小批量電子產品生產管理中MES的應用探討

蘇天禹

北京圣非凡電子系統技術開發(fā)有限公司 北京 102209

小批量電子產品生產管理中MES的應用探討

蘇天禹

北京圣非凡電子系統技術開發(fā)有限公司 北京 102209

生產管理中MES是核心所在，同時也是生產企業(yè)自動化系統和管理信息系統兩者之間的紐帶。在當今的企業(yè)中，制造執(zhí)行系統是非常重要的一個研究內容，本文在介紹MES和總結分析小批量電子產品生產管理中常見問題的基礎上，根據小批量電子制造業(yè)功能需求設計制造執(zhí)行系統，并探討了其應用效果，為MES的推廣、應用和完善提供參考。

電子產品；生產管理；MES

制造執(zhí)行系統MES由美國先進制造研究機構首次提出，并將其定位應用于解決生產管理中的問題。MES所面對的對象為制造過程，是企業(yè)生產管理系統中承上啟下的環(huán)節(jié)，對生產現場的實時數據進行采集并對短期生產作業(yè)做出安排，對生產計劃的調度、資源的調配、生產過程監(jiān)控和優(yōu)化具有積極的促進作用。當前MES已經隨著企業(yè)逐步深入的信息化工作得到應用。

一、MES的產生和發(fā)展

（一）MES概述

執(zhí)行制造系統MES是在制造業(yè)信息化發(fā)展中所產生的，制造業(yè)的運行規(guī)模與信息技術的進步是推動MES發(fā)展的動力。AMR將MES定義為“位于上層計劃管理系統與底層工業(yè)控制之間，面向車間的一個管理信息系統”，將計劃的執(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定義為通過信息傳遞，對產品的整個生產過程做出優(yōu)化管理。在生產事件發(fā)生時，NES可及時地進行反應，做出報告，依據獲得的數據進行指導和處理。MESA指出MES的三個特點：一是該系統并不是針對某個生產瓶頸進行解決的，而是對整個車間制造過程的優(yōu)化；二是具有提供生產過程實時數據的能力，并進行分析和處理；三是讓計劃層與控制層實現信息的交互，讓企業(yè)信息集成化。總之，MES是一種面向車間的生產管理系統，根據生產計劃，對車間生產過程進行調度、安排，對人力、物力進行分配與管理，實現對產品生產質量的跟蹤管理，實時地收集與反饋生產信息，讓車間生產與企業(yè)計劃、底層控制實現縱向銜接。

（二）MES相關模型

在產品自單發(fā)到成品產出的過程當中，MES具有多種功能，自MES面世以來，AMR、MESA和ISA等權威機構均對MES給出了典型模型結構。AMR于1990年首次提出MES，制造業(yè)信息化三層模型見圖1，包括計劃層、執(zhí)行層與控制層。計劃層強調企業(yè)的計劃性，將客戶訂單與市場需求作為計劃的基礎，將企業(yè)的資源進行充分地利用，達到減少庫存提高企業(yè)效益的效果；執(zhí)行層強調的是計劃的執(zhí)行與控制，通過MES對生產現場進行集成控制；控制層是強調對設備的控制，包括有PLC、DCS、DNC等其他控制產品計算機控制方法。1993年又提出了制造執(zhí)行系統集成模型（圖2），改MES包括有四個功能，即工藝管理、工廠管理、過程管理與質量管理，系統向上與ERP連接，向下與過程控制層連接，各個功能組可對生產數據進行共享，實時數據也與過程控制相同步。

1997年，MESA提出了MES外部系統模型，該模型有11個功能，反應了MES和其他企業(yè)管理系統之間的關系，表達出決策的層次性。1998年AMR提出可制造業(yè)業(yè)務過程模型REPAC，通過增加準備、執(zhí)行、處理、分析和協調等業(yè)務讓制造企業(yè)的競爭力得以提升。

現階段我國制造業(yè)自動化水平還較低，而勞動力成本并不高，加上設備數控地改造還需要經歷長時間的過程，因此MES的應用需要適度的自動化制造環(huán)境，尤其是在離散制造行業(yè)中。

