MES制造执行系统的原理与实现Word文件下载.docx
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体的产品工艺路线,操作人员按照工艺路线进行作业。
如图2-2:
2.3序列号(SerialNumber)
在传统的生产过程中,我们往往用流程卡来指导产品的生产。
在MES系统中,我们用序列号来代表一个具体的产品。
序列号代表系统里唯一的一个产品,它具有item_no属性(ERP物料号),此外,它必须与工单关联,这样才能够用工单进行驱动。
对于制造件和装配件,它们的序列号规则是不一样的。
对于制造件,其序列号可以全部由MES系统分配产生,而采购件的序列号是供应商产生的,只能作为外来数据导入MES,同时赋予其item_no属性。
在一些情况下,序列号是企业的重要资源。
如对于网卡MAC地址,其前6位是企业代号,后6位是企业内部的MAC流水号,MAC地址的申请需要向相关组织缴纳费用。
另如中国GSM手机的IMEI号码,是由政府信息产业部分配的。
在某些情况下,序列号并不代表ERP中明确定义的产品。
如有一款手机产
品G10,其ERP物料号为10010,MES系统会为其分配一序列号
20061100001(item_no属性为10010),然而在ERP的BOM中并没有定义IMEI,
为了保持序列号格式的一致,我们为IMEI定义一个“虚拟”(ERP中没有此物料
号)的item_no:
IMEI。
这样此手机在生产完成之后,至少有2个序列号,1个是10010对应的序列号,1个是IMEI对应的序列号。
车间的操作人员在作业时,将序列号与工单建立关联关系,这样工艺路线就
落实到每一个具体的序列号了。
产品、工单、序列号三者之间的关系如图2-3所
示,序列号继承自产品,工单通过与序列号关联的方式驱动产品。
图2-3
2.4条形码
为了提高序列号输入的效率,MES系统采用条形码(以下简称条码)来记录序列号。
条码是用条码打印设备,把序列号打印在尺寸裁切好的不干胶贴纸上,然后
用激光扫描设备识别。
常用的条码打印设备有zebra公司的系列条码打印机。
常
用的激光扫描识别设备有symbol公司的手持激光扫描枪系列。
常用的条码编码规范有39码和128码,在一些包装工厂,还用二维码来记录大量数据信息。
(E-WORKS)
第三章工艺路线
3.1工位(SteP)
在现代化生产中,批量生产多采用流水作业,流水线由若干个独立作业的工位组成。
工位是产品生产周期中的一个点,或者说一次作业。
工位是一个逻辑概念,一个工位可以对应若干个实际的工作台,比如电脑的主板装配工位,可以由4个工人、在4个工作台上做相同的装配作业,那么我们说这4个工作台对应于同一个工位。
在MES系统中,工位的定义可以和实际的作业有一定的出入。
还是举主板装配工位为例,在实际生产中可能作进一步的细化,分成定位、焊接、固定3个工位,但在MES系统中只定义一个工艺路线控制点,那么我们可以看作是一个工位。
3.2工艺路线(Route)
工艺路线是指产品的生产方法。
通常我们用流程图来表示工艺路线,流程
工艺路线表达了产品完整的生产周期。
一个产品可以定义若干个工艺路线,如试生产工艺路线、量产工艺路线、返工工艺路线等。
但是一个工单只能驱动一条工艺路线,因此工单从ERP刷新到MES后,在生产之前,必须由车间主管或生产线组长指定工单到某一工艺路线。
简单地说,工艺路线是产品的一种属性,
由工位组成,受工单驱动。
J.fn.'
