什麼是MES(製造執行系統)？
什麼是MES(製造執行系統)？
製造執行系統（MES）已經在市場上存在了相當長的時間，對於任何研究階段的買家來說，實際上有數百種MES可供選擇考慮。由於“MES”這個術語往往涵蓋了非常廣泛的功能範圍，很難找到兩個解決方案提供完全相同的功能範圍。這在過去幾年内可見而知，考慮到與“智能工廠”或“工業物聯網”（IIOT）計畫相關的數字技術的迅速發展。因此，對於您來說，理解MES背後的基本原則至關重要，這樣它就可以滿足您組織的需求。
MES系統的最佳方法
經證實，MES的最佳方法是首先確定您想要達成的主要業務目標，然後往回運作。這樣可以避免無止境地瀏覽描述眾多功能的技術規格，直到在項目中確認其內容為止，這可能會讓人感到困惑。
實際上，一些MES功能對於您目前的特定需求可能是不相關的，因此這有助於消除在選擇過程中的猜測。當然，這些考慮事項需要記錄以供未來任何潛在的階段使用。
在選擇MES軟體（以及支援的硬體技術）時，您的目標應該是制定一個計畫，朝向一個可以滿足您長期目標的單一平台，而不需要一直替換。MES系統的價格不應僅僅計算為製造執行系統軟體和硬體的成本，而應該是對由MES推動的工廠運作所做的變更投資，使MES系統能夠有效運作。不同的MES系統將定制自己的“最佳實踐”，這些實踐的基本原則應與您目前的目標運作進行比較。在大多數情況下，變更的成本和擁有的成本可能大於資本購買本身。
MES與ERP的協同運作
一旦在您的設施實施，MES將與其他現有和未來的工廠控制系統協同運作。大多數工廠都擁有企業資源規劃（ERP）平台，通常它與MES存在一些重疊的功能。然而，ERP絕對不是MES的等價物，因為它通常是為工廠的邏輯規劃而設計的，而不是處理MES所設計的日常物理操作。單獨的ERP系統對個別製造流程和能力的了解不足，這創造了需要一個中介過程將ERP數據“翻譯”為可執行的形式；如果沒有MES，這通常是手動完成的，這需要寶貴的時間和資源。
有了MES，從ERP獲取的相關需求信息被收集並用於構建MES平台將管理的具體生產操作。 MES接下來向ERP提供有關操作的高度準確和詳細的實時信息，這些歷史信息可以被查詢並用於增強下一次計劃的能力。
MES與ERP之間的強大關係應該是考慮的一個關鍵因素，特別是兩個系統之間的交換點。解決這個領域的最簡單方法是根據它們的優勢定義和衡量這兩個系統的角色。在許多工廠中，ERP以簡單而邏輯的方式處理規劃，而在生產中必須進行更複雜的物理任務則由MES在實時和詳細的環境中進行管理。
起步階段 - MES系統的價值
在考慮MES時，您的起點應該是生產的終點，即完成且準備出貨的產品。從客戶的角度來看，最重要的指標是準時交付。對於製造商來說，這是建造產品的成本以及設施的能力。這裡的能力不僅由現有設備的範圍來定義和規定，還由當不可避免地從一種產品型號轉換為另一種時，它是如何被使用和管理的。在製造多種產品的情況下，手動和自動生產操作的靈活性將決定設施的整體效能。
如果您同時生產多種產品類型，確定您滿足交付目標的能力可能是一個非常困難的計算。這是MES的第一個真正潛在價值。基於電腦的數字化工廠模型使您能夠隨時查看流程的狀態和性能，並提 供了無數改進製造現場生產和工單分配的機會。 MES的功能是對最終產品和子組件的實時追蹤。每個生產單元都可以使用標籤或蝕刻條碼上的唯一ID，在整個工廠內追蹤其過程。
MES簡單操作的好處
