MES制造执行系统的原理和实现.docx

1、MES制造执行系统的原理和实现.、八 、-刖言近些年来，我国已经涌现了大量的制造型企业，随着竞争的发展，对产品质量 的要求越来越高，特别是在电子制造型的企业里，对于制造流程控制的要求不断 提升。许多企业为了增强竞争力，不惜重金实施ERP系统，以求缩减成本控制、 缩短供货周期。但在内部生产控制上，却没有一个完善成熟的平台。 MES制造执行系统就是在这种背景上，受到大家越来越多的关注，越来越多的企业在考虑 啊或实施自己的MES系统。本书系统地介绍了 MES的功能模块和实现的逻辑。本人在国内大型的电子产 品制造企业担任多年的工艺工程师和工厂控制系统业务分析师， 对制造的流程非 常熟悉，参与设计了所在

2、企业的 MES系统。本书是作者多年经验的总结。希望本书有助于大家理解MES系统，有助于国内制造企业的流程控制和质 量提升。第一章什么是制造执行系统1.1MES的功能在传统的加工生产企业中，往往用流程卡来进行生产的跟踪控制。在流程卡 上印刷工序列表，每经过一个工位，则由作业人员打勾、签名、标注日期。这样 产品在生产线上流转时，我们可以检查产品是否经过了所有的必须工序。MES全称Manufacturing Execution System制造执行系统，它的核心功能与流程卡类似，即通过流水号控制生产工序。 MES通过创建产品的序列号来取代 流程卡号，生产过程中的任何一个工序通过序列号访问数据库， 得

3、到所有相关的 控制信息。流程卡在生产完成之后即作废，而序列号却一直保存在企业的数据库中，所以可以作为产品今后的跟踪依据，方便质量管理。简单地说， MES有两大核心功能：根据序列号进行工序的控制，根据序列号进行历史数据的跟踪。 其它功 能还有装配、包装、物料跟踪，我们在具体的模块中详细介绍。1.2MES与ERP的关系ERP即Enterprise Resource Planning企业资源计划，是生产企业的核心模块，其主要功能是物料管理和成本控制。所有的生产都是由ERP（通过工单）发起、由ERP（通过发货单）结束的。一些ERP系统也包含了简单的生产模块。我们可以把 MES看成ERP生产 模块的专业

4、化。因此 MES与ERP的接口应保持逻辑上的一致性。第二章产品、工单、序列号2.1产品(Product)MES的流程通常是由ERP系统发起的，因此对于产品的定义必须与 ERP保持 一致。通常，用item_no(产品编或者item_no和item_revision(产品版本)的组合来定义 一个产品(product)。从ERP的角度而言，产品等同于物编码。一个完整的产品周期可能包含以下环节，这些环节都与产品相关，如图 2-1对于MES而言，产品除了物料属性以外，还有一些其它与生产密切相关的属性, 如工艺流程、装配结构、测试规范等。我们在后面的章节中将陆续展开。2.2工单(WorkOrder)工单又

5、称任务单、计划单。一个工单定义了一次加工作业，包含以下信息：待 加工产品、数量、加工起点、原材料输出仓库、成品输入仓库，以及工单状态、 计划完成时间等辅助信息。一个标准的 MES系统是由工单驱动的。首先由计划2-2：员在ERP中定义工单，然后将此工单刷新到 MES，车间的主管将工单落实到具体的产品工艺路线，操作人员按照工艺路线进行作业。如图2.3序列号（SerialNumber）在传统的生产过程中，我们往往用流程卡来指导产品的生产。在 MES系统中，我们用序列号来代表一个具体的产品。序列号代表系统里唯一的一个产品，它具 有item_no属性（ERP物料号），此外，它必须与工单关联，这样才能够用

6、工单进 行驱动。对于制造件和装配件，它们的序列号规则是不一样的。对于制造件，其 序列号可以全部由MES系统分配产生，而采购件的序列号是供应商产生的，只 能作为外来数据导入MES，同时赋予其item_no属性。在一些情况下，序列号是 企业的重要资源。如对于网卡 MAC地址，其前6位是企业代号，后6位是企业 内部的MAC流水号，MAC地址的申请需要向相关组织缴纳费用。另如中国GSM 手机的IMEI号码，是由政府信息产业部分配的。在某些情况下，序列号并不代表 ERP中明确定义的产品。如有一款手机产 品G10，其ERP物料号为10010, MES系统会为其分配一序列号 20061100001（item

7、_no属性为10010），然而在ERP的BOM中并没有定义IMEI， 为了保持序列号格式的一致，我们为IMEI定义一个“虚拟” （ERP中没有此物料 号）的item_no： IMEI。这样此手机在生产完成之后，至少有 2个序列号，1个是 10010对应的序列号，1个是IMEI对应的序列号。车间的操作人员在作业时，将序列号与工单建立关联关系，这样工艺路线就 落实到每一个具体的序列号了。产品、工单、序列号三者之间的关系如图 2-3所 示，序列号继承自产品，工单通过与序列号关联的方式驱动产品。图2-32.4条形码为了提高序列号输入的效率，MES系统采用条形码（以下简称条码）来记录序列 号。条码是用条

8、码打印设备，把序列号打印在尺寸裁切好的不干胶贴纸上， 然后 用激光扫描设备识别。常用的条码打印设备有 zebra公司的系列条码打印机。常 用的激光扫描识别设备有symbol公司的手持激光扫描枪系列。常用的条码编码 规范有39码和128码，在一些包装工厂，还用二维码来记录大量数据信息。(E-WORKS)第三章工艺路线3.1 工位(Step)在现代化生产中，批量生产多采用流水作业，流水线由若干个独立作业的 工位组成。工位是产品生产周期中的一个点，或者说一次作业。工位是一个逻辑 概念，一个工位可以对应若干个实际的工作台， 比如电脑的主板装配工位，可以由4个工人、在4个工作台上做相同的装配作业，那么我

