仪器仪表装配 | MES产业解决计划

仪器仪表装配产业生产作业离散化，多品种、变批量生产，生产产品包括各类燃气表、电子表、检测仪表等，伴随整个过程的各类检测也是仪器仪表装配过程的一大特点，其中气表检测由于气体的热胀明显，因此需将产品和测试气体置于恒温20℃，恒湿环境中进行测试。

图 1 燃气表装配

燃气仪表生产线主要包括：压铆立轴、计量壳压封、机芯体涂胶、装阀栅、装指针合件、压铆摇臂、机芯气密检测、机芯组调试、成表装配、成表试漏、成表测试、智能表装配及检验、成表包装等工序。集成设备主要是质量检测设备，但操作人部分为生产员工，部分为质量员工，视工厂实际设备和质量要求确定采集设备。常见设备为：机芯密封检测、水试漏检测台、音速喷嘴流量检测、功能检测台等。

图 2  电子表装配

电子表装配主要经过生产领料、SMT、插件补焊、模块老化、电表装配、电表检验、下线包装、入库等主要工序，分为多段车间/生产线生产，各段工序按各自工序段计划进行生产和跟踪，收集主要部件物料的批次信息，主要集成的检测设备包括AOI、耐压、初校、复校，建立完善的电表装配过程数据追溯档案。

随着仪器仪表生产的自动化改造，生产节拍加快，产量提高，管理层需要对生产过程中的质量信息进行快速有效的统计和分析。由于发展历史中引进多品牌检测设备，并且设备之间无通信关联，导致生产设备的数据目前只存储在单个的检测设备中，形成信息“孤岛”，无法为管理层分析提供有效的数据支持，且对设备生产的过程追溯难以操作。

为了将生产岗位的检测设备信息集成，并提供快速有效的追溯，通过软件平台和必要的硬件设施，将原材料信息、装配信息、检测数据、生产状况等与产品相关的所有数据进行收集、汇总、关联并进行有效的统计，越来越多仪器仪表装配㠏康规划实施MES系统，提高制造体系的整体运营管理水平，实现数字化运营，在效率、成本、周期、质量等方面更具竞争力。主要的需求包括：

基于仪器仪表产业以上生产特征和需求，赣州㠏康提出了仪器仪表生产管理解决计划，在多个仪器仪表工厂积累了实践经验。

仪器仪表整体解决计划包括：系统管理、主数据管理、计划排产、生产过程管理、物料管理、设备管理、质量管理、生产监控8大模块，整体业务流转与串接如下图示意：

我们将针对仪器仪表产业方案中的核心与特色展开介绍：

MES建设有助于完善工厂的整体信息化建设，需要规划并完成合适的系统间的集成交互场景。对于计划和生产过程，MES与ERP、WMS/LES集成最紧密。

管理计划（成品发货计划、生产计划/外协计划）一般来自于ERP，在MES内拆分为多车间、工序的生产计划。由发货计划倒推得到制造计划（成品库存不足时需通过制造得到成品），制造计划根据BOM用量展开所需物料后，对比已有库存计算得到物料采购计划，执行物料采购计划得到足够的原料，用于成品制造计划执行过程中的消耗，而成品制造计划完成后得到成品，用于发货计划使用。各计划相互关联，分别指导不同阶段的操作，执行过程中物料的增、减、转移操作都需要与ERP系统同步，这些物料操作结合管理上的控制点，就形成系统间接口交互的节点。

针对特定的接口场景如零配件出库，需要在规划蓝图阶段与其它相关系统明确定义接口内容、交互方式、调用频率、异常处理等内容。通过计划计算物料需求和齐套分析，触发物料备料与配送，完成生产所需物料的出库动作。管理对接过程中，可以选择保留纸质单据，不过更推荐的方式是直接在系统内进行电子审批，提高效率并能节约纸张、减少打印机损耗。

仪器仪表装配全过程追溯，包括原料仓储管理、配送接收、过程消耗、成品仓储等主要环节，MES中建立全过程追溯支持物料账务清晰管理，在出现异常情况时快速定位受影响的产品或物料，利于成品甚至售后追溯定位，系统方式追溯方式相比传统纸质或文档记录的方式，具备无可比拟的追溯效率和便利性。

以燃气表生产车间物流路线图为例，从原料采购接收，备料配送线边，经机芯组装配检测、扣壳、整机试漏、恒温、流量校准检测（大/中/小流）、干密、铭牌、电子功能检测、下线打包、成品入库，过程经过机芯密封检测、水试漏检测台、音速喷嘴流量检测、功能检测台等检测设备，这些检测设备数据需集成采集关联到产品追溯档案中。

主要分为零部件仓库、装配车间（待测车间）、总装/检验车间、成品仓库，整机大部分组件均在装配车间完成装配，总装/检验车间主要进行剩余部分组件装配和调试工作，主要针对流量计数以及芯片功能进行检测、调试。

物料管理节点包括零部件收货、IQC、入库、备料、出库、退料、线边库存消耗、物料扫描绑定、打包下线、成品入库、成品发货环节，除线上扫描绑定与打包外，其它节点跟踪均采用移动端操作的方式进行扫描和提交。需要在系统构建前，确认各个管控环节与ERP的同步规范，保持各系统的账务一致性。

