从现有MES到未来的虚拟工厂MES

作者：卡斯达公司

欢迎访问e展厅 展厅 3 CIO信息化管理展厅 电子商务/企业门户, IT运维管理, 制造执行系统MES, 流程管理BPR/BPM, SOA/SaaS/云计算, ... 制造业正在全球化，你现有的MES系统全球化了吗？ 制造执行管理系统(MES)依然是半导体制造业的重要组成部分。过去的15到20年，半导体企业已在MES应用软件上进行了巨大的投资。其收益也是显而易见的：减少了周期时间、缩短了引导时间、降低了劳动成本、拥有更准确及时的数据、使WIP存货最小化、提高设备利用率和产品首次通过率。 然而，同样在这15到20年间，商业需求已发生了翻天覆地的变化－事实上，变化仍在继续。供应链的链接越来越紧密，因特网共享信息的能力也正越来越强。新的竞争压力使得实时信息成为提高利润所必需的。外购已成为事实，并使制造企业越来越全球化。由此可见，制造商正在运行一个虚拟的企业，它跨度多个工厂、多语言、多地区和多个供应商。如果一个企业它的设计研发中心在加利福利亚，元件生产在亚利桑那，组装工厂在上海并且遍布世界各地的分销中心，这一点也不奇怪，这样的多点生产企业已越来越普遍。 这样的多点模型使生产管理变得复杂。过去，工程师可以到车间、工厂和有问题的生产线那解决问题。现在，生产线太远了，可能在另一个洲。手工方法已不可行。但快速解决问题的要求却没有变。 当制造生产和公司管理系统发生巨大变化时，绝大多数现有MES系统却跟不上了。这些系统不仅不能适应半导体制造业的变化本质，而且他们会妨碍运营的发展。 现有MES结构和新型MES结构 支持复杂过程和追踪 你不能使用过去的工具来支持未来的制造生产。比如：一个简单的元件正在三个不同的焊线机上处理，同时每个焊线机由不同的操作者运行。旧的MES系统将不能回答下列问题： ·哪个操作者与元件有关？ ·哪个操作者需要培训？ ·哪个焊线机将会被MES系统记录？ ·哪个金属线轴在组装元件时被使用？ ·如果金属丝有缺陷，哪个部分需要重做？ ·当金属丝拖拉检测进行时，哪台设备是作为信息源头被记录的？ ·工程师怎样知道哪个工具需要维护? ·工程师怎样使用设备来检测那些没有记录的问题？ 新型MES结构提供元件转移的灵活追踪，此转移独立于设备行为。结果是输入事务变得简单了，但全面的记录和分析却变得更多了。有关自动生产、周期时间和参量数据收集的过程信息被刚好获得了，这些信息来自操作者、设备、生产线、元件和产品。 容易集成 现有系统简单的假设制造生产是在一个“四面墙”包围的工厂内。他们建立在已有技术上，而不是一个开放标准的，需要客户与其他系统进行点对点的集成的系统上。他们传送給那些重要的操作指示器没有目标的有限信息，比如多制造地点实时排队能力之类。而依靠现有的APIs集成模块来和其他的商业应用软件进行集成，代价是很高的。 联合多地点工厂及其操作 早期引用的AMR报告指出：“MES系统的最终价值是几乎实时的透明性和高水平的制造性能。管理者需要的途径是几乎是实时的分析方法，并立即采取必要行动。那些不能为广泛分布的工厂及时提供此功能的MES系统，只适用于单个工厂。”这不仅仅是为现有应用软件增加特殊模块的问题。你需要的是一个MES架构，它从基础设计开始就为了适应快速变化环境。 下一代MES系统结构的特殊要求 ITRS（国际半导体技术蓝图）勾画了制造商今天所面对的竞争：增加的复杂性、工厂和过程最优化需求以及扩展能力、灵活性和规模化需要。 不断增加的复杂性来自于商务领域的许多方面。首先就是业务需求和客户需要的动态本性。其次是正在市场化的产品和过程变得越来越复杂。支持技术（比如更大的晶片和载体）也正变得越来越难，而业务运作却越来越需要依靠信息和控制系统。 工厂和生产过程最优化需求体现在方方面面：客户要求更高的及时传送能力、要求降低晶元和产品成本、要求提高产品全球竞争力、要求刚启动就能实现高产量。