2251儀器儀表的整機(jī)裝配是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，將相關(guān)的電子元器件、零部件、整件裝接大盤規(guī)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(jī)械裝配兩部分。電氣裝配是從電氣性能出發(fā)，根據(jù)元器件和部件的布局，通過引線將它們連接起來；機(jī)械裝配則是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，將零部件按位置精度、表面配合精度和運(yùn)動(dòng)精度裝配起來。
儀器儀表整機(jī)裝配的主要內(nèi)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(jī)總裝。在裝配過程中根據(jù)裝配單元的尺寸大小、復(fù)雜程度和特點(diǎn)的不同，可以將儀器儀表的裝配分成不同的等級(jí)。
儀器儀表裝配行業(yè)生產(chǎn)作業(yè)離散化，多品種、變批量生產(chǎn)，生產(chǎn)產(chǎn)品包括各類燃?xì)獗?、電子表、檢測(cè)儀表等，伴隨整個(gè)過程的各類檢測(cè)也是儀器儀表裝配過程的一大特點(diǎn)，其中氣表檢測(cè)由于氣體的熱脹明顯，因此需將產(chǎn)品和測(cè)試氣體置于恒溫20℃，恒濕環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。
圖 1 燃?xì)獗硌b配
燃?xì)鈨x表生產(chǎn)線主要包括：壓鉚立軸、計(jì)量殼壓封、機(jī)芯體涂膠、裝閥柵、裝指針合件、壓鉚搖臂、機(jī)芯氣密檢測(cè)、機(jī)芯組調(diào)試、成表裝配、成表試漏、成表測(cè)試、智能表裝配及檢驗(yàn)、成表包裝等工序。集成設(shè)備主要是質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備，但操作人部分為生產(chǎn)員工，部分為質(zhì)量員工，視工廠實(shí)際設(shè)備和質(zhì)量要求確定采集設(shè)備。常見設(shè)備為：機(jī)芯密封檢測(cè)、水試漏檢測(cè)臺(tái)、音速噴嘴流量檢測(cè)、功能檢測(cè)臺(tái)等。
圖 2 電子表裝配
電子表裝配主要經(jīng)過生產(chǎn)領(lǐng)料、SMT、插件補(bǔ)焊、模塊老化、電表裝配、電表檢驗(yàn)、下線包裝、入庫等主要工序，分為多段車間/生產(chǎn)線生產(chǎn)，各段工序按各自工序段計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)和跟蹤，收集主要部件物料的批次信息，主要集成的檢測(cè)設(shè)備包括AOI、耐壓、初校、復(fù)校，建立完善的電表裝配過程數(shù)據(jù)追溯檔案。
隨著儀器儀表生產(chǎn)的自動(dòng)化改造，生產(chǎn)節(jié)拍加快，產(chǎn)量提高，管理層需要對(duì)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量信息進(jìn)行快速有效的統(tǒng)計(jì)和分析。由于發(fā)展歷史中引進(jìn)多品牌檢測(cè)設(shè)備，并且設(shè)備之間無通信關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)目前只存儲(chǔ)在單個(gè)的檢測(cè)設(shè)備中，形成信息“孤島”，無法為管理層分析提供有效的數(shù)據(jù)支持，且對(duì)設(shè)備生產(chǎn)的過程追溯難以操作。
為了將生產(chǎn)崗位的檢測(cè)設(shè)備信息集成，并提供快速有效的追溯，通過軟件平臺(tái)和必要的硬件設(shè)施，將原材料信息、裝配信息、檢測(cè)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀況等與產(chǎn)品相關(guān)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、匯總、關(guān)聯(lián)并進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)，越來越多儀器儀表裝配企業(yè)規(guī)劃實(shí)施MES系統(tǒng)，提高制造體系的整體運(yùn)營管理水平，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)營，在效率、成本、周期、質(zhì)量等方面更具競(jìng)爭(zhēng)力。主要的需求包括：
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收集產(chǎn)品過點(diǎn)和質(zhì)量信息，實(shí)現(xiàn)整體的生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)，互聯(lián)互通，消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流、信息流的縱橫一體化；
