【正文】 生產(chǎn)過程控制緊密集成的解決方案，提高企業(yè)的自動化水平和管理水平，提高企業(yè)的反應(yīng)速度和競爭能力。MES 需要收集生產(chǎn)過程中大量的實時數(shù)據(jù)，并且對實時事件能及時處理。 [1]3)國家 863 專家關(guān)于 MES 的定義：制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，簡稱 MES)是處于計劃層和控制層之間的執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。 ” [1] 2)1992 年 MESA 將 MES 定義為:“MES 能通過信息傳遞對從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理。MEAS 是以宣傳 MES 思想和產(chǎn)品為宗旨，幫助其成員組織在企業(yè)界推廣 MES 制定了一系列研究、分析和開發(fā)計劃。美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)(Advance Manufacturing Research :AMR)通過對大企業(yè)調(diào)查，在 1990 年提出 MES 概念。以監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)距離控制與數(shù)據(jù)收集(Supervisory Control and Data Acquisition :SCADA)為代表的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件等?，F(xiàn)代企業(yè)若想在知識經(jīng)濟(jì)大潮中生存和發(fā)展，信息化是必然的選擇。制造執(zhí)行管理系統(tǒng)(Manufacturing Execution System：MES)是企業(yè) CIMS 信息集成的紐帶，是實施企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略和實現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化的基本技術(shù)手段。伴隨中國加入 WTO 和經(jīng)濟(jì)全球化，中國正在成為世界制造業(yè)的中心。中國的制造業(yè)企業(yè)面臨日益激烈的國內(nèi)外競爭，中國的半導(dǎo)體工業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn), 如更加靈活的生產(chǎn), 更苛刻的質(zhì)量要求以及具備競爭力的成本。 本論文主要以某半導(dǎo)體制造工廠計算機(jī)集成制造系統(tǒng)為背景，通過需求調(diào)研分析，根據(jù)企業(yè)的特定生產(chǎn)環(huán)境，提出了 MES 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計及實現(xiàn)架構(gòu)，并且就系統(tǒng)模塊的實現(xiàn)方法作了詳細(xì)地闡述。許多企業(yè)通過信息系統(tǒng)的建設(shè)來加強(qiáng)管理，全面提高企業(yè)的競爭力。這些系統(tǒng)雖然在企業(yè)中取得了一定成功，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益，然而出現(xiàn)了一些新的問題，形成了企業(yè)生產(chǎn)管理和制造單元控制軟件之間的分離，使上層的 MRP/ERP 軟件系統(tǒng)得不到精確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的支持，而制造單元又常常不能及時得到指令來調(diào)整工作狀態(tài)，嚴(yán)重影響了制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)和信息化進(jìn)程。AMR 于 1992 年提出的三層的企業(yè)集成模型。 [1] 7 / 58Contrl LayerWork Flow Directing Information MagemntERPSCAD ,Equipment, LayerExecution LayerFinacils, Orde Etry, Planig,IvetoryReal Time Production Infortinamp。當(dāng)工廠發(fā)生實時事件時，MES 能對此及時做出反應(yīng)、報告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對它們進(jìn)行指導(dǎo)和處理。它通過控制包括物料、設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有工廠資源來提高制造竟?fàn)幜Γ峁┝艘环N系統(tǒng)地在統(tǒng)一平臺上集成諸如質(zhì)量控制、文檔管理、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式。