计的MES功能模块如图2所示，它是利用WEB Service服务、XML技术以及微软.Net架构，采用基于Web的B/S结构的多层分布式信息平台，把传统的C/S中的服务器部分分解为数据服务器和Web服务器，从而构成了一个三层结构的客户服务器体系。采用Microsoft公司的Visual Studio.Net 2003作为开发平台，该平台与其他开发平台和工具相比具有开发界面简单、开发流程清晰等优点。公共对象请求代理体系(Common Object Request Broker Architecture，CORBA)是对象管理组织(OMG)提出的一种中间件技术，它主要用于分布式对象应用程序设计。它可以用于结合多种程序设计语言，如C++、Java和Cobol，并通过Internet跨oRB协议(InternetInter-ORB Protocal，IIOP)和远程过程调用(RemoteProcedure Call，RPC)等技术连接对象和程序。利用这种中间件技术也可以进行B/S系统的开发，该Web应用程序采用Microsoft Visual Studio Net 2003开发平台下的ASP.NET开发，再由IIS发布到互联网上，供用户访问。在B/S系统中，能查询各部门的相关数据(图3)。B/S系统具有性能好、开发简便、管理容易、安全性好等特点。用户在客户端通过浏览器向Web服务器发出请求，Web服务器上的IIS服务再根据用户请求，执行相应的操作，并将结果生成HTML文件发送到客户端。
　　

　　图2 生产线监视

　　(二)系统的特点
　　1. 数据库设计
　　在确定系统的功能模型和网络体系之后进行数据库的设计。并设计报警数据集，建立独立的报警组件。对MES中的功能项及数据项编码，对每个业务及管理功能建立对应的事件，当每个事件触发时，将功能项编码及事件传递给报警组件，组件根据用户设定的基础报警数据，判断是否报警及其他。
　　例如，用户可启用某个质量数据项目的Alarm功能。将事件设定为输入(或自动收集)确认时，可设定标准值及条件(大于、等于、小于)，可设定以邮件方式报警，并指定接收人或角色所有基本表的设计都符合第三范式。数据库采用基于Windows的关系数据库管理系统2000。因为在PC环境下，MS SQL Server几乎具有全部最先进的引擎和最多的功能，而且它是专门为自己的NT系统设计的。Windows NT支持多体系结构平台和对称式多处理。它不仅可以满足大型数据库的要求，而且与Internet Information Server(IIS)直接建立联系，实现基于Web的数据库访问。如图3所示。
　　

　　图3 数据的管理与分析

　　2. 报表服务器功能
　　Crystal Reports for Visual Studio.Net技术通过Crystal Reports for Visual Studio.Net，可以快速创建复杂且具有专业外观和演示文稿质量的交互式报表(图4)。因此，具有功能强大、性能稳定、操作便捷等特点。在Visual Studio.Net IDE中，Crystal报表专家可以基于需求方便快捷地设计报表。用Crystal Reports Designer设计报表，首先，要确定报表的数据源，通过设计器对报表中要显示的数据布局，并将报表保存为报表文件(.rpt);其次，在页面上需要显示报表的地方添加Crystal Report Viewer控件;最后，在需要显示报表的时候，用程序代码中将控件与要显示的报表绑定起来。使用Crystal Reports的使用简化了系统报表设计的过程，且便于实现报表打印、页面导航等。该系统能够提供以制造数据为主的各种查询、统计、报表，主要包括：批次查询、在制品分布表、生产进度比较表、质量异常分析(如图5的异常率趋势)、批次物料查询、物料批次查询、单元加工批次查询、生产订单/任务单物料查询、作业单元加工量统计、操作人员加工量报表、良品率报表、工序一次通过率报表、设备利用率报表、OEE报表、各产线月(周、日)产量统计等。
　　

　　图4 报表服务器

　　

