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第二章 软件定义企业新能力

第六节 基于MES系统的多品种小批量产品物料编码方法

北方自动控制技术研究所 霍晓佩 关波 武相中 张日飞
 

前言

        兵器科研院所积极响应国家智能制造的号召,积极推进、升级、完善制造系统的信息化建设,实现科研产品试制的快速响应,保证产品质量。科研院所的生产部门受限于生产任务繁重、产品小批多品种、生产节奏快等因素,对成型产品的统一规范化管理比较困难,成品装配质量问题时有发生。因此,企业迫切需要实施信息化改造,通过条码标印技术构建零件、成品件的可追溯机制,实现产品质量的统一规范化管理。
        制造企业通过引进MES(Manufacturing Execution System)系统,有助于形成有效的成品物料编码体系,实现产品的可追溯性和制造车间的生产信息化管理,利于各部门实时掌握计划、调度、质量、工艺、工人等信息情况,从而及时发现问题、解决问题。在MES系统中,SN(Serial Number)码是产品的身份证号码,在产品的生产过程、质量管理和运输管理中起着身份标志的作用,是构建产品可追溯机制的重要工具之一。在MES系统内编入SN码自动生成程序,进而应用到零件、成品编码标印管理模式中,具有重要意义。

1 多品种、小批量产品管理问题

        科研院所的产品类型多种多样,成品的主要形式为单体即完整的个体,单体又包含由零件组装成的部件和整件。车间操作者依据调度指导文件从合格零件库选取检验合格的零件、外购件,进行成品的装配操作,装配完成后交付客户。由于信息化程度不足,通常采用人工方式检验排查领取零件数量。然而,该方式存在如下问题:
        (1)操作者领取的所有零件,混淆堆放在物料运输车上,同批次零件区分不明确;
        (2)装配成品检验出现质量问题,需拆卸检查各个零件,因出库零件未进行标印,检验出有质量问题的零件无法进行质量追溯,唯有更换新零件;
        (3)装配成品交付客户后,成品出现质量问题,未进行标印同样无法进行追溯。
        针对上述问题,应用零件直接标印技术制作二维条码,对出库零件和装配成品进行二维条码标印,实现数据的自动采集,提高产品跟踪管理和质量追溯的效率。条码标印技术形式多样化,基本上能够适用于所有类型的零件、成品标印。

2多品种、小批量产品物料编码方法

        2.1 SN码的生成
        制造企业制定的派工流水号,在满足唯一性原则前提下,可由人工制定,也可由MES系统自动生成。生成的派工流水号被制成条码贴到相应工艺文件上,操作者通过专用扫码枪扫描条码,从而在计算机上完成生产任务的分解和下发。如在派工流水号后面增加有效的SN码编码规则,并以程序形式嵌入到MES系统中,即可生成一系列新的SN码,一一对应同批次的同类零件。之后,将这些新的SN码,通过标印设备形成一系列二维条码,标印到出库零件和装配成品上。后续只需通过扫描条码读取出库零件和成品的相关信息,就能实现质量追溯。SN码的应用流程图如图1所示。

SN码应用流程图

图1 SN码应用流程图

        2.2标印产品分析
        科研院所的产品多品种、小批量,零件数量众多,如对每个零件都进行二维码标印则会带来沉重的生产成本负担。因此为减少工作量,可有针对性地对选择装配的单体、单体内的部件和整件以及筛选出的关重零件进行打码标印。工艺科研人员依据工程经验和企业产品情况,对于工艺准备和加工周期较长,不能迅速替换的关重件,如铸件、薄壁件、型面复杂件等,进行有选择性的标印。对于可迅速加工、能够快速替换的非关重件,可不进行标印。
        对筛选出的关重零件进行出库打码,装配完成的成品进行出货打码,使出库零件和装配成品的质量具备可追溯性。二维条码标印的优点是信息具有可累计性和快速性,扫描后可通过MES系统读取该关重零件的出库信息,或者装配成品件的派工单信息,包括操作者、完成时间、加工工时等。打标印产品分类如图2所示。
        2.3标印方式选取
        随着智能制造信息化的普及,条码标印技术得到了迅速发展。条码标印技术以其标印范围可控、信息存储量大、方便快捷、读取迅速等优势,逐渐替代传统机械式标印。条码标印分为传统贴码和通过设备直接标印条码两种方式,传统贴码打印的标签容易出现污损、脱落、零件太小贴码困难等问题;而通过设备直接标印条码,能够实现数据的自动采集,提高产品跟踪管理和质量追溯的效率。条码标印基本上能够适用于所有类型的零件,这是突出的优势之一。

