渐增式物料齐套控制技术_丁涛.pdf

第39卷第1期2023年2月Electro-Mechanical Engineering制造工艺DOI:10.19659/j.issn.10085300.2023.01.010渐增式物料齐套控制技术*丁涛，蔡易君（西南电子设备研究所，四川 成都 610036）摘要：文中通过分析复杂电子整机装配、调试过程管理的技术难点，提出了以渐增式物料齐套控制为核心、以面向过程的层次化装配监控为驱动、以服务型齐套物料配送为落点的复杂电子整机/分机现场执行过程管理技术体系，建立了复杂电子整机/分机生产过程的工序级齐套模型。应用实例表明，相比目前广泛采用的传统整件级齐套思路，该模型可以有效缩短装调过程的生产周期。关键词：渐增式物料齐套；物资需求计划；制造执行系统中图分类号：V243文献标识码：A文章编号：10085300(2023)01005206Incremental Complete Kit Control TechnologyDING Tao,CAI Yijun(Southwest Institute of Electronic Equipment,Chengdu 610036,China)Abstract:Based on analysis of the technical difficulties of assembly and debugging process management of thecomplex electronic whole machine,the field execution process management technical system of the electronicwhole machine is put forward in this paper,which is driven by the installation and adjustment process andimplemented by the service uniform material distribution,and the process level complete kit model of theelectronic integration/extension production process is established.The application example shows that themodel can effectively shorten the production cycle of assembly and debugging process compared with thetraditional whole-level alignment idea widely used at present.Key words:incremental complete kit;material requirement planning(MRP);manufacturing execution system(MES)引言装配、调试/测试过程是复杂电子整机、分机制造的核心部分。整机、分机装调过程复杂，又容易受到前端供应商供货不及时造成整件级齐套严重滞后等因素的制约，统计数据显示，其装调过程占装备制造全周期60%70%的时间。齐套是指在装配制造环境下，在各装配工序作业之前，将产品的各装配零部件准备齐全。20世纪90年代初，Tel Aviv大学的Ronen教授首次通过分析印制电路板的装配过程引出了该定义，明确了在5种不同环境下齐套概念的应用，并从齐套管理的角度分析了非齐套和齐套工作方式的区别1。文献2设计了一种模型，可以区分哪些部分物料适合齐套配送，哪些部分适用于生产线齐套，以此进行齐套配送和生产配送。国内有人提出整备齐套的概念，以期建立物料清单(Bill of Material，BOM）与工艺路线之间的物料需求关系，通过分析装配BOM、工艺流程、物资齐套配送的基础关系，解析出装配BOM、作业BOM、配送BOM之间的关系，以此建立作业BOM和配送BOM的生产方式，使装配生产中物料配送完整、一致3。文献4通过“先配套再配送”的实时物料配送方法，建立了配套序列优化模型，从优选并行装配顺序和缩短串行装配等待时间的角度设计开发了物料配送系统原型；文献5通过基于“整备齐套的物料齐套方案”设计多产品上线规则，为车间调度问题提供了新的求解思路。对于装配周期长的复杂产品，除考虑总装齐套要求外，还应考虑分机级装配件的齐套问题。在以装配、调试/测试为主要生产流程的制造企业，特别是以单件、小批量、科研试制为特点的复杂军工制造企业中，*收稿日期：2022071352第39卷第1期丁涛，等：渐增式物料齐套控制技术制造工艺齐套的物料管理和生产组织方式已得到广泛应用。通过层级化的装配工艺结构管理，以齐套状态控制为核心的车间库存协同配合，实现复杂产品渐增式装配齐套过程控制6，针对离散型制造企业特点，利用ETL数据调度工具及调度模块实现多源数据采集和数据贯穿，结合关系型数据建模方法建立订单模型、工艺模型、班组模型和排产模型，以提升整体的排程效率和管理效能，解决车间齐套、调试效率问题7。本文针对军工复杂电子整机复杂装调过程的控制需求，提出以渐增式物料齐套控制为核心、以面向过程的层次化装配监控为驱动、以服务型齐套物料配送为落点的复杂电子整机现场执行过程管理技术体系，推动军工电子整体从全机整件级齐套向精益化的工序级齐套转变，提升车间有序、协调、可控和高效的现场管理水平。1整机装调过程管理技术难点复杂电子整机/分机自身构成的复杂性决定了其装配、调试过程的复杂性，由此造成装调过程的生产控制问题也相当复杂。某整机系统由38个分机组成，而分机又由2000多个模块、印制电路板、微波器件等需要调试和组装的电子元器件、组件和部件构成。上述电子元器件本身的状态不稳定，导致其本身和装配后的整机/分机的调试过程在技术和时间上的可控性均不理想，使过程监控点大量增加。