制造执行系统：改进周期时间和品质
By Bernard D. Asher
本文介绍，一个制造执行系统 (MES, Manufacturing Execution
System) 为更好地作出决定提供实时的信息。
市场时间(time to market)与质量保证(quality assurance)是PCB装配制造中关键的关注。当制造周期时间(MCT,
manufacturing cycle time)减少，交货计划改善了，因为电路板输送更快。在进行中的工作(WIP, work
in process)减少了，因为更少的材料等待下一个装配运作。质量改善了，因为元件贴装与在线测试(ICT, in-circuit
test)之间经过的时间更少了。另外，处理板的次数减少，损坏的可能性减少了。
制造执行系统(MES)是一个实时信息系统，通过把商业计划 - 订单入口、材料管理、采购与记帐 - 连接到工厂设备的控制，来改进工厂车间运转的表现。制造执行系统从计划系统接收一个营造计划，告诉工厂各种资源
- 人力、设备与控制 - 怎样建立生产，并且提供反馈给计划系统什么时候生产什么。
制造执行系统(MES)：改进装配
如果一个组织有一个商业计划或材料资源计划/企业资源计划(MRP/ERP, materials resource planning/enterprise
resource planning)系统，所有顾客订单都将输入该系统。企业资源计划(ERP)系统将产生主要生产计划，提出材料要求，确认所需的原材料和元件。给予适当的超前时间，采购部门将订购源材料和元件，发货到工厂，在这里检查和入仓。企业资源系统将会得到通知，当生产材料可供应的时候。
在这个过程期间，制造工程部或品质部将准备一份电子流动文件，内容为在哪条生产线运行该产品、工具与送料器的设定指示和计算机辅助设计(CAD)图纸、以及使用的计算机辅助设计(CAD)程序和材料(元件)清单。
一旦生产材料可以供应，生产计划和订单和电子流动文件将发放到制造执行系统(MES)和工厂车间。生产控制或工厂主管将查阅计划和最后调整人员、材料和机器的可利用性。
如果用多条表面贴装与垂直插件生产线运行高度混合的环境，则可使用制造执行系统的有限容量计划模块(finite capacity
scheduler module)。这个计划模块管理动态变化，诸如发生在车间内的丢失材料和操作员和停机的设备，并在预先定义的操作限制的基础上提供对生产计划的实时更新。将按照现在的产品混合和已知的限制来评估生产顺序。当它最后定下计划时，生产控制将电子地将工作分派给每个生产单元/生产线来完成。
在新产品的生产开始时，操作员可以将批号输入到制造执行系统(MES)，开始过程和产品跟踪。元件批号信息按照客户对某一产品的订单来记录，然后附着在生产的每个有序列标号的电路板上。如果要求视觉检查，对一个有序列标号的板的检查数据可通过制造执行系统输入和捕捉，用作历史趋势与统计过程控制(SPC,
statistical process control)的分析。
制造执行系统(MES)将监测机器的生产，操作员将实时地了解在一个单元或整条生产线中的所有机器的生产状态。制造执行系统(MES)将告诉操作员是否在计划之内、过程是否在控制下、设备的效率、和他们应该计划下一部做什么。
在生产期间，与设定或产品转换有关的人力将自动地存储和可用于连续生产过程或质量改善机会的分析。机器数据将实时地收集、总结和存档用于未来的分析。
可以使得有一个图形观察站，始终显示生产线的状态。一个基本颜色代号可显示机器的状态。
如果一个机器操作员、质量控制技术员或者主管观察到一个生产偏差，那么整个生产过程可以暂时停止，发送出电子通知，要求援助。该系统可以对所有活动用日期时间记录，以帮助分析问题和查找根源。统计过程控制(SPC)点可以在表面贴装、回流焊接、波峰焊接、和在线测试(in-circuit
test)之后开始，其结果按照一个范围的产品序列号来评估。
如果机器停下来或发生非计划的停机，该系统可以自动报告停机情况和记录日期时间。操作员将说明停机的理由，将机器重新投入生产。所有停机原因都可以通过系统来捕捉，作未来分析之用。