在每個關鍵站點，將讀取每個生產單元的唯一ID，這提供了幾個重要的相關值。首先，MES處理有關每個事件的信息，例如顯示每個生產單元的確切位置。然後，使用每次讀取的時間，MES將透過生產單元的流動圖表，顯示“關鍵績效指標”（KPI），這有助於生產管理和了解工程性能。例如，您將能夠識別產品在工作站前排隊的“瓶頸過程”。您還可以找到“操作飢餓”的跡象，即操作員在等待下一個生產單元到達時處於閑置狀態。 MES將顯示未通過測試或檢驗過程並需要重新定向到修復站的生產單元，以及給主要生產流程造成的任何干擾。透過分析每個生產過程中生產單元的通過量以及它們之間的運行時間，可以確定有關效率、生產力、總設備效率（OEE）等詳細信息。
這樣的追蹤生產單元將帶來後續的好處。 MES可以確保在讀取每個產品的ID時，對工單的一致性進行檢查，以便每個生產單元只會按照正確的順序進行每個過程，包括任何修復部分。這樣強制執行，以確保不會錯過任何生產過程、測試或檢驗操作。將MES系統與工程數據準備系統連結還可以確保操作員的操作標準和設置文檔與正在製造的產品完全匹配，包括任何材料替代或修訂變化。
提供電子文檔的能力消除了通常用紙張的文檔管理的幾個風險，特別是在審核情況下，其中合規性是關鍵，修訂控制是一切。生產過程的數據，如測試結果，還可以收集並歸類於每個生產單元，以生產單元的可追溯性形式創建整個生產歷史。此可追溯性的複雜程度將取決於從工廠機器獲取多少數據以及操作員手動輸入的時間有多少。
任何新的MES安裝成功的關鍵因素是機器連接性和系統用戶界面的質量。 MES產品的一些明顯區別因素包括能夠從各種不同類型的機器提取和解釋數據的能力，以及以受控方式持續收集手動操作員輸入的能力。 MES界面是針對操作員個人，不需要固定在任何運作位置。通常會有專門用於某些產品的物理過程，例如功能測試，因此不需要同時擁有所有過程。
這種從MES的“高層次”簡單查看提供了對操作的基本可見性，以及有關它的工作方式的寶貴細節，同時還突顯了可以進行改進的領域。然而，您需要考慮許多潛在因素，以確定應該如何進行任何更改，以及這些更改可能產生的相應效果。生產對整個工廠營運的其他方面有重大依賴。這些相依性包括質量管理、物料準備和物流、工程數據準備以及主要工具和資源的管理，包括人員。
MES的範圍深入到包括這些相依性流程的工廠管理領域，以便您可以解決在生產流程中看到的任何症狀的根本原因，並優化和改進這些相依性流程本身。
對MES系統的深入探討
MES在包含內容和不包含內容等方面有著許多不同的涵義。大多數MES系統被設計為在行業間實現最大覆蓋，支援各種行業部門。在某些情況下，某些功能可能是不相關的，而在其他情況下可能是至關重要的。可能永遠不會有MES的普遍標準化，明確規定它必須包含什麼或預期它應該包含什麼。工業物聯網（IIoT）和其他技術進步不斷演變，改變了對這個問題的討論。MES的當前期望是減少需要的操作員支持量，並透過與自動設備雙向連接，減少數據獲取和過程控制的中斷和延遲。為了在最終裝配生產過程中獲得對可能的干擾的可見性和控制，MES提供連接這些不同區域的單一數字平台。
工廠相依性
生產流程通常被設計為專注於主要的生產計劃，以便將完成的產品交付給客戶。這種觀念是，生產計劃中的任何中斷都會影響準時交付的表現，而這絕對不應該發生。如果這些中斷發生，它們將導致生產力降低，並增加延遲完成的可能性，這將透過需要多餘的成品庫存來增加操作的成本。最終的生產完全依賴於事先的完美準備，最好是按需即時提供，而不是在之前的任何時間。需要牢記的主要相依性考慮因素包括物料準備、工程數據、關鍵工具和資源的管理，以及人員。
