生产制造执行系统 MES

1、MES介绍:

1.1 MES定义
   制造执行系统(manufacturing execution system，简称MES），是处于企业计划层（如ERP/MRP II等）和现场自动化系统之间、面向制造企业车间执行层的、主要负责车间生产管理和计划执行的一套生产信息化管理系统;

   MES通过信息传递，对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理， MES能对工厂实时事件及时做出反应、报告，并利用当前的准确数据对他们进行指导和处理；MES通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。

   MES三个要点：
   （1）MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一解决某个生产瓶颈；
   （2）MES必须提供实时收集生产过程数据的功能，并做出相应的分析和处理；
   （3）MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息集成。

1.2 MES由来
   由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，做出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的管理系统。所以，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。

   正式由于这种生产制造中间层的空缺，1990年11月，美国先进制造研究中心AMR（Advanced Manufacturing Research）就提出了MES（制造执行系统）概念。

1.3 MES主要内容
   MES主要有以下几个模块：
   ■ 生产调度管理
   ■ 物料及批次管理
   ■ 生产过程管理
   ■ 生产质量管理
   ■ 生产设备管理
   ■ 文档管理

      1.3.1 生产调度管理
       1.概述
       ERP中制定了月计划，但ERP的计划属于高层次的计划，无法对具体的生产工单在各个工序间的生产进行调度。MES系统的生产调度管理模块，可以使用自动排产和手动排产对生产工单进行调度，安排每个工单在各个工序的具体生产线体、计划开始时间和计划结束时间，并根据库房管理模块提供的库房原料库存信息，进行物料齐套等可用性检查。排产完毕后，通过排产结果发布，各授权岗位、角色可以在系统中马上查询到排产信息，并根据排产内容安排管辖岗位工作。

       2.业务流程描述
       a.订单下载
       MES从ERP系统中下载最近一周的生产订单，在MES中生成生产工单。在下载的过程中，系统根据工单加工产品对应的标准工艺路径，生成当前工单生产加工的各个工序信息及各个工序的参数信息。

       系统提供人工下载和自动下载两种方式。
       人工下载方式：根据人工输入的工单号将ERP系统中的工单信息下载写入到MES系统的标准工单信息中，并将物料已经齐套的工单状态置为待产。当源工单信息的状态不符合下载要求（工程状态为确认、物料状态为齐套或部分齐套）时系统提示操作者。
       自动下载方式：定时（时间长度由系统设定）扫描ERP系统中的工单信息，搜寻未下载过的工单，满足条件时系统自动将工单下载到MES系统中并将物料已经齐套的工单状态置为待产。

       b.订单录入
       系统允许手工录入非ERP中的订单，录入的订单与从ERP下载的订单在后续的加工过程中的业务流程和管理是一样的。

       c.工单维护
       从ERP下载的订单生成MES的工单后，仅仅只是根据产品标准的工艺路径生成了当前订单的工单加工信息，并没有考虑一些特殊的情况。通过工单维护功能，可以对工单进行适当的调整。工单的调整主要包括三个方面：一是工单本身的信息，二是工单的加工工艺路径，三是各个加工工艺路径中，一些具体的生产过程控制、质量检验方法、生产质量预警等参数的设置和调整。

       工单信息维护主要包括工单号、加工的产品、计划生产数量、计划开工日期、计划完工日期及其他一些工单属性的维护。工序信息维护主要包括产品的加工工序（可以增加、插入、删除产品的加工工序），每个工序可具体设置生产过程需要的控制和质量控制（如是否首检、首检标准、质量控制参数等）。对于未完工的工单，可以修改（增加或减少）计划生产数量，进行追加生产或提前完成生产。对未开工的工序工单，可以删除其工序或更改设置。

       d.工单调度
       生产调度排程使调度人员能够在计算机系统的帮助下最优化地安排工单在各工序的加工，保障及时交付，同时保障生产线利用率最高，将工单安排到各个工序、各个线体上进行连续有效地生产。系统提供了自动排产和人工排产两种图形操作模块，根据待排产工单的工艺路径、设备产能、运行状态、人员配备等因素，自动寻优，找出次优解的排产结果。