在包装后，更新产品计数的条形码读取器可扫描纸箱。每个纸箱号将按特定的生产线存档。所有与生产有关的和在建的信息将可用于进一步的报告和分析。当生产完成时，它将报告回企业资源计划系统(ERP)，用于进一步的客户订单、财政与库存控制的目的。
当转换临近时，电子分派单可告诉操作员下一个计划运行的产品。当进行产品转换时，操作员可看电子设定指示，要用哪一盘元件、以及专门的指示或注意事项。材料操作员将得到电子通知，所要求的材料、要执捡的材料或套料的类型、派发到哪里。
制造执行系统(MES)提供使用实时数据管理复杂制造环境的能力。它电子监控制造过程和提供实时信息给车间的雇员。通过使用数据来更快地作出更好的决定。PCB装配制造商可减少行进中的工作(WIP)的库存和制造周期时间、节省成本、和改进品质。制造执行系统(MES)帮助更好的控制，使得订单只在其可全数完成时才发放。它提供行进中的工作(WIP)跟踪，和审查目的的批号可跟踪性。
制造周期时间
制造周期时间(MCT, manufacturing cycle time)是从订单发放到车间直到最后发货的时间。预备时间越短，制造商的库存越少，当市场需要变化时报废的材料越少，调整适应变化的灵活性越大。制造周期时间(MCT)越长，工厂车间可能出现的问题越多。
考虑周期时间怎样影响一个运作的其它方面。如果你减少制造周期时间(MCT)，出货计划得到改善，因为产品输出更快。行进中的工作(WIP,
work in process)库存减少，因为材料在到下一个操作之前停留的时间更短。质量得到改善，因为产品处理更少。
制造周期时间(MCT)也影响材料和预报。例如，今天的制造商经常要求审查大批量和小批量的电路板，有库存的危险。如果预备时间长，预备的错误高得多，因为材料需要在生产之前购买。过早订购的材料会产生过剩和过时的库存。
过多的制造周期时间(MCT)的症状
当周期时间长时，会发生如下事情：
- 过多的WIP库存 - 工作开始，不能有效地完成，造成更多的行进中的工作。
- 过多的空间/人员 - 工厂要求更多的材料处理人员、更多的发送人员、和更多的仓库物理空间。
- 沉重的日常工作 - 人员与设施越多，等于更大的制造负担。
- 高混合的高成本 - 随着订单数量的上升和每个订单生产的数量的下降，成本上升。
- 计划上出现失控 - 当工作开始而不能完成时，计划的改变变得更频繁。以关键的预备时间将客户订单适应到工作计划中是困难的。
| 表一, 计量制造效率 |
| 计量方法 |
描述 |
| 设备效率 |
设备以规定生产能力生产零件的时间百分率 |
| 整体设备 |
设备以规定生产能力生产好零件的时间百分率 |
| 产出效率 |
生产线生产好零件的时间百分率,这些零件可以
在固定时间时期内 |
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制造周期时间(MCT)问题的原因
许多工厂问题是由于不适当地强调增加人员或设备效率而不是产量所导致的。表一显示制造效率的三种不同的计量方法，每一个对一个组织都有不同的影响。
产出效率是以天数的制造周期时间函数来计量的。制造周期时间的天数越少，产出效率越高。基于产出效率的计量表现可能实际上偏离设备效率，因为随着产品混合度上升和越多的产品转换发生，总的设备效率降低。可是，如果如果集中在每年输出的产品上面，随着制造周期时间(MCT)减少，年收入增加，因为可得到更多的能力
- 即使设备的效率可能降低。
为了使设备效率最大，和减少对一个数量例如为50的正常批量的设定时间，要把未来计划好的生产计划与成组订单一起看。通过将三个数量为50的未来订单与现在的数量为50的订单集合一起，可减少设定时间。虽然这个方法允许200块板一次设定，同时运行，但只有50块板可以发货收钱，其它150块板变成行进中的工作(WIP)。在这个例子中，设备效率高，但产出效率或另外150块板的制造周期时间(MCT)是不可接受的，因为这些板要直到未来才可放入最终产品。