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實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)過程信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的全追溯，生產(chǎn)各環(huán)節(jié)高度透明化，破除黑箱，提供生產(chǎn)過程動(dòng)態(tài)管控的數(shù)據(jù)支持；
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生產(chǎn)準(zhǔn)備的電子化管理，包括物料、工裝、程序、文件等，有效管控準(zhǔn)備狀態(tài)，保障生產(chǎn)順暢進(jìn)行；
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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(dòng)報(bào)工ERP；
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裝配過程工序防錯(cuò)，裝配過程工序順序、物料使用校驗(yàn)等，判斷上工序的完成情況；
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質(zhì)量管理信息化，全過程管理來料檢驗(yàn)、過程抽檢、自互檢、返修等質(zhì)量活動(dòng)，全質(zhì)量活動(dòng)追溯并自動(dòng)形成質(zhì)量報(bào)表與報(bào)告；
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生產(chǎn)過程監(jiān)控，實(shí)時(shí)查看車間生產(chǎn)進(jìn)度、物料消耗、設(shè)備運(yùn)行與設(shè)備檢測(cè)狀態(tài)；
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設(shè)備資產(chǎn)管理，有序進(jìn)行設(shè)備資產(chǎn)維護(hù)，包括點(diǎn)巡檢、維修、備品備件管理，設(shè)備預(yù)防性維護(hù)，保障設(shè)備的高效運(yùn)行。
基于儀器儀表行業(yè)以上生產(chǎn)特征和需求，福州漢思提出了儀器儀表生產(chǎn)管理解決方案，在多個(gè)儀器儀表工廠積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
儀器儀表整體解決方案包括：系統(tǒng)管理、主數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排產(chǎn)、生產(chǎn)過程管理、物料管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、生產(chǎn)監(jiān)控8大模塊，整體業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)與串接如下圖示意：
我們將針對(duì)儀器儀表行業(yè)方案中的核心與特色展開介紹：
MES建設(shè)有助于完善工廠的整體信息化建設(shè)，需要規(guī)劃并完成合適的系統(tǒng)間的集成交互場(chǎng)景。對(duì)于計(jì)劃和生產(chǎn)過程，MES與ERP、WMS/LES集成最緊密。
管理計(jì)劃（成品發(fā)貨計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃/外協(xié)計(jì)劃）一般來自于ERP，在MES內(nèi)拆分為多車間、工序的生產(chǎn)計(jì)劃。由發(fā)貨計(jì)劃倒推得到制造計(jì)劃（成品庫存不足時(shí)需通過制造得到成品），制造計(jì)劃根據(jù)BOM用量展開所需物料后，對(duì)比已有庫存計(jì)算得到物料采購計(jì)劃，執(zhí)行物料采購計(jì)劃得到足夠的原料，用于成品制造計(jì)劃執(zhí)行過程中的消耗，而成品制造計(jì)劃完成后得到成品，用于發(fā)貨計(jì)劃使用。各計(jì)劃相互關(guān)聯(lián)，分別指導(dǎo)不同階段的操作，執(zhí)行過程中物料的增、減、轉(zhuǎn)移操作都需要與ERP系統(tǒng)同步，這些物料操作結(jié)合管理上的控制點(diǎn)，就形成系統(tǒng)間接口交互的節(jié)點(diǎn)。
針對(duì)特定的接口場(chǎng)景如零配件出庫，需要在規(guī)劃藍(lán)圖階段與其它相關(guān)系統(tǒng)明確定義接口內(nèi)容、交互方式、調(diào)用頻率、異常處理等內(nèi)容。通過計(jì)劃計(jì)算物料需求和齊套分析，觸發(fā)物料備料與配送，完成生產(chǎn)所需物料的出庫動(dòng)作。管理對(duì)接過程中，可以選擇保留紙質(zhì)單據(jù)，不過更推薦的方式是直接在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行電子審批，提高效率并能節(jié)約紙張、減少打印機(jī)損耗。
