文/王威 張偉 石寶松 王羚薇

為不斷縮短研制生產(chǎn)周期，降低制造成本，提高產(chǎn)品性能和可靠性，當前電子制造行業(yè)普遍提倡“精細化管理”和“數(shù)字化制造”，其中MES(Manufacturing Execution System)制造執(zhí)行系統(tǒng)憑借其諸多優(yōu)勢已成為業(yè)內(nèi)的主流選擇之一。MES是美國先進制造研究機構(gòu)AMR(Advanced Manufacturing Research)于20世紀90年代提出的概念。其定義是：通過采用實時的和精確的數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)活動進行及時的引導、響應和報告，對隨時可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件做出快速的反應，從而有效提高生產(chǎn)運行效率。MES國際聯(lián)合會（Manufacturing Execution System Association, MESA）則進一步解釋為：“MES能通過信息的傳遞，對從訂單下達開始到產(chǎn)品完成的整個產(chǎn)品生產(chǎn)過程進行優(yōu)化的管理，對工廠發(fā)生的實時事件及時做出相應地反應和報告，并用當前準確的數(shù)據(jù)對其進行相應地指導和處理?！盡ES主要強調(diào)三點：

（1）提供對整個車間制造過程的優(yōu)化功能；

（2）提供實時收集生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的功能，并進行相應的分析和處理；

（3）計劃層與控制層之間保持雙向信息交互，通過企業(yè)的連續(xù)信息流來實現(xiàn)企業(yè)信息全集成。

MES是一種先進的生產(chǎn)管理模式，它把產(chǎn)品制造系統(tǒng)的計劃、進度、追蹤、物料、質(zhì)量、設備等一體化管理。MES系統(tǒng)在民品生產(chǎn)中有大量的成功例子，但是在多品種、小批量、時間緊、任務急，品種變換快的軍品生產(chǎn)中推廣難度較大，是軍工生產(chǎn)單位普遍關(guān)注的問題。

1 軍工企業(yè)的生產(chǎn)特點及存在問題

軍工企業(yè)生產(chǎn)與傳統(tǒng)的以大規(guī)模生產(chǎn)制造為主的民用企業(yè)有很大的不同，主要體現(xiàn)在兩個方面：

（1）從生產(chǎn)模式來說，軍工企業(yè)多采用典型的面向訂單（Make to order，MTO）生產(chǎn)模式，即為訂單而設計、為訂單而制造、按訂單驅(qū)動生產(chǎn)，與面向庫存（標準產(chǎn)品）的生產(chǎn)模式相比，具有在研/在制產(chǎn)品多，設計相對不成熟，產(chǎn)品可制造性差等特點，這些特點導致生產(chǎn)準備工作量大（生產(chǎn)效率低），生產(chǎn)任務量動態(tài)變化大（忙閑不均），因此，計劃與資源調(diào)配以及成本、進度和質(zhì)量控制等困難較大；

（2）從項目管理模式來說，由于軍工企業(yè)多為國企，其生產(chǎn)、管理部門的設置多沿用職能模式，一個項目從合同簽訂、生產(chǎn)計劃制定下達、產(chǎn)品設計直至投產(chǎn)過程，涉及的人員、部門眾多，因此生產(chǎn)的組織管理十分復雜。

結(jié)合筆者所在單位，產(chǎn)品類型包括地面靶場測量與光電對抗設備、航空平臺與偵察相機以及航天載荷及整星等，電裝生產(chǎn)任務包括PCB組裝/三防/固封、電纜組件與電纜網(wǎng)制作、單機電氣裝配、系統(tǒng)與整機綜合布線、航天產(chǎn)品熱控實施等。由于產(chǎn)品類型多且多為單品研制生產(chǎn)，因此，“邊研-邊產(chǎn)-邊定型”情況十分普遍，現(xiàn)有的生產(chǎn)管理模式，已很難滿足科研生產(chǎn)需求，具體存在的問題包括：

（1）技術(shù)和管理信息不能共享，計劃制定者不能及時準確掌握車間生產(chǎn)狀態(tài)，導致計劃落實困難；

（2）生產(chǎn)過程不可監(jiān)控，生產(chǎn)效率嚴重依賴于生產(chǎn)組長（或調(diào)度）的管理能力及工作主動性；

（3）數(shù)據(jù)采集困難，管理者無法及時監(jiān)控掌握設備狀態(tài)、工作進程、產(chǎn)品質(zhì)量等信息，更無法進行分析并優(yōu)化調(diào)整生產(chǎn)計劃；

