（计算机应用技术专业论文）基于mes的可追溯性系统的研究与实现.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 制造执行系统( m e s ) 是企业信息化建设中的关键环节，可追溯性系统作为 制造执行系统的一个重要组成部分，对于缺陷产品招回成本的降低和工艺流程的 改进具有重要的工程意义。u t 斯达康杭州有限公司是浙江省电子信息产品制造业 十强企业，该公司从2 0 0 5 年起开始实施u g s 公司的制造执行系统解决方案，由 于系统设计与自身工艺方面的原因，原可追溯性系统不能充分满足客户的要求， 需要重新设计开发。本文就是在此背景上，介绍基于m e s 的可追溯性系统的研究 与实现。 本文根据电子制造业的普遍特点，在研究制造执行系统技术的基础上，针对 电子制造业的软件特点，提出了基于m e s 的可追溯性系统的体系结构，并完成了 各功能模块的分析、设计与实现。论文的主要工作包括： l 、系统全面地介绍了制造执行系统技术，包括其产生的历史背景、产生和 发展过程、各研究组织对它的定义和功能模型，并探讨了国内外发展现状以及未 来发展趋势。 2 、阐述了可追溯性对于制造企业，尤其是电子制造企业的重要性。根据电 子制造业的特点以及实际车间情况，将可追溯性系统划分为四个功能模块，详细 分析了各模块的需求，并对非功能性需求进行了描述。 3 、在遵循系统设计原则的前提下，提出了基于w e b 的三层体系结构，改进 了原系统的数据库设计，并对各功能模块进行了设计。 4 、根据平台选择原则，确定了可追溯性系统的系统环境，介绍了各功能模 块的实现过程以及在实现中所遇到的技术问题，给出了系统的运行实例并对其进 行了分析。 5 、对论文工作进行了总结，并展望了可追溯性系统今后的工作重点。 可追溯性系统己成功应用于u t 斯达康的m e s 解决方案中，运行结果表明， 可追溯性系统实现了预期目标，给企业带来了巨大的经济价值。 关键词制造执行系统可追溯性系统，w e b 浙江大学硕上学位论文 a b s w a c t a b s t r a c t m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ( m e s li s t h ek e yp o r t i o no fe n t e r p r i s e i 1 i f o m o t i o n a n dt r a e e a b i l i t ys y s t e mi sa i ii m p o r t a n tp a r to fm e s a p p l i c a t i o no f t r a c e a b i l i t ys y s t e mc a l li m p r o v ec o s tr e d u c t i o no fd r a w i n gb a c kd e f e e t i v ep r o d u c t s a n do p t i m i z a t i o no f t e c h n i c a lf l o w u t s t a r c o m r e l e e o n sc o l t d - h a n g z h o ub r a n c h i so n eo f t e nb i g g e s te l e c t r o n i cp r o d u c tm a n u f a c t u r e r si nz h e j i a n gp r o v i n c e i th a sb e e n u s i n gm e sd e v e l o p e db vu g s s i n c e2 0 0 5 d u et od e s i g na n dt e c h n i c a lf l o w , t h eo l d t r a c e a b i l i t ys y s t e mc a nn o tm e e tn e e do f t h em a n u f a c t u r e rf u l l y , n e ws y s t e mm u s tb e d e s i g n e da n dd e v e l o p e di naw o r d t h i st h e s i si s t oi n t r o d u c er e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o no f t r a c e 曲i l i t ys y s t e mb a s e d 0 nm e s a c c o r d i n gt o c h a r a c t e r i s t i c so fe l e c t r o n i em a a n f a c t u r i n ga n ds o f t w a r ei n e l e c t r o n i cm a n u f a c t u r i n g ，t h i sp a p e rb r i n g so u ts y s