装配作业开始时，首工位即需要粘贴产品序列号条码，但由于产品装配过程中的多种调试/检测，产品会放入液体中进行调试，因此一般的纸质条码无法满足要求，通过特殊墨水的喷码机进行工件喷码是不错的选择，在流水线上进行在线喷码，与喷码机的集成直接得到生产工单与产品序列码的关联关系。

图 3：流水线上的仪表产品

图 4：流水线侧的自动喷码机

系统上线后，站点工位上在系统内扫描操作的人员是原工位装配工人，根据扫描提示进行后续的操作。

图 5：工位操作界面

图 6：包装工序操作界面

但快节奏工位装配工人本身的操作动作非常多，例如机芯测试一般需要几分钟，一个工人可能同时负责多台设备检测操作，每台设备同时检测4~8只产品，再增加系统内扫描工作对操作工人的工作量增加，直接影响操作工人的操作效率。

图 7：多台位检测设备

针对这类工位，采用必要的硬件设计支持可以有效减少对工序的效率影响。例如在每台检测台位对应机芯条码位置安装固定扫描头，与检测设备联动，在待检产品上检测台位时，MES通过固定扫描头进行产品序列号扫描，即可自动完成装配工序扫描-系统过点-数据关联等一系列动作，而无需额外的人工操作。

扣壳工序是仪表装配中的特殊工序，在于此工序完成外壳封装。此工序前主要为机芯组装配，此工序后主要是计数器和调试检测，系统进行产品跟踪的条码不同（扣壳后机芯上的条码不可见无法扫描），因此需要在扣壳工序进行条码的转接，绑定内部与外部的条码。同样可以借助必要的硬件工装，结合固定扫描头完成自动扫描，工装设计主要依赖产品扣壳方向是左右还是上下，决定工装的流向方向和固定扫描头的安装位置。

图中装置安装于流水线上，通过简单的档杆（白色立柱）与固定扫描头（黑色）联动控制，当有离散的产品经过时，到位信号触发固定扫码头读取产品的条码序列号，读取成功则通知受控的档杆放行，否则档杆不放行，保证所有经过的产品都经过了自动扫码。扣壳工序采用上下或左右的两套设计，结合顺序扫码的特点，即可完成内外产品序列码的绑定。

生产计划的完成情况通过可视化界面展示，监控整个工厂各个车间的进度：

质量看板统计各工序产量和对应的质量通过率，部分㠏康还需统计返修后的二次、三次、六次通过率。

很多仪器仪表装配㠏康历史悠久，保留了大量老旧的调试/检测设备，缺乏统一的信息化系统导致这些重要的调试、检测数据只能保存在各个设备的存储或控制器中，在需要调用、分析数据时，只能通过手动导出的方式进行事后的分析，制造过程的质量、效率管理缺乏时效性。因此很多仪器仪表装配㠏康建设MES的一大重点是消除信息“孤岛”，防止过程中异常的产品流转进入下一工序，从而减少工时浪费，提高有效产量。

图 8：调试/检测线

仪器仪表过程中制造、检测、调试设备大部分为独立的设备系统，数据存放在配套电脑的数据库或文件中，也有部分设备数据短暂存放在控制器或PLC中，排除这类老旧设备本身的问题，从这些设备中取出制造/检测/调试数据一般不是MES实施的难点。普遍存在的问题是，这些存放在设备中的数据缺少对离散产品的识别，因此及时取出数据也无法直接与独立的产品关联，通过时间进行批次区分的方式无法得到精确追溯的目标。

图 9：设备数据库字段映射配置

依赖人工扫描（放置产品后扫描）是普遍的选择，缺点是增加操作员的扫描工作量；一种解决办法是通过顺序扫码队列与实时数据采集，在MES中进行调试/检测数据的关联绑定，这种方式依赖操作员操作必须按顺序放置待调试/检测产品，否则会造成关联数据绑定错位；更推荐的方式是投入必要的扫描头与提示灯，对每个检测位置进行实时扫描，不需要增加操作员扫描工作量，也不会出现数据错位匹配的情况。

图 10：A/B面工位操作界面

现代仪表产品均内置PCB电路板，以实现使用过程的电子化数字化，部分具备实力与技术的㠏康自己制造包含特定功能的PCB电路板，因此设置有SMT产线与焊接、插板线，因此过程中的AOI、波峰焊机、针床检测设备均需采集数据并集中存储，在MES中提供快速的查询追溯功能。

图 11：调试/检测数据查询与导出

设备数据采集情况也可以查看统计看板，统计得到各类设备的良率信息。

仪器仪表完整的制造过程还包括机加、SMT等前置工序，装配作为制造过程中典型的传统装配，符合离散装配产业特点。在数字化转型与MES建设过程中，需注意过程数据系统采集对原装配作业的影响，抓住具体产品装配工艺特点并能覆盖大量调试检测数据的采集需求，帮助㠏康解决孤岛问题，实现整体数字化运营。