军工电子实施MES的制约要素与解决策略

于永洲，孙光峤，黄念宁，林 罡，祁玉发

（南京电子器件研究所，南京 210016）

1 引言

制造执行系统 (manufacturing execution system，MES)[1]是美国AMR公司 (Advanced Manufacturing Research，Inc.)在20世纪90年代初首先提出的，旨在加强物资需求计划（MRP）的执行功能，把MRP计划通过执行系统同车间作业现场控制系统联系起来。

近年来，以台积电（TSMC）、联华电子（UMC）、全球代工（Global foundries）、中芯国际（SMIC）等为代表的全球半导体代工龙头企业，已经将电子行业MES的实施和应用推进到非常成熟的程度。但在国内军用电子行业，无论是军工企业还是科研院所，由于历史和政策原因，MES系统的实施和使用明显落后。近几年，大部分的军工电子企业表现出对MES强烈的需求愿望，究其背后的根本原因是：一方面，随着我国军事装备现代化、规模化发展的要求以及目前军民融合的发展方针，军工行业原有的劳动密集型作业方式向现代化程度更高的科技密集型作业方式转型势在必行；另一方面，企业自身对生产调度、订单交付、资源调配、质量控制的要求也越来越高。

本研究通过分析国内军工电子行业的特点和现状，提炼了军工电子行业实施生产执行系统（MES）的制约要素，并结合南京电子器件研究所MES项目的实施经验，提出了解决策略。

2 军工电子行业的特点

军工电子行业作为生产制造类企业，在具有普通电子制造业特点的同时，也有其特殊性，主要表现为：

（1）多品种且小批量订单占比高。军工电子企业的订单是以总体任务目标的完成为导向，因此无法像民用电子企业一样根据经济指标对任务订单进行筛选；另一方面军工电子产品的适用范围决定了每款产品的数量不可能像民用行业的产品，如CPU、GPU一样具有极其广阔的市场和巨大的订单需求，以上原因决定了军工电子单位无法避免订单和产品的多品种、少批量问题。

（2）产研并行。受制于资金来源、国家财政政策、战略定位等原因，军工电子制造单位对研发厂房、量产厂房的定位、建设、资金投入程度很难做到与民用电子企业类似的量产和研发厂房分别建立和运行，转而采用研发和生产在同一条生产线的模式，即产研并行。

（3）紧急订单较多且性能指标提升、紧急程度变化较为频繁。在我国军工技术快速迭代和发展的大背景下，军工电子产品订单紧急程度的提升或降低、性能指标的提升等情况以常态形式存在，给生产的排产、工艺维稳等带来较大的困难。

（4）可靠性指标要求高。军工产品的适用范围从深海到高原，从低空到宇宙，一般需考虑复杂电磁干扰强、高低温变化大、真空密闭要求高等特点，因而军工电子产品对工艺可靠性指标具有极其严苛的要求。

3 MES实施的制约要素及解决策略

军工电子行业的特点使得在军工电子行业实施MES时，制约要素也有其独特性。制约军工电子生产执行系统（MES）实施的要素包括：建立实施团队、MES厂商选择、设定有限目标、标准化、企业管理层重视，这些要素决定了项目能否成功，属于在项目实施过程中需要逐步解决的问题。

3.1 建立实施团队

MES实施成功的首要因素在于实施人员和团队，MES厂商对此一般非常重视，会有标准的项目组组织架构，但军工电子企业的项目团队建立都不尽人意，从而导致项目实施风险被放大。

造成此现象的原因是军工电子企业对MES的原理、实施和运行管理的方法缺乏深刻的理解和认识，主要体现在两个不同层次的误区：一是企业对MES毫无概念，认为MES只是一套普通的商业软件，实施工作由MES厂商完成，甲方接受培训并使用；二是MES的推广未能全面、系统地实施，体现在MES项目实施的关键岗位不能得到人员保障[2]，MES的运转没有从企业管理、技术、技能等多个环节得到全面推广。

针对以上问题，本研究先明确各个分部门的业务联系窗口，其次保证大部分联系窗口为本岗位的资深或关键人员；同时成立了以MES项目经理为核心的开发团队（4人），标准化团队（多于3人），实施团队（3人）,现场值班团队（2人），各团队分工明确，协调作战，效果明显，有力保证了项目的顺利实施和效果。

3.2 MES厂商选择

大部分军工电子企业是在产能扩充、信息化管理提升、质量要求增高的背景下，凸显出对MES的需求。面对众多的MES公司和软件，选型人员难以选择。本研究发现，MES厂商选择应遵循以下3点原则：

（1）MES厂商的项目风险控制能力不能极强。分析调研的案例发现，风险控制能力极强的MES厂商，会在项目进行过程中因超出项目预期的难度或成本而单方面终止合同，其对风险的判定标准完全是从MES厂商的经济指标角度出发。

（2）MES厂商的企业工作风格应是灵活型。军工电子行业的特点决定了不可能所有的功能都会在商务招标合同中详细要求到位，因此在项目实施的过程中会有部分需求与商务合同中不一致或有更高阶的需求，需要MES厂商予以配合。

（3）MES厂商近 10年案例实施成功率接近100%。一个可靠的企业是非常重视自己的行业声望的，若非万不得已一般不会允许出现失败项目，因此以往项目的成功率也是选型时的一个重要参考。

3.3 设定有限目标

信息化水平高、管理水平高、具备信息化管理理念的企业，具有明确的MES项目实施目标，实施后的系统应用效果是很好的。然而军工电子行业的部分单位并不具有以上条件，导致在MES实施前往往举棋不定，无从下手，或是盲目上马，匆匆收场。本研究发现，确定功能需求时应把握以下原则：