MES 需要同時對計劃層和控制層保持雙向通信能力，從上下層接受相應(yīng)數(shù)據(jù)并反饋處理結(jié)果和生產(chǎn)指令。MES 作為面向制造的系統(tǒng)必然要與企業(yè)其它生產(chǎn)管理系統(tǒng)切關(guān)系，MES 在其中起到了信息集線器的作用，它相當(dāng)于一個通訊工具為其它應(yīng)用系統(tǒng)提供生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn):對特定的問題，能提供最恰當(dāng)?shù)慕鉀Q問題的能力和易實現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn): 功能豐富，整體性強(qiáng)，在一定的范圍內(nèi)實現(xiàn)信息集成和共享。第四階段:可集成 MES(1ntegratable MES: I－MES)90 年代 AME 向 KIST 提供的先進(jìn)制造研究咨詢報告(AMEC)中提出了可集成 MES的概念。又因為 MES應(yīng)用常常是要滿足關(guān)鍵任務(wù)的系統(tǒng)，系統(tǒng)就很難隨技術(shù)的更新而進(jìn)行升級?？杉?MES 通過將面向?qū)ο蠹夹g(shù)，消息機(jī)制和組件技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)開發(fā)中，通過采用高效的基礎(chǔ)框架既大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的集成性和適應(yīng)性，又能滿足關(guān)鍵事物的處理。通過對象請求代理(ORB)(如CORBA，COM/DCOM)可使不同軟件商的對象相互交換信息和進(jìn)行互操作。 [3]11 / 58 MES 的國內(nèi)發(fā)展雖然 MES 的發(fā)展歷史比 MRPII、CAD、CAM 都要短，但它能有效地實現(xiàn)“以時間為關(guān)鍵”的制造思想，因而在發(fā)達(dá)國家推廣非常迅速，并給工廠帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在工廠自動化(Factory Automation FA)方面，我國的制造業(yè)企業(yè)往往強(qiáng)調(diào)物流自動化，如自動化生產(chǎn)設(shè)備、自動化檢測儀器、自動化物流運(yùn)輸存儲設(shè)備等等。我國對車間層、單元層的研究大都著重于控制模型的研究，很少站在 MES 這一角度從應(yīng)用出發(fā)來研究并開發(fā)面向制造過程的集成化管理和控制軟件。目前，國內(nèi)還沒有自主開發(fā)的很成熟且得到廣泛應(yīng)用的 MES 軟件。我國在 MES 的理論研究以及實際應(yīng)用方面，需要進(jìn)一步加大力量。本課題屬于半導(dǎo)體系統(tǒng)信息化建設(shè)的主要部分，著眼于該公司信息化目前建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行進(jìn)一步提升改造。但是碧辟佳陽公司的底層過程控制系統(tǒng)雖已基本實現(xiàn)了基礎(chǔ)自動化和過程自動化，并且在此基礎(chǔ)上形成了相對獨(dú)立的系統(tǒng)，但每個系統(tǒng)都有各自的處理邏輯，數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)模型和通信機(jī)制，它們形成一個個信息孤島，缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理。這樣在管理信息系統(tǒng)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)之間，存在一個信息流通上的斷層。MES 強(qiáng)調(diào)控制和協(xié)調(diào)，使現(xiàn)代制造業(yè)信息系統(tǒng)不僅有很好的計劃系統(tǒng)，而且能使計劃落實到實處的執(zhí)行系統(tǒng)。3） 針對需求分析的結(jié)果，進(jìn)行 MES 系統(tǒng)主要功能模塊的設(shè)計及實現(xiàn)架構(gòu)的設(shè)計。在 MES 與底層控制系統(tǒng)間采用了基于 OPC 技術(shù)的集成，在與上層信息系統(tǒng)間采用了基于 WEB 技術(shù)的集成，并以碧辟佳陽公司為例進(jìn)行了部分實現(xiàn)。第三章研究了 MES 的主要功能模塊設(shè)計和實現(xiàn)架構(gòu)。第五章對 MES 在企業(yè)信息化中的定位進(jìn)行了分析，并就 MES 與現(xiàn)有信息系統(tǒng)的集成方案及實現(xiàn)方法進(jìn)行了研究。