9、们说这4个工作台对应 于同一个工位。在 MES系统中，工位的定义可以和实际的作业有一定的出入。 还是举主板装配工位为例，在实际生产中可能作进一步的细化，分成定位、焊接、 固定3个工位，但在MES系统中只定义一个工艺路线控制点，那么我们可以看 作是一个工位。3.2工艺路线(Route)工艺路线是指产品的生产方法。通常我们用流程图来表示工艺路线，流程 图由当前工位、结果、下一工位组合而成，如图 3-1。工艺路线表达了产品完整的生产周期。一个产品可以定义若干个工艺路线， 如试生产工艺路线、量产工艺路线、返工工艺路线等。但是一个工单只能驱动一 条工艺路线，因此工单从ERP刷新到MES后，在生产之前，必

10、须由车间主管或 生产线组长指定工单到某一工艺路线。简单地说，工艺路线是产品的一种属性， 由工位组成，受工单驱动。|泊工-I3.3当前工艺状态(RouteStatus)生产控制的目的，是为了实现 在指定的工位，做指定的产品”。我们在工 艺路线里已经定义了当前工位、 结果、下一工位的组合关系，因此我们只要再记 录某个序列号对应的产品当前的工位和结果，就可以得到下一工位，由此可以进 行工艺检查和工艺记录。对当前工位的定义方法有两种。第一种定义刚刚结束的 工位是当前工位。这样在工艺状态表里记录了序列号、 当前工位名、当前工位结 果。第二种定义下一工位是当前工位。 这样在工艺状态表里记录了序列号、 当前

11、 工位名。3.4工艺检查(RouteCheck)工艺检查是判断序列号是否出现在正确的工位。方法如下:按第一种定义，前台录入工单、序列号、作业工位。后台根据工单得到工艺路线；根据序列号得到当前工位和结果；然后根据工 艺路线和当前工位、结果，得到下一工位；比较下一工位和作业工位，得到工艺按第二种定义，前台录入序列号、作业工位。后台根据序列号得到当前工位;比较当前工位和作业工位，得到工艺检查的结果。如图 3-3所示:F* 炉 好 .-V 聊-Lk. .彳芒3.5工艺记录(RouteUpdate)工艺记录是指工位作业完成后，对工艺的状态进行更新。按第一种定义， 前台录入序列号、作业工位、结果，后台直接

12、将此数据更新到工艺状态表。如图 3-4所示：按第二种定义，前台录入工单、序列号、作业工位、结果；后台根据工单得到工艺路线；根据工艺路线、作业工位、结果，得到下一工位；根据序列号、下线，第二种方法在routeupdate时引用工艺路线。第一种方法在routecheck时较为 繁琐，但是适合以下这种特殊情况，即当前工位和结果的组合，对应的下一工位有多条记录，如图3-6：3.6工艺历史(RouteHistory)在进行RouteUpdate的时候，同时产生一条log记录，包括作业时间、作业人员、作业工单、序列号、当前工位、结果。当生产结束的时候，一个序列号有多条routelog记录，这些记录就构成了

13、一个序列号的工艺历史 RouteHistory,也就是一个完整的生产周期的记录。3.7工艺初始化(Routeinitial)工艺的起始点比较特殊，因为有了它之后才能进行工艺检查。为了设计的 方便，我们在所有的工艺路线中，均设计其起始点为工艺初始化点， 此点之后的工位就可以使用 routecheck和routeupdate方法了。初始化的方法有两种。第一种是在序列号创建之时就进行初始化。第二种是在routecheck时检查是否有routestatus记录，如果没有，则先进 行初始化。初始化是一种特殊的routeupdate其工位名是initial。3.8工艺结束(RouteClose与工单关闭工

14、艺结束点也是较为特殊的一个工位，它是所有工艺路线的最后一个工位。按照routeupdate的第二种方法，则系统通过routeupdate自动产生close工位。关 闭工单时，系统得到此工单驱动的所有序列号；然后routecheck其当前工位是否 都是close；如果全部close则允许关闭工单，否则需强行关闭工单。按照routeupdate的第一种方法，则routehistory里不包括close工位，所以必 须手动关闭。关闭工单时，系统得到此工单驱动的所有序列号；然后 routecheck 其当前工位是否都是close；如果全部close则允许关闭工单，否则需强行关闭工 单。可以在关闭工单时

15、，将其驱动的序列号 routeupdate到 close工位。3.9故障与维修故障工位与维修工位是较为特殊的 route工位，因为它们在routeupdate的同时， 还要记录相应的故障与维修记录。故障与维修信息可以看成 routeupdate的扩展信息，每一次的故障与维修记录，都通过外键关联到一条 routelog历史记录，因此route与故障、维修的动作就接合在一起，可以通过序列号找到它们之间的关 联。3.10自动测试在现代企业的生产中，为保证产品的质量，往往在生产周期中设置若干个测 试点，在大批量的生产中，这些点往往采用自动测试完成。具体的操作是：首先根据产品与工位定义testprofile测试模板，然后输入实测数据，生成测试数据文件，并关联到序列号。由于测试文件与测试模板是关联的，因而能够根据 testprofile进行分类统计。自动测试是一个特殊的 route工位，操作前需要routecheck,完成后进行 routeupdate并生成 routelogo测试数据与 routelog进行关 联，因而可以根据routehistory直接定位测试数据。3.11产品、工单与工艺路线产品、工单与工艺路线的关系，见图3-7,装配结构、包装结构、材料跟踪 的定义参见后面的章节。I幻 3-7第四章装配4.1 装配(assembly与子装配(sub-assem