1、19/20MES制造執行系統實現實時化企業之利器一、MES 簡介作為世界知名的IT咨詢顧問公司，Gartner在2002年末，通過大量不同背景、不同學科的分析員長期的調查研究，Gartner總結歸納出一個對企業治理必將產生深遠阻礙的業務概念RTE（實時企業）。Gartner將實時企業定義為：實時企業是一家通過使用最新信息來積極地消除其關鍵性業務流程中的治理與執行中的延遲從而展開競爭的企業。然而Gartner只告訴我們什么是RTE，而沒有告訴我們如何樣的實現RTE。因此大伙兒眾講紛紜，如某些軟件公司把自己的ERP軟件加上RTE概念就宣稱自己是RTE解決方案等等，事實上傳統的ERP系統有SFCS(

2、車間治理)模塊，然而如關鍵工藝的產量、良率、不良項目等均依靠于生產現場人員手工的統計、分析與回報。因此ERP系統不管如何做都沒法實現工廠實時化的。如工單到生產現場執行之后，工單的進度如何？原物料的消耗狀況如何？品質狀況如何？設備的運行狀況如何？人員的狀況如何？所有這些。工廠生產現場就像一個黑箱一樣的，信息回報不實時、不準確、不穩定等；然而MES制造執行系統的出現填補了那個空白，使生產現場透明化，關心制造企業實現實時化。MES 制造執行系統由美國制造研究協會AMR于90年代初提出：MES(Manufacturing Execution System) ，其定義如下：由一組共享數據的程序所組成的、

3、通過布置在生產現場的專用設備（條碼采集器、PLC、傳感器、I/O、DCS、RFID、PC等）對從原材料上線到成品入庫的生產過程進行實時數據采集、操縱和監控的系統。 是通過操縱包括物料、設備、人員、品質、工藝、流程指令和設施在內的所有工廠資源來提高制造競爭力，提供了一種系統地在統一平臺上集成諸如質量操縱、文檔治理、生產調度、設備治理、制造物流等功能的方式。從而實現企業實時化的信息系統。MES系統實時同意來自ERP系統的工單、BOM、制程、供貨方、庫存、制造指令等信息，同時把生產方法、人員指令、制造指令等下達給人員、設備等操縱層，再實時把生產結果、人員反饋、設備操作狀態與結果、庫存狀況、質量狀況等

4、動態地反饋給ERP系統。因此MES系統建立起制造企業的操縱層各種設備、儀器儀表、條碼采集設備、PLC等和ERP系統之間的橋梁，完全填補從傳感器到ERP之間的溝壑。如下圖示二、MES系統在消費性電子制造行業的應用本人曾經參與過各種不同制造業（電子、家電、機械、汽車、制鞋、制衣等）MES項目的咨詢、規劃、開發與實施，本文將消費性電子廠代表性案例，就 MES 導入前后狀況進行講明。希望能給各位有心讀者達到拋磚引玉、舉一反三的效果。目前國內家電市場是市場開放程度與市場化程度最高的行業，其競爭之激烈，可能可稱之為完全的市場經濟。產品銷售在這幾年間從生產導向快速地演變成市場導向、競爭導向、客戶導向、服務導

5、向；廠家之間的競爭迅速變成了成本、品質、服務之間的競爭。近年來隨著商業資本的日益強大，其勢必追求更大的話事權，如蘇寧、國美、永樂等家電連鎖的日益壯大給家電制造廠商巨大的降價壓力；這邊原材料加價（如：銅、鐵等漲價超過40%）；龐大的成品庫存；而銷售、市場費用只能增不能減等等，所有這些因素大大壓縮了家電制造廠商的利潤，逼使家電制造廠商去采納新的治理手段與方法應用于生產現場來提升產品品質、降低產品制造成本。因而也使得生產現場的狀況起了專門大的變化，傳統現場治理方式己無法應付這新的局面，我們可將目前生產型態及引申的問題歸納成以下幾點：。(1)產品生命周期縮短 該電子廠有500多人研發隊伍，共同致力改進

6、現有產品功能及新產品研究，迎合市場需求。每年推出的新產品成千上萬種，同時推出新產品的周期越來越短。產品汰舊換新加速迫使產品設計，工程及生產部門之間的關系越來越緊密。生產單位不斷面臨新的零組件，新的設備，新的制造流程及經常性的工程變更，生產現場需要一套實時生產指示系統，有效地指引生產人員作業規范，同時能正確迅速地將生產狀況反應給設計制造部門，及時找出新產品生產問題。(2)少量多樣生產型態 該電子廠除了大量生產自己公司的自有品牌產品之外，還為Dell、HP、IBM、GE、Phlips等大廠做大量的OEM/ODM代工生產,生產線達15條之多,每天每條生產線生產的工單有10多張,由于少量多樣的生產型態