儀器儀表裝配全過程追溯，包括原料倉儲(chǔ)管理、配送接收、過程消耗、成品倉儲(chǔ)等主要環(huán)節(jié)，MES中建立全過程追溯支持物料賬務(wù)清晰管理，在出現(xiàn)異常情況時(shí)快速定位受影響的產(chǎn)品或物料，利于成品甚至售后追溯定位，系統(tǒng)方式追溯方式相比傳統(tǒng)紙質(zhì)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?xì)獗砩a(chǎn)車間物流路線圖為例，從原料采購接收，備料配送線邊，經(jīng)機(jī)芯組裝配檢測(cè)、扣殼、整機(jī)試漏、恒溫、流量校準(zhǔn)檢測(cè)（大/中/小流）、干密、銘牌、電子功能檢測(cè)、下線打包、成品入庫，過程經(jīng)過機(jī)芯密封檢測(cè)、水試漏檢測(cè)臺(tái)、音速噴嘴流量檢測(cè)、功能檢測(cè)臺(tái)等檢測(cè)設(shè)備，這些檢測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)需集成采集關(guān)聯(lián)到產(chǎn)品追溯檔案中。
主要分為零部件倉庫、裝配車間（待測(cè)車間）、總裝/檢驗(yàn)車間、成品倉庫，整機(jī)大部分組件均在裝配車間完成裝配，總裝/檢驗(yàn)車間主要進(jìn)行剩余部分組件裝配和調(diào)試工作，主要針對(duì)流量計(jì)數(shù)以及芯片功能進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)試。
物料管理節(jié)點(diǎn)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(fā)貨環(huán)節(jié)，除線上掃描綁定與打包外，其它節(jié)點(diǎn)跟蹤均采用移動(dòng)端操作的方式進(jìn)行掃描和提交。需要在系統(tǒng)構(gòu)建前，確認(rèn)各個(gè)管控環(huán)節(jié)與ERP的同步規(guī)范，保持各系統(tǒng)的賬務(wù)一致性。
裝配作業(yè)開始時(shí)，首工位即需要粘貼產(chǎn)品序列號(hào)條碼，但由于產(chǎn)品裝配過程中的多種調(diào)試/檢測(cè)，產(chǎn)品會(huì)放入液體中進(jìn)行調(diào)試，因此一般的紙質(zhì)條碼無法滿足要求，通過特殊墨水的噴碼機(jī)進(jìn)行工件噴碼是不錯(cuò)的選擇，在流水線上進(jìn)行在線噴碼，與噴碼機(jī)的集成直接得到生產(chǎn)工單與產(chǎn)品序列碼的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
圖 3：流水線上的儀表產(chǎn)品
圖 4：流水線側(cè)的自動(dòng)噴碼機(jī)
系統(tǒng)上線后，站點(diǎn)工位上在系統(tǒng)內(nèi)掃描操作的人員是原工位裝配工人，根據(jù)掃描提示進(jìn)行后續(xù)的操作。
圖 5：工位操作界面
圖 6：包裝工序操作界面
但快節(jié)奏工位裝配工人本身的操作動(dòng)作非常多，例如機(jī)芯測(cè)試一般需要幾分鐘，一個(gè)工人可能同時(shí)負(fù)責(zé)多臺(tái)設(shè)備檢測(cè)操作，每臺(tái)設(shè)備同時(shí)檢測(cè)4~8只產(chǎn)品，再增加系統(tǒng)內(nèi)掃描工作對(duì)操作工人的工作量增加，直接影響操作工人的操作效率。
圖 7：多臺(tái)位檢測(cè)設(shè)備
針對(duì)這類工位，采用必要的硬件設(shè)計(jì)支持可以有效減少對(duì)工序的效率影響。例如在每臺(tái)檢測(cè)臺(tái)位對(duì)應(yīng)機(jī)芯條碼位置安裝固定掃描頭，與檢測(cè)設(shè)備聯(lián)動(dòng)，在待檢產(chǎn)品上檢測(cè)臺(tái)位時(shí)，MES通過固定掃描頭進(jìn)行產(chǎn)品序列號(hào)掃描，即可自動(dòng)完成裝配工序掃描-系統(tǒng)過點(diǎn)-數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等一系列動(dòng)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(jī)芯組裝配，此工序后主要是計(jì)數(shù)器和調(diào)試檢測(cè)，系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品跟蹤的條碼不同（扣殼后機(jī)芯上的條碼不可見無法掃描），因此需要在扣殼工序進(jìn)行條碼的轉(zhuǎn)接，綁定內(nèi)部與外部的條碼。同樣可以借助必要的硬件工裝，結(jié)合固定掃描頭完成自動(dòng)掃描，工裝設(shè)計(jì)主要依賴產(chǎn)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。