　　图5 异常率趋势图

　　3 系统的特点
　　(1)实用性：采用r“Ofbline”软件技术，能使用普通服务器实现大量的数据处理能力。系统并发数据舶处理能力，挺高r系统的可靠性，也满足r现场蜜时的要求。系统在标准的Windows平台上运行，B/S结构，用户无需购买高性能的客户端PC。
　　(2)稳定性24小时365日连续运作。
　　(3)灵活忭通过Connector，可以实现自动的刷新和自定义设置。LIBRFC32.dll只支持4.6c以内的SAP系统版本。响应时间：满足大规模制造管理需要，最多支持5万点的工作站。系统核心每秒可处理不少于3000个事件。硬件高于推荐标准，并确保同络正常，总数据量100000条的前提下，系统查询时间不超过1秒。
　　(4)安全性：防止数据和信息的外泄或遗失。
　　(三)系统功能模块
　　1. 产品工艺管理模块
　　通过工步工序工序段～流程的定义过程建立结构化的工艺流程基础数据。通过定义工序的工艺目标能明确给作业人员的标准作业指导。通过建立工序与作业单元以及Recipe的关系，明确了在不同作业条件下备工序可以使用的生产资源。
　　2. 生产资源管理模块
　　在车间一工作中心作业单元三个层缠t定义主生产资源及其属性。设定作业单元对应的Recipe。工作中心可以对应于产线、作业单元对应于实际的物理站。标准的作业单元状态即待作业，作业、故障、准备.它们为生产曾控以厦统计分析提供依据。
　　3. 生产进度管理模块
　　系统模块提供生产订单安排功能。生产订单设定中包括产品专用号、订单号、上线时间、PPID范围、排产线别、BOM版本编号等信息的设定和调整。一旦订单提交该信息将被锁定。生产订单一旦提交信息将被转移到生产排程模块，系统的排程引擎将根据目前所有已提交的订单的生产安排进行模拟生产排程，排程结果将以甘特图的方式体现。
　　4. 质量控制模块
　　控制模块能实时采集IQC、过程检、成品检等数据，优化流程，使质量信息与业务信息进行对接。质量分析能实现进货检验按时段、按物料批次、按供应商等多维进货检验系统统计分析;装机合格率、直通率、下线率;生产故障率和问题点分类统计;成品送检合格率等。
　　5. SPC控制模块
　　SPC通过收集、分析实时和历史测量数据来监控制造的流程和设备状态。SPC以6Sigma控制线为基础，以控制图的方式将稳定的变异与偶发变异区别开。提供的SPC能够协助用户对制程中的变异进行控制并且记录过程信息。
　　6. 制程管理控制模块
　　MES中的SPC功能能够实时监测生产线的良率等项目，良率监控，当生产线实际良率低于规定值时生产线自动停线;对两道工序间产品数量进行监控及产品存放时间监控;对物料存放时间进行监控，超期物料报警提示。
　　7. 车间现场管理模块
　　车间现场管理包括：作业指派(指定生产批次到特定的生产单元作业或者给特定的人员作业);数据收集(通过作业人员的作业执行中的事件来触发);作业执行(任务的执行)。
　　四、运用成效
　　(一)直接经济效益分析
　　降低原材料成本，库存资金占用，进口部材的采购提前期从60天缩短为25天，国产部材从20天缩短为10天，存货周转率得到提高。
　　(二)间接效益分析
　　使企业实现物流、资金流、信息流和工作流的高度统一与并行运作：①实现全公司基础数据(如物料数据、产品结构数据、产品设计工艺数据、生产能力数据等)统一生成、统一维护和统一管理;②实现了生产现场的信息发布和市场配置需求清单以指导生产实现了生产现场的信息发布和市场配置需求清单以指导生产，实时查看订单生产情况，实时在制品状态查询，每日生产完成情况统计，日月年报表;③加强质量数据的统计分析，充分利用质量检测数据，进行深入的统计和分析，有力地提高产品质量水平。
　　五、结束语
　　制造执行系统(MES)通过将ERP系统与生产线流程控制系统实时连接起来，使企业能够更加有效地控制和组织生产，趋近实时反应，这样才能有效地提升企业综合竞争力。实现了企业管理层与生产底层的信息集成和融合、信息共享和应用、信息进化和增值，达到了物流、资金流和信息流统一的目的。实际应用表明，本系统对于该企业不同部门之间的信息集成、交互和共享起到了较好的作用。

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