小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中MES的應(yīng)用探討

蘇天禹

北京圣非凡電子系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司 北京 102209

小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中MES的應(yīng)用探討

蘇天禹

北京圣非凡電子系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司 北京 102209

生產(chǎn)管理中MES是核心所在，同時(shí)也是生產(chǎn)企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)兩者之間的紐帶。在當(dāng)今的企業(yè)中，制造執(zhí)行系統(tǒng)是非常重要的一個(gè)研究?jī)?nèi)容，本文在介紹MES和總結(jié)分析小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中常見(jiàn)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，根據(jù)小批量電子制造業(yè)功能需求設(shè)計(jì)制造執(zhí)行系統(tǒng)，并探討了其應(yīng)用效果，為MES的推廣、應(yīng)用和完善提供參考。

電子產(chǎn)品；生產(chǎn)管理；MES

制造執(zhí)行系統(tǒng)MES由美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)首次提出，并將其定位應(yīng)用于解決生產(chǎn)管理中的問(wèn)題。MES所面對(duì)的對(duì)象為制造過(guò)程，是企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中承上啟下的環(huán)節(jié)，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并對(duì)短期生產(chǎn)作業(yè)做出安排，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的調(diào)度、資源的調(diào)配、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控和優(yōu)化具有積極的促進(jìn)作用。當(dāng)前MES已經(jīng)隨著企業(yè)逐步深入的信息化工作得到應(yīng)用。

一、MES的產(chǎn)生和發(fā)展

（一）MES概述

執(zhí)行制造系統(tǒng)MES是在制造業(yè)信息化發(fā)展中所產(chǎn)生的，制造業(yè)的運(yùn)行規(guī)模與信息技術(shù)的進(jìn)步是推動(dòng)MES發(fā)展的動(dòng)力。AMR將MES定義為“位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間，面向車間的一個(gè)管理信息系統(tǒng)”，將計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤和所有資源的狀態(tài)信息給操作人員與管理人員。MESA將MES定義為通過(guò)信息傳遞，對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程做出優(yōu)化管理。在生產(chǎn)事件發(fā)生時(shí)，NES可及時(shí)地進(jìn)行反應(yīng)，做出報(bào)告，依據(jù)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行指導(dǎo)和處理。MESA指出MES的三個(gè)特點(diǎn)：一是該系統(tǒng)并不是針對(duì)某個(gè)生產(chǎn)瓶頸進(jìn)行解決的，而是對(duì)整個(gè)車間制造過(guò)程的優(yōu)化；二是具有提供生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的能力，并進(jìn)行分析和處理；三是讓計(jì)劃層與控制層實(shí)現(xiàn)信息的交互，讓企業(yè)信息集成化。總之，MES是一種面向車間的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，對(duì)車間生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)度、安排，對(duì)人力、物力進(jìn)行分配與管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的跟蹤管理，實(shí)時(shí)地收集與反饋生產(chǎn)信息，讓車間生產(chǎn)與企業(yè)計(jì)劃、底層控制實(shí)現(xiàn)縱向銜接。

（二）MES相關(guān)模型

在產(chǎn)品自單發(fā)到成品產(chǎn)出的過(guò)程當(dāng)中，MES具有多種功能，自MES面世以來(lái)，AMR、MESA和ISA等權(quán)威機(jī)構(gòu)均對(duì)MES給出了典型模型結(jié)構(gòu)。AMR于1990年首次提出MES，制造業(yè)信息化三層模型見(jiàn)圖1，包括計(jì)劃層、執(zhí)行層與控制層。計(jì)劃層強(qiáng)調(diào)企業(yè)的計(jì)劃性，將客戶訂單與市場(chǎng)需求作為計(jì)劃的基礎(chǔ)，將企業(yè)的資源進(jìn)行充分地利用，達(dá)到減少庫(kù)存提高企業(yè)效益的效果；執(zhí)行層強(qiáng)調(diào)的是計(jì)劃的執(zhí)行與控制，通過(guò)MES對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行集成控制；控制層是強(qiáng)調(diào)對(duì)設(shè)備的控制，包括有PLC、DCS、DNC等其他控制產(chǎn)品計(jì)算機(jī)控制方法。1993年又提出了制造執(zhí)行系統(tǒng)集成模型（圖2），改MES包括有四個(gè)功能，即工藝管理、工廠管理、過(guò)程管理與質(zhì)量管理，系統(tǒng)向上與ERP連接，向下與過(guò)程控制層連接，各個(gè)功能組可對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也與過(guò)程控制相同步。

