小批量电子产品生产管理中MES的应用探讨

苏天禹

北京圣非凡电子系统技术开发有限公司 北京 102209

小批量电子产品生产管理中MES的应用探讨

苏天禹

北京圣非凡电子系统技术开发有限公司 北京 102209

生产管理中MES是核心所在，同时也是生产企业自动化系统和管理信息系统两者之间的纽带。在当今的企业中，制造执行系统是非常重要的一个研究内容，本文在介绍MES和总结分析小批量电子产品生产管理中常见问题的基础上，根据小批量电子制造业功能需求设计制造执行系统，并探讨了其应用效果，为MES的推广、应用和完善提供参考。

电子产品；生产管理；MES

制造执行系统MES由美国先进制造研究机构首次提出，并将其定位应用于解决生产管理中的问题。MES所面对的对象为制造过程，是企业生产管理系统中承上启下的环节，对生产现场的实时数据进行采集并对短期生产作业做出安排，对生产计划的调度、资源的调配、生产过程监控和优化具有积极的促进作用。当前MES已经随着企业逐步深入的信息化工作得到应用。

一、MES的产生和发展

（一）MES概述

执行制造系统MES是在制造业信息化发展中所产生的，制造业的运行规模与信息技术的进步是推动MES发展的动力。AMR将MES定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间，面向车间的一个管理信息系统”，将计划的执行、跟踪和所有资源的状态信息给操作人员与管理人员。MESA将MES定义为通过信息传递，对产品的整个生产过程做出优化管理。在生产事件发生时，NES可及时地进行反应，做出报告，依据获得的数据进行指导和处理。MESA指出MES的三个特点：一是该系统并不是针对某个生产瓶颈进行解决的，而是对整个车间制造过程的优化；二是具有提供生产过程实时数据的能力，并进行分析和处理；三是让计划层与控制层实现信息的交互，让企业信息集成化。总之，MES是一种面向车间的生产管理系统，根据生产计划，对车间生产过程进行调度、安排，对人力、物力进行分配与管理，实现对产品生产质量的跟踪管理，实时地收集与反馈生产信息，让车间生产与企业计划、底层控制实现纵向衔接。

（二）MES相关模型

在产品自单发到成品产出的过程当中，MES具有多种功能，自MES面世以来，AMR、MESA和ISA等权威机构均对MES给出了典型模型结构。AMR于1990年首次提出MES，制造业信息化三层模型见图1，包括计划层、执行层与控制层。计划层强调企业的计划性，将客户订单与市场需求作为计划的基础，将企业的资源进行充分地利用，达到减少库存提高企业效益的效果；执行层强调的是计划的执行与控制，通过MES对生产现场进行集成控制；控制层是强调对设备的控制，包括有PLC、DCS、DNC等其他控制产品计算机控制方法。1993年又提出了制造执行系统集成模型（图2），改MES包括有四个功能，即工艺管理、工厂管理、过程管理与质量管理，系统向上与ERP连接，向下与过程控制层连接，各个功能组可对生产数据进行共享，实时数据也与过程控制相同步。

1997年，MESA提出了MES外部系统模型，该模型有11个功能，反应了MES和其他企业管理系统之间的关系，表达出决策的层次性。1998年AMR提出可制造业业务过程模型REPAC，通过增加准备、执行、处理、分析和协调等业务让制造企业的竞争力得以提升。

现阶段我国制造业自动化水平还较低，而劳动力成本并不高，加上设备数控地改造还需要经历长时间的过程，因此MES的应用需要适度的自动化制造环境，尤其是在离散制造行业中。