（4）工時定額統(tǒng)計不準確，不能作為工人績效考核的有效依據(jù)，也不能為產(chǎn)品的成本核算提供相對合理和準確的數(shù)據(jù)（產(chǎn)品報價不科學）；

（5）缺乏資源一致性維護，對物料（原材料、元器件）的動態(tài)管理依賴后續(xù)工序的等待和催促（出現(xiàn)過錫膏、灌封膠等材料短缺影響正常生產(chǎn)的情況），影響生產(chǎn)地有序進行。隨著所內(nèi)科研任務的不斷增多，上述情況愈發(fā)明顯，嚴重影響了科研生產(chǎn)任務地順利完成。

2 軍工科研單位實施MES的困難和關(guān)鍵點

從MES的基本概念看，它本應是“多品種、小批量”的軍工生產(chǎn)管理的完美解決方案，然而在實際應用過程中卻存在諸多困難和制約因素，嚴重影響著其在軍工科研單位的推廣。

2.1 實施團隊組建

MES實施成功的首要因素在于實施人員和團隊，MES廠商對此一般會有標準的項目組組織架構(gòu)要求，然而由于軍工科研單位對MES的原理、實施和運行管理的方法缺乏深刻的理解和認識，使其成為項目實施的最主要制約因素之一。體現(xiàn)在：

（1）對MES毫無概念，認為MES只是一套普通的商業(yè)軟件，實施工作由MES廠商完成，甲方只須接受培訓即可使用；

（2）MES項目實施的關(guān)鍵崗位不能得到人員保障，MES的運轉(zhuǎn)不能從企業(yè)管理、技術(shù)、技能等多環(huán)節(jié)全面推廣。

2.2 MES廠商選擇

圖1：軍工產(chǎn)品生產(chǎn)業(yè)務流程模型

圖2：MES軟件業(yè)務架構(gòu)

圖3：MES功能架構(gòu)設計

MES的定義和要解決的問題決定了它絕不是一個“普適”的貨架產(chǎn)品，它的開發(fā)必將是用戶和供應商深度配合，頻繁溝通的過程。因此用戶除了需要組建高水平實施團隊外，MES廠商的選擇十分關(guān)鍵。選擇MES廠商最簡單的原則是廠商實力，而所謂的“實力”除了廠商的行業(yè)信譽與項目實施經(jīng)驗外，對軍工科研單位而言“客戶適應能力”也同樣重要，這是因為軍工科研生產(chǎn)的特點決定了其MES系統(tǒng)的高復雜性和高差異性，加之軍工科研單位大多缺乏信息化管理經(jīng)驗，對于項目任務書的編寫很難一步到位，必然出現(xiàn)在項目實施的過程中隨時更改需求的情況，這就需要MES廠商予以積極配合，且具有較強的快速更改設計的能力。這樣才能開發(fā)出真正符合需求的MES系統(tǒng)。

圖4：生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)表架構(gòu)圖

圖5：閉筒式圓形預絕緣端子壓接通用工藝

圖6：插裝件波峰焊接通用工藝流程

2.3 功能需求及目標明確

MES成功實施的另一個關(guān)鍵因素是任務目標的確定，清晰明確、可行性強的項目任務書可以大大降低MES廠商的開發(fā)難度。確定功能需求時應把握以下原則：

（1）系統(tǒng)功能明確而收斂原則?！癕ES可以解決很多問題，但MES不解決所有問題”，所以在功能的確定上，“切忌大而全”，應該設定有限功能，避免無限的增加項目實施難度。

（2）目標詳盡原則。明確主要功能后，還需進行詳細的需求分析和目標分解，進一步提高項目成功實施的概率。而詳細的需求分析則主要依賴于項目團隊是否具有MES的使用經(jīng)驗和對本單位現(xiàn)狀的了解，兩個因素缺一不可。實際上，項目團隊能否提供準確、合理的功能需求分析，是確保MES建設能否成功獲得預期效果的根本保證。