MES追踪當前和計劃的生產以及最新的生產進度。然後可以預測物料供應和資源利用的順序，從而使MES能夠管理這些資源，以符合最終的生產需求。如果資源能力超過，MES還可以微調最終的生產計劃。因此，MES同時在多個區域以及許多不同類型的數據中運作，基本上處於“大數據”環境中。軟體的設計和範圍將決定MES提供多少價值和範圍。基本的例子將計算並確定所需的要求，然後監視性能進度。更高級的MES系統將管理相依區域的重要屬性，提高自動化、管理和可追溯性的效益。
MES內部供應鏈管理
為了使生產成功，材料至關重要。即使是微不足道的部分，如正確的電纜或電阻，它們本身的成本很小，也可能阻礙生產完成，甚至可能不應該開始。因此，MES需要將每種個別材料視為關鍵。 ERP透過部件號和數量“現場”簡單追蹤材料，從原材料到工單完成，基本上是透過在材料清單（BOM）中乘以製造的產品數量。許多ERP系統支援指定位置的材料庫存，但由於在繁忙時需要進行大量手動物料盤點和數據輸入，這是不可靠的。由於失敗和其他未計算的損失，ERP對材料的觀點幾乎是與實際情況不同。這些不準確和在需要時無法找到材料的能力導致需要調整ERP，引起頻繁、昂貴和擾亂的庫存檢查。
基本的MES系統有助於提供有關材料運動的知識，儘管ERP系統會基於對可用材料的不正確假設而經常做出不良的計劃決策，從而可能創建無法實現的計劃。先進的MES系統將完全控制材料。這始於材料的獨特標識，可以是對於基本組件和子組件的個別標識，也可以是對於大量材料（例如電子製造中的SMT零件卷）的攜帶者。然後，MES將為材料操作員創建並管理物流任務，透過分配存儲位置，然後在整個工廠分散材料。移動終端掃描材料進出位置，是在任何需要的地方擁有MES功能的絕佳方式。
MES對當前和近期預定計劃擁有完整的可見性，並透過了解每種生產所需的材料數量，提供有關生產過程的實時反饋。更先進的MES系統將收集失敗數據和消耗數據，然後可以維持幾乎完美的材料庫存控制，並在返回ERP時改善ERP的決策。更先進的MES系統還可以管理材料的更高級方面，如存儲環境要求、對潮濕敏感材料的烘烤週期、過時和過期，以及對批准BOM的替代材料。
MES技術確保MES內部材料短缺，以確保材料的缺乏永遠不會導致生產中斷。庫存減少75％，材料物流減少30％，倉庫空間減少50％，以及與生產空間和所需的攜帶者數量相關的其他儲蓄，例如SMT材料的供料器，都是一些附加的好處。對許多人來說，購買先進的MES系統可以單單透過在材料相關成本上的潛在儲蓄來辯護。
工程數據管理
在現代MES解決方案中，顯示生產過程的電子文檔是一項任務。隨著越來越多的流程實現自動化，這種文檔就會轉向流程的設置，而自動化則遵循指定的一套指令。機器供應商提供的軟體通常會格式化和優化這些指令。然而，產品的設計和本地BOM提供了工程數據，其中包含派生指令的指導。根據流程能力和吞吐量指標，MES工程系統將設計和BOM數據的轉換以及分配工作以完成產品的過程劃分，為多個自動化和手動流程之間。如果沒有這樣的MES工具，工程師必須從多種不同格式的設計數據中讀取數據，確認數據一致性，根據本地BOM更改調整數據，然後根據其經驗和知識手動將數據分配給各種生產系統。