1997年，MESA提出了MES外部系統(tǒng)模型，該模型有11個(gè)功能，反應(yīng)了MES和其他企業(yè)管理系統(tǒng)之間的關(guān)系，表達(dá)出決策的層次性。1998年AMR提出可制造業(yè)業(yè)務(wù)過(guò)程模型REPAC，通過(guò)增加準(zhǔn)備、執(zhí)行、處理、分析和協(xié)調(diào)等業(yè)務(wù)讓制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力得以提升。

現(xiàn)階段我國(guó)制造業(yè)自動(dòng)化水平還較低，而勞動(dòng)力成本并不高，加上設(shè)備數(shù)控地改造還需要經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程，因此MES的應(yīng)用需要適度的自動(dòng)化制造環(huán)境，尤其是在離散制造行業(yè)中。

圖1 AMR三層體系結(jié)構(gòu)

圖2 MES集成系統(tǒng)模型

二、電子企業(yè)管控特點(diǎn)與小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中常見(jiàn)問(wèn)題

（一）電子企業(yè)管控特點(diǎn)

一是采用的是流程式與離散式生產(chǎn)的結(jié)合，電子產(chǎn)品通常是由多個(gè)零部件構(gòu)成的，各個(gè)零件的加工是相互獨(dú)立的，對(duì)生產(chǎn)流程的連續(xù)性、實(shí)時(shí)性都無(wú)嚴(yán)格的要求，但是產(chǎn)品質(zhì)量、物流、跟蹤十分重要，要保證零部件的供應(yīng)與成套性。二是是訂單驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)方式，與以往的按照庫(kù)存與能力進(jìn)行生產(chǎn)的方式不同，當(dāng)今電子企業(yè)都基本根據(jù)訂單進(jìn)行生產(chǎn)，以市場(chǎng)需求為根據(jù)。三是產(chǎn)品多樣化，以小批量訂單為主，在新技術(shù)的不斷發(fā)展之下，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越發(fā)激烈，電子企業(yè)生產(chǎn)也以多品種、小批量為主，單件批量對(duì)電子行業(yè)而言，由于客戶定制不同，產(chǎn)品可能只有一臺(tái)，這就要求生產(chǎn)物料庫(kù)存管控要有很高的水平，因電子產(chǎn)品的特點(diǎn)，因此真正意義上的單件產(chǎn)品一般產(chǎn)生在組裝、包裝階段。四是信息化、自動(dòng)化水平較高，電子企業(yè)是新技術(shù)最為密切的企業(yè)，與電子技術(shù)有著緊密的聯(lián)系，因此企業(yè)的信息化管理技術(shù)和方法的應(yīng)用水平較高；隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電路變得更加復(fù)雜，部件變得更加微小，對(duì)操作精度也有更高的要求。五是即時(shí)交付率以小時(shí)計(jì)，訂單的批量越來(lái)越小，交貨期也更短，交貨要求也更嚴(yán)格。這與供應(yīng)鏈組織方式密切相關(guān)，當(dāng)流通領(lǐng)域存量下降，每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)市場(chǎng)需求都應(yīng)該做出快速地反應(yīng)，各個(gè)環(huán)節(jié)能力也都影響著客戶的反應(yīng)，因此所有的商家均要對(duì)供應(yīng)鏈合作廠商謹(jǐn)慎地挑選，以提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力。

（二）小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中常見(jiàn)問(wèn)題

電子企業(yè)車間管控內(nèi)容主要包括了生產(chǎn)流程管理、計(jì)劃管理、品質(zhì)管理、人員管理和物料管理等。小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)存在品種多樣、以小批量訂單為主，采購(gòu)周期和生產(chǎn)周期更短等特點(diǎn)，因此如何快捷、準(zhǔn)確地進(jìn)行生產(chǎn)管理控制是重點(diǎn)，分析小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中常見(jiàn)問(wèn)題如下。

1、自動(dòng)化水平較低。企業(yè)生產(chǎn)管理自動(dòng)化中以單元級(jí)為主，但整體自動(dòng)化水平偏低，這導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量和生產(chǎn)率主要是依賴工作人員技術(shù)水平，而生產(chǎn)車間與采購(gòu)計(jì)劃都需要依賴于很好的生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)，并且生產(chǎn)工藝多需要變更，訂單也無(wú)法預(yù)測(cè)，因此投資生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)有很大的投資效益。電子產(chǎn)品制造業(yè)可以根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)做出生產(chǎn)計(jì)劃，企業(yè)ERP系統(tǒng)通過(guò)向MES下達(dá)工作令做出作業(yè)計(jì)劃指令。