2.4 管理層的意志

MES的建立和推行是一個系統(tǒng)工程，無論是經(jīng)費的投入、團隊的組建、MES的開發(fā)以及后續(xù)的推廣執(zhí)行，都需要強有力的決策。軍工科研單位“科研為主、生產(chǎn)為輔”的固有模式，決定了最高領(lǐng)導層對生產(chǎn)的了解和重視不夠，而MES系統(tǒng)的建立是一個“自上而下”的過程，讓決策層高度重視并大力推行一個自己“并不是很了解”的大型項目，困難可想而知。這就要求領(lǐng)導層真正的了解MES項目的意義、特點和難度，堅定實施意志。除技術(shù)外，MES實施困難包括：

（1）實施過程進度的客觀性和反復性。軍工單位的特殊性，決定了在MES實施過程中必然有諸多與標準功能差異明顯的定制化需求，進而導致Bug出現(xiàn)的概率增高，高層應將其理解為項目實施成本的一部分，給團隊提供繼續(xù)向前推進的信心和決心。

（2）思維習慣與工作方式的統(tǒng)一。MES的優(yōu)勢是不言而喻的，但推行初期必將會面臨阻礙。一方面員工不愿意放棄原有的工作方式和習慣，轉(zhuǎn)而希望MES系統(tǒng)適應其原有工作方式；另一方面，MES系統(tǒng)上線運行前期的標準化工作，也會導致工作量短期的增加。此時，需要高層領(lǐng)導站在全局的角度把好方向，保證全體員工在思想上的統(tǒng)一和行動上的一致。

3 軍工科研單位MES的架構(gòu)設計

3.1 業(yè)務流程分析

一般而言，電子產(chǎn)品制造的生產(chǎn)過程可描述為：單位計劃部門給車間下達產(chǎn)品生產(chǎn)計劃，規(guī)定產(chǎn)品交期。車間根據(jù)生產(chǎn)資源、現(xiàn)階段生產(chǎn)任務情況等，制訂車間作業(yè)計劃。生產(chǎn)班組按領(lǐng)料單領(lǐng)料，按調(diào)度計劃進行生產(chǎn)作業(yè)。生產(chǎn)過程中，由操作者填寫各工序的隨工流程卡，并實時報檢。質(zhì)檢人員按照每道工序的質(zhì)量檢驗標準，對在制品的各項技術(shù)指標進行檢驗，檢驗結(jié)束后，開具工序處理單。具體的業(yè)務模型如圖1所示。

3.2 軟件業(yè)務架構(gòu)設計

系統(tǒng)通過搜集與監(jiān)控生產(chǎn)進度和生產(chǎn)資源信息，實現(xiàn)對生產(chǎn)情況地及時分析、處理，及時對生產(chǎn)計劃進行適應性更改；對關(guān)鍵流程正反向追溯和分析，得到誤工原因；為每一個工作提供完整的制造-測試數(shù)據(jù)，為產(chǎn)品分級、產(chǎn)品維護、質(zhì)量追溯提供快速檢索，通過統(tǒng)計不合格品和分析問題原因，找出生產(chǎn)問題，并對工藝方法提出改進建議，輔助車間生產(chǎn)管理與決策。此外，MES系統(tǒng)應與單位ERP 、PDS、三維工藝設計系統(tǒng)以及底層控制系統(tǒng)集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和業(yè)務流整合。具體的軟件架構(gòu)如圖2所示。

3.3 功能架構(gòu)設計

MES系統(tǒng)包括權(quán)限管理功能、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能、計劃執(zhí)行管理功能、物流過程管理功能、以及系統(tǒng)集成接口。其中，權(quán)限管理功能由模塊管理、角色管理和角色權(quán)限分配模塊組成，用以保證系統(tǒng)的安全；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能由組織管理、人員管理、生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊組成，包括車間檔案、工作中心、班組、倉庫檔案、物料編碼、物流生產(chǎn)線、工位編碼等子模塊；計劃執(zhí)行管理功能完成車間級的生產(chǎn)計劃安排與調(diào)度，其過程涵蓋接受到ERP生產(chǎn)訂單至班組級生產(chǎn)派工整個計劃執(zhí)行過程；物流過程管理功能以物流輸送系統(tǒng)和智能倉儲系統(tǒng)硬件為依托，實現(xiàn)高效有序的流動和科學管理，滿足生產(chǎn)計劃執(zhí)行需要；系統(tǒng)集成接口用于與ERP、PDM物流控制系統(tǒng)、自動化生產(chǎn)線相集成，是實現(xiàn)系統(tǒng)柔性化、集成化的主要功能模塊。具體的功能架構(gòu)如圖3所示。

