半導體光電子器件主要包括發(fā)光二極管（LED）、激光器（LD）、電荷耦合器件（CCD）、太陽能電池以及光電探測器等。隨著技術的進步，半導體光電子器件已經(jīng)廣泛應用于機械加工、光纖通信、冶金化工、醫(yī)療保健、建筑景觀、國防工業(yè)以及節(jié)能環(huán)保等各個領域，在當今的信息化社會里起著無法替代的重要作用，形成了一個光電子產(chǎn)業(yè)。
光電子元器件的生產(chǎn)過程是一個典型的離散制造生產(chǎn)過程，具有批量不等、周期較短、產(chǎn)率波動、質檢苛刻、個性需求等特點。由于系統(tǒng)的特殊性，上層企業(yè)資源計劃系統(tǒng)ERP（EntERPrise Resources Planning） 與底層基礎自動化系統(tǒng)PCS（Process Control System）存在溝通不暢，當生產(chǎn)中出現(xiàn)擾動時，信息得不到及時反饋，具體功能不能在控制層執(zhí)行；另外生產(chǎn)中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)、工藝調整、排班調度等都由人工操作，大大地降低了效率和管理水平。制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem）MES 就是在這樣的背景需求下應運而生。美國先進制造研究機構（AdvancedManufacturing Research，AMR）提出了制造行業(yè)的ERP/MES/PCS三層企業(yè)集成模型。
MES是位于ERP與PCS之間的信息管理系統(tǒng)，起到了承上啟下的橋梁作用，填補了上下兩層之間信息溝通的鴻溝，主要負責生產(chǎn)管理和調度執(zhí)行，通過控制包括物料、設備、人員、流程和環(huán)境在內的所有資源來提高競爭力。企業(yè)接到訂單后MES可以對生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理，保證及時交貨，提高生產(chǎn)回報率；有不確定情況發(fā)生時，MES能夠及時響應，根據(jù)具體情況對異常情況進行處理，保證生產(chǎn)連續(xù)進行。MES的雙向通訊極大地提高了生產(chǎn)指令下達的準確及時性，增強了企業(yè)生產(chǎn)力。
隨著全球經(jīng)濟的一體化，半導體光電子企業(yè)如果要在激烈的市場競爭中立足，就必須提高自身適應能力，滿足客戶瞬息萬變的需求，所以建立一個完整的MES系統(tǒng)，提高信息溝通能力，是企業(yè)發(fā)展的必要條件，也受到業(yè)界越來越廣泛的關注。
1 應用現(xiàn)狀
MES產(chǎn)品主要分為三類，分別是軟件供應商提供、企業(yè)自主開發(fā)、企業(yè)與科研院所共同開發(fā)。而按照行業(yè)來劃分，主要分為半導體、電子、航空、汽車、石化、冶金、煙草等行業(yè)，迄今為止，還沒有一套MES產(chǎn)品能夠適應于所有領域。與流程工業(yè)以及半導體行業(yè)完善的MES體系相比，半導體光電子行業(yè)的MES研究起步較晚，針對這一行業(yè)生產(chǎn)特點的成熟軟件比較少，很多中小企業(yè)自己開發(fā)系統(tǒng)進行生產(chǎn)管理，沒有統(tǒng)一標準在一定程度上制約了行業(yè)的發(fā)展
1.1 軟件應用
目前市場上成熟的MES產(chǎn)品都是針對硅片生產(chǎn)，如IBM 公司的SIView，AppliedMaterials公司的FAB30、WorkStream、PROMIS和FactoryWorks，以上MES產(chǎn)品都不能直接用于光電子器件生產(chǎn)，因此涌現(xiàn)了一批新生套件，推動了光電子器件的生產(chǎn)信息化。
我國光電子器件MES 起步較晚，有代表性的公司包括巴陸科技AMES、奧比特OrBit-MES等。OrBit-MES構建于中國自有知識產(chǎn)權的基礎業(yè)務平臺之上，基于MESA/ISA-S95標準，通過批次過程控制，將同步數(shù)據(jù)采集技術應用于企業(yè)內部物流的全線追溯、制造工程配置、生產(chǎn)及品質過程控制，填補了生產(chǎn)現(xiàn)場到ERP 間的信息鴻溝。OrBit-MES的實施為光電元器件制造商NewFocus提升了企業(yè)的管理水平，同時該產(chǎn)品也應用到了太陽能行業(yè)如BP太陽能等。由于實施對象數(shù)量不多，許多企業(yè)擔心國內MES產(chǎn)品的性能，于是有了在已有系統(tǒng)的基礎上進行二次實施開發(fā)的方式。
此類MES 應用的典型包括日銀（IMP）、上海新進半導體（SBCD）等公司，由于公司規(guī)模比較大，需求很明確，市場上的軟件不適合其生產(chǎn)特點并且價格昂貴，因此IT部門自主研發(fā)了MES系統(tǒng)。這種做法的好處在于MES上線后非常符合實際需求，維護、升級、拓展容易，缺點在于要投入大量的人力和時間，平均耗時在一年以上。