t e ms t r u c t u r eo f t r a c e a b i l i t ys y s t e m b a s e do nm e so nt h eb a s i so f d i s e n s s i n gm e s i ta l s oi n t r o d u c e s 锄a l y s i s d e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no f n s o d u l e s t h em a i n c o n t e n t sa r c 硼f o l l o w s ： 1 i ti n t r o d u c e sm e st e c h n o l o g yf u l l y , i n c l u d i n gh i s t o r yb a c k g r o u n d ，b i r t h ， d e v e l o p m e n t d e f i n i t i o na n df u n c t i o n so fm e s t h e ni td i s c n s s e $ t h ep r e s e n tr e s e a r c h a n df u t o r ed e v e l o p m e n to f m e st a c h n 0 1 0 9 y 2 i te x p l a i n sh o wi m p o r t a n tt r a e e a b i l i t yi s t om a n u f a c l u r e r s e s p e c i a l l yt 0 e l e c t r o n i cm a n u f a c t u r e r s b a s e do nc h a r a c t e r i s t i c so fe l e c t r o n i cm a n u f a c t u r i n ga n d a e t u a lc i r c u m s t a n c ei nw o r k s h o p i td i v i d e st r a c e a b i l i t ys y s t e mi n t o4f u n c t i o n a l m o d u l e s ，a n a l y s e sr e q u i r e m e n to fm o d u l e si nd e t a i l , a n dd e s c r i b e sn o n - f a n c t i o n a l r e q u i r e m e n t 3 a c c o r d i n g1 0l i n c i p l e so f d e s i g n i n g i tb r i n g so u t3 一t i e r sa r c h i t e c t u r eb a s e do n w e b ，o p t i m i z e sd a t a b a s ed e s i g no f o l ds y s t e ma n dd i s c u s s e st h ed e t a i lo f d e s i g n i n g 4 a t i e rc o n f i r m i n ge n v i r o n m e n tf o rs y s t e mo nt h eb a s i so ff o l l o w i n gp r i n c i p l e s o fp l a t f o l t ns e l e c t i o n 。i td e s c r i b e si m p l e m e n t a t i o np r o c e s sa n dt e c h n o l o g yi s s u e s d u r i n gt h ep r o c e s s t h e ni n t r o d u e e sa n da n a l y s e se x a m p l e so f s y s t 帅u s a g e 5 c o n e l u s i o n sa wd r a w na n dt h ef l i r t e rw o r k so ft h et r a c e a b i l i t ys y s t e ma l - e p o i n t e do u t t r a c e a b i l i t ys y s t e mh a sb e e n u s e di nm e so fu t s t a r e o i n t h er e s u l t d e m o n s t r a t e st h a tt r a e e a b i l i t ys y s t e ma c h i e v e st h ee x p e c t a n to b j e c t i v ea n db r i n g s l a r g eb e n e f i tt ot h em a n