7、，現場隨時充斥著眾多不同的制造工單，不同的在制品、零組件，生產單位必須具備混線生產能力，彈性而有效率地在一天當中應付不同產品生產所需。(3)市場變化快速難以預測 消費電子產品是國際競爭壓力大的產品，市場變化快。銷售部門的銷售打算經常變化，客戶的銷售預測、訂單更是經常變化。商場如戰場，過去大規模正規作戰已不復見，而現在強調的是快速反擊部隊，能應付全球各地突發狀況。生產現場也是要能機動地應付變化快速難以預測的訂單式生產型態。(4)國際性競爭，日益激烈 中國大陸加入WTO，經濟的進展國際化腳步進一步加快，所面臨的不僅是國內競爭而是面對全球各地一流產品的競爭壓力。就生產而言，所面臨的是要不斷提升產質量

8、及降低生產成本。過去老總生意好做，只把生產現場當作是一黑箱作業，現在在競爭壓力下必須將此黑箱作業透明化，找出任何阻礙質量及成本的問題，并尋求具體的對策。（5）原材料供應JIT化需求由于產品品種多、生命周期短，為了降低原材料庫存，該廠要求其大部分供應商在其周圍設周轉倉。但其生產線有需要的話，供應商才送貨。其靠提高送貨頻率來降低原材料成本，這要求供應商能實時了解該廠的動態庫存，因此眾多供應商希望能通過該廠門戶網站實時了解其原材料在該廠各個倉庫及生產現場的動態消耗狀況。（6）客戶實時信息需求該廠為Dell、HP、IBM、GE、Phlips等大廠做大量的OEM/ODM代工生產，這些國際性的大公司要求能

9、看到其向該廠所下訂單的生產進度以及訂單的品質分析報告（SPC圖表）。該系統以條碼（barcode）為要緊方式數據采集方式，結合各種數據機床、測試儀器等設備采集生產實時數據，實現對生產流程的操縱，對品質的監控，并對生產數據進行收集、分析和整理以提供治理所需的報表。（一）、基于TCP/IP智能工廠北京普天仁信息技術公司是國內專業從事MES軟件產品的高新軟件企業，其依照客戶生產現場治理的需求，提出了基于TCP/IP智能化工廠解決方案。把工廠現場的影像監控、電子看板系統、現場廣播系統、條碼采集系統、各種現場自動化設備以及監控電腦、門禁考勤系統等全部整合在基于TCP/IP以太網上，實現了工廠監控、操縱、

10、治理的一體化。如下圖：（二）實現功能該場MES系統實現了十四個要緊的MES功能模塊，包括：工廠門戶、工序詳細調度、WIP資源分配和狀態治理、WC生產單元分配、過程治理、HR人力資源治理、設備維護治理、質量治理、文檔治理、產品跟蹤、物料清單治理、性能分析、工業數據庫和數據采集。MES的功能模型如圖4所示。MES不是一個獨立的系統，而是整個企業信息化中的重要組成部分，其跟企業的ERP、CRM、SCM、Logistics、Aotumation、 CMC/PDM都有緊密的治理，共同組成整個企業的信息化系統。MES系統各模塊的功能簡述如下： （1）工廠門戶，供應商、客戶、工廠各級治理人員、工人、工程師等

11、均能夠在該模塊了解到工廠的實時運行信息；（2）WIP資源分配和狀態治理： 指導勞動者，機器，工具和物料如何協調的進行生產，并跟蹤其現在的工作狀態和剛剛完工情況。基于打算和實際產品制造活動來指導工廠的工作流程。這一模塊的功能實際上也可由生產單元分配和質量治理來實現。那個地點是作為一個單獨的系統來實現。（3）WC生產單元分配：通過生產指令將物料或加工命令送到某一加工單元開始工序或工步的操作。（4）Routing工序詳細調度：定義產品的加工工藝與流程，通過基于有限資源能力的作業排序和調度來優化車間性能。（5）HR人力資源治理：提供按分鐘級更新的職員狀態信息數據（工時，出勤等），基于人員資歷，工作模式

