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          儀器儀表裝配-MES解決方案
          點擊數:  4713
          • 01
            行業概述

            儀器儀表的整機裝配是嚴格按照設計要求,將相關的電子元器件、零部件、整件裝接大盤規定的位置上,并組成具有一定功能的儀器儀表的過程。它又分為電氣裝配和機械裝配兩部分。電氣裝配是從電氣性能出發,根據元器件和部件的布局,通過引線將它們連接起來;機械裝配則是根據產品設計的技術要求,將零部件按位置精度、表面配合精度和運動精度裝配起來。


            儀器儀表整機裝配的主要內容包括儀器儀表單元的劃分,元器件的布局,元器件、線扎、零部件的加工處理,各種元器件的安裝、焊接,零部件、組合件的裝配及整機總裝。在裝配過程中根據裝配單元的尺寸大小、復雜程度和特點的不同,可以將儀器儀表的裝配分成不同的等級。


            02
             行業特點與需求分析


            儀器儀表裝配行業生產作業離散化,多品種、變批量生產,生產產品包括各類燃氣表、電子表、檢測儀表等,伴隨整個過程的各類檢測也是儀器儀表裝配過程的一大特點,其中氣表檢測由于氣體的熱脹明顯,因此需將產品和測試氣體置于恒溫20℃,恒濕環境中進行測試。


            圖 1 燃氣表裝配


            燃氣儀表生產線主要包括:壓鉚立軸、計量殼壓封、機芯體涂膠、裝閥柵、裝指針合件、壓鉚搖臂、機芯氣密檢測、機芯組調試、成表裝配、成表試漏、成表測試、智能表裝配及檢驗、成表包裝等工序。集成設備主要是質量檢測設備,但操作人部分為生產員工,部分為質量員工,視工廠實際設備和質量要求確定采集設備。常見設備為:機芯密封檢測、水試漏檢測臺、音速噴嘴流量檢測、功能檢測臺等。


            圖 2 電子表裝配


            電子表裝配主要經過生產領料、SMT、插件補焊、模塊老化、電表裝配、電表檢驗、下線包裝、入庫等主要工序,分為多段車間/生產線生產,各段工序按各自工序段計劃進行生產和跟蹤,收集主要部件物料的批次信息,主要集成的檢測設備包括AOI、耐壓、初校、復校,建立完善的電表裝配過程數據追溯檔案。


            隨著儀器儀表生產的自動化改造,生產節拍加快,產量提高,管理層需要對生產過程中的質量信息進行快速有效的統計和分析。由于發展歷史中引進多品牌檢測設備,并且設備之間無通信關聯,導致生產設備的數據目前只存儲在單個的檢測設備中,形成信息“孤島”,無法為管理層分析提供有效的數據支持,且對設備生產的過程追溯難以操作。


            為了將生產崗位的檢測設備信息集成,并提供快速有效的追溯,通過軟件平臺和必要的硬件設施,將原材料信息、裝配信息、檢測數據、生產狀況等與產品相關的所有數據進行收集、匯總、關聯并進行有效的統計,越來越多儀器儀表裝配企業規劃實施MES系統,提高制造體系的整體運營管理水平,實現數字化運營,在效率、成本、周期、質量等方面更具競爭力。主要的需求包括:


            • 收集產品過點和質量信息,實現整體的生產管理信息化系統,互聯互通,消除信息孤島,實現數據流、信息流的縱橫一體化; 


            • 實時掌握生產過程信息,實現生產過程的全追溯,生產各環節高度透明化,破除黑箱,提供生產過程動態管控的數據支持;


            • 生產準備的電子化管理,包括物料、工裝、程序、文件等,有效管控準備狀態,保障生產順暢進行;


            • 物料全過程管理,包括零部件接收、入庫,齊套分析、物料配套備料,成品出入庫追溯,并自動報工ERP;


            • 裝配過程工序防錯,裝配過程工序順序、物料使用校驗等,判斷上工序的完成情況;


            • 質量管理信息化,全過程管理來料檢驗、過程抽檢、自互檢、返修等質量活動,全質量活動追溯并自動形成質量報表與報告;


            • 生產過程監控,實時查看車間生產進度、物料消耗、設備運行與設備檢測狀態;