3.4 數(shù)據(jù)表架構(gòu)設計

數(shù)據(jù)表是實現(xiàn)后續(xù)數(shù)據(jù)的實時匯總、統(tǒng)計、展現(xiàn)的基礎(chǔ)，為生產(chǎn)管理人員推送第一手現(xiàn)場信息，通過對業(yè)務需求分析和業(yè)務過程建模，系統(tǒng)中各級生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖4所示。

4 軍品電裝MES實施及效果評價

筆者所在單位是典型的軍工科研生產(chǎn)單位，主要從事軍用/航天高端光電儀器設備的研制，作為所內(nèi)專門從事電子制造的部門負責人，筆者近年來主持推動了部門電子組裝制造執(zhí)行系統(tǒng)的建設工作?，F(xiàn)進行一下簡單介紹，以供探討。

4.1 軍品電裝MES實施

4.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理包括對設備和人員等的管理。通過設備管理模塊將車間內(nèi)的電裝生產(chǎn)設備（印刷機、貼片機、回流爐、AOI檢測設備等）聯(lián)網(wǎng)，實時采集生產(chǎn)設備的運行狀態(tài)、參數(shù)調(diào)整選擇、故障維修記錄、檢測結(jié)果等信息，并錄入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。通過人員管理模塊為計劃、調(diào)度、生產(chǎn)、管理、工藝、操作、檢驗、庫房等所有與電裝MES生產(chǎn)相關(guān)的人員分配相應的權(quán)限，并通過個人條碼信息進入系統(tǒng)進行工作。

4.1.2 工藝設計與管理系統(tǒng)

工藝設計是指導軍品生產(chǎn)的關(guān)鍵要素，工藝文件的電子化是電裝MES的一個關(guān)鍵內(nèi)容，筆者針對此項內(nèi)容組織實施了一些相關(guān)工作。

4.1.2.1 通用工藝庫

信息化、數(shù)字化管理離不開生產(chǎn)大數(shù)據(jù)，筆者組織相關(guān)人員對生產(chǎn)中涉及的所有工藝進行了梳理和統(tǒng)計，編制了《典型工藝100條》，從而形成了通用工藝庫，實現(xiàn)了“工序級”工藝的標準化。典型工藝運用照片、圖片、文字、動畫等多種形式，將生產(chǎn)過程中涉及的各種標準操作方法、質(zhì)量要求、合格品判據(jù)等編入其中。工藝庫具有權(quán)限控制，工藝人員進行電子工藝文件編制時，必須調(diào)用典型工藝和流程，不得隨意改動，從而保證相同工序工藝的一致性，同時提升工藝文件的編制效率。某壓接端子的通用工藝如圖 5所示。

4.1.2.2 通用流程庫

將常見的工藝流程編制到通用工藝流程庫中，如單面混裝工藝流程、單面貼片工藝流程、單面通孔插裝工藝流程、雙面混裝工藝流程等，工藝人員可根據(jù)產(chǎn)品的特點直接從庫中調(diào)用，必要時進行適當修改，這樣基本實現(xiàn)了工藝路線的自動制定并為后續(xù)的工序自動分解提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通孔元器件安裝的通用工藝流程如圖 6所示。

4.1.3 車間任務管理系統(tǒng)

車間任務管理主要用于車間生產(chǎn)過程管理與控制，是車間任務在工序級的具體執(zhí)行過程。生產(chǎn)組長根據(jù)生產(chǎn)計劃表生成車間生產(chǎn)計劃，建立車間任務。具體運行中，生產(chǎn)組長進入MES后，首先查詢物料及技術(shù)文件的齊套情況，如滿足條件，則生成生產(chǎn)任務，在生成任務時，根據(jù)工藝流程指定工序的操作人員，同時根據(jù)排產(chǎn)計劃自動生成產(chǎn)品條碼。將條碼打印后轉(zhuǎn)移到待裝產(chǎn)品上，產(chǎn)品條碼掃描進入數(shù)據(jù)庫，開始生產(chǎn)流程。后續(xù)生產(chǎn)過程信息采集全部通過條碼完成。如不滿足條件則標為“警示”狀態(tài)，系統(tǒng)會自動提醒計劃管理人員進行處理。