圖1 AMR三層體系結構

圖2 MES集成系統模型

二、電子企業(yè)管控特點與小批量電子產品生產管理中常見問題

（一）電子企業(yè)管控特點

一是采用的是流程式與離散式生產的結合，電子產品通常是由多個零部件構成的，各個零件的加工是相互獨立的，對生產流程的連續(xù)性、實時性都無嚴格的要求，但是產品質量、物流、跟蹤十分重要，要保證零部件的供應與成套性。二是是訂單驅動的生產方式，與以往的按照庫存與能力進行生產的方式不同，當今電子企業(yè)都基本根據訂單進行生產，以市場需求為根據。三是產品多樣化，以小批量訂單為主，在新技術的不斷發(fā)展之下，市場競爭也越發(fā)激烈，電子企業(yè)生產也以多品種、小批量為主，單件批量對電子行業(yè)而言，由于客戶定制不同，產品可能只有一臺，這就要求生產物料庫存管控要有很高的水平，因電子產品的特點，因此真正意義上的單件產品一般產生在組裝、包裝階段。四是信息化、自動化水平較高，電子企業(yè)是新技術最為密切的企業(yè)，與電子技術有著緊密的聯系，因此企業(yè)的信息化管理技術和方法的應用水平較高；隨著微電子技術的發(fā)展，電路變得更加復雜，部件變得更加微小，對操作精度也有更高的要求。五是即時交付率以小時計，訂單的批量越來越小，交貨期也更短，交貨要求也更嚴格。這與供應鏈組織方式密切相關，當流通領域存量下降，每個環(huán)節(jié)對市場需求都應該做出快速地反應，各個環(huán)節(jié)能力也都影響著客戶的反應，因此所有的商家均要對供應鏈合作廠商謹慎地挑選，以提高自身的競爭力。

（二）小批量電子產品生產管理中常見問題

電子企業(yè)車間管控內容主要包括了生產流程管理、計劃管理、品質管理、人員管理和物料管理等。小批量電子產品生產存在品種多樣、以小批量訂單為主，采購周期和生產周期更短等特點，因此如何快捷、準確地進行生產管理控制是重點，分析小批量電子產品生產管理中常見問題如下。

1、自動化水平較低。企業(yè)生產管理自動化中以單元級為主，但整體自動化水平偏低，這導致產品生產的質量和生產率主要是依賴工作人員技術水平，而生產車間與采購計劃都需要依賴于很好的生產計劃系統，并且生產工藝多需要變更，訂單也無法預測，因此投資生產計劃系統有很大的投資效益。電子產品制造業(yè)可以根據市場預測做出生產計劃，企業(yè)ERP系統通過向MES下達工作令做出作業(yè)計劃指令。

2、作業(yè)計劃調度問題。電子電器制造企業(yè)成本核算是經底層向高層逐層累積可獲得的，電子制造業(yè)產品成本的計算是根據BOM描述加工裝配過程進行的，是對整個產品增值過程的實際反映。電子制造業(yè)對工序級、設備級等計劃做出調度是根據均衡生產、中心能力、設備能力來進行的。當前的電子制造業(yè)中操作人員主要是依靠電子看板方式來掌握工序生產任務的，或者通過派工單或者作業(yè)指示書下達方式將調度計劃下達給操作人員。通常情況下電子制造業(yè)的一臺或者幾臺設備發(fā)生故障并不會對整個產品的生產造成嚴重損害，因此在對設備管理上可僅對關鍵設備與瓶頸問題進行重點的管理。

3、缺少確定的生產計劃。在電子產品的制造中，制造工藝是關鍵環(huán)節(jié)，當前的電子產品部分質量要求高，采用尖端技術，具有多品種、小批量等特點，這類產品生產環(huán)節(jié)比較繁多且復雜，隨著科研生產的發(fā)展，出現了多種型號的生產與研究，這在生產計劃上多不確定，并且項目要求易變更。這種小批量電子產品生產的“邊研制邊生產”的特點，讓傳統產品的串行研制程序被打破，加上產品的研制周期短，因此在生產組織管理上難度非常大。

4、生產管理問題。采用傳統的生產管理方式完成小批量電子產品的生產管理需要投入較大的管理成本，加上型號增多，研制周期縮短，在生產管理上面臨著巨大的挑戰(zhàn)，這主要表現在：一是技術準備與生產周期太長，管理和技術信息程序缺乏規(guī)范性，無法實現信息的共享；二是生產工作主動性、人員調度能力、車間與生產過程是不可監(jiān)控的；三是企業(yè)各個部門之間的數據統計協調差，問題發(fā)現往往不夠及時，對資源一致性維護缺乏；四是工時定額并不準確，各個型號產品成本核算準確性不夠，無法準確提供工作人員績效考核依據；五是對生產制造中的產品質量無法進行動態(tài)的監(jiān)控與分析，生產流程信息數據等在產品型號的迅速增加下不斷地增多，已經無法依靠人力來對加工信息、工位信息等做出快速的分析。傳統的生產管理方式由于缺乏對生產過程的了解，因此也就無法有效地控制生產過程。