1.2 半導體光電子器件生產(chǎn)特點
與傳統(tǒng)的半導體生產(chǎn)相比，半導體光電子器件的生產(chǎn)有以下特征：
1）規(guī)模小。由于全球對光電子器件的需求量一定，與半導體生產(chǎn)線相比，光電子器件規(guī)模較小，同類型的機臺數(shù)量少，一旦某臺機臺故障，將有可能造成整條生產(chǎn)線停產(chǎn)，造成很大損失，因此對設備的維護、定期保養(yǎng)很重要。
2）周期短。硅片在生產(chǎn)線上的平均加工周期為十幾天到幾十天，典型的加工流程需要幾百步，而光電子器件生產(chǎn)周期為兩天到三天，典型的加工流程幾十步，這就要求生產(chǎn)調度有一定的靈活性，短時間內能夠調整從而指導生產(chǎn)。
3）半自動。半導體生產(chǎn)多為全自動，通過一段時間的生產(chǎn)可以統(tǒng)計分析出不同設備、不同產(chǎn)品的良率，而光電子器件存在大量的手工作業(yè)，影響產(chǎn)品良率的穩(wěn)定并進一步造成庫存壓力，因此MES要能夠合理安排作業(yè)人員，并充分考慮庫存量。
4）多批次。半導體為大批量生產(chǎn)，一個訂單的數(shù)量巨大，而光電子器件多為小批量，針對客戶的特殊需求，產(chǎn)出特定的功率、波長的產(chǎn)品，這就使得設備在生產(chǎn)中頻繁調整參數(shù)，因此投料控制極為重要。
5）非標準。半導體各產(chǎn)品用料可依據(jù)經(jīng)驗，而光電子器件涉及到非標夾具，導致lead-time各不相同，因此MES對這種輔助資源調度要做到合理的控制和優(yōu)化。
1.3 功能模塊
如果說生產(chǎn)流程是正向的物流，那么MES可實現(xiàn)反饋信息流。一個合適的MES系統(tǒng)上線，對于半導體光電子器件制造會產(chǎn)生很大的改善與幫助，這就需要MES系統(tǒng)在現(xiàn)場監(jiān)控、計劃規(guī)劃和數(shù)據(jù)管理三方面起到推動作用。
1.3.1 現(xiàn)場監(jiān)控
MES要能夠覆蓋到整個工作流，按照實際情況記錄每一步動作的數(shù)據(jù)，顯示設備工作狀態(tài)，使得管理人員更加容易的控制生產(chǎn)。同時，MES對各項使用條件、參數(shù)應具有指導提醒作用，并對過程參數(shù)監(jiān)控，實現(xiàn)無紙化操作，起到減少錯誤、節(jié)約時間的作用。
1.3.2 計劃規(guī)劃
通過MES系統(tǒng)，管理者可以全面的掌握在制品情況，了解庫存信息，處理異常工況；當顧客需求變化時快速反應，輔助及時調整生產(chǎn)規(guī)劃，改善作業(yè)績效。
1.3.3 數(shù)據(jù)管理
在光電子器件生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生很多設備參數(shù)數(shù)據(jù)和半成品測試數(shù)據(jù)，MES系統(tǒng)要對這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，形成一個知識庫，通過不斷的積累挖掘指導將來的生產(chǎn)加工，為設備維護、產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品改進提供支持。
MESA （國際MES聯(lián)合會）對MES的功能模塊及與其他系統(tǒng)的關系進行了總結，針對半導體光電子器件的生產(chǎn)特點，光電子器件MES應具有以下的功能模塊：
1）在制品（WIP）管理。在制品，通常是指原材料在經(jīng)過部分制造工藝后，還沒有成為最終產(chǎn)品或者還沒有經(jīng)過質量檢驗，因而還沒有進入到成品倉庫的部分。對在制品的管理包括監(jiān)控它當前的加工狀態(tài)、計劃規(guī)劃中的狀態(tài)以及處于整個工作流中的狀態(tài)。
2）設備管理。對生產(chǎn)過程中的設備以及器具進行管理，分為靜態(tài)和動態(tài)兩個部分。靜態(tài)部分設備管理要實現(xiàn)記錄設備的編號、用途、各種加工情況運行參數(shù)以及責任人等，動態(tài)部分為明確工作狀態(tài)及運行狀態(tài)，在出現(xiàn)異常情況時及時維修，并做維修記錄。
3）生產(chǎn)計劃管理。根據(jù)客戶訂單的生產(chǎn)數(shù)量和完成時間，系統(tǒng)下達生產(chǎn)指令，包括每個工序的具體任務，每個任務的參數(shù)，每臺設備的工作時間，加工規(guī)格及數(shù)量等信息，當出現(xiàn)異常情況時，能夠及時調整計劃，完成訂單。