M#G———L.-f-/3
3.3当前工艺状态(Routestatus)生产控制的目的,是为了实现在指定的工位,做指定的产品”。
我们在工艺路线里已经定义了当前工位、结果、下一工位的组合关系,因此我们只要再记
录某个序列号对应的产品当前的工位和结果,就可以得到下一工位,由此可以进行工艺检查和工艺记录。
对当前工位的定义方法有两种。
第一种定义刚刚结束的工位是当前工位。
这样在工艺状态表里记录了序列号、当前工位名、当前工位结果。
第二种定义下一工位是当前工位。
这样在工艺状态表里记录了序列号、当前工位名。
3.4工艺检查(RouteCheck)
工艺检查是判断序列号是否出现在正确的工位。
方法如下:
按第一种定义,前台录入工单、序列号、作业工位。
后台根据工单得到工艺路线;
根据序列号得到当前工位和结果;
然后根据工艺路线和当前工位、结果,得到下一工位;
比较下一工位和作业工位,得到工艺
检查的结果。
如图3-2所示:
閨3-2
按第二种定义,前台录入序列号、作业工位。
后台根据序列号得到当前工位;
比较当前工位和作业工位,得到工艺检查的结果。
如图3-3所示:
3.5工艺记录(RouteUpdate)
工艺记录是指工位作业完成后,对工艺的状态进行更新。
按第一种定义,前台录入序列号、作业工位、结果,后台直接将此数据更新到工艺状态表。
如图
3-4所示:
E划3-4
按第二种定义,前台录入工单、序列号、作业工位、结果;
后台根据工单得到工艺路线;
根据工艺路线、作业工位、结果,得到下一工位;
根据序列号、下一工位更新工艺状态。
如图3-5所示:
宇-J丄J-
二忖I
我们可以看出,两种方法的区别是:
第一种方法在routecheck时引用工艺路
线,第二种方法在routeupdate时引用工艺路线。
第一种方法在routecheck时较为繁琐,但是适合以下这种特殊情况,即当前工位和结果的组合,对应的下一工位有多条记录,如图3-6:
1
4
r
下
「.位1
i
f;
他2
I:
-3
詰#蓼
"
i曲T辿
闍3七
3.6工艺历史(RouteHistory)
在进行RouteUpdate的时候,同时产生一条log记录,包括作业时间、作业人员、作业工单、序列号、当前工位、结果。
当生产结束的时候,一个序列号有
多条routelog记录,这些记录就构成了一个序列号的工艺历史RouteHistory,也
就是一个完整的生产周期的记录。
3.7工艺初始化(RouteInitial)
工艺的起始点比较特殊,因为有了它之后才能进行工艺检查。
为了设计的
方便,我们在所有的工艺路线中,均设计其起始点为工艺初始化点,此点之后的工位就可以使用routecheck和routeupdate方法了。
初始化的方法有两种。
第一种是在序列号创建之时就进行初始化。
第二种是在routecheck时检查是否有routestatus记录,如果没有,则先进
行初始化。
初始化是一种特殊的routeupdate其工位名是initial。
3.8工艺结束(Routeclose与工单关闭
工艺结束点也是较为特殊的一个工位,它是所有工艺路线的最后一个工位。
按照routeupdate的第二种方法,则系统通过routeupdate自动产生close工位。
关
闭工单时,系统得到此工单驱动的所有序列号;
然后routecheck其当前工位是否都是close;
如果全部close则允许关闭工单,否则需强行关闭工单。
按照routeupdate的第一种方法,则routehistory里不包括close工位,所以必
须手动关闭。
关闭工单时,系统得到此工单驱动的所有序列号;
然后routecheck
其当前工位是否都是close;
如果全部close则允许关闭工单,否则需强行关闭工
单。
可以在关闭工单时,将其驱动的序列号routeupdate到close工位。
3.9故障与维修
故障工位与维修工位是较为特殊的route工位,因为它们在routeupdate的同时,还要记录相应的故障与维修记录。
故障与维修信息可以看成routeupdate的扩展
信息,每一次的故障与维修记录,都通过外键关联到一条routelog历史记录,因
此route与故障、维修的动作就接合在一起,可以通过序列号找到它们之间的关联。
3.10自动测试
在现代企业的生产中,为保证产品的质量,往往在生产周期中设置若干个测
试点,在大批量的生产中,这些点往往采用自动测试完成。
具体的操作是:
首先
根据产品与工位定义testprofile测试模板,然后输入实测数据,生成测试数据文
件,并关联到序列号。
由于测试文件与测试模板是关联的,因而能够根据
route工位,操作前需要
testprofile进行分类统计。