u f a c t u r e r k e y w o r d sm e s ，t r a c e a b i l i t ys y s t e m , w e b 浙江大学硕士学位论文图日录 图目录 图2 1c i m s 系统结构的发展趋势6 图2 - 2m e s 数据流圈6 图2 _ 3m e s 定位模型7 图2 - 4m e s 的发展过程8 图2 - 5m e s 的功能组件和集成模型9 图2 6a m r 的企业三层集成模型1 0 图2 7e r p m e s p c s 三者信息交互1 l 图2 - 8 发展中d e s 的技术模型1 7 图3 - 1 当今m e s 的组成2 0 图3 - 2 可追溯性系统的业务功能2 2 图3 - 3 元器件与电路板追溯模块的功能2 4 图3 - 4 物料追溯模块的功能2 6 图3 - 5 工艺流程追溯模块的功能2 8 图3 _ 6 总装( 系统组装) 追溯模块的模块2 9 图4 1 可追溯性系统的体系结构3 3 图4 - 2 可追溯性系统的逻辑图3 4 图4 3 元器件与电路板追溯模块可以追溯到的信息3 6 图4 - 4 元器件与电路板追溯模块的查询设计3 7 图奉5 元器件与电路板追溯模块的查询页面3 8 图4 - 6 物料追溯模块可以追溯到的信息3 9 图4 7 物料追溯模块的查询设计4 0 图4 - 8 物料追溯模块的查询页面4 l 图5 - 1 输入电路板序列号4 8 图5 - 2 元器件列表的选择4 9 图5 3 生成追溯报告5 0 v 浙江大学硕士学位论文 表目录 表目录 表2 - 1 企业平均直接收益数据1 3 表3 1 可追溯性奄询类型2 3 表4 - l 表a c s n r e e l s 的结构一3 4 v i 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 u t 斯达康是专门从事现代通信领域前沿技术和产品的研究、开发，生产、销 售的国际化高科技通信公司。公司总部位于美国硅谷，在美国、中国、印度、韩 国和加拿大设有十多个研发中心，分支机构遍布全世界各地。位于杭州的u t 斯 达康通讯有限公司成立于1 9 9 3 年，是u t 斯达康公司在中国最大的生产和研究发 展基地，以开发和生产高科技接入网产品为主，在浙江省电子信息产品制造业企 业中位列前茅。u 6 s ( 优集系统) 是全球p l m ( p r o d u c tl i f e c y c l em a n a g e m e n t ， 产品全生命周期管理) 领域软件与服务的市场领导者，拥有4 6 ，0 0 0 家客户，全 球装机量近4 0 0 万台套。u g s 倡导软件的开放性与标准化，并与客户密切协作， 提供企业解决方案，帮助客户进行管理流程的不断创新，以真正实现p l m 所带来 的价值。m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，制造执行系统) 是企业整个 p l m 战略中的重要一环，主要用来解决整体优化中生产计划与生产过程的脱节问 题这一问题长期以来不仅直接影响企业的生产效率，而且成为制约现代企业 内部信息集成和企业之闻供应链优化的瓶颈“1 。自2 0 0 5 年起，u ( j s 在u t 斯达康 杭州的生产基地进行m e s 产品解决方案的实施，本文作者有幸参与到这个浩繁的 工程中来。 1 1 研究背景 要介绍本文的研究背景，首先就要了解当前现代制造企业所面临的问题，以 及m e s 的由来。 1 1 1 现代制造企业面临的问题 近些年来，随着中国经济的快速发展，以及低廉劳动力的吸引，世界多数知 名企业纷纷将其生产基地迁往中国大陆，中国大陆也成为了名副其实的“世界工 r ”。 然而，成本压力增加、产品生命周期缩短、设备日益复杂且缺少透明度以及 不明需求预测，这些使得全球市场竞争更加激烈，企业管理受市场影响越来越大， 计划的适应性问题愈来愈突出，多数企业已经明显感到计划跟不上变化。面对客 户对交货期更苛刻的要求、更多产品的改型、不断调整的订单，企业的决策者逐 渐认识到生产计划的制定和执行要依赖于以客户和供应商为核心的市场状态和 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 以生产车间为中心的实际作业执行状态，而不能完全以物料和库存回报来控制生 产4 ”。 许多企业为了增强竞争力，不惜重金实施e r p 系统，以求缩减成本控制、缩 短供货周期。但是e r p 在中国的推广应用并不是很成功，主要原因是在e r p 和生 产现场之间缺少一个信息桥梁，就像人的大脑和各器官系统之间缺少中枢神经系 统。e r p 可以处理昨天以前发生的事情( 作历史分析) ，亦可预计并处理明天将要 发生的事件，但对今天正在发生的事件却留下了缺口。而传统生产现场管理只是 黑箱作业，这已无法满足今天复杂多变的竞争需要。因此，如何将黑箱作业透明 化，找出任何影响产品品质和成本的问题，解决生产计划的适应性以及增加底层 生产过程的信息流动，提高计划的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行 效率已成为每个企业所关心的问题。 