今天的制造业正在不断扩张以确保获得可重复使用的信息和控制系统，获得能支持快速过程和技术变化的灵活性以及实现规模化以适应新工厂、生产和商业合作伙伴。 今天的分布式生产需求是为了功能一致化，使分散的工厂就像是一个工厂。此“虚拟工厂”要求有一套应用软件，使得现场生产信息（时间安排、产品数据、工厂数据和状态）能实现同步，并使供应链自始至终都能获得这些信息。 实际全球应用 AMD 工业巨头AMD在先进MES系统方面进行了巨大的投资。这家每年有50亿美元收益的工业巨无霸开发和制造出了革命性的微处理器，它们被广泛应用于高级计算机和蜂窝电话等各个领域。AMD以顾客为中心，提供创新服务来帮助他们更有效的满足市场需要，并积极响应顾客的各种要求。 在超过15 年的时间里，此公司一直依靠自己的现有MES系统来维持在亚洲、欧洲和北美快速发展的生产。直到2000年，AMD才认识到了它的动态商业需求已超过了这个为公司服务了15年的MES系统的承受能力。 AMD需要寻找一种系统： ·信息和过程可重复使用 ·有在线快速带来新工厂、生产和商业合作者的能力 ·有管理亚洲多语言、多文化工厂的灵活性 ·支持未来需求，比如满足先进自动化和SPC 而且，AMD要求此系统已经得到在复杂环境中证明可靠，并易于学习和使用。同时，AMD需要此系统能适应并增强现有的IT软件系统，包括它的SAP ERP系统、Adexa 计划和时间安排系统。Camstar的InSite(TM) MES方案为AMD提供了AMD认为最重要的应用性能，包括虚拟工厂结构、网络技术基础和一套创造性结构模块。而且，Camstar作为半导体制造商的软件供应商和一个有着悠久的历史和良好的口碑服务网络。 AMD希望迅速在InSite 的投资上获得回报则是更有效的生产和更好的商业决策。高透明度和改进的通信能力将提高AMD在复杂的多工厂环境中解决问题的速度。AMD还希望通过减少产品周期、提高内部质量和复制标准过程来降低成本。最后，AMD相信新系统能在生产实践中主动进行改进，不断发展，从而发挥越来越大的作用。 创建下一代MES的框架协议 不断发展的MES系统提供一个特别设计的框架结构来代替静态功能模块，这种设计专门用于半导体制造业的动态特性。此结构框架建立在虚拟工厂的概念上，在这里供应链的操作和生产就像在一个工厂里。而且，它建立在现行标准和基于网络的技术上。因特网为相互联系的世界提供一个“拨号音”。任何新的软件设计必须建立在网络协议基础上，并提供相似网络浏览器访问。 下一代MES系统综合了6个基本技术： ·虚拟工厂模型 ·网络服务标准 ·基于对象的开发 ·XML语言 ·瘦客户端应用 ·工作流管理 虚拟工厂模型是一个架构，一套专门设计用于供应链间实时透明、生产信息交换和同步结构应用软件，包括时间安排、产品数据、车间数据和状态等。它还支持多语言和多时区。 网络服务标准为内外部主机应用程序提供直接和因特网相互响应的方法。它简化了不同平台、操作系统和语言间应用软件的互用性。 基于对象的标准简化了维护工作，并减少客户的编码需要，这是通过将信息和商业功能描述成自包含“对象”（比如，返工路径）来实现的，此“对象”可以在不影响系统其他操作的前提下被修改。用于过程对象的方法是对象本身，例如，增加新的返工路径。对象容易被重新用于强化软件设计。 XML使用通用标准来开放企业信息，并以普通的、用户化的和因特网的形式来交换应用软件间的数据。它允许系统和网络浏览器不用网络编码就能共享信息，包括运行在不同操作系统、结构和数据库上的系统。AMR清楚的阐述了此需求：“拥有清晰、可完成策略和标准并基于XML语言的MES结构，为用户提供严格同步公司和工厂过程的方法。” 瘦客户端使得系统维护可以离开车间和它所在的IT部门。通过网络传送应用软件，而不是在本地运行，软件可以被快速展开，以便减少维护成本、增加IT效率和降低每一点对昂贵的IT运行的需求。同时因为应用软件被高度集中，变化和改进可以被迅速一致的实施。 使用“托放式”功能的工作流管理使其易于被定义、修改和控制。