自动测试是一个特殊的routecheck,完成后进行routeupdate并生成routelogo测试数据与routelog进行关联,因而可以根据routehistory直接定位测试数据。
3.11产品、工单与工艺路线
产品、工单与工艺路线的关系,见图3-7,装配结构、包装结构、材料跟踪
的定义参见后面的章节。
第四章装配
4.1装配(assembly与子装配(sub-assembly)
ERP中的产品不仅是物料,它同时还是一个装配件,通过BOM表达它的
装配结构。
一个装配件由若干个子装配件组成。
比如一台PC,包含的子装配件有主板、CPU、显卡、硬盘、显示器等,其
BOM的结构如图4-1:
罔4-1
这个结构表示一台PC由1件主板、1件CPU、1件显卡、2件硬盘、1件显示器、1件机箱组成。
这种结构可以看成PC这种产品的一个属性。
在MES系统
中,这种结构通过产品工艺路线的若干个工位体现,如图4-2:
li.-
-主板装紀工位
主版门
'
CPU.1S品十菇紀Tf71•显卡.11硬盘装配工位皎红2
A显示黠装配工位显示黑■1
图4-2表示PC的装配工艺共分散在4个工位中。
为了记录产品与其子装配之间的关系,我们需要将产品的序列号与子装配
的序列号进行关联。
具体的操作如表4-3:
裝配洋列号
主战配『位
PC斥列号机角宇列号4■:
板丿译列号
CPU序制号
显E裝配T位
PC件列号
号
W盘製配工位
PC弊判号咬盘1序列号陵盅2停列号
显示!
K裝“丁位
PC序列号显示黑疔列号
宏4-3
关联完成之后,MES数据库里就保留了产品与其装配件之间序列号的关联关
系,如图4-4:
从技术的角度而言,有两种方法记录序列号的关联关系。
第一种方法是在数据库里保存产品的结构,然后各相关序列号指向这种结构。
第二种方法是直接记录各序列号之间的关联关系,形成一棵树”比较而言,第一种方法方便形成批量数据关联关系的报表,而第二种方法隔离了序列号数据与产品结构,所以产品的结构变了也不会影响历史数据。
我们更倾向于采用第二种方法,因为这对于后面要说到的序列号关联替换、注销等操作更为方便。
4.2序列号关联表的设计
考虑到关联的结构,用父-子节点来定义树状结构是非常方便的,效率也比较高。
如图4-5所示的结构:
B1111
1112
匚1113
:
11H
-1115
曰111.T
me
图4-5
用我4七表达:
ID
SN
RcnherID
-2
3
ni3
5
6
1115
7
11T6
8
1117
9
1118
ID字段是序列号所在的节点,SN是序列号,fathered是序列号的父节点,如为负数则表示此父节点并没有对应的序列号存在,也就是说此SN是该节点数上的根节点,为方便,我们称负数的节点为虚节点。
4.3新增序列号关联
按照节点的设计,任何一次关联动作可以看成把某一节点设置为另一节点的父节点,为方便叙述,我们统一称为把SN1的节点设置为SN2的父节点,或
者把SN2关联至USN1上。
新增序列号关联的方法为:
更新序列号关联表,设置SN2的父节点等于SN1的节点。
为避免逻辑上的混乱,我们在关联之前必须进行检查,规则为:
1)SN2的父节点必须为虚节点,也就是说SN2是根节点,这样做是为了保证任何一个SN只能有一个父节点。
2)SN2的父节点不能是SN1所在树上的根节点。
例如,将2221关联到1116上,如图4-7
L11K自1113
1114
a2221
|二me
三1117
-1118
图4-7
则2221必须没有父节点,这样不会造成大于1个父节点。
而且2221必须不
等于1116树上的根节点(1111)。
4.4序列号关联替换
输入旧序列号SN_old、新序列号SN_new,以进行替换。
替换的前提条件:
1)SN_new的父节点必须是虚节点,也就是说,SN_new必须是根节点。
2)SN_new不能等于SN_old所在树上的根节点。
替换的方法为:
1)设置sn_new的父节点等于sn_old的父节点。
2)设置sn_old的父节点为一个新的虚节点,这样sn_old仍可以看成以sn_old为根的一棵树。
眈6
7777
-00B日
9999
如图4-8的已有关联:
-
2222
f-3333
55S5
I划4-3
以6666替换3333的结果如图4-9:
图4-9
4.5序列号关联注销
对于在序列号关联表中已有记录的序列号,它不仅有自己的节点,而且也可能是其它序列号的父节点,因此在注销时可能对其它序列号产生影响。
序列号关联注销的动作为:
1)定义该序列号的父节点为一新的虚节点;
2)更新所有该序列号的子节点,分别定义其父节点为新的虚节点。
例如:
注销1113,如图4-10所示:
注幫舸
it;
;
=!