制造执行系统填补了这一空白。m e s 处于计划层和控制层之间的执行层，主 要负责生产管理和调度执行，实现质量控制、文档管理、生产调度等功能，包括 物料、设各、人员、流程指令和设施等资源管理“1 。m e s 在e r p 等业务系统和过 程控制系统之间架起了桥梁，一方面可以对来自e r p 系统的生产管理信息细化、 分解，将操作指令传递给底层控制；另一方面可以实时监控底层设备的运行状态。 采集设备、仪表的状态数据，经过分析、计算与处理，为e r p 系统及时、准确地 提供关于生产活动决策支持过程的重要信息。脏s 与上层业务系统和底层生产过 程控制系统一起构成企业的神经系统。为企业提供了个快速反应、富有弹性、 精细化的制造环境，帮助企业降低成本，按期交货、提高产品质量和服务质量。 基于此，m e s 受到大家越来越多的关注，越来越多的企业正在考虑实施自己的制 造执行系统。 1 1 2 信息追溯系统的重要性 在前一段时间吵的沸沸扬扬的笔记本电脑电池召回事件中，戴尔和苹果两家 公司为了招回他们的r i 0 0 万块电池，不得不付出1 7 1 亿和2 5 8 亿美元的代价”。 而此次召回事件源于两家公司的电池供应商s o n y 公司生产的电池单元被金属微 粒所污染，导致短路和断电，并在极少的情况下导致电池过熟和起火。这样的事 故竟然发生在以“精益生产”著称的s o n y 公司，让我们不得不对生产流程的管 理和控制重新检视。 事实上，电子消费产品的快速更新周期和多样性正在改变制造流程的运作， 从产品导入到稳定生产的周期越来越短，新产品导入面临的挑战电越来越多；另 2 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 一方面，电子消费产品的功能越来越复杂，设计难度越来越高，人工或半自动化 的监控检测已经不适应电子消费产品的制造流程。并且，电子消费产品的发展趋 势是小体积，内部元件尺寸在不断缩小，出现问题返修困难，这些都对制造流程 的管控提出了更高的要求。 这就需要在生产流程的基础上建立一个完善的系统来解决这些潜在的危机， 大幅度地减少产品的招回成本。此系统可以在制造前阻止错误的零件组装在错误 的位置、在制造过程中侦测并预防错误、在制造完成后追溯所有成品所使用的零 部件。这就是本文所研究的基于y e s 的可追溯性系统。 1 2 研究意义 本文研究的基于肥s 的可追溯性系统具有重大的工程意义。该可追溯性系统 是在m e s 的基础上，将材料信息模块和质量信息模块收集到的信息进行有效地整 合，对各生产要素的相关信息进行追溯的系统。 ( 1 ) 基于这种追溯，可追溯性系统可以甄别出来哪些产品使用过有缺陷的 元器件，从而可以帮助客户在发现存在不良产品的时候，最大可能地降低召回的 产品数量，以降低缺陷带来的损失。 ( 2 ) 可追溯性系统还可以在报表中给出贴片机、物料、岗位、操作工的信 息，结合缺陷产品的装配信息，供客户参考和分析，并以此改善制造工艺，使得 缺陷更多的发现在出厂之前。 总而言之，基于肛s 的可追溯性系统能够给企业带来巨大的经济价值，未来 的应用前景也是不可估量的。 1 3 论文的组织结构 本论文各章节安排如下： 第一章绪论。本章在分析现代电子信息产品制造企业信息化过程中存在的 问题的基础上，提出了基于m e s 的可追溯性系统研究的价值和意义，并列出本文 的组织结构。 第二章制造执行系统综述。本章将详细介绍m e s 技术。首先介绍m e s 技术 的背景和产生发展然后介绍m e s 技术的定义和功能，最后探讨m e s 技术的研究 现状与发展趋势。 第三章可追溯性系统的系统需求。本章将分析可追溯性系统的系统需求。 首先介绍可追溯性对于制造企业的重要性，然后在充分了解企业需求的基础上， 浙江大学硕上学位论文第1 章绪论 对可追溯性系统进行详细的需求分析。 第四章可追溯性系统的系统设计。本章将在需求分析的基础上对可追溯性 系统的模块进行设计。首先阐述系统设计中应遵循的原则，然后提出系统的三层 体系结构，最后对系统中各模块进行功能设计。 第五章可追溯性系统的实现与运行。本章将在系统设计的基础上介绍可追 溯性系统的实现过程和运行情况。首先介绍平台选择原则和系统运行开发环境， 然后介绍系统各模块实现的过程以及在实现中遇到的问题，最后给出系统运行实 例和运行效果分析。 第六章总结与展望。本章将对论文进行结论性总结，同时对未来的工作进 行展望。 4 浙江大学硕士学位论文第2 章制造执行系统综述 第2 章制造执行系统综述 本章我们将详细介绍制造执行系统技术，包括它的发展历程、理论原理、研 究现状和发展趋势。首先，我们来了解其产生的历史背景。 2 1 制造执行系统的历史背景 要了解制造执行系统产生的背景，我们需要从制造业信息化和计算机集成制 造系统的发展两个方面来阐述。 2 1 1 制造业信息化 从2 0 世纪末开始，世界经济全球化的趋势越来越明显，市场瞬息万变，客 户需求纷繁复杂，企业之间的竞争越来越激烈，企业为提高自身竞争力，信息化 的步伐越来越快。而随着计算机和网络技术的不断成熟。建立分布式的企业信息 系统不再是天方夜谭。