它的灵活性使得客户免于编码的烦恼。 这些都是制造商今天必须使用的框架结构，以便控制全球生产过程、集成商务应用软件和获得多工厂间的透明度。 实际世界应用 PHILIPS半导体 为控制成本并不断扩大产能和改进设备，Philips半导体制造公司依靠Camstar的InSite MES系统来实现有效追踪和管理多个制造工厂间不同产品的大规模生产。作为世界上主要的半导体供应商，Philips半导体制造公司通过技术革新和制造实践已获得了骄人的成绩。公司在东南亚许多工厂组装、测试和包装他们的产品。 因为公司每年需要生产几千种产品，并运送上百亿的元件，所以它的制造过程是非常复杂的。过去，公司依靠自己研制的车间控制应用软件来管理，一些工厂甚至没有系统主要依靠简单的文件记录系统来管理生产。不同的ERP、仓库和控制系统使得应对变化和访问实时制造信息变得很困难。而且，公司还得维护每个工厂里不同的专业IT系统。 公司需要将车间应用软件标准化为一个系统，以便跟上变化，并简化公司运营解决方案的接口。Philips要求完全透明化以便在不干扰生产的前提下实施调整生产过程、监视和分析产品信息和维护每一产品的完全可追溯性。公司所关注的是通过减少设备测试中的手工操作，来保护生产流程和鉴定。简而言之，Philips寻找一种方案，它能支持所有工厂和设备的大容量、高质量生产，同时整个费用不超过他们的预算。 在评估了InSite MES系统后，Philips认为Camstar方案能在降低整体费用的同时满足他们的需要。 2001年，第一个InSite执行系统建在了亚洲并扩展至三个工厂。此系统的模型和结构灵活性使得InSite通过简单的设计，就能满足许多复杂的操作需求。这意味着每个工厂都能在强化单一MES系统的同时维持其自治权。接下来在每个工厂的实施变得水到渠成。 效果是明显的。InSite的标准化使得Philips减少了支持和实施成本。同时，Philips可以设计出一个灵活的方案来传送实时信息，减少设备测试时的手工操作，并将过程差错降到最低。 每个地点的本地化功能为每个制造的产品提供全部系列谱，还能提供条形码阅读器以简化操作者进入，同时它还能自动从设备收集过程数据、透明分配订单。低端客户要求减轻了维护和支持负担，同时对基本对象模型和GUI组件的集中支持减少了对厂内资源的需求。它能通过网络直接得到性能报告。 在日复一日的生产中，InSite对工厂间的后端制造过程进行流水线设计，并和公司现有ERP、仓库和质量管理系统集成，以便提供一个信息的闭环。一个工厂已经在测试设备报告上说，其手工编码和订单过程的任务量已经从80％降到了4％。Philips公司希望其他工厂也能这样。 结 论 下一代MES系统采用现代技术，为操作上的改进和开发提供了新的机遇。使用简单、透明度更高才会有更好的商业机遇。结果证明在改进的生产商和供应商关系里，是系统本身给了供应商实时透明度以改变生产计划、客户订单和新要求，并自动和供应商计划进行了集成。有了透明度，供应商成为了合作伙伴。 先进的MES系统通过自动操作工作流和集成车间技术来简化过程集成和数据收集。他们支持对中央控制系统进行直观的、不间断的改进，此中央系统对方案、设备和实践提供改进。而且，它不会出现差错和延迟。 先进的MES系统利用一个准确实时的车间生产蓝图来增强ERP系统，这个蓝图可以提供智能订单和运输计划。他们利用一个框架结构创建和基于对象的方法来降低执行风险，此方法增加了系统功能性以取代大规模应用软件替换。他们公开使用的标准和新功能可以很容易的集成到现有环境中。 当每个人都能看到供应链的行为，结果将增加使用机构的响应速度，使其能应对半导体制造商今天所面临的变化。通过基于因特网技术和虚拟工厂模型的创建，下一代MES系统能提供一个未来的框架结构，以应对快速变化并降低成本。(end)

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