1111
牛皿
1曰1114
OF;
芋"
1116
21117
6-1110
1113
n1111
iV■
--111(1
三1117-11119
垂11'
□Qiu
m2
.±
m?
Z\\\v
1119
4.6序列号关联查询
输入单个序列号进行关联查询的方法为:
1)追溯至此序列号的根节点。
2)以根节点做递归查询,列出所有树状结构的子节点。
3)在每个节点上,通过关联表得到序列号的相关信息。
这种方法很容易还原生成序列号关联关系的树,而且也不存在效率的问题。
但是在实际的生产中,经常需要做大批量的查询,并且生成格式统一的报
表,比如根据工单输出所有的关联序列号。
象这种情况,如果还要逐个序列号进行迭代查询的话那么效率就会有很大的影响。
解决方法是,在查询之前,系统定期对关联数据进行后台处理,把树表展成平表,这样查询时就无需迭代,一条
SQL就可以跑出所有的数据。
具体的实现方面,需要数据库设计方面的技巧,也可以参考数据仓库的原理。
第五章包装
5.1包装的概念
在MES系统中,我们定义包装的概念为,将一个产品放在某一个不能代表此产品的容器中的动作。
举个例子,将手机放入礼品盒的动作不是包装,因为礼品盒序列号与手机的序列号是一一对应的,可以用礼品盒的序列号来描述此手机,因此两者之间是序列号关联关系。
而将多件手机礼品盒打包到托运箱的动作是包装,
为发货而准备的一
因为一个包装箱里包含了若干只手机,因此不能用包装盒来代表某一件具体的手机产品。
我们可以将包装理解为在产品生产完成之后,个动作。
图5-1是一个典型的包装例子:
-乍箱"
I产品1产品2
-用£
产品3产品4产品5
WS1
5.2包装的实现
因此我们有必要分
重量、物料号等,
状的结构。
但是由于包装箱和产品的属性还是有较大的差异,别处理。
具体的来说,首先我们定义包装箱的属性,如尺寸、
然后建立产品序列号与包装箱序号的引用关系。
图5-1的包装箱属性,如表5-2
所示:
皿性
也皱箱尿性1
小曲2
进5-2
屮川关病如蔽5-3所示:
庁例牛
称号
小箱1
也宰■:
和UW"
S
大和1
产制1
产血1—
小斫1
产砧2
产理1
小卵1
小辅2
夫梢1
产品3
小祁2
严貼4
小¥
lT2
产胡5
产品
小利2
抚53
包装的基本动作是装箱与拆箱,对应于数据库层面的新增引用关系和删除引
用关系。
5.3包装与发货
发货意味着产品生产周期的结束,在许多企业里,往往有一个独立于ERP
与MES的发货管理系统。
在执行发货的动作时,作业人员录入箱号,然后从MES系统里得到此箱所有
产品的序列号,以及按照物料汇总的统计信息;
然后将序列号信息录入到发货管理系统,将物料汇总信息录入到ERP。
为了发货的方便,通常将一些发货的信息反映到包装箱上,如张贴A4报表,或者贴二维条码,以及反映相应的发货单号
等。
由于许多信息是从MES系统中取的,为了提高效率,往往将这些动作提前
放在包装时进行。
也就是说,在包装时就预先记录了部分发货信息。
MES与ERP、发货系统的
关系,如图5-4所示:
第六章材料跟踪
6.1为什么需要跟踪材料