许多知名的流程型制造企业纷纷投入大量的人力、物力和 财力，构建c i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，计算机集成制 造系统) ，以求在激烈的市场竞争中脱颖而出。很多企业在成功实施c i m s 后，缩 短了开发周期、降低了成本、提高了效益，收到了显著的效果。 由此可见，计算机集成制造系统技术已成为带动制造业发展的重要推动力。 特别是进入本世纪以来，信息技术特别是网络技术快速发展，加速推动了全球信 息化的发展。经济全球化和制造网络化已成为本世纪制造业发展的重要特征与主 要趋势。 2 1 z 计算机集成制造系统的发展 计算机集成制造系统通过对生产信息流的追踪，实现对企业全面的控制和管 理。经过几十年的理论和实践发展，其系统结构正从传统模式向综合模式发展 如图2 - 1 所示”。 浙江大学硕_ 上学位论文 第2 章制造执行系统综述 图2 - 1c i m s 系统结构的发展趋势 从图2 - 1 中可以看出，传统的c i m s 系统结构完全按照物理层次划分和配置 系统，而新的系统结构则按照任务和功篚进行划分和配置，更加简洁合理。在新 的系统结构中处于中间层的m e s 扮演了一个承上启下的角色。实现从p c s 层的毫 秒或秒级信息到e r p 层的日、周、月级信息之间的转换和沟通，完成过程信息与 管理信息的双向集成，如图2 2 所示”1 。 图2 - 2 m e s 数据流图 图2 - 2 描述了m e s 系统的主要任务。一方面，将e r p m r p l i 中产生的生产订 单转化为实际生产的操作数据转交给p c s ；另一方面，将p c s 中产生的实时生产 数据经过收集和分析后及时反馈回e i i p m r p i i 。具体的任务包括生产计划的一体 化编制和处理、生产过程动态优化调度、生产成本的在线预测和优化控制、生产 6 堑坚奎兰塑主兰堡丝兰至! 翌型堕垫盟墨竺箜堕 流程的质量控制和跟踪、生产设备的在线状态检测和故障诊断”。因此，m e s 是 企业实施c i m s 的关键，是使c i m s 发挥作用的基础和保证。 2 。1 。3 制造执行系统的定位 m e s 是面向制造的系统，必然与c i m s 中其他系统密切地联系，m e s 在其中起 到了信息集线器( i n f o r m a t i o nh u b ) 的作用，为其他应用系统提供实时的生产 数据，如图2 - 3 所示”。 图2 - 3 m e s 定位模型 图2 - 3 中，各缩写代表的系统如下： ( 1 ) c r m ( c u s t o m e rr e l a t i o n s h i pm a n a g e m e n t ，客户关系管理) ( 2 ) s o a ( s u p p i yc h a i nm a n a g e m e n t ，供应链管理) ( 3 ) e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，企业资源规划) a ) t l ( t r a n s p o r t a t i o na n dl o g i s t i c s ，运输与后勤) ( 5 ) m e s ( t a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，制造执行系统) ( 6 ) c m c ( c o l l 曲o r a t i r em a n u f a c t u r i n gc o m m e r c e ，协同制造商务) ( 7 ) p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，产品数据管理) ( 8 ) a u t o m a t i o n ( 自动化) 从图23 中可以看出，m e s 与其他系统之间存在功能重叠的部分。例如，艇s 、 c r m 、e r p 中都有人力资源管理功能、m e s 和p d m 两者都具有文档控制功能、m e s 和s c m 中也同样都有调度管理功能等等。各系统重叠范围的大小与企业的实际实 施情况有关，但每个系统的价值是唯一的。 浙江夫学碗十学位论文 第2 章制造执行系统综述 2 2 制造执行系统的产生与发展 m i s s 最早日j 现于2 0 世纪7 0 年代的后半段，其发展大致可以分为两个时期 传统的m e s 时期和可集成的i i e s 时期，如图2 q 所示”。 图2 - 4 m e $ 的发展过程 ( 一) 2 0 世纪7 0 年代末2 0 世纪9 0 年代末，传统的m e s ( t r a d i t i o n a l m e s t - m e s ) 时期。 该时期的m e s 大体上又可以分为两个阶段：专用m e s 和集成m e s “”。 ( 1 ) 专用姬s ( p o i n tm e s ) 2 0 世纪7 0 年代末，出现了为解决某个特定领域的问题而设讨和开发的独立 的、具有单一功能的皿s ，如设备状态监控系统、产品质量管理系统、生产管理 系统等。