半導(dǎo)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(yáng)能電池以及光電探測(cè)器等,。隨著技術(shù)的進(jìn)步,，半導(dǎo)體光電子器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工,、光纖通信、冶金化工,、醫(yī)療保健,、建筑景觀、國(guó)防工業(yè)以及節(jié)能環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域,，在當(dāng)今的信息化社會(huì)里起著無(wú)法替代的重要作用,，形成了一個(gè)光電子產(chǎn)業(yè)。
光電子元器件的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)典型的離散制造生產(chǎn)過(guò)程,，具有批量不等,、周期較短、產(chǎn)率波動(dòng),、質(zhì)檢苛刻,、個(gè)性需求等特點(diǎn)。由于系統(tǒng)的特殊性,，上層企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)ERP(Enterprise Resources Planning) 與底層基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)PCS(Process Control System)存在溝通不暢,，當(dāng)生產(chǎn)中出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，信息得不到及時(shí)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(diào)整、排班調(diào)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系統(tǒng)就是在這樣的背景需求下應(yīng)運(yùn)而生。美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)(AdvancedManufacturing Research,，AMR)提出了制造行業(yè)的ERP/MES系統(tǒng)軟件/PCS三層企業(yè)集成模型,。
MES系統(tǒng)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(bǔ)了上下兩層之間信息溝通的鴻溝,，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行,，通過(guò)控制包括物料,、設(shè)備、人員,、流程和環(huán)境在內(nèi)的所有資源來(lái)提高競(jìng)爭(zhēng)力,。企業(yè)接到訂單后MES系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理，保證及時(shí)交貨,，提高生產(chǎn)回報(bào)率,；有不確定情況發(fā)生時(shí)，MES系統(tǒng)軟件能夠及時(shí)響應(yīng),，根據(jù)具體情況對(duì)異常情況進(jìn)行處理,，保證生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行,。MES系統(tǒng)的雙向通訊極大地提高了生產(chǎn)指令下達(dá)的準(zhǔn)確及時(shí)性，增強(qiáng)了企業(yè)生產(chǎn)力,。
隨著全球經(jīng)濟(jì)的一體化,，半導(dǎo)體光電子企業(yè)如果要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立足，就必須提高自身適應(yīng)能力,，滿足客戶瞬息萬(wàn)變的需求,，所以建立一個(gè)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(lái)越廣泛的關(guān)注。
1,、應(yīng)用現(xiàn)狀
MES系統(tǒng)產(chǎn)品主要分為三類(lèi),，分別是軟件供應(yīng)商提供、企業(yè)自主開(kāi)發(fā),、企業(yè)與科研院所共同開(kāi)發(fā),。而按照行業(yè)來(lái)劃分，主要分為半導(dǎo)體,、電子,、航空、汽車(chē),、石化,、冶金、煙草等行業(yè),，迄今為止,，還沒(méi)有一套MES系統(tǒng)軟件產(chǎn)品能夠適應(yīng)于所有領(lǐng)域。與流程工業(yè)以及半導(dǎo)體行業(yè)完善的MES系統(tǒng)軟件體系相比,，半導(dǎo)體光電子行業(yè)的MES系統(tǒng)軟件研究起步較晚,，針對(duì)這一行業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)的成熟軟件比較少，很多中小企業(yè)自己開(kāi)發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)管理,，沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上制約了行業(yè)的發(fā)展
1.1 軟件應(yīng)用
目前市場(chǎng)上成熟的MES系統(tǒng)產(chǎn)品都是針對(duì)硅片生產(chǎn),，如IBM公司的SIView，AppliedMaterials公司的FAB30,、WorkStream,、PROMIS和FactoryWorks，以上MES系統(tǒng)軟件產(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(dòng)了光電子器件的生產(chǎn)信息化。