2、作業(yè)計(jì)劃調(diào)度問(wèn)題。電子電器制造企業(yè)成本核算是經(jīng)底層向高層逐層累積可獲得的，電子制造業(yè)產(chǎn)品成本的計(jì)算是根據(jù)BOM描述加工裝配過(guò)程進(jìn)行的，是對(duì)整個(gè)產(chǎn)品增值過(guò)程的實(shí)際反映。電子制造業(yè)對(duì)工序級(jí)、設(shè)備級(jí)等計(jì)劃做出調(diào)度是根據(jù)均衡生產(chǎn)、中心能力、設(shè)備能力來(lái)進(jìn)行的。當(dāng)前的電子制造業(yè)中操作人員主要是依靠電子看板方式來(lái)掌握工序生產(chǎn)任務(wù)的，或者通過(guò)派工單或者作業(yè)指示書下達(dá)方式將調(diào)度計(jì)劃下達(dá)給操作人員。通常情況下電子制造業(yè)的一臺(tái)或者幾臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障并不會(huì)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p害，因此在對(duì)設(shè)備管理上可僅對(duì)關(guān)鍵設(shè)備與瓶頸問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)的管理。

3、缺少確定的生產(chǎn)計(jì)劃。在電子產(chǎn)品的制造中，制造工藝是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，當(dāng)前的電子產(chǎn)品部分質(zhì)量要求高，采用尖端技術(shù)，具有多品種、小批量等特點(diǎn)，這類產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)比較繁多且復(fù)雜，隨著科研生產(chǎn)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種型號(hào)的生產(chǎn)與研究，這在生產(chǎn)計(jì)劃上多不確定，并且項(xiàng)目要求易變更。這種小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)的“邊研制邊生產(chǎn)”的特點(diǎn)，讓傳統(tǒng)產(chǎn)品的串行研制程序被打破，加上產(chǎn)品的研制周期短，因此在生產(chǎn)組織管理上難度非常大。

4、生產(chǎn)管理問(wèn)題。采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理方式完成小批量電子產(chǎn)品的生產(chǎn)管理需要投入較大的管理成本，加上型號(hào)增多，研制周期縮短，在生產(chǎn)管理上面臨著巨大的挑戰(zhàn)，這主要表現(xiàn)在：一是技術(shù)準(zhǔn)備與生產(chǎn)周期太長(zhǎng)，管理和技術(shù)信息程序缺乏規(guī)范性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息的共享；二是生產(chǎn)工作主動(dòng)性、人員調(diào)度能力、車間與生產(chǎn)過(guò)程是不可監(jiān)控的；三是企業(yè)各個(gè)部門之間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)協(xié)調(diào)差，問(wèn)題發(fā)現(xiàn)往往不夠及時(shí)，對(duì)資源一致性維護(hù)缺乏；四是工時(shí)定額并不準(zhǔn)確，各個(gè)型號(hào)產(chǎn)品成本核算準(zhǔn)確性不夠，無(wú)法準(zhǔn)確提供工作人員績(jī)效考核依據(jù)；五是對(duì)生產(chǎn)制造中的產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)控與分析，生產(chǎn)流程信息數(shù)據(jù)等在產(chǎn)品型號(hào)的迅速增加下不斷地增多，已經(jīng)無(wú)法依靠人力來(lái)對(duì)加工信息、工位信息等做出快速的分析。傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理方式由于缺乏對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的了解，因此也就無(wú)法有效地控制生產(chǎn)過(guò)程。

三、電子產(chǎn)品MES功能模型分析

（一）MES功能系統(tǒng)

電子產(chǎn)品制造業(yè)MES功能系統(tǒng)主要包括有9個(gè)，包括有信息查詢系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、制造管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、庫(kù)存管理系統(tǒng)、人員崗位系統(tǒng)、生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)與成本核算系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