与此同时，装配后的叠加效应导致作为母件的整机/分机生产的监控点成几何倍数增加。复杂电子整机/分机自身构成的复杂性也决定了物料齐套的复杂性。以某分机为例，该分机包含微波器件、23个模块和600多个印制电路板。目前，我国军工企业在物料控制上普遍采用整件级齐套的思路。整件齐套的元器件数量庞大，且易受供应链上游部门和供应商制约，造成齐套周期较长，开工时间滞后，同时因没有考虑部分制造、齐套环节的可并行性，制造周期被人为拉长。从配送方式上看，军工企业一般由制造部门查询库存情况，在物料齐套后到仓库领取实物开始生产。现代企业中普遍采用的配送中心模式并没有建立起来，使得制造部门既承担制造任务又承担物料齐套和配送的职能，由于上述物料齐套的复杂性，制造部门实际在物料齐套管理和配送管理中投入了大量资源，从而影响了其制造的主要职能。2总体解决方案本文针对上述装调过程的管理难点，提出以作业计划控制层次化监控装调生产过程，从而覆盖装调过程的全部监控点；以渐增式装调工艺为基础实现工序级齐套，从而摆脱整件级齐套中部分元器件缺件导致的开工滞后、制造周期延长等问题；以服务型物料齐套配送提高该过程的专业化程度，从而缩短齐套配送周期。上述总体解决方案的技术体系如图1所示。车间级作业计划2345678910111213141516171819可视化作业计划控制服务型物料齐套&配送装配服务型物料齐套&配送调试装配工艺库调试工艺库工序级物料需求库2829303132333435363738编制读取读取反馈读取反馈读取反馈读取调整渐增装调工艺数据库图 1技术体系3关键技术3.1面向过程的层次化装配监控模式制造执行过程的可视化监控是由20世纪70年代兴起的“看板管理”发展而来的。随着信息化技术特别是20世纪90年代开始的车间级制造执行系统（Manufacturing Execution System,MES）的不断发展，以作业计划控制监控生产过程的全部工序/工步成为了可能。军用整机产品属于复杂的军工产品，其监控模式与一般传统的订单工艺流程的模式不同，尤其在动态过程把控方面具有更高的复杂度。因此，本文提出面向过程的层次化监控模式，如图2所示。该监控模式分为4个层次：产品级监控、总装级监控、中间产品级监控和关键工序监控。其中，总装监控是车间监控任务的重点，根据企业生产的零部件对最终产品所起作用的重要程度（如该零部件是否为最终产品的关键零部件），这4种监控模式的监控跟踪程度分为2种类型：重点监控和普通监控。普通监控主要监控零部件的总体生产进度状况，而重点监控必须深入具体的生产作业活动，包括对普通零部件生产过程的监控和对关键零部件的每道生产工序的监控。（1）产品级监控产品级监控是对企业最终产品的完工情况进行监53制造工艺2023年2月产品工时完成率工序状态数据采集齐套率(以配套/某道工序所需装配的物料集合)数据采集车间生产计划在装单件产品1在装单件产品2在装单件产品n总装工序1总装工序2总装工序m部装任务部装任务部装任务齐套任务齐套任务齐套任务产品级监控总装级监控MES-to-MES集成中间产品监控+关键工序监控222324252627282930313233343536373839404142434445订单任务状态信息订单任务组/部装任务状态信息组/部装任务部装指令状态信息齐套备件指令指令指令指令图 2面向过程的层次化装配监控模式控，结合协同生产计划和库存中各成品入库信息来实现。产品级监控也适用于对所有零部件的监控，包括对关键零部件的重点监控和非关键零部件的普通监控。产品级监控是通过多个监控模型的并联来实现的，其优点是对于大量混线生产模式下的装配过程可以给予车间整体进度的宏观把握，提供产品的装配执行状态或入库状态以及通过工时统计估算的完成率等信息，同时监控过程还会对比订单交货计划与实际产品生产情况，向车间或分厂发出相应的交货或催货报警信息，提示其加快生产进度。但宏观的产品级监控无法了解装配执行的详细细节，不能根据其提供的信息对具体的工序或物料的生产进度进行预先控制。（2）总装级监控总装工序监控对监控模型中最终产品下第一层的装配项目在各道工装工序中的执行情况进行监控。这层监控在工序级生产计划的指导下展开，通过采集工序的状态信息以及录入与工序关联的装配项目的齐套状态信息，实现总装工序的准备与执行并行进行，即在前道工序未结束之前开始后续工序的准备。总装级监控是复杂产品装配监控的重点工作，它在产品级监控之下层，承接产品级监控传递下来的执行指令，并将简要的进度状态与实际工时向上反馈，保证两层之间的数据协调一致。同时，总装级监控对工序任务的中间装配件按照重要等级和来源进行分解，通过部装/组装任务或备件任务的形式下发到下一层监控中去，由其他车间或分厂生产的中间产品则通过MES-to-MES集成接口的方式，推送部装/组装任务数据，实现任务的渗透性下传和车间或分厂间的数据集成和生产配合。（3）中间产品（自制件/大部件/关重件）监控中间产品是只需要车间管理层对其详细的生产过程进行监控的自制件、大部件、关重件等产品，它们一般都是在最终产品中发挥独立模块功能的组成部分。对这些中间产品的监控主要是依据产品装配结构的信息，对其内部子件的备料、齐套、装配执行过程进行监控。存在装配顺序要求的中间产品，也需采用总装级监控的方式对其生产过程的每个工序进行监控。中间产品的监控在整个监控体系中呈现被拉动的状态，即总装工序在生产计划的驱动并存在一定预期的情况下，下达中间产品的需求指令，形成部装/子部装/组装的任务。中间产品的完成与否一般会影响到总装工序能否如期开工，它的生产进度和及时完工入库情况会对企业最终产品的整个生产过程产生重大影响，所以跟踪和控制其内部关键工序的具体加工过程，对企业整个协同生产的正常运作尤为重要。54第39卷第1期丁涛，等：渐增式物料齐套控制技术制造工艺（4）关键工序监控关键工序是对中间产品装配具有影响的工序，一般都是针对重要的零部件或对装配顺序有严格要求或影响的装