我國(guó)光電子器件MES系統(tǒng)起步較晚，有代表性的公司包括巴陸科技MES系統(tǒng)軟件,、奧比特OrBit-MES系統(tǒng)軟件等,。OrBit-MES系統(tǒng)軟件構(gòu)建于中國(guó)自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)平臺(tái)之上，基于MES系統(tǒng)軟件A/ISA-S95標(biāo)準(zhǔn),，通過(guò)批次過(guò)程控制,，將同步數(shù)據(jù)采集技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)內(nèi)部物流的全線追溯、制造工程配置,、生產(chǎn)及品質(zhì)過(guò)程控制,，填補(bǔ)了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到ERP 間的信息鴻溝。OrBit-MES系統(tǒng)軟件的實(shí)施為光電元器件制造商N(yùn)ewFocus提升了企業(yè)的管理水平,，同時(shí)該產(chǎn)品也應(yīng)用到了太陽(yáng)能行業(yè)如BP太陽(yáng)能等,。由于實(shí)施對(duì)象數(shù)量不多，許多企業(yè)擔(dān)心國(guó)內(nèi)MES系統(tǒng)軟件產(chǎn)品的性能,，于是有了在已有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次實(shí)施開(kāi)發(fā)的方式,。
此類(lèi)MES系統(tǒng)軟件應(yīng)用的典型包括日銀(IMP)、上海新進(jìn)半導(dǎo)體(SBCD)等公司,，由于公司規(guī)模比較大,，需求很明確，市場(chǎng)上的軟件不適合其生產(chǎn)特點(diǎn)并且價(jià)格昂貴,，因此IT部門(mén)自主研發(fā)了MES系統(tǒng)軟件,。這種做法的好處在于MES系統(tǒng)軟件上線后非常符合實(shí)際需求，維護(hù),、升級(jí),、拓展容易，缺點(diǎn)在于要投入大量的人力和時(shí)間,，平均耗時(shí)在一年以上,。
1.2 半導(dǎo)體光電子器件生產(chǎn)特點(diǎn)
與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體生產(chǎn)相比，半導(dǎo)體光電子器件的生產(chǎn)有以下特征：
1)規(guī)模小,。由于全球?qū)怆娮悠骷男枨罅恳欢?，與半導(dǎo)體生產(chǎn)線相比，光電子器件規(guī)模較小,，同類(lèi)型的機(jī)臺(tái)數(shù)量少,，一旦某臺(tái)機(jī)臺(tái)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(duì)設(shè)備的維護(hù),、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(diào)度有一定的靈活性,，短時(shí)間內(nèi)能夠調(diào)整從而指導(dǎo)生產(chǎn),。
3)半自動(dòng)。半導(dǎo)體生產(chǎn)多為全自動(dòng),，通過(guò)一段時(shí)間的生產(chǎn)可以統(tǒng)計(jì)分析出不同設(shè)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(jìn)一步造成庫(kù)存壓力,，因此MES系統(tǒng)軟件要能夠合理安排作業(yè)人員，并充分考慮庫(kù)存量,。
4)多批次,。半導(dǎo)體為大批量生產(chǎn)，一個(gè)訂單的數(shù)量巨大,，而光電子器件多為小批量,，針對(duì)客戶的特殊需求，產(chǎn)出特定的功率,、波長(zhǎng)的產(chǎn)品,，這就使得設(shè)備在生產(chǎn)中頻繁調(diào)整參數(shù)，因此投料控制極為重要,。
5)非標(biāo)準(zhǔn),。半導(dǎo)體各產(chǎn)品用料可依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，而光電子器件涉及到非標(biāo)夾具,，導(dǎo)致lead-time各不相同,，因此MES系統(tǒng)軟件對(duì)這種輔助資源調(diào)度要做到合理的控制和優(yōu)化。
1.3 MES系統(tǒng)功能模塊
如果說(shuō)生產(chǎn)流程是正向的物流,，那么MES系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)反饋信息流,。一個(gè)合適的MES系統(tǒng)軟件上線，對(duì)于半導(dǎo)體光電子器件制造會(huì)產(chǎn)生很大的改善與幫助,，這就需要MES系統(tǒng)軟件在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控,、計(jì)劃規(guī)劃和數(shù)據(jù)管理三方面起到推動(dòng)作用。
1.3.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控
MES系統(tǒng)要能夠覆蓋到整個(gè)工作流,，按照實(shí)際情況記錄每一步動(dòng)作的數(shù)據(jù),，顯示設(shè)備工作狀態(tài)，使得管理人員更加容易的控制生產(chǎn),。同時(shí),，MES系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)使用條件、參數(shù)應(yīng)具有指導(dǎo)提醒作用，并對(duì)過(guò)程參數(shù)監(jiān)控,，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化操作,，起到減少錯(cuò)誤、節(jié)約時(shí)間的作用,。