也就是说，在实施整体解决方案或信息系统以前，各企业引入的只是具 有单一功能的软件产品或个别系统。当时，e r p 层( 称为姬p ) 和p c s 层的工作 也是分别进行的，这就带来了两个问题：横向系统之间的信息孤岛；e r p 和p c s 两层之间形成缺损环或者缺损链接。 8 0 年代中期，为了解决这两个课题，生产现场的信息系统开始发展，生产进 度跟踪信息系统、质量信息系统、绩效信息系统、设备信息系统及其整合已形成 共识。与此同时，原来的底层过程控制系统和上层生产计划系统也得到发展。m e s 原型就在此时产生，主要是p o p ( p o i n xo fp r o d u c t i o n ，生产现场管理) 和s f c ( s h o pf l o o rc o n t r o l ，车间级控制系统) 。 该阶段，m e s 虽然能够为某一特定环境提供最好的性能，却常常难以与其它 应用系统集成。 ( 2 ) 集成m e s 系统( i n t e g r a t e d 姬s ) 。 到了9 0 年代，集成m e s 系统发展起来。它起初只是针对一个特定的、规范 化的环境而设计的，渐渐地拓展到航空、装配、半导体、食品、卫生等领域，在 功能上已实现了与上层生产计划系统和底层过程控制系统的集成。美国的调查研 究机构a 搬( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 于1 9 9 3 提出了m e s 集成模型， 这样m e s 就作为整个工厂生产现场的集成系统出现，故又称为i n t e g r a t e d 砸s ”。 本模型包括工厂管理、工厂工艺设计、过程管理和质量管理四个主要功能，并由 浙江大学硕士学位论文 第2 章翻造执行系统综述 实时数据库支持。其中，工厂管理包括资源管理、调度管理、维护管理，工厂工 艺设计包括文档管理、标准管理、过程优化，过程管理包括回路监督控制、数据 采集，质量管理包括s q c ( 统计质量管理) 和l i m s ( 实验蕈信息管理系统) 。 集成征s 比专用m e s 迈进了一大步，具有很多优点：如单一静逻辑数据库、 系统内部具有良好的集成性、统一的数据模型等等。 ( 二) 2 1 世纪初今，可集成的) d e s ( i n t e g r a t a b l em e s ，i m e s ) 时期。 9 0 年代中期，有人提出了m e s 标准化和功能组件化、模块化的思路。当时， 相当多的m e s 提供商为满足不同用户的需要已经纷纷实现了组件化，其优势在于 便于集成和整合，用户可以根据自己的需要选择不同的功能组件，灵活快速地构 建自己的制造执行系统。 肛s a ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e ma s s o c i a ti o ni n t e r n a t i o n a l ，制 造执行系统国际联盟组织) 成立于1 9 9 2 年，其于1 9 9 7 年提出m e s 功能组件和集 成模型，如图2 - 5 所示”。该模型共包括1 1 个功能模块，m e s a 规定，只要具各 1 1 个模块之中的某一个或几个，就属于 l e s 系列的单一功能产品。a m r 组织则把 将1 1 个功能全部实现的整体解决方案称为m e s i i ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o n s o l u t i o n ) 。 图2 - 5m e s 的功能组件和集成模型 该时期的m e s 将模块化和组件技术应用到系统开发中，是两类t - m e s 系统的 9 浙江大学硕上学位论文 第2 章制造执行系统综述 结合。从表现形式上看，既具有专用m e s 的特点，即i m e s 中的部分功能可以作 为可重用组件单独销售；同时，又具有集成m e s 的特点，即能实现e 下两层之间 的集成。此外，i m e s 还实现了客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能方 便地实现不同, w e s 软件供应商产品之闻的集成和遗产系统的保护，具有即插郎用 等功能。 2 3 制造执行系统的定义 虽然说m e s 产生于上世纪7 0 年代末，但是直到1 9 9 0 年，才由a m r 组织提出 并使用。a m r 将m e s 定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面 向车间层的管理信息系统”，m e s 为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以 及所有资源的实时状态信息。继1 9 9 0 年提出m e s 的概念之后，a 脓于1 9 9 2 年又 提出了m e s 三层模型( 3 r dl a y e rm o d e l ) ，如图2 - 6 所示“。 图2 6 a m r 的企业三层集成模型 m e s a 是继a m r 组织之后诞生的促进m e s 普及和标准化的团体，经常发布关于 m e s 的白皮书及用户使用淝s 后的效果调查报告。