            • 設備資產管理,有序進行設備資產維護,包括點巡檢、維修、備品備件管理,設備預防性維護,保障設備的高效運行。

            03
            儀器儀表MES解決方案重點


            基于儀器儀表行業以上生產特征和需求,福州漢思提出了儀器儀表生產管理解決方案,在多個儀器儀表工廠積累了實踐經驗。



            儀器儀表整體解決方案包括:系統管理、主數據管理、計劃排產、生產過程管理、物料管理、設備管理、質量管理、生產監控8大模塊,整體業務流轉與串接如下圖示意:



            我們將針對儀器儀表行業方案中的核心與特色展開介紹:


            3.1
            整體信息化建設


            MES建設有助于完善工廠的整體信息化建設,需要規劃并完成合適的系統間的集成交互場景。對于計劃和生產過程,MES與ERP、WMS/LES集成最緊密。



            管理計劃(成品發貨計劃、生產計劃/外協計劃)一般來自于ERP,在MES內拆分為多車間、工序的生產計劃。由發貨計劃倒推得到制造計劃(成品庫存不足時需通過制造得到成品),制造計劃根據BOM用量展開所需物料后,對比已有庫存計算得到物料采購計劃,執行物料采購計劃得到足夠的原料,用于成品制造計劃執行過程中的消耗,而成品制造計劃完成后得到成品,用于發貨計劃使用。各計劃相互關聯,分別指導不同階段的操作,執行過程中物料的增、減、轉移操作都需要與ERP系統同步,這些物料操作結合管理上的控制點,就形成系統間接口交互的節點。



            針對特定的接口場景如零配件出庫,需要在規劃藍圖階段與其它相關系統明確定義接口內容、交互方式、調用頻率、異常處理等內容。通過計劃計算物料需求和齊套分析,觸發物料備料與配送,完成生產所需物料的出庫動作。管理對接過程中,可以選擇保留紙質單據,不過更推薦的方式是直接在系統內進行電子審批,提高效率并能節約紙張、減少打印機損耗。



            3.2
            物料全過程追溯


            儀器儀表裝配全過程追溯,包括原料倉儲管理、配送接收、過程消耗、成品倉儲等主要環節,MES中建立全過程追溯支持物料賬務清晰管理,在出現異常情況時快速定位受影響的產品或物料,利于成品甚至售后追溯定位,系統方式追溯方式相比傳統紙質或文檔記錄的方式,具備無可比擬的追溯效率和便利性。


            以燃氣表生產車間物流路線圖為例,從原料采購接收,備料配送線邊,經機芯組裝配檢測、扣殼、整機試漏、恒溫、流量校準檢測(大/中/小流)、干密、銘牌、電子功能檢測、下線打包、成品入庫,過程經過機芯密封檢測、水試漏檢測臺、音速噴嘴流量檢測、功能檢測臺等檢測設備,這些檢測設備數據需集成采集關聯到產品追溯檔案中。



            主要分為零部件倉庫、裝配車間(待測車間)、總裝/檢驗車間、成品倉庫,整機大部分組件均在裝配車間完成裝配,總裝/檢驗車間主要進行剩余部分組件裝配和調試工作,主要針對流量計數以及芯片功能進行檢測、調試。


            物料管理節點包括零部件收貨、IQC、入庫、備料、出庫、退料、線邊庫存消耗、物料掃描綁定、打包下線、成品入庫、成品發貨環節,除線上掃描綁定與打包外,其它節點跟蹤均采用移動端操作的方式進行掃描和提交。需要在系統構建前,確認各個管控環節與ERP的同步規范,保持各系統的賬務一致性。



            3.3
            裝配執行與防錯


            裝配作業開始時,首工位即需要粘貼產品序列號條碼,但由于產品裝配過程中的多種調試/檢測,產品會放入液體中進行調試,因此一般的紙質條碼無法滿足要求,通過特殊墨水的噴碼機進行工件噴碼是不錯的選擇,在流水線上進行在線噴碼,與噴碼機的集成直接得到生產工單與產品序列碼的關聯關系。


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            圖 3:流水線上的儀表產品


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            圖 4:流水線側的自動噴碼機


            系統上線后,站點工位上在系統內掃描操作的人員是原工位裝配工人,根據掃描提示進行后續的操作。


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            圖 5:工位操作界面


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            圖 6:包裝工序操作界面


            但快節奏工位裝配工人本身的操作動作非常多,例如機芯測試一般需要幾分鐘,一個工人可能同時負責多臺設備檢測操作,每臺設備同時檢測4~8只產品,再增加系統內掃描工作對操作工人的工作量增加,直接影響操作工人的操作效率。