在许多情况下,我们需要对生产过程中用到的材料进行跟踪,特别是针对一些关键的采购件。
比如PC生产商发现一批CPU有严重质量缺陷,那么必须知道这批CPU已经被应用到哪些产品中,也就是说必须根据CPU的批次信息,找到与之关联的产
品序列号。
MES中的材料跟踪模块,就是为实现这个功能而设计的。
6.2定义材料
这里所说的材料,是指产品BOM中要跟踪的零部件列表,通常分散在若
干个工位中。
要跟踪的零部件列表是产品的一种属性,定义方式如图6-1:
m61
6.3定义物料
材料跟踪与装配的不同之处在于,子装配件都有独立的序列号,而待跟踪材料没有独立的序列号,只有物料和批次信息。
比如对于常用的电阻电容,由于同一批次内的产品差异性不大,我们不会追
踪到每一个独立的物料。
通常对物料的定义建立在最小包装单位上的,如对于盘状包装的贴片元器件,其最小包装单位是盘,也就是说每一个单独的包装盘,都有一个唯一的最小包装物料编号,在此包装单位的所有物料具有完全的可替代性。
最小包装序列号包含以下属性:
ERP物料号、单位、数量、供应商信息、进
料日期、失效日期。
6.4关联
物料的关联通过一个特殊的route工位进行,具体的操作是关联产品序列号
与最小包装物料号。
关联的实现方法与装配的方法较为类似,区别在于,装配的时候,所有的序列号之间是一一对应的,而物料关联时,一个最小包装物料号允
许关联到多个产品中。
如图6-2:
RHG-2
产品2中,最小包装4被应用到
由图可以看出,最小包装1被应用到产品1、
产品2、产品3中。
假设产品1应用到的物料1数量等于2,那么这个物料有可能是在同一个最小包装里的,也有可能是在不同的包装里的,那么怎么区分定义呢?
在贴片加工的工艺中,除了要定义物料的编号外,还要定义物料的位置,相同物料在同一位置出现的数量只能是1,因此在跟踪时只要记录产品关联的最
小包装物料号与位置即可。
而在非贴片加工的工艺中,往往对位置的信息并不敏感,因此在关联时只要记录产品序列号,以及与之关联的最小包装物料号和数量即可。
6.5跟踪
通常有两种跟踪方式。
第一种是根据序列号跟踪物料。
根据工单或其它产品信息,得到产品序列号的集合,然后根据序列号集合得到物料的批次信息。
第二种是根据物料跟踪序列号。
跟踪的依据都是最小包装物料号和序列号的关联关系。
第七章架构
7.1模块
MES主要由资源管理、流程控制、报表查询3个大的模块组成,如图7-1所
示:
MES中的资源包括工单、产品、序列号。
工单从ERP导入,产品的基本信息也在ERP中定义。
序列号根据工单和产品信息,在MES系统本地产生。
流程控
制模块包括工艺路线控制、装配控制、包装控制、材料跟踪控制。
这些控制模块都根据产品定义,然后基于序列号进行控制。
尽管工单、产品、序列号几乎贯穿
于所有流程控制模块,但是我们会将它们的扩展属性与基本属性分离,并拆分到
各相应的控制模块中,这样就保证了各控制模块的逻辑分闭。
羽却.中昼竺AT毎
■e..宀叫:
開T-1
数据中心模块包括数
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