       手工排产使用交互性图形化界面，易操作、直观。工单某工序的加工时间根据产品工序的机台效率、工单的批量大小、转机种时间设置等条件自动算出，简化了调度人员的低级劳动，提高了排产效率。
       手工排产可以对自动排产的结果进行调整。排产的结果以表格方式进行展示。

       e. 齐套检查
       根据工单调度确定的各个工单的加工顺序，同时根据库房管理系统中，当前各原料的库存情况，根据工单的物料清单，逐一预检查各个工单原料的齐套情况，并在排产的结果图形中以颜色区分表示，使计划能够清楚整个生产的产能和物料的齐套情况，合理安排相关的生产活动。

       f.排产结果发布
       排产完毕后，通过排产结果发布，各授权岗位、角色可以在系统中马上查询到排产信息，并根据排产内容安排管辖岗位工作。

      1.3.2 物料及批次管理
       1. 概述
       物料及批次管理的实现是基于生产过程的各环节采集的数据，经过系统的组织来完成的。这些环节包括：物料的入出库、生产、组装、装配等所有涉及物料、半成品和成品的过程。

       2.业务流程描述
       a.物料入库
       关键的部品、物料在入库时，由IQC对物料的质量进行确认通过后打印并粘贴条码，作为验证标示，仓管扫描条码确认数量、批次、供应商等信息并采集到系统中。物料入库的条码化是批次跟踪的基础。

       b.生产领料
       生产前，仓管对工单进行配料操作，物料员领料时仓管在系统中记录物料的发放工单、数量、批次（条码发料）等，建立多批次的物料与工单的对应关系。

       c.生产用料
       生产过程中关键部品、物料的使用均需记录，记录了任一产品与该产品所使用的关键部品的对应关系。

       d.半成品、成品入库
       扫描条码记录半成品、成品入库的库房、库位、时间等信息，建立成品、半成品与库位的对应关系。

       e.成品出库
       扫描成品条码，记录成品的接收客户或经销商建立客户和产品的对应关系。

       f.批次跟踪的应用
       场景：
       从客户处反馈出产品有质量问题或者产品加工过程中，经检验发现某部品的原料质量不合格。

       处理：
       通过扫描产品的条码可以查询到该产品缺陷部品使用的原料批次、供应商、加工时间等信息，此时可根据查询出的原料批次进行相关追溯

       外部追溯
       在系统中查询出有质量问题原料加工出的所有产品，如果以及发货，则根据发货信息查询到经销商或客户的信息，以便进行召回等对策。

       内部追溯
       在系统中查询出有质量问题原料加工出的所有成品、半成品以及剩余未使用的缺陷物料所在的位置（包括：存储库位、所在线体等），以便进行物料隔离或产品、半成品维修等操作。
       耗进行差异分析，分析是否有物料超损或丢失的情况。

      1.3.3 生产过程管理
       1.概述
       工单经过计划员排产发布后，已经确定每个工单在何时，在哪个工序的哪个线体上进行加工。MES指导物料员、库房管理员及时进行拣料、备料和上料，同时也指导线长协调生产人员，对设备进行调试，指导条码打印人员打印工单需要的产品条码准备进行生产。并通过工单及文档管理系统中相应的作业指导书，指导生产的顺利进行。

       在生产过程中，以条码、RFID等信息载体，MES实时采集生产制造过程中的加工和质量信息，在采集的同时，将采集到的信息与工单、工艺路径及参数、物料、质量等信息进行相互验证，起到物料防错、工序防错防漏、工艺防错的作用，同时也将采集到的生产及质量信息实时反馈到系统的各看板、SPC和统计报表中，使管理者在第一时间掌握车间的物料、生产进度、质量情况，为管理者的决策提供数据支持。

       2.业务流程描述
       a.工单单板、部品条码打印
       根据待加工的工单及批量信息，选择适当的条码生成规则，为每一个半成品或成品等生成生产加工过程中的唯一条码信息并打印，并记录这些条码与工单的关系。在后续的作业过程中，需要在对每一个半成品或成品条码扫描时，校验工单与条码的对应关系，防止生产加工过程中的错误。

       b. 备料上料
       工单在各工序生产所需的原料经库房管理系统拣料并领料出来后，根据生产工单的备料指令，为产线工位/设备准备各物料，并进行上料操作。上料时，系统自动进行指引、校验，防止上错物料。上料时，如果订单（工单）物料没有上齐，则系统出明显的“警告”信息，以提醒操作员。如果在此环节遗漏没有控制住，则在该订单（工单）加工的第一块板进行检验时，系统再重新给出“警告”提示信息。
       各工序的备料和上料过程，为进行物料批次跟踪提供了最原始的信息。

       c.制造过程采集与控制
       系统在各个工序的每条生产线上设有生产及检验采集点，分别采集质量检测信息、维修记录信息及各工序生产完工信息。
       根据工单的加工工序及在各个工序上设置的参数，要求工单在加工过程中严格按照规程进行加工。在加工的过程中，系统指引各工序的下工序是什么并进行工序防呆：校核工序路线是否正确、上工序是否加工完成、上工序加工质量是否合格。对于不合规则的产品移动，系统及时提示用户，并指引到正确的加工工序。