其对m e s 做出了如下定义：“m e s 能通过信息传递，对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工 厂里面有实时事件发生时，m e s 能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数 据对他们进行指导和处理“。 n i s t ( n a t i o n a li n s t i t u t eo fs t a n d a r d sa n dt e c h n o l o g y ，美国国家标准 研究所) 对m e s 的定义是：“为使从接受订货到制成最终产品全过程的管理活动 得以优化、采集硬件软件的各种信息和状态信息”“。 i s a( i n t e r n a t i o n a lf e d e r a t i o no ft h en a t i o n a l s t a n d a r d i z i n g a s s o c i a t i o n s ，国际仪表学会) 从1 9 9 7 年开始启动i s as p 9 5 ( 企业控制系统集 成标准) 和i s as p 9 8 ( 批量控制标准) 的编制工作。2 0 0 0 年发布了s p 9 5 o l ( 模 0 浙江大学硕士学位论文第2 章制造执行系统综述 型与术语标准) ，规定了生产过程涉及的所有资源信息及其数据结构和表达信息 关联的方法。2 0 0 1 年发布了s p 9 5 0 2 ( 对象模型属性标准) ，对s p 9 5 0 1 定义的 内容作了详细的规定和解释。2 0 0 2 年发布了5 p 9 5 0 3 ( 制造信息活动模型标准) ， 提出了计划层与控制层间信息交换的协议和格式。2 0 0 3 年发布了s p 9 5 0 4 ( 制造 操作对象模型标准) 。其中，s p 9 5 o l 已经被i e c i s o 接受为国际标准“。 2 4 制造执行系统的功能 m e s 在c i m s 中起着承上启下的作用，在计划层产生的生产计划指导下，充分 利用车间的资源、方法和实时现场信息，快速、低成本地生产高质量的产品。同 时，收集底层控制系统采集的与生产有关的实时数据，安排短期的生产作业的计 划调度、监控、资源调配和生产过程的优化工作。图2 - 7 详细地描述了m e s 在企 业c i m s 中起到的作用”1 。 计划g f 空巨越盥盘 产品生产需术广。 b o 蝴姐文件l _ n ! 产计矧和度 企 t 产积 ih 瓷宅t 自抗女月踪 库存状击| | i 肿目节月度 力状态 i i p 目镕咪和记晕 m i 计划和m 件搿求ll维p * 月 ii 力费售理 订单完廊n 乳 i i立补拄幅 空赞m n 女 ll忭h 析 物h 帕耗情况 l i过程臂理 e 情况|质量营m 寓b 物辩宿革( u o m )l救据* 毫硪自 生p n 力，埘m 盘点执氟r 1 一 短期产计目 y l 琏a ，攘日ji i e n 龃 婚明 产计埘 $ 件前草 批次 日期代码与半成品序列号的关联，避免臆测 ( 4 ) 通过在线或离线上料核对，避免因物料位置贴装错误而引起的生产事故 ( 5 ) 在制品中物料的即时可视性，为改善库存规划提供可能； ( 6 ) 通过满足关键的可追溯性需求，赢得更多的业务订单。 3 3 2 物料追溯 随着r o h s 最后期限的临近，详细的物料跟踪和追溯成为企业必须达到的标 准，以此满足法律和环境规定的要求，并消除因为部分不合格物料而影响整个工 2 4 新扛大学硕士学位论文 第3 章可追溯性系统的系统需求 艺的风险。 3 3 。2 1 需求描述 ( 1 ) 促进r o h s ( 无铅) 的实现 欧盟发布的r o h s 法令是电子制造行业向无铅工艺过渡的主要推动力量。在 向无铅工艺过渡的过程中，从流程管理到生产质量，可能会产生许多问题，其中 一个重要的问题是车间生产线的物料管理。因为有许许多多的元器件供应商会保 留原有的物料编码，导致存在同一块电路板上安装两种元器件( 无铅和含铅) 的 风险。此外，制造商在其库存中存有含铅和无铅的元器件，而元器件供应商停止 了含铅元器件的供应，这就意味着必须保持双重存货和双重工艺。面对上述情况， 如果不采用对应的物料管理系统，出现混乱将在所难免。 另外，无铅工艺还有许多不可知因素：例如，与焊锡相关的问题可能要在生 产后、当产品到达现场时才能显现。因此，r o l l s 法令要求制造商至少保留前四年 的生产记录。如果没有自动跟踪系统，要满足这些可追溯性要求确实是异常困难 的。这就要求提供从物科管理到流程控制整个生产周期中的对无铅工艺的支持。 ( 2 ) 处理与跟踪惦d 和封装技术 元器件体积愈来愈小再加上越来越短的产品生命周期，使得应对不同元器件 封装技术的挑战难度加大了。湿敏感元器件( m s d ) 的引入大大增加了车间生产 的复杂程度，意味着双倍的封装元器件要过渡至无铅。而封装技术更新更快，则 意味着问题只有在产品售后现场才能被发现，从而增加了保修服务。