标印产品分类

图2 标印产品分类

        条码标印设备类型统计如表1所示,由表1可知,光纤激光打标机可打印一维和二维条码,手持喷码机工作更加灵活,两者的工作特性符合多品种小批量生产模式企业的标印要求。

表1 条码标印设备的类型

名称 原理 缺点 优点
手持式喷码机 带电的墨水微粒形成图形 电池容量小,长期使用需时常更换电池 360度全方位任意喷码;整机一体化、操作简便
激光打标机 激光束热能汽化、融化改变表面形状 设备造价较高、维修费用较高 低能耗、高效率、使用寿命长;一维、二维条码均可打印;条码识别率高;适用于非金属和金属材料
气动打标机 打印针、高频振动 只能打印二维条码,不能打印一维条码;条码识别率较低;非金属材料应用受限 造价较低;低能耗、高效率
喷墨打标机 带电的墨水微粒形成图形 喷码图案,外界条件容易造成损坏;条码识别率较低 一维和二维条码均可打印;适用于非金属和金属材料
 
        不同材料适用的条码标印方法如表2所示,由表2可知,激光和喷墨式打标机均适用于金属和非金属材料的标印,具有材料应用范围广泛的特性。

表2 不同材料适用的条码标印方法

不同材料适用的条码标印方法

        出库零件和装配成品,种类繁多,因尺寸或结构因素在激光打标机上不方便标印的产品,可选用手持式喷码机进行标印,交互式使用,提高企业操作者标印的效率。光纤激光打标机标印产品如图3所示。

标印产品

图3标印产品

3 MES出库管理模块

        出库管理模块是MES系统的重要组成部分,为实现关重零件出库打码和装配成品出货打码,制造企业需要制定严谨有序的工作流程。通常,各个企业的出库管理流程主要分四个步骤进行,如图4所示。
        (1)零件出库
        操作者依据相关工艺指导文件从物品库领取零件,扫描派工流水号生成的条码后,MES系统出库管理模块上就会显示出单体、部件和整件的全部派工信息,包括装配所需的零件明细齐套,领取零件的操作者姓名、领取时间等。
        (2)零件打码
        操作者登录个人专属MES账号,根据MES系统显示的装配从属关系,勾选需要打码的零件,输入领取数量,系统就会自动生成相应的SN码。例如,生产M套由N个零件装配完成的单体,MES系统会为每类零件分配M个SN码,这样该批次单体总共有N×M个高亮显示的SN码,对应N×M个二维码。每打印一个二维码,MES系统上预先分配的SN码灰暗显示,表示已经被使用,保证了零件线上与线下的一致性。
        (3)成品打码
        操作者完成装配工作后,对装配件进行打码标印。同样登录个人专属MES账号,在装配履历明细中,选取单体、部件和整件(作为母件)的SN码,通过标印设备进行打码,打码完成后对应的SN码显示灰暗,表示已被使用。
        (4)信息检索
        MES系统的出库管理模块具备检索功能,通过扫描二维码,可查询打码的零件、单体、部件和整件的相关信息,包括派工单号信息、操作者姓名、打码时间等,实现打码产品的全程追溯功能。

工作流程示意图

图4 工作流程示意图

4 结论

        MES系统的应用可结合企业自身实际情况进行拓展完善,MES系统嵌入SN码编码规则,为具有装配从属关系的同批次零件匹配唯一的SN码值,通过先进的条码标印设备进行关重件出库打码和成品出货打码,同时应用了MES出库管理模块进行信息统计录入,实现产品的跟踪管理和质量追溯,现场试验结果表明,该模式是切实可行的,可以有效提高多品种小批量生产模式企业的产品管理效率,缩短项目研制、生产的周期,具有实际应用价值。同时也为多品种、小批量生产模式的科研院所和中小企业,提供了一种可借鉴的实施方案。