在複雜的製造過程（如電子製造）中，這個過程通常需要幾天的時間。不幸的是，這個過程基本上是在工程師提前決定製造每個產品的生產配置，靈活性非常有限。在當今動態的高混合環境中，這個過程是不可持續的。透過利用先進的MES系統創建的數字產品模型，可以從設計和BOM的電子格式中提取數據，根據工程偏好自動轉換並分配工作，而不是花費幾天的時間。根據當時的生產和需求實際狀況，能夠高效生成需求時的工藝數據使MES規劃功能能夠決定對每個產品使用的最佳配置。更靈活的計劃能力極大地提高了資產利用率和生產效率。MES規劃功能將考慮產品層次結構中的所有可用配置、換型時間以及產品分組策略的引導時間。
這種方法在幾個小時或幾天內完成，而不是幾周或幾個月。這種靈活性的提高為現代工廠應對客戶需求變化、在高混合產品中平滑進行更改的能力提供了一個飛躍。這做法可以使生產效率提高20%到50%之間。這解決了在產品混合增加的同時生產力急速下降的傳統問題，從而導致成本和投資的增加，而在沒有MES或僅有基本MES的情況下存在。
採用MES系統的原因
在這最後一部分，我們深入探討MES功能的層次，以使最終生產能夠有效運作。然後，我們將探索不同類型的MES系統，並回顧在首次實施或將已經存在的基本MES升級到具有最新IIoT數字化技術的系統時應牢記的MES系統重要方面。
MES系統主要關注追蹤計劃的生產進度和相關活動，以及能夠根據客戶需求、可用材料和工藝能力的變化調整計劃的能力。MES系統提供各種程度的模塊來協助這些活動。一些包括高級控制和優化，整合支援營運管理的各個部分。現在我們已經探討了材料和工程數據管理，接下來我們將檢視MES如何控制其他資源和相依性。
資源管理
在任何特定的生產過程中，有各種類型的資源是必不可少的，以使其正常運作。如果其中任何一種資源缺失，那麼過程將無法執行。基本的例子包括裝配工具，如簡單的螺絲刀或剪刀。流程還可能需要一系列特定的支援設備，例如SMT機器上的材料供應器。在這個例子中，供料器必須準備好、製作和安裝，以支援它們將供應的具體材料。任何錯誤都可能是災難性的，因為這是一個至關重要的過程。這就是為什麼MES需要包括供料器準備的原因。其他製造執行系統的用例例子包括正確設置、校準和檢查測試設備或在使用之前需要設置到特定值的扭矩驅動器。在許多情況下，關鍵是依賴設備的維護，而不僅僅是其存在和準備就緒。在進行例行維護，計算和管理工作週期的情況下，需要管理依賴資源的當前狀態，除了管理可用性和設置。更全面的MES將提供所有這些任務。
人力資源
人類工作者是最難管理的資源之一。每個人都擁有獨特的技能、能力和經驗，因此他們可能無法在特定的生產過程中工作。在某些情況下，能否達到生產目標，甚至能否開始生產，很大程度上取決於休息時間和生病、休假等情況。關鍵是要知道在每次執行生產工作時，具有必要技能的操作人員將在確切的時刻可用。先進的MES系統可以提供額外的、更創新的好處。透過MES系統和過程自動化軟件中包含的更多操作知識和指導，可以減少對專業操作員技能的需求。在具有最新電子文檔的環境中，操作員可以快速且安全地在團隊內從一個角色轉移到另一個角色，從而提高生產靈活性。在這種情境下，使用移動終端，與操作人員一起在資源所需的任何地方。
主動品質管理
