知识丨天心天思制造执行系统（MES）

乔先生

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2023-05-09 18:46

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系统名称：生产制造执行系统（简称MES）

随着企业的发展，、管理问题也越来越突出。为此，公司在2007年实施了SAP的ERP系统，对财务、采购销售、计划和库存等业务方面进行了管理，但在制造过程的管理中，还没有一套系统来支撑。随着汽车行业的TS16949认证管理要求，同时也出于企业自己管理的需求，需要一套制造执行系统来对制造环节中的物料、生产、质量、设备、关键部品批次跟踪等方面进行管理和追踪。

MES系统从SAP ERP系统得到工作工单，并将工作任令进行细化、调度、排产，对制造过程进行指引、控制，采集制造过程中的原料批次信息、生产信息和质量信息，并将采集到生产信息及时反馈到ERP中，从而使ERP及时掌握生产现场的信息。

在采集的信息的基础上实现产品、部品之间的双向追踪和统计报表功能。在制造业信息平台中,MES制造执行系统在计划管理层与底层车间生产控制之间建立了联系，填补了两者之间的空隙。

MES系统主要有以下目标：

l 资源管理：通过对设备、物料、人员的综合管理，平衡各方面的关系，达到缩短生产准备时间和生产周期，提高产品质量，全面提升设备利用率，大幅度提高生产排程和调度效率，更有效的利用车间资源，快速提升车间管理能力和管理效率，进一步降低生产成本，有效控制产品的质量问题，大幅度提高在制品追溯速度和准确性，工时管理更加科学合理，减少成品/半成品库存积压，缩短交货时间，及时响应市场变化的目标；

l 生产调度：建立科学、实用的生产排程系统，帮助生产调度人员快速合理地进行生产调度，并可在情况发生变化时可以方便地随时调整作业计划，在保证及时交付的情况下，最大限度地节约生产能源，提高设备生产率和工作效率，减少产品总加工时间；

l 物料及批次管理：通过在线库存和物料条码管理，实现对生产物料的收、发、存、耗用管理，达到物料库存、消耗和使用状况管理，并通过对产品的制造过程和质量信息进行实时采集，实现产品的制造过程追踪和产品与原料批次之间的双向追踪；

l 生产过程管理：控制指引制造过程，对产品各工序的生产、检验、维修以及交付过程进行控制和指引，在提高操作效率的同时杜绝作业操作错误的出现。实时监控生产，实现对生产过程的精细化管理和控制；

l 生产质量管理：建立完整的质量管理体系，对原料、生产、检验、交付各环节进行质量保障和质量跟踪，提高产品质量。对缺陷及维修过程进行跟踪和管理，实现有针对性的生产质量改进过程，满足TS16949认证中质量管理要求；

l 生产设备管理：通过自动采集和人工辅助结合的方式，对生产设备进行管理，保障生产过程持续正常地进行；

l 文档管理：控制、管理并传递与生产单元有关的信息文档，包括工程图纸、标准工艺规程、数控加工程序等。规范、唯一了工作中使用的文档来源。增加文档的查阅、修订时的安全性、及时性和方便性。

l 现场监控：通过物料库存监控、设备状态监控、生产进度监控、质量状态监控，提高现场管理的灵敏度；

l 自动化采集：通过与生产设备连接的自动化采集过程，实现了数据的集中管理和实时采集，减少了人工录入的时间和差错率，提高了数据的准确性和采集效率；

l 与其他系统的集成：与SAP之间实现自动数据交换，使订单的各个执行环节在SAP中始终可视，提高SAP动态反映的能力，使生产供应各个环节更加协调。提供与外部其他系统的接口，实现与其他供应商/客户的数据输出；

l 数据分析和挖掘：通过生产过程大量采集的现场作业数据，提供满足管理和业务的各类统计查询报表，并为将来的数据挖掘提供详实的数据；

MES系统功能：（7大功能）

库房管理、生产调度、制造过程管理、质量管理、设备工装管理、文档管理、物料批次跟踪

1、1库房管理

1.1.1 业务流程描述

1.1.1.1 原料条码打印

对于有批次跟踪要求的原料，在原料收到并经QC检验合格后，将物料折分到最小包装，打印跟踪条码并粘贴在最小包装上，建立原料与厂家条码、厂家批次、是否环保原料、收货日期等信息的关联关系。

1.1.1.2 原料入库

扫描已粘贴好跟踪条码的原料，录入数量，建立对应的入库单，记录物料入库人、入库时间，原料完成入库。

1.1.1.3 生产领料

按生产计划通知单，开出领料单，仓管员提前套料（包括半成品）备好，放在的配仓区。实际发料时，将SAP中生产工单的发料清单导入到系统中，仓管员根据工单进行发料。发料时，扫描原料跟踪条码，建立工单与原料、半成品的对应关系。发料过程中系统对原料的条码和数量进行校对，防止错料、漏料、多领、少领等情况的发生。

同时系统提供了可供选择的PDA指引式拣料模块，该模块通过工单的发料清单和系统中库房原料存放的信息，通过PDA指引仓管员从仓库中进行拣料备料。

1.1.1.4 生产退料

在工单加工完成后，按工单将剩余的原料进行退仓处理。工单退仓完成后，可以在系统中对该工单的原料消耗进行差异分析，分析是否有物料超损或丢失的情况。

1.2 生产调度

1.2.1 概述

SAP中制定了月计划，但SAP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。

1.2.2 业务流程描述

1.2.2.1 订单下载

MES从SAP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SAP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SAP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。