       通过在各个工序的采集收集到的信息，得到了与制造相关统计报表的基础数据。系统提供了多种数据采集方式：人工录入、扫描条形码、批量文件导入、与工控设备接口获取、与其他生产/检验系统接口获取等多种数据采集方式。制造过程信息的采集主要分三类。一类是普通的加工工序，即产品经过该工序时，采集一个条码信息，记录了该工单、该条码的产品在当前工序当前线体上的加工时间、操作员和相关的质量信息。第二类是装配类加工工序，该工序除了要记录第一类工序的所有信息外，还要记录主板与外壳的关联关系。第三类是包装类加工工序，需要记录产品与各种配件的关系，同时也要记录多层的包装盒与包装箱之间的关联关系。

       d.在线维修
       产品维修有两种情况，在线维修和批量返修。
       在线维修由IPQC指引，批量维修则根据批量返修工单进行。产品维修功能主要对维修过程中的故障类型、故障原因、涉及器件、涉及人员以及维修状态信息进行记录。当IPQC检查产品有质量问题并进行了记录，则该产品将不能再继续到下工序加工，必须先要进行维修。维修员扫描产品条码，系统自动列出该产品的所有待维修的缺陷信息：缺陷代码、缺陷名称、缺陷位置、元器件、缺陷数量、类型类别、缺陷发现所在工序、缺陷发现人等相关情况。维修人员可直接根据系统中IPQC记录的缺陷情况对产品进行维修。维修完成后，将维修过程记录到系统中。

       在维护的过程中，如果维修人员发现了检验人员没有发现的缺陷信息，则由维修人员将新发现的缺陷信息录入到系统中，同时对新的缺陷也可进行维修处理。维修完成后，产品重新返回原工序的检验人员处进行检验，此时，检验人员可以看到原检验人员录入的缺陷，也可以看到维修人员录入的缺陷，并根据缺陷和维修信息进行重检。

       e.产品报废
       对于无法维修等原因产品需要进行报废处理，在系统中登记报废产品的条码、报废原因，同时从系统中提取相关的生产和质量信息进行归档，以便进行分析和查阅。

       f.产品隔离
       对于一些原因不明的不良品，为防止流入下工序，可以进行产品隔离，以便进一步分析发生问题的原因。已隔离的产品，在任何工序上操作时，系统都会给出明确的提示，防止误操作。

       g.工单管控
       由于生产环境中，各种可变的因素可能导致生产的暂停，因此，需要对工单进行各项控制。
       工单控制主要有以下工作：
       1） 工单挂起和恢复生产
       2） 工单删除
       3） 工单更改ECN

       在生产过程中出现意外情况时将工单置为挂起状态暂停执行工单的挂起有多种情况
       1） 首检不合格经相关人员确认后将工单挂起
       2） 生产线上设备发生异常生产过程不能继续
       3） 其他行政性因素

       工单挂起后当条件发生变化需要继续生产时将工单的状态重新置为生产。 工单控制分为三个层次，分别为：
       1) 部门级工单控制：对整个工单进行控制；
       2) 工序级工单控制：对产品加工过程中的某个工序的工单进行控制，对当前工单的其他工序不产生影响；
       3) 班次级工单控制：对产品加工过程中的某个工序的某个线体的某个班次的工单进行控制，不影响当前工单在当前工序其他线体的班次工单的生产；

       h. 作业指导书查阅
       在制造的各个环节，可随时在系统中调阅由MES文档管理子系统提供的当前工单、当前工序的作业指导书和相关的产品资料，保证了制造的正确性和资料版本的正确性。

       i.制造过程相关看板
       系统提供了在制造的各个环节，随时监控制造过程中的生产进度情况、生产质量情况、设备运行情况、在线库物料消耗情况等相关的各种看板，随时了解现场的各种状况。