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            圖 7:多臺位檢測設備


            針對這類工位,采用必要的硬件設計支持可以有效減少對工序的效率影響。例如在每臺檢測臺位對應機芯條碼位置安裝固定掃描頭,與檢測設備聯動,在待檢產品上檢測臺位時,MES通過固定掃描頭進行產品序列號掃描,即可自動完成裝配工序掃描-系統過點-數據關聯等一系列動作,而無需額外的人工操作。


            扣殼工序是儀表裝配中的特殊工序,在于此工序完成外殼封裝。此工序前主要為機芯組裝配,此工序后主要是計數器和調試檢測,系統進行產品跟蹤的條碼不同(扣殼后機芯上的條碼不可見無法掃描),因此需要在扣殼工序進行條碼的轉接,綁定內部與外部的條碼。同樣可以借助必要的硬件工裝,結合固定掃描頭完成自動掃描,工裝設計主要依賴產品扣殼方向是左右還是上下,決定工裝的流向方向和固定掃描頭的安裝位置。


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            圖中裝置安裝于流水線上,通過簡單的檔桿(白色立柱)與固定掃描頭(黑色)聯動控制,當有離散的產品經過時,到位信號觸發固定掃碼頭讀取產品的條碼序列號,讀取成功則通知受控的檔桿放行,否則檔桿不放行,保證所有經過的產品都經過了自動掃碼。扣殼工序采用上下或左右的兩套設計,結合順序掃碼的特點,即可完成內外產品序列碼的綁定。


            生產計劃的完成情況通過可視化界面展示,監控整個工廠各個車間的進度


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            質量看板統計各工序產量和對應的質量通過率,部分企業還需統計返修后的二次、三次、六次通過率。


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            3.4
            消除信息孤島


            很多儀器儀表裝配企業歷史悠久,保留了大量老舊的調試/檢測設備,缺乏統一的信息化系統導致這些重要的調試、檢測數據只能保存在各個設備的存儲或控制器中,在需要調用、分析數據時,只能通過手動導出的方式進行事后的分析,制造過程的質量、效率管理缺乏時效性。因此很多儀器儀表裝配企業建設MES的一大重點是消除信息“孤島”,防止過程中異常的產品流轉進入下一工序,從而減少工時浪費,提高有效產量。


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            圖 8:調試/檢測線


            儀器儀表過程中制造、檢測、調試設備大部分為獨立的設備系統,數據存放在配套電腦的數據庫或文件中,也有部分設備數據短暫存放在控制器或PLC中,排除這類老舊設備本身的問題,從這些設備中取出制造/檢測/調試數據一般不是MES實施的難點。普遍存在的問題是,這些存放在設備中的數據缺少對離散產品的識別,因此及時取出數據也無法直接與獨立的產品關聯,通過時間進行批次區分的方式無法得到精確追溯的目標。


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            圖 9:設備數據庫字段映射配置


            依賴人工掃描(放置產品后掃描)是普遍的選擇,缺點是增加操作員的掃描工作量;一種解決辦法是通過順序掃碼隊列與實時數據采集,在MES中進行調試/檢測數據的關聯綁定,這種方式依賴操作員操作必須按順序放置待調試/檢測產品,否則會造成關聯數據綁定錯位; 更推薦的方式是投入必要的掃描頭與提示燈,對每個檢測位置進行實時掃描,不需要增加操作員掃描工作量,也不會出現數據錯位匹配的情況。


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            圖 10:A/B面工位操作界面


            現代儀表產品均內置PCB電路板,以實現使用過程的電子化數字化,部分具備實力與技術的企業自己制造包含特定功能的PCB電路板,因此設置有SMT產線與焊接、插板線,因此過程中的AOI、波峰焊機、針床檢測設備均需采集數據并集中存儲,在MES中提供快速的查詢追溯功能。


            圖 11:調試/檢測數據查詢與導出


            設備數據采集情況也可以查看統計看板,統計得到各類設備的良率信息。



            04
             總結


            儀器儀表完整的制造過程還包括機加、SMT等前置工序,裝配作為制造過程中典型的傳統裝配,符合離散裝配行業特點。在數字化轉型與MES建設過程中,需注意過程數據系統采集對原裝配作業的影響,抓住具體產品裝配工藝特點并能覆蓋大量調試檢測數據的采集需求,幫助企業解決孤島問題,實現整體數字化運營。


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