三、電子產品MES功能模型分析

（一）MES功能系統

電子產品制造業(yè)MES功能系統主要包括有9個，包括有信息查詢系統、質量管理系統、安全管理系統、制造管理系統、設備管理系統、庫存管理系統、人員崗位系統、生產計劃管理系統與成本核算系統。

（二）系統關鍵技術

小批量電子產品制造MES系統的應用主要有兩項關鍵技術，一是現場數據采集技術，二是作業(yè)調度。現場數據采集一方面是實時收集生產數據，另一方面是對強調、設備控制系統集成的收集。作業(yè)調度是通過MES系統對生產環(huán)節(jié)中的各個問題及時地發(fā)現并給出異常警報提示，而各個系統也就能夠據此情況做出重新調配，對問題做出高效地解決。為了便于系統的分析和調用，系統中的數據標準需要統一的管理方式。系統對生產數據通過規(guī)范的編碼完成收集，包括產品的型號、供應商與缺陷等等，通過這些收集的數據派生出產品追蹤、制造管理、品質管理、設備管理等核心模塊，以及品質信息查詢、異常報警、生產狀況監(jiān)控等功能。同時MES系統也對另一些系統提供接口。

（三）管理體制

在產品生產過程的管理體制上是實行“工廠”與“車間”兩級管理，前者的工作內容重點在于實施產品生產的全過程管理和監(jiān)控，并制定出生產計劃，屬于企業(yè)的科研生產部門，部門下達生產計劃并由車間接收，車間根據生產情況與具體任務制定生產組要生產的具體批次計劃，并根據生產資源做出作業(yè)計劃，并確定好工序的開工與完工日期。根據正常的生產流程完工后對質量進行檢驗，對不合格產品進行返工或者按實際報廢補投，在檢驗合格后入庫。

（四）工作模式

電子產品MES系統主要工作模式：一是生產部門與研發(fā)部門利用MES查詢與監(jiān)控現場生產活動，進而有效地對生產計劃做出調整；二是研發(fā)部門在MES中完成生產任務單，明確生產數量、確定工藝定額、材料定額與工時定額，為車間提供生產組織數據；三是工藝部門按照生產任務單設計工藝規(guī)程；四是電子裝聯車間根據工藝規(guī)程與生產計劃，從CAPP系統中導出信息，完成生產指令；五是質檢部門在MES中錄入質量信息以及操作者的相關現場數據。

（五）MES在電子產品生產管理中的應用效果

從應用效果上來看，通過一年的應用，總體運行情況良好，通過MES的開發(fā)與在小批量電子產品生產管理中的實施，實現了與CAPP系統的集成，所有零件的生產指令均自動生產，大大減少了信息的重復錄入，車間的生產準備時間得到顯著縮短；并且MES的應用讓信息達到共享，讓信息的透明度和利用率獲得提高，生產管理效率也大大提升。各個崗位的工作人員通過系統信息查詢與數據統計功能獲得所需的數據；通過MES讓生產過程的各個環(huán)節(jié)、數量和進度等進行監(jiān)控與限制，讓生產管理流程更加的規(guī)范；該系統對任務量、質量、工時做出分析，為生產計劃的合理安排提供依據。

四、結束語

制造執(zhí)行系統（MES）是一種面向車間生產的實時信息系統，是上層計劃的執(zhí)行者，同時也是底層實施生產加工數據的反饋者，通過對整個生產過程的優(yōu)化，利用收集的實時數據對時間進行及時地分析及處理，同時將計劃層與控制層進行連接，避免了企業(yè)信息斷層。通過MES在小批量電子產品生產管理中的應用，其功能能夠基本滿足其生產中各個部門的工作需求，信息透明度，共享程度也更高，相信隨著MES的優(yōu)化完善，可讓生產活動更加高效和有序的開展，推動電子企業(yè)的發(fā)展。

[1]李志華.MES在小批量電子產品生產管理中的應用[J].軍民兩用技術與產品,2012,(6).

[2]邊疆.分析MES在小批量電子產品生產管理中的應用[J].電子測試,2013,(3X).