（1）功能收敛原则。MES可为企业带来多方面的生产效益，但它不能解决企业中的所有问题，所以在功能的确定上，尤其是首次实施MES时，切忌将企业所有需要解决的问题都定位于功能需求中。

（2）目标详尽原则。目标与需求切忌大而全，需进行详细的需求分析，明确MES系统建设目标。此处对功能详细的需求分析较为依赖于项目团队是否具有MES的使用经验和对本单位现状的了解，两个因素缺一不可。

（3）信息共享原则。考虑与企业已有管理系统的通讯、集成问题，避免出现更大或更多的“信息孤岛”，提高企业的信息共享程度。若当前条件或者项目实施过程中无法实现集成，则应保留相应的系统接口。

3.4 标准化

MES是生产执行系统，并非解决所有生产管理问题的“救命稻草”，项目实施过程中必须遵循其客观规律，做好系统的标准化管理工作。本研究认为，做好标准化工作主要有以下几个重要因素：

（1）生产对象的建立。在半导体芯片代工业，一般是以批次（Lot）为生产对象。生产过程中，某一产品一般会包含多个Lot，一个Lot包含若干片晶圆（wafer），在生产过程中所有的Lot都遵循同样的命名规则。

（2）工艺流程的建立。工艺流程是产品批次在实际生产过程中要经过的所有工序的列表。在整个工艺流程中每一个工序涉及的要素包括设备、recipe、工艺区域等，这些要素命名规则、管理方式也应统一。

（3）过程数据采集规则（EDC plan）的建立。在生产中，有些工序是用来量测物理尺寸或测试电性能数据的，针对这个测试站点采集的数据如何分类、每片采集几个点的数据、控制/规范的上下限等，这些信息都需要通过EDC plan来进行标准化管理。

（4）标准化管理。由于工艺流程的建立涉及整个工艺线的各个环节，因此参与人员几乎包括了甲方工厂里各个部门的资深工程师，他们可根据实际情况提出新建、更改、删除等需求，但应由标准化人员统一管理、核实、执行。

3.5 企业管理层重视

由于军工电子单位管理模式、人员结构等的继承性，使规模化后的生产线仍在很大程度上保留了科研生产的诸多属性和惯性，导致MES项目实施不顺利甚至失败的情况时有发生，因此高层领导的绝对支持是MES项目成功实施的关键。主要体现在以下几方面：

（1）甲方实施团队的人力投入。甲方实施团队是项目的参与者，更是软件供应商与甲方使用人员之间的沟通者，其人员构成、项目投入度对项目的影响很大，需要组织和企业高层在实施团队上的人力投入进行保证。

（2）实施进度的客观性和反复性。军工单位由于自身的特点，在MES实施过程中有诸多与标准功能差异明显的定制化需求，因而会导致Bug出现的概率增高，高层应将其理解为项目实施成本的一部分。高层对实施进度的客观认识对实施团队至关重要，能给团队提供继续向前推进的信心和决心。

（3）思维习惯与工作方式的统一。一方面，员工不愿意放弃原有的工作方式和习惯，转而希望MES系统适应其原有工作方式；另一方面，MES系统上线运行前期的标准化工作，也会导致工作量短期的增加。此时，需要组织和高层领导站在全局的角度把好方向，保证全体员工在思想上的统一和行动上的一致。

4 MES实施效果案例

南京电子器件研究所在MES项目中很好地解决了各个制约因素的影响，MES项目实施顺利。从项目正式启动到第一批产品流程完成，用时8.5个月，项目第10个月时MES系统产品占有率达到当月总产能的80%，项目第12个月时MES系统产品占有率达到当月产能的95%，系统功能的完整性、稳定性、适用性等得到有效验证，具体体现在下面两个方面。

4.1 可视化管理更加直观有效

项目在顺利实施的同时，为生产管理提供了报表、看板等高效管理工具，图1为设备状态管理看板，不同位置、不同颜色的方框代表了分布在车间不同位置、不同状态的设备，设备的分布位置按照在车间的实际位置同比例缩小，绿色代表设备作业中，黄色代表设备等待中，红色代表设备故障，蓝色代表设备验证中。图2为产能分布及状态看板，展示了不同生产组的产品实施状态，绿色代表作业中，黄色代表等待中，红色代表异常处理中。图1和图2刷新频率为30 s/次。

图1 设备状态管理看板

图2 产能分布及状态看板

4.2 生产效能大幅提升

在MES项目成功实施后，根据前3个月的数据统计，对比MES系统实施前的数据集，手工记录工作量减少51%，记录损失减少76.0%，数据录入时间缩短59.8%；前置等待时间缩短10.3%，生产周期缩短30.3%；关联数据查询时间缩短95%，相关性分析效率提高80.9%；报表管理效率提高300%以上。对比行业内容在项目实施完成后12个月内的提升程度，本研究在项目实施完成后的3个月内已有较大的提升。

5 结论

在当前工业4.0的大背景下，各行业都在极力推进MES系统，以提高和夯实企业的生产管理能力[3]。但军工电子行业的MES实施涉及因素复杂，难度指数高，失败案例多。本研究结合南京电子器件研究所的项目经验，详细分析了军工电子行业实施MES的制约要素及解决策略，阐述了建立实施团队、MES厂商选择、设定有限目标、标准化、企业管理层重视等要素，并给出了解决方法，为军工电子行业生产执行系统（MES）的实施提供了思路和方案。

[1]姚涛，等.船舶军工制造企业MES应用研究[J].现代制造工程，2017(03):31-37.

[2]李清，等.制造执行系统实施方实施能力综合评价技术研究[J].制造业自动化，2007(09):1-6.

[3]陈智呈，等.工业4.0与智能联动战略[J].信息技术与信息化，2014(06):76-78.