0 引言

    MES(Manufacturing Execution System)制造執行系統是美國先進制造研究機構(AMR)于20世紀90年代提出的概念。MES國際聯合會(Manufacturing Execution System Association，MESA)認為，“MES能通過信息的傳遞，對從訂單下達開始到產品完成的整個產品生產過程進行優化的管理，對工廠發生的實時事件及時做出相應的反應和報告，并用當前準確的數據對其進行相應的指導和處理。”MES主要強調三點：

    1)對整個車間制造過程的優化；2)MES必須提供實時收集生產過程中數據的功能，并作出相應的分析和處理；3)計劃層與控制層之間保持雙向信息互交，通過企業的連續信息流來實現企業信息全集成。MES體現一種生產模式，把產品制造系統的計劃、進度、追蹤、物料、質量、設備等一體化管理。MES系統在民品生產中有大量的成功例子，但是在軍品生產中推廣困難較大，問題較多，軍品生產屬多品種、小批量，經常是時間緊，任務急，品種變換快，如何對生產線實行全面管理是亟需研究的問題。

1 MES系統運行的媒介

    整個印制電路板組裝件的生產任務管理必須通過具有可以貫穿整個流程運行的媒介，通過這個媒介將印制板組裝的生產各個環節關聯起來。

    條碼技術是一種自動識別與數據采集技術。條碼是利用光電掃描閱讀設備來實現數據輸人計算機的一種代碼，它由一組規則排列的條、空及其對應字符組成的標記，用以表示一定的信息。以條碼作為印制板裝配MES系統的媒介，可以將整個印制板裝配過程中將所有生產活動進行關聯，通過印制板條碼、元器件條碼、材料條碼、操作人員條碼形成一個關聯網絡，所有工作均通過條碼進行關聯的。如裝配人員可以通過條碼進入自己的工作界面后，根據工作界面上顯示的任務進行工作，進入生產線的印制板首先建立條碼，后續工作全部通過條碼進行印制板組裝過程的信息聯系，將印制板上相關的信息如：元器件批次、出入庫時間、篩選情況、裝配人員、生產日期等信息全部收集在一個信息龐大、具有可查詢功能的數據庫中，便于后續產品質量的追蹤。

1.1 元器件、原材料條碼

    元器件、原材料進入企業后，信息員根據元器件、原材料的分類情況建立條碼。元器件、原材料條碼可以采用一維或二維條碼，條碼建立后與數據庫關聯。

1.2 印制板條碼

    印制板條碼建立需要考慮確定采用一維還是二維條碼。一維條碼信息容量有限，僅僅只能對物品進行標識，不能對物品進行描述，必須通過連接數據庫才能查詢到條碼所表示的信息，在沒有數據庫或不便聯網的地方，一維條碼起不到任何作用。二維條碼相對于一維條碼具有以下優點：

    1)存儲容量大

    相對于一維條碼極低的存儲量，二維條碼可以存儲大干1KB的信息；

    2)信息密度高

    在一個不大的圖形內，可存儲數字、英文、漢字、指紋、聲音和圖片等信息；

    3)采集速度快

    識讀速度在300MS以下；

    4)糾錯能力強

    條碼50％污損的情況下，仍然能夠可以識別讀取：

    5)誤碼率極低

    一維條碼的譯碼錯誤率約為百萬分之二左右，二維條碼的誤碼率不超過千萬分之一，譯碼可靠性極高；

    6)信息可加密

    二維條碼具有多重防偽特性，可以采用密碼防偽、軟件加密及利用所包含的信息如指紋、照片等進行防偽，因此具有極強的保密防偽性能：目前二維條碼應用成熟，被廣泛的使用在物流、商品、防偽等領域。

    基于以上優點，針對軍品的特殊性，同時受印制板上條碼位置所限，采用二維條碼做為MES系統的媒介。印制板條碼可以在印制板生產時通過絲網印刷制作，也可以在印制板制作完成后采用激光雕刻和采用不干膠粘紙粘貼。另外還需要考慮的是，條碼的材料要能夠經受波峰焊、回流焊的高溫，防止生產過程中條碼燒損、變形、脫落。

2 電子裝聯MES的建立

    根據軍品生產的實際情況，按照數字化管理需要，對印制電路板裝配平臺進行總體設計，確定系統的總體框架，將整個電裝MES系統劃分為六大子系統，分別為：基礎數據管理系統，工藝設計與管理系統，車間任務管理系統，生產作業執行系統，信息綜合查詢系統，統計分析系統。如圖1所示。

圖1電裝MES管理系統

2.1 基礎數據管理系統

    MES系統的基礎數據管理包括設備管理，人員管理等。設備管理是將電裝生產設備(波峰焊接爐、回流焊接爐、AOI檢測設備等)聯網，實時采集電裝生產設備的信息，包括設備運行狀態、設備參數調整選擇、故障維修記錄、檢測結果等，采集的信息最終匯總到基礎數據庫中。人員管理是將所有與電裝MES生產相關的人員包括計劃、調度、生產、管理、工藝、操作、檢驗、庫房分別給與相應的權限，通過個人條碼信息進入MES系統進行工作。

2.2 工藝設計與管理

    在軍品電子產品裝聯中，工藝文件是指導軍品生產的一個關鍵。在MES系統中工藝文件的表現形式圖文并茂，采用“一鍵式”進入方式，裝配人員可以在MES中查詢工位的相關工藝要求和工藝知識。