關(guān)鍵工序包括：圖 21　碧辟佳陽公司關(guān)鍵工序 生產(chǎn)運(yùn)營方面，主要為集團(tuán)采購配給，生產(chǎn)計劃單下發(fā)，碧辟佳陽主要負(fù)責(zé)庫存管理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理與出貨管理。公司計劃未來業(yè)務(wù)對象將逐步轉(zhuǎn)向國內(nèi)市場，這將要求碧辟佳陽公司在生產(chǎn)管理模式上從原來的大訂單連續(xù)生產(chǎn)逐步向短周期訂單的生產(chǎn)模式過渡。? MES 系統(tǒng)使用上述 7 位 S/N 對組件實現(xiàn)生產(chǎn)過程全程跟蹤管理?？s短解決16 / 58問題的時間，及時召回已發(fā)貨組件或者控制半成品在 WIP 中的流動，防止無附加值加工。2：物料管理1）需求描述：? 車間來料接收、檢測和錄入。2）需求描述：? 車間物料狀況透明化，并可實時查詢產(chǎn)線用料狀況需求分析：? 定義車間位置并追蹤物料在車間各個位置的移動? 建立線邊倉并通過報表實時查詢用料狀況? 在線邊倉達(dá)到一定低位庫存時，預(yù)警提示。? 能夠在 MES 中建立生產(chǎn)班次和生產(chǎn)日歷，并將生產(chǎn)工單分解到各個班次。? 系統(tǒng)能夠記錄組件消耗物料批次和數(shù)量，在插單發(fā)生時，能夠繼續(xù)使用現(xiàn)有物料，提高利用率。3）需求描述：? ：? 跳站、跨工序跨組裝線18 / 58權(quán)限控制需求分析：? 在生產(chǎn)過程中，MES 能夠確保產(chǎn)品、物料按照預(yù)先定義的生產(chǎn)流程實現(xiàn)組裝加工和測試。不合格產(chǎn)品能夠進(jìn)入返修工序，從維修工序離開后能夠根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)入任意工序。5）需求描述：? MES 系統(tǒng)對檢測工位的要求，與現(xiàn)有生產(chǎn)過程中，已存在的專檢檢測設(shè)備檢測生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成管理。? 若耐壓測試設(shè)備能夠提供接口信息，MES 能與耐壓測試設(shè)備集成并自動采集測試結(jié)果和規(guī)格值。? 進(jìn)行返修時，在系統(tǒng)內(nèi)要有返修日期、責(zé)任人/責(zé)任工序認(rèn)定。? 自維修工序，能夠選擇進(jìn)入不同的組裝工序。? MES 具備預(yù)防維護(hù)的功能，按照配置的周期(如每隔 4 個小時)或者按照加工數(shù)量，提前發(fā)出預(yù)警并可防止工序操作行為發(fā)生。需求分析：? 通過讀取檢測設(shè)備的 ACCESS 數(shù)據(jù)庫，每個組件的功率值在檢測工序中錄入到 MES 數(shù)據(jù)庫。? 通過不合格記錄，產(chǎn)生相應(yīng)的不良材料退庫報告。? 采集設(shè)備維護(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)并在 MES 系統(tǒng)中形成記錄。4）需求描述：? 統(tǒng)計電池片的來料損和制造損并形成質(zhì)量需求分析：? 結(jié)合來料檢驗和制造過程不合格記錄，形成電池片不合格 Pareto 分布圖。6）需求描述：? 客戶投訴處理 需求分析：? 能夠根據(jù)組件的 S/N 序列號查詢 MES 中的工序流轉(zhuǎn)追蹤歷史。6：設(shè)備資源管理1）需求描述：22 / 58? 對檢測儀，每個班次做首件確認(rèn)需求分析：? MES 能夠針對設(shè)備做數(shù)據(jù)采集并設(shè)立數(shù)據(jù)規(guī)格，同時保存歷史記錄包括采集時間和檢測人員等。? 提供預(yù)警：按不同的狀態(tài)發(fā)出相應(yīng)預(yù)警?？s短解決問題的時間，及時召回已發(fā)貨產(chǎn)品或者控制半成品在 WIP 中的流動，防止無附加值加工。標(biāo)準(zhǔn)化的流程定義和管理可以大幅度提高直通率，同時能夠通過全面改進(jìn)心得和現(xiàn)有的流程來快速增加產(chǎn)量?？s短新產(chǎn)品的量產(chǎn)時間需要 MES 靈活多變，能夠輕松適應(yīng)各種環(huán)境，并滿足不斷改進(jìn)流程的需要。處理復(fù)雜的流程和環(huán)境MES 可在復(fù)雜的工作流程（如數(shù)百個加工操作、返工路徑和參數(shù)數(shù)據(jù)收集）中進(jìn)行制程控管系統(tǒng)（WIP）追蹤，以及在晶圓測試、沖模制備、晶背研磨、多模部件、堆棧顆粒集以及最終測試裝箱構(gòu)成整個解決方案，無需修改系統(tǒng)即可實現(xiàn)這些功能。26 / 583．2 MES 系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計主要功能模塊設(shè)計審核跟蹤模塊設(shè)計針對涉及多個工廠生產(chǎn)的所有制造批次、晶圓和設(shè)備提供的完整的歷史記錄。