與品質相關的任何問題都會對生產產生干擾。任何發生的缺陷都可能導致額外不必要的檢查、維修、重做和重新測試週期，這將造成延遲和成本問題。更嚴重的是，一旦發現缺陷，它不太可能是唯一的。存在高機率再發生，直到找到並實施某種對策。在某些情況下，這可以嚴重到導致停止生產，直到找到缺陷的原因。除了處理例外路由外，MES還從測試和檢驗過程中收集電子維修工單，這有助於分析缺陷和維修程序。MES系統記錄了材料和過程，透過缺陷單位的完整且具體的生產歷史，最大程度地減少了生產干擾，支持最快速的缺陷分析。統計數據有助於確定導致此缺陷發生的特殊情況，並識別以相同方式製造的其他生產單位。MES系統為每個生產單位提供完整的追溯信息，確保透過依賴關係管理一切所需的內容都正確放置、配置並正確設置。透過這種方式，先進的MES在工廠內和市場上的產品中都提供了主動的品質管理，有助於確保不良品質的最低成本。
維護管理
設備故障是製造業面臨的另一個關鍵問題。為了避免這些意外事件，必須對所有關鍵設備進行例行維護。然而，了解應該執行哪些維護工作以及多久執行一次是具有挑戰性的。維護計劃可能會導致生產時間的損失。例如，如果機器或生產線的使用情況未如預期的頻繁，許多維護工作可能是不必要的。透過利用有關每個關鍵生產過程累積的工作信息，MES可以對創建更複雜的維護策略產生有價值的影響。預防性維護計劃則將維護工作減少到僅執行必要的內容。這種方法可以用於主要維護工作，例如馬達更換，以及定期維護任務，例如清潔和潤滑。MES管理維護資源並組織維護工作的時間，例如在機器因其他原因未被使用的時間進行，或者這些任務將納入整體規劃活動。MES的維護終端是固有的移動性，使其成為維護工程的重要工具，與MES進行交互，標記維護工作的位置和類型，文件調整和設置，並協助理解維護工作程序。
MES選擇的廣度
當今可用的MES系統的廣度和深度相當多樣。然而，可以在高層次上將MES應用劃分為幾個類別。一種類型是更簡單、更通用的MES系統，旨在支持眾多行業，具有基本功能，並在靈活性或自定義方面受到限制。儘管這些系統基本上僅支持自動化應用程序的當前生產操作，但它們仍然是有用的。另一種MES類型則完全相反，它深度支持複雜需求，通常在特定的利基行業中，往往需要大量的自定義。這種類型的MES系統可能會大幅增加成本，因為需要額外的軟件定制，以及持續的支援成本。
介於這些極端之間的是MES 解決方案的“黃金點”理想範圍。使用包括最新的IoT標準在內的知名數字技術，現代MES系統可以以最小的操作從各種自動化流程中收集數據。這些模塊遵循標準的數字流程建模，將對關鍵區域提供相當深入的詳細信息，幾乎不需要進行自定義。這些高質量的MES系統非常可配置，提供以生產、工程和其他流程的方式以及它們如何協同工作的“最佳實踐”方法的好處。結果是最現代和技術先進的MES解決方案在實現原始的商業目標方面發揮了至關重要的作用，並且有著清晰的理解和可實現的投資回報（ROI），在某些情況下，可以在非常短的時間內實現投資回報，有時甚至只需幾周。
總結
在考慮實施MES系統或將舊系統升級為最新更先進的系統時，有許多要牢記的起點。一個很好的起點是實現與業務相關營運目標的成功，但同時要注意MES的多個模塊可能在起步階段是有用的。相反，引入太多模塊可能會引起混亂並增加初始成本。在評估MES時，應考慮額外的潛在階段，以確保一旦選擇的MES到位，它可以支持未來的需求，而無需考慮更換。應該對每個階段的每個模塊或一組模塊進行投資回報（ROI）分析。應該評估實施MES的變化對收益方面的潛在影響。這些評估因製造操作的主要關切是容量、按時交付指標、質量或符合要求等而有所不同。
建議選擇一個提供與各種自動化以及數字產品和標準流程建模相關的標準連接的MES系統。這將消除不必要的支出和昂貴的定制。還有一個保持MES安裝簡便和成本有效的要素是了解工廠硬件要求，特別是對於人為操作的流程，操作員可能會不斷從一個角色或位置轉換到另一個。