    1)通用工藝庫

    對電裝工藝進行分析，將印制板裝配工藝流程分解為數十個制作工序，每個工序編制通用工藝，最終建立通用工藝庫。通用工藝運用照片、圖片、文字、動畫等多種形式，將印制電路板生產制造過程中的各種電裝工藝標準、操作方法、質量要求、合格品判定標準等編制其中。通用工藝的編制流程加入權限控制，通用工藝編制完成并審批后，不得隨意改動。編制工藝文件時可以直接從通用工藝庫中直接調用典型工藝，保證了相同工序的工藝要求良好的一致性。

    2)通用工藝流程庫

    將常見的工藝流程編制到通用工藝流程庫中，如單面混裝工藝流程、單面貼片工藝流程、單面通孔插裝工藝流程、雙面混裝工藝流程等，工藝人員可以根據印制板的特點直接從庫中調用，然后進行修改，縮減了編制時間，提高工作效率。

    3)工藝文件編制

    工藝文件編制時工藝人員根據待裝印制板的特點及印制板裝配工藝流程來編制MES系統工藝文件。工藝設計任務的分配是在工藝BOM中完成的，工藝型號主管人員通過工藝BOM表進行工藝設計任務分配，工藝人員通過個人條碼進入MES系統，點擊“我的任務”后，進入工作界面，工藝界面上顯示工藝設計任務。編制工藝文件時，工藝人員通過分析設計文件，直接從工藝流程庫內選擇導入相應的工藝流程，然后進行編輯，對工藝流程進行修改，新增需要的工序或者刪除不需要的工序。

    每道工序中已經包含了相應的通用工藝內容，并預留工藝要求欄，用于注明特殊工藝要求。最后根據工序特點編寫每個工序的具體內容。以工序“插件1”為例：工藝文件需要編輯的內容包括從物資管理系統中調出物料清單，選擇所需的元器件型號，輸入數目、位號、間距等相關信息，并上傳插件圖示說明。

2.3 車間任務管理

    車間任務管理主要用于車間生產過程管理與控制，是車間任務在“工序級”的具體執行過程。生產任務管理分為車間入庫管理、車間出庫管理和生產過程管理。

    車間調度根據生產計劃表生成車間作業計劃，建立車間任務。車間調度進入MES后，首先查詢印制板、元器件及材料的齊套情況，如滿足條件，生成印制板裝配任務，在生成任務時根據工藝流程指定工序的操作人員，同時根據排產計劃自動生成印制板條碼。將印制板條碼打印后轉移到待裝印制板上，將印制板條碼掃描進入數據庫，開始印制板裝配流程。后續生產過程信息采集全部是通過印制板條碼完成。

2.4 生產作業執行

    生產作業執行主要是生產過程的具體實施。裝配人員用個人條形碼進入MES系統后，點擊在我的任務，屏幕上顯示出任務清單，點擊其中一項任務后，進入印制板裝配工藝流程，工藝流程采用串行工作模式，即前面的工作完成后才可以進行后道工序操作。流程中的工序欄分為“活動”工序欄和“休眠”工序欄，用不同的顏色標識。“活動”工序欄表示可以開始工作，點擊“活動”工序欄后，進入任務狀態，裝配人員點擊“接受任務”按鈕后開始工作。裝配人員操作界面有裝配圖示、元器件清單、材料清單裝配要求等，完成該道工序任務后掃描印制板條碼，提交任務，表示任務完成。

2.5 信息系統查詢

    信息系統查詢主要分為設備在線查詢、質量跟蹤查詢、任務執行查詢、作業執行查詢。整個印制板裝配過程信息的實時采集，保證了MES系統能夠實時顯示車間各生產任務的完成進度，甚至精確到某一工序任務的完成情況，實時顯示裝配PCB、元器件等物料的型號和數量信息，實時顯示設備狀態信息等。產品如果出現質量問題，可以通過掃描問題印制板條碼得到印制板裝配過程的全部信息，實現產品質量追溯、元器件原材料供應商追溯、批次追溯、裝配人員追溯，建立產品質量檔案，為質量問題的復查提供準確信息。

2.6 統計分析

    統計分析主要包括實際工時分析、材料用量分析、工作量統計、質量問題統計。該模塊提供某一條件下的統計分析結果，為管理人員及時了解生產任務的執行情況，提前進行計劃調整和調度提供依據，為車間管理者考核裝配人員技能水平提供了參考依據，同時也是車間進行成本核算的重要信息來源。

3 實施效果

    目前印制板電子裝聯MES系統已經在我所軍品印制電路板裝配中實施，達到了以下效果。

    1)電裝工藝設計全部采用數字化模式，實現電裝工藝設計無紙化。

    2)印制板裝配人員能過通過門戶終端從可視化工藝文件中直接獲取對應工位所需要的信息，如元器件型號、裝配信息、標準要求等，形成新的工作模式——邊看(終端上顯示的可視化工藝文件)、邊做(裝配作業)、邊掃描(向終端中掃描條碼信息)的作業模式，全面實現無紙化。

    3)增強了生產控制的力度，通過生產計劃管理系統和生產控制管理系統，使生產控制能夠較準確的反映計劃的要求，同時生產進度和生產質量得到實時控制，提高了生產計劃的準確性，增加了生產透明度。

    4)改善了產品質量管理手段，一旦出現質量問題，能夠追溯到產品的全部質量信息，將產品質量追溯到個人，提高了產品質量的監控能力，保證了產品質量。

4 結束語

    通過建立軍品印制電路板電子裝聯MES系統，利用現代管理技術、信息化技術和先進制造技術，提高了軍品電裝車間的數字化、信息化管理程度，實現了對電裝車間生產制造過程信息的實時采集、管理和反饋，實現產品質量問題追溯的快速化、準確化，提高了產品的一次性合格率，全面提升了電裝車間的批產能力。

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