可按批號、晶圓、序列號等，甚至以組合的方式收集數(shù)據(jù)。針對晶背研磨、晶圓測試、裝配、測試和結(jié)束操作預(yù)配置的上下文規(guī)則可加快設(shè)置及實施。確保只有那些合格且經(jīng)過校準(zhǔn)的設(shè)備才能用于處理。27 / 58圖 31　不合格品處理流程統(tǒng)計過程控制（SPC）設(shè)計SPC 提供大量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一分析工具（包括 XBar、Rrange、排列圖和趨勢圖） ，以便識別樣本避免產(chǎn)生質(zhì)量問題。對 MES 而言，這一層就是生產(chǎn)的計劃層。根據(jù)各種組織需求，系統(tǒng)可以作為單服務(wù)器系統(tǒng)來安裝或在多個服務(wù)器之間分布。由于 MES 將多項 XML 技術(shù)作為核心，因此該架構(gòu)非常適用于在完全不同的系統(tǒng)間傳輸信息。可配置的用戶界面半導(dǎo)體 MES 采用基于 100％瘦客戶端瀏覽器的用戶界面。安全選項包括：單點(diǎn)登錄、用戶身份驗證、電子簽名驗證、對單個數(shù)據(jù)條目的函數(shù)級訪問以及基本角色的配置。數(shù)據(jù)平臺是 MES 模型的數(shù)據(jù)實現(xiàn)，它保存在數(shù)據(jù)庫中。4)數(shù)據(jù)是面向?qū)ο笤O(shè)計的，更容易適應(yīng)業(yè)務(wù)(應(yīng)用)的變化。? 實施追溯有以下常用可選方案：? 操作人員使用掃描器讀取物料批次號碼，使用耗料功能界面完成耗料記錄；操作人員無須掃描物料批次，系統(tǒng)自動獲取當(dāng)前工序線邊倉一段時間內(nèi)物料批次，自動與相關(guān)組件建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。圖 45　物料批次查詢頁面 3：物料管理? 通過 MES 的批次創(chuàng)建功能，創(chuàng)建相應(yīng)的工作流程，在車間接收來料時將物料批次信息錄入到 MES 系統(tǒng)。4：生產(chǎn)過程管理 ? 建立工單，初始化工單狀態(tài)，并指定計劃下達(dá)時間、計劃完成時間和交付日期。? MES 提供的 Mfg Audit Trail 將用于實時查詢當(dāng)前 WIP 中某個組件的工序流轉(zhuǎn)詳細(xì)記錄，作為電子流轉(zhuǎn)卡使用，代替紙張工序流轉(zhuǎn)卡。5：包裝和發(fā)貨管理? 在檢測工序通過讀取 ACCESS 數(shù)據(jù)庫，在 MES 記錄每個組件的功率和其他性能測試數(shù)據(jù)。? 計算功率平均值并在出貨時自動提供最佳目標(biāo)包裝箱。? 在識別了不合格品形成不合格記錄之后，防止不合格品流轉(zhuǎn)到下道工序發(fā)生無附加值加工或進(jìn)入成品庫。? 在維護(hù)或首件檢查時采集設(shè)備參數(shù)規(guī)格數(shù)據(jù)。? Email 通知? 自動 Hold? 自動產(chǎn)生不合格記錄? 自動更改設(shè)備狀態(tài)? 過程能力分析 Cp/Cpk? 計量型 SPC Chart 包括：? Xbar(mean)? Range? Standard deviation? Individual(s) measurement? Median? Moving average? Weighted moving average? Moving range? Cumulative sum? Process capability? Etc…? 計數(shù)型 SPC Chart 包括：? C (nonconformity)? NP (number of defects)? P (percent defects)? U (nonconformity per unit)? Pareto40 / 58圖 410　統(tǒng)計過程控制分析圖一 圖 410　統(tǒng)計過程控制分析圖二9：系統(tǒng)架構(gòu)? 車間客戶端可通過瀏覽器、掃描器 Scanner、無線終端或者其他客戶端通過 XML 協(xié)議訪問 MES 開放平臺。? 支持 SQL Server, Oracle, DB2 等數(shù)據(jù)庫。LI SESUPLYANIGAVILBITYTO PRMSEDEMAND PLIGUL CHI T TESPLY AIN LEV PLANIGPRODUCT LEV PLANIGDATWREHOUSEFLEXIBLE RPOTDAT NAYSI MIGINFO PRTALSEVCUSTOMERINF SCUSTOMERDAEXHNGSRVPERVASIE INFORMATION ECHNOLGY IFRASTUCRE SUPORT ENTRPISE QUALITY MANGEMNT SYTEM圖 51　碧辟佳陽公司 IT 架構(gòu)圖