1.3.2 計(jì)劃規(guī)劃
通過(guò)MES系統(tǒng)軟件,，管理者可以全面的掌握在制品情況，了解庫(kù)存信息,，處理異常工況;當(dāng)顧客需求變化時(shí)快速反應(yīng),，輔助及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)規(guī)劃，改善作業(yè)績(jī)效,。
1.3.3 數(shù)據(jù)管理
在光電子器件生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)和半成品測(cè)試數(shù)據(jù),，MES系統(tǒng)軟件要對(duì)這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，形成一個(gè)知識(shí)庫(kù),，通過(guò)不斷的積累挖掘指導(dǎo)將來(lái)的生產(chǎn)加工,，為設(shè)備維護(hù)、產(chǎn)品研發(fā),、產(chǎn)品改進(jìn)提供支持,。
MES系統(tǒng)(國(guó)際MES系統(tǒng)軟件聯(lián)合會(huì))對(duì)MES系統(tǒng)的功能模塊及與其他系統(tǒng)的關(guān)系進(jìn)行了總結(jié)，針對(duì)半導(dǎo)體光電子器件的生產(chǎn)特點(diǎn),，光電子器件MES系統(tǒng)軟件應(yīng)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(guò)部分制造工藝后,，還沒(méi)有成為產(chǎn)品或者還沒(méi)有經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn),，因而還沒(méi)有進(jìn)入到成品倉(cāng)庫(kù)的部分。對(duì)在制品的管理包括監(jiān)控它當(dāng)前的加工狀態(tài),、計(jì)劃規(guī)劃中的狀態(tài)以及處于整個(gè)工作流中的狀態(tài),。
2)設(shè)備管理。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備以及器具進(jìn)行管理,，分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)部分,。靜態(tài)部分設(shè)備管理要實(shí)現(xiàn)記錄設(shè)備的編號(hào)、用途,、各種加工情況運(yùn)行參數(shù)以及責(zé)任人等,，動(dòng)態(tài)部分為明確工作狀態(tài)及運(yùn)行狀態(tài)，在出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)維修,，并做維修記錄,。
3)生產(chǎn)計(jì)劃管理。根據(jù)客戶訂單的生產(chǎn)數(shù)量和完成時(shí)間,，系統(tǒng)下達(dá)生產(chǎn)指令,，包括每個(gè)工序的具體任務(wù),，每個(gè)任務(wù)的參數(shù)，每臺(tái)設(shè)備的工作時(shí)間,，加工規(guī)格及數(shù)量等信息,，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí),，能夠及時(shí)調(diào)整計(jì)劃,，完成訂單。
4)庫(kù)存管理,。庫(kù)存管理主要包括原材料的庫(kù)存管理和產(chǎn)品的庫(kù)存管理,。通過(guò)查詢(xún)?cè)蠋?kù)存，可以知道它的供應(yīng)商以及規(guī)格,，通過(guò)查詢(xún)產(chǎn)品庫(kù)存,，可以了解從物料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品所有經(jīng)過(guò)工序的批號(hào)、責(zé)任人和質(zhì)量編號(hào),，能夠?yàn)槿藤|(zhì)量跟蹤及企業(yè)高效率地管理庫(kù)存提供規(guī)范,，全面提高工作效率和質(zhì)量。
5)工程數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC),。工程數(shù)據(jù)采集覆蓋生產(chǎn)制造過(guò)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(jìn)度,、質(zhì)量數(shù)據(jù)、設(shè)備負(fù)荷,、在制品加工狀態(tài)等,。SPC利用統(tǒng)計(jì)方法利用采集的數(shù)據(jù)對(duì)過(guò)程中的各個(gè)階段進(jìn)行控制，從而達(dá)到改進(jìn)與保證質(zhì)量的目的,。SPC確保制造過(guò)程持續(xù)穩(wěn)定,、可預(yù)測(cè)，起到提高產(chǎn)品質(zhì)量,、生產(chǎn)能力,、降低成本的作用。
6)訂單跟蹤,。通過(guò)采樣時(shí)間點(diǎn)設(shè)備的物料生產(chǎn)以及轉(zhuǎn)移加工情況跟蹤現(xiàn)場(chǎng)物流情況,，包括作業(yè)開(kāi)始、結(jié)束時(shí)間,，批次的數(shù)量,、位置，作業(yè)設(shè)備消耗,、運(yùn)行參數(shù),，產(chǎn)品或者半成品的所有加工責(zé)任人,，同時(shí)，記錄質(zhì)量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),。