12、，業務需求的變化來指導人員的工作。（6）維護治理： 通過活動監控和指導保證機器和其它資產設備的正常運轉以實現工廠的執行目標。（7）質量治理： 依照工程目標來實時記錄，跟蹤和分析產品和加工過程的質量，以保證產品的質量操縱和確定生產中需要注意的問題。采納QC七大手法、SPC對品質進行分析、統計，進而改善品質。（8） 文檔治理： 治理和分發與產品，工藝規程，設計，SOP，或工作令有關的信息，同時也收集與工作和環境有關的標準信息。（9）產品跟蹤： 通過監視工件在任意時刻的位置和狀態來獵取每一個產品的歷史紀錄，該記錄向用戶提供產品組及每個最終產品使用情況的可追溯性。（10）工單治理：對ERP排產后的工單

13、進行實時跟蹤與治理，了解其生產進度、品質狀況等信息。（11）性能分析 ：將實際制造過程測定的結果與過去的歷史記錄和企業制定的目標以及客戶的要求進行比較。其輸出的報告或在線顯示用以輔助性能的改進和提高。（12）工業數據庫：對生產現場采集上來的海量工業實時數據進存儲、壓縮、檢索、備份、恢復等治理；（13）產品清單治理：將生產中用到的原材料、半成品的標準用量、供應商、批次等進行治理，再依照實際的用量、供應商、批次等進行比較，為動態庫存、JIT供應提供支持。（14） 數據采集： 監視，收集和組織來自人員，機器和底層操縱操作數據以及工序，物料信息。這些數據可由車間手工錄入或由各種自動方式獵取。（三）實施

14、MES后的前后比較結合企業目前的生產治理現狀和需求，我們對MES上線前和上線后的生產現場治理進行比較，從中不難看出MES的效益來。(1) 流程卡治理導入前： 目前企業在生產中沒有實行這一制度，在一般的電子、家電業中都會實行流程卡的治理。每一在制品附一流程卡片，作業員完成一制程須將日期、人員、生產信息填寫在流程卡上，在成品包裝前，收集起來，以備日后維修查詢之用。導入后： 不但能把流程卡治理這一制度建立起來，同時因為系統的大部分生產數據的收集均通過條碼設備、自動化設備，大大加快了數據收集的速度，生產線的效率不但沒有降低，反而得到了大大的提高。每一流程卡附上該在制品序號條形碼，作業員完成一制程后，利

15、用條形碼輸入序號，及生產數據(例如：不良代碼也印制成條形碼)，MES自動并入時刻，工作站，人員資料，存入流程卡數據庫中。(2) 工單追蹤治理導入前： 利用每日生產表格由生產單位組長填寫各工單投入產出，人員出勤等資料，再匯總計算出各制令進度。然而組裝生產線流程快速，生產主管永久無法得知各工單目前的進度。導入后： 每站（需管制的站點）需刷流程卡序號，計算機可自動計算出其所屬工單在各生產單位詳細過程及最近狀況，主管辦公室之計算機可得知全廠一分鐘前工單最新狀況。假如主管遠在國外，只要其能進入MES工廠門戶系統，了解整個工廠的工單運行情況變成了彈指之間的事。(3) 在制品追蹤治理導入前： 目前企業沒有對

16、WIP倉庫進行有效的治理，常造成一堆不良品、待修品積壓在現場。導入后： 利用流程卡完整數據，SFCS可追蹤每一在制品最新位置、狀態，統計整理后，能夠依制令不，產品不或現場區段，追蹤在制品分布狀況。(4) 設備治理導入前： 不同機種設備時刻長短不同，盡管設備多用PLC操縱，自動輸送帶操縱, 然而仍須由人在現場操作，掌握信息不足，無法對設備做有效地利用。導入后： 透過普天MES與生產設備聯機，能夠利用MES直接操縱PLC，進，能夠有效掌握設備時刻及空間利用。(5) 包裝監督導入前: 相同產品，因不同地區客戶，需配置不同文字手冊，電源等包裝材料，但因混線生產，易生錯誤（如放置兩本文字手冊、電源線多放

17、了一條等）。導入后： 可立即給予包裝人員明確包裝指示，幸免疏忽，或是進一步整合防呆系統可進一步當錯誤時立即發出警示。(6) 品質監控治理導入前： 品質資料由品管站輸入品質表格中，但因是人工填寫，資料有限，而完整的檢修資料是填寫在流程卡中，數量多，少有工廠輸入計算機，因此多是事后整理品質報表做為以后品質改善，但又因數據不完整、不正確, 不容易找到真正緣故。依照我們與企業的交流與生產現場參觀，品質狀況得不到實時的更新，品質管控中所需要的P管制圖、Pn管制圖、-R管制圖等重要的品質圖表均有人工事后繪制，不能實時了解生產現場的狀況，各種品質管制圖幾天得不到更新。導入后: 檢測修護、維修資料全由條形碼，