图1 AMR三层体系结构

图2 MES集成系统模型

二、电子企业管控特点与小批量电子产品生产管理中常见问题

（一）电子企业管控特点

一是采用的是流程式与离散式生产的结合，电子产品通常是由多个零部件构成的，各个零件的加工是相互独立的，对生产流程的连续性、实时性都无严格的要求，但是产品质量、物流、跟踪十分重要，要保证零部件的供应与成套性。二是是订单驱动的生产方式，与以往的按照库存与能力进行生产的方式不同，当今电子企业都基本根据订单进行生产，以市场需求为根据。三是产品多样化，以小批量订单为主，在新技术的不断发展之下，市场竞争也越发激烈，电子企业生产也以多品种、小批量为主，单件批量对电子行业而言，由于客户定制不同，产品可能只有一台，这就要求生产物料库存管控要有很高的水平，因电子产品的特点，因此真正意义上的单件产品一般产生在组装、包装阶段。四是信息化、自动化水平较高，电子企业是新技术最为密切的企业，与电子技术有着紧密的联系，因此企业的信息化管理技术和方法的应用水平较高；随着微电子技术的发展，电路变得更加复杂，部件变得更加微小，对操作精度也有更高的要求。五是即时交付率以小时计，订单的批量越来越小，交货期也更短，交货要求也更严格。这与供应链组织方式密切相关，当流通领域存量下降，每个环节对市场需求都应该做出快速地反应，各个环节能力也都影响着客户的反应，因此所有的商家均要对供应链合作厂商谨慎地挑选，以提高自身的竞争力。

（二）小批量电子产品生产管理中常见问题

电子企业车间管控内容主要包括了生产流程管理、计划管理、品质管理、人员管理和物料管理等。小批量电子产品生产存在品种多样、以小批量订单为主，采购周期和生产周期更短等特点，因此如何快捷、准确地进行生产管理控制是重点，分析小批量电子产品生产管理中常见问题如下。

1、自动化水平较低。企业生产管理自动化中以单元级为主，但整体自动化水平偏低，这导致产品生产的质量和生产率主要是依赖工作人员技术水平，而生产车间与采购计划都需要依赖于很好的生产计划系统，并且生产工艺多需要变更，订单也无法预测，因此投资生产计划系统有很大的投资效益。电子产品制造业可以根据市场预测做出生产计划，企业ERP系统通过向MES下达工作令做出作业计划指令。

2、作业计划调度问题。电子电器制造企业成本核算是经底层向高层逐层累积可获得的，电子制造业产品成本的计算是根据BOM描述加工装配过程进行的，是对整个产品增值过程的实际反映。电子制造业对工序级、设备级等计划做出调度是根据均衡生产、中心能力、设备能力来进行的。当前的电子制造业中操作人员主要是依靠电子看板方式来掌握工序生产任务的，或者通过派工单或者作业指示书下达方式将调度计划下达给操作人员。通常情况下电子制造业的一台或者几台设备发生故障并不会对整个产品的生产造成严重损害，因此在对设备管理上可仅对关键设备与瓶颈问题进行重点的管理。

3、缺少确定的生产计划。在电子产品的制造中，制造工艺是关键环节，当前的电子产品部分质量要求高，采用尖端技术，具有多品种、小批量等特点，这类产品生产环节比较繁多且复杂，随着科研生产的发展，出现了多种型号的生产与研究，这在生产计划上多不确定，并且项目要求易变更。这种小批量电子产品生产的“边研制边生产”的特点，让传统产品的串行研制程序被打破，加上产品的研制周期短，因此在生产组织管理上难度非常大。

4、生产管理问题。采用传统的生产管理方式完成小批量电子产品的生产管理需要投入较大的管理成本，加上型号增多，研制周期缩短，在生产管理上面临着巨大的挑战，这主要表现在：一是技术准备与生产周期太长，管理和技术信息程序缺乏规范性，无法实现信息的共享；二是生产工作主动性、人员调度能力、车间与生产过程是不可监控的；三是企业各个部门之间的数据统计协调差，问题发现往往不够及时，对资源一致性维护缺乏；四是工时定额并不准确，各个型号产品成本核算准确性不够，无法准确提供工作人员绩效考核依据；五是对生产制造中的产品质量无法进行动态的监控与分析，生产流程信息数据等在产品型号的迅速增加下不断地增多，已经无法依靠人力来对加工信息、工位信息等做出快速的分析。传统的生产管理方式由于缺乏对生产过程的了解，因此也就无法有效地控制生产过程。