WIP库存也是有代价的。财务人员认为WIP具有31%的材料价值和消耗的价值增值的库存成本。其次，WIP需要存储，因此，在实际上用作受益之前必须可能要处理或移动几次。每一次处理WIP，都存在引起损坏的机会，这可能增加报废和翻修成本。
设备效率的另一种计量方法是，整体设备效率(OEE, overall equipment efficiency)。设备效率集中在设备以其规定能力运行的时间百分率，不考虑它产生好还是坏的零件，或者是否可发货得到收益。整体设备效率(OEE)计量设备可以其规定能力制造好零件的时间百分率。OEE帮助决定某些质量统计，但还不考虑是否这些零件可发货得到收益。
一个较真的效率计量方法是产出效率，在一个固定时期内设备可用来制造好品、可发货得到收益的时间百分率。三天的制造周期时间(MCT)意味着直到产品在三天之内可以发货生产才开始。否则，固定资产制约在不能发货的产品上面。
世界级的制造周期时间(MCT)是总的价值增值时间的3~4倍。例如，如果总的价值增值是一小时，那么真正世界级的周期时间是3~4小时。在表面贴装为基础的电子装配中，其中最后测试/老化可能要3~7小时，三天或更少的MCT认为是世界级的。在三班制基础上，一天的MCT是世界级的。等待时间、排队时间、修理与返工都认为是非价值增值活动。平均的美国制造商的MCT是三个月。
MCT是在多数PCB装配制造环境中最大的单一问题。使用MCT作制造表现的计量方法可能要求管理思维与商业文化的改变。制造商不应该开始生产除非产品可在三天内发货得到收益。设备在这个期间可以闲置，但是由于能力利用、交货时间减少、质量改进和报废返工减少所带来的回报远远超过闲置设备的成本负担。
品质
对制造过程有实时的信息支持更好的问题解决方法、保证质量和维持过程。生产标准可以改进，ISO9000的遵守可得到支持。更好的决定产生改进的品质、改善的毛利润、更大的顾客保持力、和更高的市场份额。
质量差的问题
质量的评定是通过内部捕捉到的失效数量和你的顾客发现的“漏网之鱼”的数量。品质的其它测量方法包括第一次通过合格率(first-pass
yield)、最终产品合格率、SPC、SQC(statistical quality control)、和OEE。许多这些方法针对产品与过程质量的结合。失效与漏网是最好的量化的计量方法。
内部捕捉的失效可能由于有故障的设备、丢失和歪斜的元件、弯曲的引脚、不当的回流焊接、或无效的工艺过程。可能要求返工与修理。另外，一个单元或设备的一部分可能需要关闭，以更正故障。所有这些活动都有一个机会成本(收益损失)和一个直接成本。
漏网对总的生产成本有类似的影响。首先是保修成本，产品必须修理或更换。保修板的修理通常是在与生产过程流水线分开的地区，使用昂贵的资源和不同的人力。修理可能需要元件，更换有直接的成本。去现场的服务工程师要额外的费用。最后，一些公司对最终产品德成本收费。
品质系统应该防止，而不是查找缺陷。料源的检查和插件/贴装前的检查，确认极性和数值，是普遍使用的方法。
通常，在PCB装配工厂车间的操作员在纸上或手工地收集品质信息，这样延误实时信息的访问，从这个实时信息可以作出决定。另外，从不完整或不准确的数据可能作出不正确的决定。有了实时信息将加快确认失去过程情况和显示出持续改进的机会。它也导致对品质成本的更好的理解，反过来，帮助确认根本原因。
结论
由于在PCB工业中的巨大的竞争性和市场时间(time-to-market)的问题，制造执行系统已经变成全球竞争的能手。新的产品与新的工艺要求对工厂控制的新方法。制造执行系统(MES)软件为更好的作出决定提供实时信息，可针对主要的装配运作问题。
Bernard D. Asher, is president and chief executive officer
of Real World Technology, Mt. Prospect, IL; (847) 390-0200; e-mail:
ontrack@rwtcorp.com.
(A 03/06/2001)
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