如果具备跟 踪特定元器件和封装类型的能力，则制造商可以在湿敏感元器件暴露过期之前使 用物料、干燥即将使用的材料、跟踪特定供应商和封装所装配的产品，以避免更 多的售后现场故障和保修服务。 3 3 2 2 功能描述 根据上面描述的需求我们可以总结出物料追溯模块包括三个功能，如图3 4 所示。 淅江大学硕士学位论文 第3 章可追溯性系统的系统需求 图3 4 物料追溯模块的功能 ( 1 ) 含铅无铅元器件管理部分管理车间内使用同样编号的含铅无铅的元器 件，并跟踪其位置，确保将正确的元器件应用于正确的工艺。 ( 2 ) 湿敏感元器件管理对湿敏感元器件的暴露时间计时，并在超出极限之前 报警。 ( 3 ) 完全的物料追溯可以在组装之前定位混合的以及不符合要求的物料。 3 3 2 3 物料可追溯性的关键利益 ( 1 ) 通过区分含铅与无铅元器件，简化无铅工艺管理，从而确保将正确的元 器件应用于正确的工艺，并使得生产后的可追溯性达至r o h s 法令的要求。 ( 2 ) 管理湿敏感元器件的暴露时间，并在出现警报时跟踪物料所在位置及物 料的干燥程度。 ( 3 ) 提供与元器件相关的、完全的可追溯性查询，缩小产品召回的范围，减 少保修服务。 3 3 3 工艺流程追溯 工艺流程追溯使得制造商可以追溯特定的生产事件包括在车间内发生的元 器件与工艺流程的变更，这包括产品工艺缺陷、维修过程中的操作人员行为以及 具体到元器件级别的s m t 贴片事件。具备了工艺流程的可追溯性，再加上物料、 元器件与电路板的可追溯性，制造商即可以获得完全的可追溯性，从而缩小潜在 产品召回的范围，同时满足几乎所有可能的针对半成品的可追溯性要求。 浙江大学硕士学位论文 第3 章可追溯性系统的系统需求 3 3 3 1 需求描述 ( 1 ) 跟踪车间生产变更 现在，车问里生产计划的频繁变更已成为家常便饭，这些变更可能是对产品 版本的变更( 如新的b o m ) ，也可能是生产物料的更换( 如不同的供应商批次或替 代的物料) 。这些工艺和元器件的变更事件捕捉，对实现精确的生产后追溯至关 重要。 ( 2 ) 记录缺陷和维修历史 在检查和翘4 试的时候记录发现的电路板缺陷，藉此用户可以跟踪可能的根本 原因，特别是某一特定供应商或生产批次导致的元器件缺陷时。而且，为了确保 在环境与安全性符合方面满足可追溯性要求，记录所有的维修事件至关重要。例 如，确保在返修时只使用无铅的元器件是声明符合r o l l s 的条件之一。除了在维 修的时候确保使用符合要求的元器件和工艺流程之外，制造商还需要跟踪操作人 员的资格认证情况确认只有具各适当技能及接受过培训的认证操作人员才能执 行必要的维修操作。通过跟踪缺陷和维修历史，制造商能够处理针对缺陷根本原 因的可追溯性查询，例如元器件不良或工艺不良。通过实现缺陷与维修的可追溯 性，大大缩小潜在召回与维修服务的范围。 ( 3 ) 跟踪s m t 机器事件 获取机器事件允许制造商跟踪与机器相关的缺陷，例如反向或漏件，包括跟 踪到元器件具体位置级别。机器接口还给制造商提供额外的利益，自动将机器事 件汇总到总体设备效率( o e e ) 报告中，以改进生产线的利用率。此外。接口还 使得在出现任何物料上线错误且没有采取纠正措施时自动停机。 3 3 3 2 功能描述 根据上面描述的需求，我们可以总结出工艺流程追溯模块包括三个功能，如 图3 - 5 所示。 浙江大学硕士学位论文 第3 章可追溯性系统的系统需求 图3 - 5 工艺流程追溯模块的功能 ( 1 ) 变更追溯跟踪车间发生的变更，包括b o m 版本、新元器件以及临时的变 更( 包括替代料) 。 ( 2 ) 缺陷与维修追溯记录所有工艺流程事件，包括电路板级别维修线路，例 如更换的元器件和维修操作。 ( 3 ) 机器性能追溯获取机器事件，包括在安装过程中使用的机器和贴片故障 等，验证工艺流程，并跟踪至元器件具体位置级别。 3 3 3 3 工艺流程可追溯性的关键利益 ( 1 ) 通过自动化记录所有的变更管理事件，包括补充不同供应商的元器件， 提供一套真正准确的可追溯性。 ( 2 ) 通过提供综合的电路板生产历史，包括测试结果以及采取了哪些维修步 骤，例如更换元器件和操作人员活动，从而发现产品和工艺缺陷的根本原因，大 大缩小召回的范围。 ( 3 ) 通过与机器环境的集成，允许跟踪至元器件具体位置级别和贴片故障， 从而实现极度详细的可追溯性。 3 3 4 总装( 系统组装) 追溯 总装( 系统组装) 追溯为最终的成品组装提供一套全面的系统组装可追溯性。 可以获取成品组装流程的所有方面，包括系统组件( 父子) 关系、路径跟踪、 维修流程跟踪以及变更管理跟踪。总装( 系统组装) 与电路板级别的追溯为电子 行业制造商们提供了一套端对端的追溯产品。 2 8 渐江大学硕士学位论文第3 章可追潮性系统的系统需求 3 3 4 1 需求描述 ( i ) 提供系统组件关系可追溯性 从b o i l 到半成品再到总装( 系统组装) ，父子关系的各个方面均可以获取。 与电路板级别的可追溯性模块集成后，制造商可以实现任何元器件和组件的可追 溯性查询。 ( 2 ) 记录组装路径 通过两种方式获取在制品的进度：在选定的在制品点自动扫描或者由操作人 员在执行特定操作时主动扫描。通过记录路径，制造商能够跟踪特定位置的活动