三、电子产品MES功能模型分析

（一）MES功能系统

电子产品制造业MES功能系统主要包括有9个，包括有信息查询系统、质量管理系统、安全管理系统、制造管理系统、设备管理系统、库存管理系统、人员岗位系统、生产计划管理系统与成本核算系统。

（二）系统关键技术

小批量电子产品制造MES系统的应用主要有两项关键技术，一是现场数据采集技术，二是作业调度。现场数据采集一方面是实时收集生产数据，另一方面是对强调、设备控制系统集成的收集。作业调度是通过MES系统对生产环节中的各个问题及时地发现并给出异常警报提示，而各个系统也就能够据此情况做出重新调配，对问题做出高效地解决。为了便于系统的分析和调用，系统中的数据标准需要统一的管理方式。系统对生产数据通过规范的编码完成收集，包括产品的型号、供应商与缺陷等等，通过这些收集的数据派生出产品追踪、制造管理、品质管理、设备管理等核心模块，以及品质信息查询、异常报警、生产状况监控等功能。同时MES系统也对另一些系统提供接口。

（三）管理体制

在产品生产过程的管理体制上是实行“工厂”与“车间”两级管理，前者的工作内容重点在于实施产品生产的全过程管理和监控，并制定出生产计划，属于企业的科研生产部门，部门下达生产计划并由车间接收，车间根据生产情况与具体任务制定生产组要生产的具体批次计划，并根据生产资源做出作业计划，并确定好工序的开工与完工日期。根据正常的生产流程完工后对质量进行检验，对不合格产品进行返工或者按实际报废补投，在检验合格后入库。

（四）工作模式

电子产品MES系统主要工作模式：一是生产部门与研发部门利用MES查询与监控现场生产活动，进而有效地对生产计划做出调整；二是研发部门在MES中完成生产任务单，明确生产数量、确定工艺定额、材料定额与工时定额，为车间提供生产组织数据；三是工艺部门按照生产任务单设计工艺规程；四是电子装联车间根据工艺规程与生产计划，从CAPP系统中导出信息，完成生产指令；五是质检部门在MES中录入质量信息以及操作者的相关现场数据。

（五）MES在电子产品生产管理中的应用效果

从应用效果上来看，通过一年的应用，总体运行情况良好，通过MES的开发与在小批量电子产品生产管理中的实施，实现了与CAPP系统的集成，所有零件的生产指令均自动生产，大大减少了信息的重复录入，车间的生产准备时间得到显著缩短；并且MES的应用让信息达到共享，让信息的透明度和利用率获得提高，生产管理效率也大大提升。各个岗位的工作人员通过系统信息查询与数据统计功能获得所需的数据；通过MES让生产过程的各个环节、数量和进度等进行监控与限制，让生产管理流程更加的规范；该系统对任务量、质量、工时做出分析，为生产计划的合理安排提供依据。

四、结束语

制造执行系统（MES）是一种面向车间生产的实时信息系统，是上层计划的执行者，同时也是底层实施生产加工数据的反馈者，通过对整个生产过程的优化，利用收集的实时数据对时间进行及时地分析及处理，同时将计划层与控制层进行连接，避免了企业信息断层。通过MES在小批量电子产品生产管理中的应用，其功能能够基本满足其生产中各个部门的工作需求，信息透明度，共享程度也更高，相信随着MES的优化完善，可让生产活动更加高效和有序的开展，推动电子企业的发展。

[1]李志华.MES在小批量电子产品生产管理中的应用[J].军民两用技术与产品,2012,(6).

[2]边疆.分析MES在小批量电子产品生产管理中的应用[J].电子测试,2013,(3X).