小批量電子產(chǎn)品制造MES系統(tǒng)的應(yīng)用主要有兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，一是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，二是作業(yè)調(diào)度?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集一方面是實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，另一方面是對(duì)強(qiáng)調(diào)、設(shè)備控制系統(tǒng)集成的收集。作業(yè)調(diào)度是通過(guò)MES系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的各個(gè)問(wèn)題及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并給出異常警報(bào)提示，而各個(gè)系統(tǒng)也就能夠據(jù)此情況做出重新調(diào)配，對(duì)問(wèn)題做出高效地解決。為了便于系統(tǒng)的分析和調(diào)用，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需要統(tǒng)一的管理方式。系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)規(guī)范的編碼完成收集，包括產(chǎn)品的型號(hào)、供應(yīng)商與缺陷等等，通過(guò)這些收集的數(shù)據(jù)派生出產(chǎn)品追蹤、制造管理、品質(zhì)管理、設(shè)備管理等核心模塊，以及品質(zhì)信息查詢、異常報(bào)警、生產(chǎn)狀況監(jiān)控等功能。同時(shí)MES系統(tǒng)也對(duì)另一些系統(tǒng)提供接口。

（三）管理體制

在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的管理體制上是實(shí)行“工廠”與“車間”兩級(jí)管理，前者的工作內(nèi)容重點(diǎn)在于實(shí)施產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程管理和監(jiān)控，并制定出生產(chǎn)計(jì)劃，屬于企業(yè)的科研生產(chǎn)部門，部門下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃并由車間接收，車間根據(jù)生產(chǎn)情況與具體任務(wù)制定生產(chǎn)組要生產(chǎn)的具體批次計(jì)劃，并根據(jù)生產(chǎn)資源做出作業(yè)計(jì)劃，并確定好工序的開(kāi)工與完工日期。根據(jù)正常的生產(chǎn)流程完工后對(duì)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)不合格產(chǎn)品進(jìn)行返工或者按實(shí)際報(bào)廢補(bǔ)投，在檢驗(yàn)合格后入庫(kù)。

（四）工作模式

電子產(chǎn)品MES系統(tǒng)主要工作模式：一是生產(chǎn)部門與研發(fā)部門利用MES查詢與監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)活動(dòng)，進(jìn)而有效地對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃做出調(diào)整；二是研發(fā)部門在MES中完成生產(chǎn)任務(wù)單，明確生產(chǎn)數(shù)量、確定工藝定額、材料定額與工時(shí)定額，為車間提供生產(chǎn)組織數(shù)據(jù)；三是工藝部門按照生產(chǎn)任務(wù)單設(shè)計(jì)工藝規(guī)程；四是電子裝聯(lián)車間根據(jù)工藝規(guī)程與生產(chǎn)計(jì)劃，從CAPP系統(tǒng)中導(dǎo)出信息，完成生產(chǎn)指令；五是質(zhì)檢部門在MES中錄入質(zhì)量信息以及操作者的相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

（五）MES在電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中的應(yīng)用效果

從應(yīng)用效果上來(lái)看，通過(guò)一年的應(yīng)用，總體運(yùn)行情況良好，通過(guò)MES的開(kāi)發(fā)與在小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了與CAPP系統(tǒng)的集成，所有零件的生產(chǎn)指令均自動(dòng)生產(chǎn)，大大減少了信息的重復(fù)錄入，車間的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間得到顯著縮短；并且MES的應(yīng)用讓信息達(dá)到共享，讓信息的透明度和利用率獲得提高，生產(chǎn)管理效率也大大提升。各個(gè)崗位的工作人員通過(guò)系統(tǒng)信息查詢與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能獲得所需的數(shù)據(jù)；通過(guò)MES讓生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)、數(shù)量和進(jìn)度等進(jìn)行監(jiān)控與限制，讓生產(chǎn)管理流程更加的規(guī)范；該系統(tǒng)對(duì)任務(wù)量、質(zhì)量、工時(shí)做出分析，為生產(chǎn)計(jì)劃的合理安排提供依據(jù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是一種面向車間生產(chǎn)的實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，是上層計(jì)劃的執(zhí)行者，同時(shí)也是底層實(shí)施生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)的反饋者，通過(guò)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化，利用收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間進(jìn)行及時(shí)地分析及處理，同時(shí)將計(jì)劃層與控制層進(jìn)行連接，避免了企業(yè)信息斷層。通過(guò)MES在小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中的應(yīng)用，其功能能夠基本滿足其生產(chǎn)中各個(gè)部門的工作需求，信息透明度，共享程度也更高，相信隨著MES的優(yōu)化完善，可讓生產(chǎn)活動(dòng)更加高效和有序的開(kāi)展，推動(dòng)電子企業(yè)的發(fā)展。

[1]李志華.MES在小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中的應(yīng)用[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品,2012,(6).

[2]邊疆.分析MES在小批量電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理中的應(yīng)用[J].電子測(cè)試,2013,(3X).