7)文檔管理,。存儲(chǔ)及管理各種生產(chǎn)、質(zhì)量,、工藝文檔,，在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)或質(zhì)量管理中，調(diào)用相關(guān)文檔,，為工作提供指導(dǎo)參考,。
8) 質(zhì)量管理。質(zhì)檢過(guò)程對(duì)制造過(guò)程各階段的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,，通過(guò)實(shí)時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù),，對(duì)故障記錄進(jìn)行分類(lèi)分析，對(duì)設(shè)備,、工具,、儀器的定期復(fù)檢，提供對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)的全程跟蹤,、質(zhì)量歸零管理,、質(zhì)量成本管理。質(zhì)量管理為企業(yè)在建立質(zhì)量保證體系過(guò)程中提供信息化的輔助支持,，提供對(duì)質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的工具,。
2、發(fā)展方向
在我國(guó),，流程工業(yè)MES系統(tǒng)軟件已經(jīng)日漸趨于成熟并逐漸普及,，但是面向半導(dǎo)體光電子器件行業(yè)的MES系統(tǒng)軟件軟件在開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面還比較薄弱。由于半導(dǎo)體光電子制造技術(shù)的發(fā)展和信息系統(tǒng)的推動(dòng)因素,，一些新的需求也在不斷涌現(xiàn)出來(lái),，未來(lái)光電子行業(yè)的MES系統(tǒng)軟件應(yīng)在以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善：
1)模型規(guī)范性。對(duì)于半導(dǎo)體光電子器件行業(yè)的MES系統(tǒng)軟件模型,，目前國(guó)際以及國(guó)內(nèi)的研究剛剛起步,，建立一個(gè)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)并符合行業(yè)特點(diǎn)的模型是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)施的前提，因此在理論方面有所突破將推動(dòng)光電子行業(yè)的MES系統(tǒng)軟件的發(fā)展,。
2)系統(tǒng)兼容性,。由于MES系統(tǒng)處于信息系統(tǒng)的中間，起到上下溝通的作用,，因此半導(dǎo)體光電子行業(yè)MES系統(tǒng)軟件應(yīng)具有通用的接口,，可以與任何廠商的軟件進(jìn)行通信，打造無(wú)障礙信息平臺(tái),。構(gòu)造可重構(gòu),、可擴(kuò)展,、可交互、可集成的MES系統(tǒng)是未來(lái)半導(dǎo)體光電子行業(yè)MES系統(tǒng)軟件發(fā)展的一個(gè)重要方向,。
3)調(diào)度優(yōu)化性,。半導(dǎo)體光電子生產(chǎn)線是一個(gè)復(fù)雜的混合重入調(diào)度問(wèn)題，其計(jì)算復(fù)雜性為強(qiáng)NP-hard,。目前很多MES系統(tǒng)軟件的調(diào)度還是人工輸入,，不能達(dá)到優(yōu)的效果。因此如何建立調(diào)度模型并構(gòu)造有效的優(yōu)化算法指導(dǎo)生產(chǎn),，是需要解決的技術(shù)難點(diǎn),。
4)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性,。半導(dǎo)體光電子器件行業(yè)是個(gè)典型的離散行業(yè),，它的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)頻繁，生產(chǎn)中各制造過(guò)程的關(guān)聯(lián)性很強(qiáng),，作業(yè)計(jì)劃變更的幾率非常大,，隨時(shí)面臨插單、材料短缺,、市場(chǎng)需求變化等問(wèn)題,，因此需要MES系統(tǒng)軟件具有動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性，能夠?qū)@些不確定性及時(shí)做出快速響應(yīng),，保證平穩(wěn)高效生產(chǎn),。
3 結(jié)論
應(yīng)用MES系統(tǒng)軟件能夠促進(jìn)半導(dǎo)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(yàn),，開(kāi)發(fā)出適應(yīng)于我國(guó)光電子企業(yè)的MES系統(tǒng)軟件軟件產(chǎn)品,，滿足企業(yè)對(duì)業(yè)務(wù)過(guò)程可集成性、可擴(kuò)展性和可靠性的要求,，實(shí)現(xiàn)PCS- MES系統(tǒng)-ERP的緊密集成,，進(jìn)而提出我國(guó)半導(dǎo)體光電子行業(yè)MES系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范與實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)提升我國(guó)光電子行業(yè)信息化水平,，增強(qiáng)與國(guó)際先進(jìn)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的能力,，都具有著重要的意義。