1.2.2.2 订单录入

系统允许手工录入非SAP中的订单，录入的订单与从SAP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。

1.2.2.3 工单维护

从SAP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。

1.2.2.4 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，自动排产采用业界先进的“遗传算法”，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。排产的结果以表格和甘特图两种方式进行展示。

1.2.2.5 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。

1.2.2.6 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 制造过程管理

1.3.1 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。

1.3.2 业务流程描述

1.3.2.1 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，为每一块主板、外壳、外装盒、配件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，需要在对每一块单板或部品条码扫描时，校验工单与条码的对应关系，防止生产加工过程中的错误。

1.3.2.2 SMT备料上料

工单在SMT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SMT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。

订单（工单）上料必须检验原料的环保信息。如果订单（工单）为环保，则不允许上非环保的物料。同时系统给出明显的“警告”信息，以提醒操作员。

上料时，如果订单（工单）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。

为实现SMT备料上料的业务，需要对SMT及附属设备，如飞达、TABLE、TRAY盘进行条码管理和运行维护管理（详见设备条码管理部分）。

SMT上料分为移动TABLE和固定TABLE两类。

SMT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。

1.3.2.3 其他工序上料

SMT工序由于设备的特殊性，需要经过多个步骤的操作。而在其他工序，例如插件、装配、包装这些工序环节，其上料过程相对简单。操作员扫描物料根据系统提示确定是否为当前需要加工的物料，然后扫描工位，系统验正合法性，物料与工位是否匹配。

通过以上几个制造过程中对物料的管理模块，保障了生产过程中物料使用的安全性，防止了错料等情况的发生，特别是在环保/非环保工单/物料的加工过程中起到了非常关键的作用。

1.3.2.4 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。

1.3.2.5 在线维修

产品维修有两种情况，在线维修和批量返修。按照工段可分为SMT修理/SMT外观修理/补焊修理/ICT修理/FT修理/涂敷修理/板测修理等。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。

修理更换器件需要自动比对工单与器件的环保属性,防止非环保物料用于环保工单.

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。

1.3.2.6 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。

1.3.2.7 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。

1.3.2.8 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；

1.3.2.9 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。

1.3.2.10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。

1.4 质量管理

1.4.1 概述

在MES中定义质量活动的流程和准则。

在制造过程中测量和采集质量信息。

按准则控制质量和业务流程。

通过SPC、SQC分析造成质量问题的根源，发现引发缺陷的趋势。

找到防止问题在未来发生的方法，并对流程加以改进。

1.4.2 业务流程描述

1.4.2.1 定义产品质量控制工序

根据待加工的产品的加工工艺路径，结合产品的质量特性，在加工的过程中，设置各种质量检验工序，以保证在生产的过程中对产品质量的监控。例如，某些产品在SMT生产后，进入AOI检验前，设备先进行人工目检，以尽早发现SMT加工工序的质量问题，避免批量质量问题的发生。而某些产品由于加工工艺的原因，可能不需要进行ICT检验。

1.4.2.2 定义产品质量控制工序参数

在定义各产品的质量控制工序的同时，设备该质量控制工序的控制方式和参数。例如，对某些工序是否要进行首检，各质量控制工序是随机抽检、批量抽检还是全检，检验的标准是什么。质量控制工序参数设置好以后，工单在加工时，就必须按设置的检验方式和参数进行检验，使得规则的质量检验能够真正的落实执行下去。

1.4.2.3 首检

当一个工单、一个作业班次开始加工时，为了检验设备的情况、用料的情况、产品的设计情况等，需要在各个工序首先加工3~5个产品，并对这几块产品进行质量检查，以确保后续的生产能够顺利地进行。

当在工序质量控制参数设置中设置了要进行首检时，系统自动根据检验规则进入首检状态，要求操作员完成首检工作才允许进行批量生产。

不同的产品、不同的工序可以定义不同的首检规则。

1.4.2.4 全检

本功能供工序检验人员使用，完成质检信息录入、首检结论处理、产生DPMO图源数据、预警图源数据等。

全检过程必须对工序中一个产品进行检验，并根据检验结果录入检验结论。

1.4.2.5 随机抽检

不定时地对各工序的产品进行检验，并根据检验结果录入检验结论，并将检查结果输出过程警报信息。巡检不合格品产品不能流到下工位，但巡检不对被检的批量产品进行判断，产品正常流到下工位。

1.4.2.6 批量抽检

批量抽检是将一个生产工单的一个工序生产的产品，分成多个批次进行抽检。

标准抽检需要预先定义检验规则、检验标准和检验方案，并在生产过程中，根据检验方案对产品进行批量抽检。在抽检过程中，对抽检的产品进行质量判断。如果在几个批次中都出现有质量问题，则需要增加后续抽检批次的抽检比例，达到加强质量控制的目的。如果连续多批抽检质量合格，则可以减少后续抽检批次的抽检比例，达到减少生产成本，提高生产效率的目的。

在订单（工单）的维护中，确定各工序批量抽检的方案和抽检的批次大小。系统根据批量抽检的方案，在生产过程中指引检验人员进行批量抽检。