4.1.4 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)

生產(chǎn)執(zhí)行主要是生產(chǎn)過程的具體實施。生產(chǎn)人員用個人條形碼進入MES后，點擊“我的任務”顯示任務清單，并進入生產(chǎn)流程，生產(chǎn)流程主要采用“串行”工作模式，即前道工序完成后才可進行后道工序操作，工藝上無嚴格要求先后順序的工序可采用“并行”模式，以提高效率，避免出現(xiàn)待工現(xiàn)象。操作人員完成該道工序任務后，掃描產(chǎn)品條碼，提交任務，表示任務完成。

4.1.5 信息查詢系統(tǒng)

信息查詢主要分為設備在線查詢、質(zhì)量跟蹤查詢、任務執(zhí)行查詢、作業(yè)執(zhí)行查詢。整個生產(chǎn)過程信息的實時采集，可以保證MES能實時顯示各生產(chǎn)任務的完成進度，物料的型號和數(shù)量信息、設備狀態(tài)信息等。產(chǎn)品如出現(xiàn)質(zhì)量問題，可通過掃描問題產(chǎn)品條碼獲得生產(chǎn)過程的全部信息，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量追溯、原材料供應商追溯、批次追溯、操作人員追溯，從而建立產(chǎn)品質(zhì)量檔案，為質(zhì)量問題的復查提供準確信息。

4.1.6 分析統(tǒng)計系統(tǒng)

統(tǒng)計分析主要包括實際工時分析、材料用量分析、工作量統(tǒng)計、質(zhì)量問題統(tǒng)計等。可以使管理人員及時了解生產(chǎn)任務的執(zhí)行情況，提前進行計劃調(diào)整和生產(chǎn)調(diào)度，為車間管理者考核操作人員技能水平提供參考依據(jù)，同時也是車間進行成本核算的重要信息來源。

4.2 實施效果評價

通過一年多的運行，筆者觀察發(fā)現(xiàn)：定制化的MES系統(tǒng)大大緩解了計劃和管理人員的管理壓力，提升了管理效率，達到了預期目的，主要體現(xiàn)為：

（1）增強了生產(chǎn)控制力度，生產(chǎn)計劃編制、生產(chǎn)任務下達實現(xiàn)了無紙化，計劃的執(zhí)行實現(xiàn)了實時監(jiān)控和動態(tài)調(diào)整，提高了生產(chǎn)計劃的準確性，增加了生產(chǎn)過程的透明度；

（2）通過建立PCBA、綜合布線及熱控實施類電裝工藝通用庫，工藝文件實現(xiàn)了自動生成、電子審批和自動推送，提高了工藝的一致性和工藝文件編制效率；

（3）經(jīng)過短期適應，部門內(nèi)部逐漸形成了“一看、二做、三掃描”的新型生產(chǎn)模式，一看是指：終端看任務、終端看工藝；二做是指，做具體工序，做質(zhì)量記錄；三掃描是指，工作完成后向終端中掃描條碼信息，從而真正實現(xiàn)了信息化、無紙化辦公。

（4）改善了產(chǎn)品質(zhì)量管理手段，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，能夠追溯到產(chǎn)品的全部質(zhì)量信息，將產(chǎn)品質(zhì)量追溯到個人，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控能力，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)束語

在當前中國制造2025的大背景下，稍加實力的制造型企業(yè)無不在大力推行數(shù)字化管理和智能化制造模式。MES做為一種軟硬件結(jié)合的協(xié)同制造系統(tǒng)，是解決多品種、小批量軍工產(chǎn)品生產(chǎn)管理的有效手段，可以大大提高軍工科研單位的制造水平。但由于軍工研制型企業(yè)的特殊性，MES系統(tǒng)還存在較多需要改進的地方，如在實際運行過程中還存在自動排產(chǎn)功能不完善，對ERP系統(tǒng)中的計劃變更不能做到很靈活聯(lián)動，各相關(guān)系統(tǒng)由于保密問題數(shù)據(jù)交換有滯后性等，這些都需要根據(jù)單位情況進行進一步的深入研究。