4）庫存管理。庫存管理主要包括原材料的庫存管理和產(chǎn)品的庫存管理。通過查詢原料庫存，可以知道它的供應商以及規(guī)格，通過查詢產(chǎn)品庫存，可以了解從物料轉化為產(chǎn)品所有經(jīng)過工序的批號、責任人和質量編號，能夠為全程質量跟蹤及企業(yè)高效率地管理庫存提供規(guī)范，全面提高工作效率和質量。
5）工程數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計過程控制（SPC）。工程數(shù)據(jù)采集覆蓋生產(chǎn)制造過程中的各種數(shù)據(jù)信息，包括生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品定額、生產(chǎn)進度、質量數(shù)據(jù)、設備負荷、在制品加工狀態(tài)等。SPC利用統(tǒng)計方法利用采集的數(shù)據(jù)對過程中的各個階段進行控制，從而達到改進與保證質量的目的。SPC確保制造過程持續(xù)穩(wěn)定、可預測，起到提高產(chǎn)品質量、生產(chǎn)能力、降低成本的作用。
6）訂單跟蹤。通過采樣時間點設備的物料生產(chǎn)以及轉移加工情況跟蹤現(xiàn)場物流情況，包括作業(yè)開始、結束時間，批次的數(shù)量、位置，作業(yè)設備消耗、運行參數(shù)，產(chǎn)品或者半成品的所有加工責任人，同時，記錄質量監(jiān)控數(shù)據(jù)。
7）文檔管理。存儲及管理各種生產(chǎn)、質量、工藝文檔，在車間現(xiàn)場或質量管理中，調用相關文檔，為工作提供指導參考。
8） 質量管理。質檢過程對制造過程各階段的質量數(shù)據(jù)進行采集，通過實時的測試數(shù)據(jù)，對故障記錄進行分類分析，對設備、工具、儀器的定期復檢，提供對產(chǎn)品質量狀態(tài)的全程跟蹤、質量歸零管理、質量成本管理。質量管理為企業(yè)在建立質量保證體系過程中提供信息化的輔助支持，提供對質量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的工具。
2 發(fā)展方向
在我國，流程工業(yè)MES已經(jīng)日漸趨于成熟并逐漸普及，但是面向半導體光電子器件行業(yè)的MES軟件在開發(fā)與應用方面還比較薄弱。由于半導體光電子制造技術的發(fā)展和信息系統(tǒng)的推動因素，一些新的需求也在不斷涌現(xiàn)出來，未來光電子行業(yè)的MES應在以下幾個方面進行完善：
1）模型規(guī)范性。對于半導體光電子器件行業(yè)的MES模型，目前國際以及國內的研究剛剛起步，建立一個符合國際標準并符合行業(yè)特點的模型是系統(tǒng)開發(fā)實施的前提，因此在理論方面有所突破將推動光電子行業(yè)的MES的發(fā)展。
2）系統(tǒng)兼容性。由于MES處于信息系統(tǒng)的中間，起到上下溝通的作用，因此半導體光電子行業(yè)MES應具有通用的接口，可以與任何廠商的軟件進行通信，打造無障礙信息平臺。構造可重構、可擴展、可交互、可集成的MES系統(tǒng)是未來半導體光電子行業(yè)MES系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。
3）調度優(yōu)化性。半導體光電子生產(chǎn)線是一個復雜的混合重入調度問題，其計算復雜性為強NP-hard。目前很多MES的調度還是人工輸入，不能達到最優(yōu)的效果。因此如何建立調度模型并構造有效的優(yōu)化算法指導生產(chǎn)，是需要解決的技術難點。
4）動態(tài)實時性。半導體光電子器件行業(yè)是個典型的離散行業(yè)，它的新產(chǎn)品開發(fā)頻繁，生產(chǎn)中各制造過程的關聯(lián)性很強，作業(yè)計劃變更的幾率非常大，隨時面臨插單、材料短缺、市場需求變化等問題，因此需要MES系統(tǒng)具有動態(tài)實時性，能夠對這些不確定性及時做出快速響應，保證平穩(wěn)高效生產(chǎn)。
3 結論
應用MES系統(tǒng)能夠促進半導體光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如果能夠吸收現(xiàn)有系統(tǒng)的成功經(jīng)驗，開發(fā)出適應于我國光電子企業(yè)的MES軟件產(chǎn)品，滿足企業(yè)對業(yè)務過程可集成性、可擴展性和可靠性的要求，實現(xiàn)PCS-MES-ERP的緊密集成，進而提出我國半導體光電子行業(yè)MES的技術規(guī)范與實施標準，對提升我國光電子行業(yè)信息化水平，增強與國際先進企業(yè)競爭的能力，都具有著重要的意義。
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本文標題：半導體光電子器件制造業(yè)MES/ERP的應用與發(fā)展
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