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儀器儀表裝配 | MES行業(yè)解決方案

作者：Hanthink 發(fā)布時間：2023-05-31 15:58:55 2617
01
行業(yè)概述

儀器儀表的整機(jī)裝配是嚴(yán)格按照設(shè)計要求，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
。

02
 行業(yè)特點(diǎn)與需求分析

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?div id="d48novz" class="flower left">
、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(diǎn)
，其中氣表檢測由于氣體的熱脹明顯，因此需將產(chǎn)品和測試氣體置于恒溫20℃
，恒濕環(huán)境中進(jìn)行測試
。

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、機(jī)芯組調(diào)試
、成表裝配
、成表試漏
、成表測試、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
、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(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)的自動化改造，生產(chǎn)節(jié)拍加快

，產(chǎn)量提高
，管理層需要對生產(chǎn)過程中的質(zhì)量信息進(jìn)行快速有效的統(tǒng)計和分析。由于發(fā)展歷史中引進(jìn)多品牌檢測設(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)目前只存儲在單個的檢測設(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)崗位的檢測設(shè)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(shè)施，將原材料信息
、裝配信息
、檢測數(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，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)量等方面更具競爭力
。主要的需求包括：

  • 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
    ； 

  • 實(shí)時掌握生產(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)過程動態(tài)管控的數(shù)據(jù)支持；

  • 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
    ；

  • 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(yàn)等
    ，判斷上工序的完成情況
    ；

  • 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
    ，全質(zhì)量活動追溯并自動形成質(zhì)量報表與報告
    ；

  • 生產(chǎn)過程監(jiān)控，實(shí)時查看車間生產(chǎn)進(jìn)度

    、物料消耗
    、設(shè)備運(yùn)行與設(shè)備檢測狀態(tài)；

  • 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
    。

03
儀器儀表MES解決方案重點(diǎn)

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：

我們將針對儀器儀表行業(yè)方案中的核心與特色展開介紹：

3.1 整體信息化建設(shè)

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)間的集成交互場景
。對于計劃和生產(chǎn)過程，MES與ERP
、WMS/LES集成最緊密
。

管理計劃（成品發(fā)貨計劃、生產(chǎn)計劃/外協(xié)計劃）一般來自于ERP，在MES內(nèi)拆分為多車間

、工序的生產(chǎn)計劃。由發(fā)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(jù)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(zhí)行物料采購計劃得到足夠的原料
，用于成品制造計劃執(zhí)行過程中的消耗
，而成品制造計劃完成后得到成品，用于發(fā)貨計劃使用
。各計劃相互關(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)
。

針對特定的接口場景如零配件出庫，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
。通過計劃計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)所需物料的出庫動作
。管理對接過程中
，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。

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(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
、扣殼
、整機(jī)試漏、恒溫
、流量校準(zhǔn)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(jīng)過機(jī)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(shè)備
，這些檢測設(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，主要針對流量計數(shù)以及芯片功能進(jìn)行檢測
、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
。

3.3 裝配執(zhí)行與防錯

裝配作業(yè)開始時，首工位即需要粘貼產(chǎn)品序列號條碼

，但由于產(chǎn)品裝配過程中的多種調(diào)試/檢測
，產(chǎn)品會放入液體中進(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作非常多，例如機(jī)芯測試一般需要幾分鐘

，一個工人可能同時負(fù)責(zé)多臺設(shè)備檢測操作
，每臺設(shè)備同時檢測4~8只產(chǎn)品，再增加系統(tǒng)內(nèi)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
。

圖 7：多臺位檢測設(shè)備

針對這類工位，采用必要的硬件設(shè)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(yīng)機(jī)芯條碼位置安裝固定掃描頭
，與檢測設(shè)備聯(lián)動，在待檢產(chǎn)品上檢測臺位時
，MES通過固定掃描頭進(jìn)行產(chǎn)品序列號掃描
，即可自動完成裝配工序掃描-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
，此工序后主要是計數(shù)器和調(diào)試檢測
，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掃描
，工裝設(shè)計主要依賴產(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)動控制

，當(dāng)有離散的產(chǎn)品經(jīng)過時
，到位信號觸發(fā)固定掃碼頭讀取產(chǎn)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(jīng)過的產(chǎn)品都經(jīng)過了自動掃碼?div id="d48novz" class="flower left">
？蹥すば虿捎蒙舷禄蜃笥业膬商自O(shè)計
，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)計劃的完成情況通過可視化界面展示

，監(jiān)控整個工廠各個車間的進(jìn)度：

質(zhì)量看板統(tǒng)計各工序產(chǎn)量和對應(yīng)的質(zhì)量通過率，部分企業(yè)還需統(tǒng)計返修后的二次

、三次
、六次通過率。

3.4 消除信息孤島

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、檢測數(shù)據(jù)只能保存在各個設(shè)備的存儲或控制器中
，在需要調(diào)用
、分析數(shù)據(jù)時，只能通過手動導(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
，從而減少工時浪費(fèi)，提高有效產(chǎn)量
。

圖 8：調(diào)試/檢測線

儀器儀表過程中制造

、檢測、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/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)缺少對離散產(chǎn)品的識別
，因此及時取出數(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列與實(shí)時數(shù)據(jù)采集
，在MES中進(jìn)行調(diào)試/檢測數(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/檢測產(chǎn)品
，否則會造成關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)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(jìn)行實(shí)時掃描
，不需要增加操作員掃描工作量
，也不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯位匹配的情況。

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)
、針床檢測設(shè)備均需采集數(shù)據(jù)并集中存儲，在MES中提供快速的查詢追溯功能
。

圖 11：調(diào)試/檢測數(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)計看板

，統(tǒng)計得到各類設(shè)備的良率信息。

04
 總結(jié)

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。

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