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(lián)動(dòng)控制，當(dāng)有離散的產(chǎn)品經(jīng)過時(shí)，到位信號(hào)觸發(fā)固定掃碼頭讀取產(chǎn)品的條碼序列號(hào)，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(jīng)過的產(chǎn)品都經(jīng)過了自動(dòng)掃碼?？蹥すば虿捎蒙舷禄蜃笥业膬商自O(shè)計(jì)，結(jié)合順序掃碼的特點(diǎn)，即可完成內(nèi)外產(chǎn)品序列碼的綁定。
生產(chǎn)計(jì)劃的完成情況通過可視化界面展示，監(jiān)控整個(gè)工廠各個(gè)車間的進(jìn)度：
質(zhì)量看板統(tǒng)計(jì)各工序產(chǎn)量和對(duì)應(yīng)的質(zhì)量通過率，部分企業(yè)還需統(tǒng)計(jì)返修后的二次、三次、六次通過率。
很多儀器儀表裝配企業(yè)歷史悠久，保留了大量老舊的調(diào)試/檢測(cè)設(shè)備，缺乏統(tǒng)一的信息化系統(tǒng)導(dǎo)致這些重要的調(diào)試、檢測(cè)數(shù)據(jù)只能保存在各個(gè)設(shè)備的存儲(chǔ)或控制器中，在需要調(diào)用、分析數(shù)據(jù)時(shí)，只能通過手動(dòng)導(dǎo)出的方式進(jìn)行事后的分析，制造過程的質(zhì)量、效率管理缺乏時(shí)效性。因此很多儀器儀表裝配企業(yè)建設(shè)MES的一大重點(diǎn)是消除信息“孤島”，防止過程中異常的產(chǎn)品流轉(zhuǎn)進(jìn)入下一工序，從而減少工時(shí)浪費(fèi)，提高有效產(chǎn)量。
圖 8：調(diào)試/檢測(cè)線
儀器儀表過程中制造、檢測(cè)、調(diào)試設(shè)備大部分為獨(dú)立的設(shè)備系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存放在配套電腦的數(shù)據(jù)庫或文件中，也有部分設(shè)備數(shù)據(jù)短暫存放在控制器或PLC中，排除這類老舊設(shè)備本身的問題，從這些設(shè)備中取出制造/檢測(cè)/調(diào)試數(shù)據(jù)一般不是MES實(shí)施的難點(diǎn)。普遍存在的問題是，這些存放在設(shè)備中的數(shù)據(jù)缺少對(duì)離散產(chǎn)品的識(shí)別，因此及時(shí)取出數(shù)據(jù)也無法直接與獨(dú)立的產(chǎn)品關(guān)聯(lián)，通過時(shí)間進(jìn)行批次區(qū)分的方式無法得到精確追溯的目標(biāo)。
圖 9：設(shè)備數(shù)據(jù)庫字段映射配置
依賴人工掃描（放置產(chǎn)品后掃描）是普遍的選擇，缺點(diǎn)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(duì)列與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，在MES中進(jìn)行調(diào)試/檢測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)綁定，這種方式依賴操作員操作必須按順序放置待調(diào)試/檢測(cè)產(chǎn)品，否則會(huì)造成關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)綁定錯(cuò)位；更推薦的方式是投入必要的掃描頭與提示燈，對(duì)每個(gè)檢測(cè)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，不需要增加操作員掃描工作量，也不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)位匹配的情況。
圖 10：A/B面工位操作界面
現(xiàn)代儀表產(chǎn)品均內(nèi)置PCB電路板，以實(shí)現(xiàn)使用過程的電子化數(shù)字化，部分具備實(shí)力與技術(shù)的企業(yè)自己制造包含特定功能的PCB電路板，因此設(shè)置有SMT產(chǎn)線與焊接、插板線，因此過程中的AOI、波峰焊機(jī)、針床檢測(cè)設(shè)備均需采集數(shù)據(jù)并集中存儲(chǔ)，在MES中提供快速的查詢追溯功能。
圖 11：調(diào)試/檢測(cè)數(shù)據(jù)查詢與導(dǎo)出
設(shè)備數(shù)據(jù)采集情況也可以查看統(tǒng)計(jì)看板，統(tǒng)計(jì)得到各類設(shè)備的良率信息。
儀器儀表完整的制造過程還包括機(jī)加、SMT等前置工序，裝配作為制造過程中典型的傳統(tǒng)裝配，符合離散裝配行業(yè)特點(diǎn)。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型與MES建設(shè)過程中，需注意過程數(shù)據(jù)系統(tǒng)采集對(duì)原裝配作業(yè)的影響，抓住具體產(chǎn)品裝配工藝特點(diǎn)并能覆蓋大量調(diào)試檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集需求，幫助企業(yè)解決孤島問題，實(shí)現(xiàn)整體數(shù)字化運(yùn)營。