18、或計算機立即輸入，或從測試檢測儀器中實時取出數據進行分析，現場可連接品質看板，實時顯示最新品質狀況，并可做完整詳細統計分析，有效找出品質問題。為品管部門提供實時、動態的P管制圖、Pn管制圖、-R管制圖；再也不用為了要向客戶提供這些管制圖而手忙腳亂了。(7) 出貨治理導入前： 須利用人工記錄那些出貨序號，給那一位客戶，以做售后服務，也因缺乏實時核對能力，常在出貨之機種及數量上發生錯誤，造成不小的損失。導入后： 出貨同時，刷讀外箱序號條形碼，可立即核對，如不符出貨條件，可立即告之出貨人員。同時把出貨信息上傳ERP系統。(8) 自動化設備整合導入前： 企業用的SMT,、ICT、AI、ATE等設備多獨

19、立運作，效益不高，設備治理也不佳。導入后： 將MES與SMT、AI 等整合，可自動得取生產資訊及設備狀況，與ICT、ATE等整合，可自動得取測試資料。(9) 現場物料治理導入前： 企業每天一條線生產10多張工單，因混線生產，無法掌握實際生產狀況，常發生造缺料停線。導入后： MES能夠隨時掌握最新各制令，各機種組裝數量，能夠實時計算出現場物料狀況，以預做供料預備，有效降低這方面人力及缺料現象。(10) 售后服務導入前: 也不知其何時出貨，專門難提供有效的售后服務。客戶回修之產品，企業能夠方便地找出出貨時刻、出貨客戶（有出貨條碼治理系統）；但假如想了解該產品在生產時的信息，由于出貨沒有與生產數據進

20、行整合，要找出其原來的生產信息，須花費相當大的人力。導入后： MES提供追蹤功能，能夠掌握每一成品完整流程卡資料、當時生產現場的狀況及出貨時刻、出貨客戶，追蹤成品在生產中的各種記錄，可提供客戶完整的售后服務。（11）原料入庫治理假如要進行原料入庫方面的管控，MES能夠有專門的原材料入庫治理模塊。我們認為只要對要緊的原材料進行條碼治理，次要的只要進行批號治理就能夠了。當要緊原材料進行驗收時，對其進行掃描，系統依照其提供的資料，對其按產品、規格進行匯總，同時，系統會與ERP進行接口，將數據寫入到ERP的原料庫存檔中。（12）效益總結總體上來講，品質得以實時改善提升，制造成本受控，交期縮短；同時由于

21、該 MES系統提供給大客戶查詢其訂單實時進度、訂單的詳細品質記錄、各種品質管制圖表，因此大客戶認為其是一個數字化的現代化工廠，能讓他們隨時隨地了解工廠的產能狀況、訂單生產進度、足夠詳細的品質記錄分析報告，進而給該工廠更多的訂單。（四）實施MES的效益分析定性 定量降低生產周期 降低25減少/消除數據錄入時刻 降低至3070%提高數據完整性 提高95以上降低庫存 降低12減少上述各過程的統計、記錄工作 80的工作量減少減少適應時刻 試產磨合期降低至原來的10減少過失 減少過失70責任到個人 工人績效提高20% 減少過失文書工作 減少過失文書工作80產品品質在線報告 產品品質在線報告，實時性提高9

22、9提供 ERP 實時和準確的生產數據 變成實時、動態數據刷新六、結論制造執行系統（MES）軟件彌合了企業打算層和生產車間過程操縱系統之間的間隔，是制造過程信息集成的紐帶。MES通過強調制造過程的整體優化來關心企業實施完整的閉環生產，同時也為敏捷制造企業的實施提供了良好的基礎。大力推動MES在制造企業的應用，將對我國成為世界制造中心作出貢獻。參考文獻：1 MESA International, ”MES Explained: A High Level Vision,” White Paper6 (Pittsburgh: Manufacturing Execution Systems Assoc.

23、, 1997).2 MESA International, ”MES Functionalities & MRP to MES Data Flow Possibilities,” White Paper2 (Pittsburgh: Manufacturing Execution Systems Assoc., 1997).3 孫宇, 陳杰, 蔣曉春,李東波. 略論制造執行系統研究.高技術通訊.1999.10: 60-62.4 MESA International, ”Execution-Driven Manufacturing Management for Competitive Advantage,” White Paper5(Pittsburgh: Manufacturing Execution Systems Assoc., 1997