半导体MES（Manufacturing Execution System）即半导体制造执行系统。
角色
• 生产活动的信息中枢：半导体MES系统处于计划管理层与底层工业控制之间，就像是一个“桥梁”，能将企业资源计划（ERP）系统的生产指令传递给生产设备，同时收集设备和生产现场的数据反馈给上层系统。
• 数据整合者：整合来自多个不同系统的数据，包括设备数据、工艺数据、人员数据等多种类型。
作用
• 生产流程管理方面
• 调度与排产：可以根据订单需求、设备状态和人员情况，合理安排生产任务和生产顺序。例如，当有紧急订单时，能够快速调整生产计划，优先安排该订单相关的生产任务。
• 工艺控制：严格控制半导体制造的复杂工艺过程，保证每一个步骤都按照设定的标准和参数进行。在光刻、蚀刻等关键工艺环节，MES系统能够实时监测工艺参数，如温度、压力、时间等，确保产品质量的稳定性。
• 质量管控方面
• 质量数据采集：在生产过程中实时收集质量相关的数据，如产品的缺陷检测数据等。例如在芯片检测环节，收集芯片的电学性能参数、外观缺陷等数据，为质量分析提供依据。
• 质量追溯：通过记录生产过程中的各种数据，能够追溯产品质量问题产生的根源。如果某一批次的半导体产品出现质量问题，可以通过MES系统追溯到是哪个生产环节、哪台设备、哪些操作人员导致的问题。
• 设备管理方面
• 设备状态监控：实时监控设备的运行状态，包括设备的开机时间、停机时间、故障信息等。当设备出现故障时，能及时发出警报，通知相关人员进行维修，减少设备停机时间对生产的影响。
• 设备维护管理：可以根据设备的运行时间、使用频率等信息，合理安排设备的维护保养计划。例如，提醒维修人员定期对关键设备进行保养，更换易损部件，以延长设备的使用寿命，提高设备的可靠性。
• 数据管理与决策支持方面
• 数据统计分析：对生产数据进行统计分析，生成各种报表，如产量报表、质量报表、设备利用率报表等。这些报表可以帮助管理人员了解生产状况，发现生产过程中的问题和瓶颈。
• 决策支持：为企业管理层提供决策依据。例如，通过分析生产数据，企业可以决定是否需要增加设备、调整生产工艺、优化人员配置等，以提高企业的生产效率和竞争力。
半导体行业MES的演化过程：
起源与初步发展阶段（20世纪70年代-1990年）
美国mes厂商consilium开发出cam-comet系统，虽主要用于计算机数控机械，但已接近mes理念。之后，consilium开发出第一款实际意义上的半导体mes系统workstream，在当时凭借低价销售策略成为全球第一大半导体mes供应商，客户遍布世界各地。加拿大mes供应商promis也推出了自家的promismes产品，在全球半导体晶圆厂中得到广泛应用。
标准化与集成化阶段（1990年-2000年）
1990年，美国先进制造研究中心AMR提出了MES概念。1997年，MESA提出的MES功能组件和集成模型，包括11个功能。90年代末，美国发布修订后的6个关于MES的白皮书，并且将MES有关概念标准化。在这一时期，上扬软件依靠最初的12名员工，顺利完成了绍兴华越微电子五寸晶圆厂MES的开发，并于2000年在华越上线使用，这是中国本土自主研发的用于晶圆厂流程的第一套MES系统。
并购整合与快速发展阶段（2000年-2010年）
以西门子为代表的国外巨头开启了并购的浪潮，不断地整合、收购、创新。2001年，西门子收购意大利orsi，开启了向mes领域进军之路。2005年6月，SAP宣布收购制造智能化供应商Lighthammer；11月，罗克韦尔自动化收购Datasweep。国内MES企业从消化西方的技术标准开始，构架相对完善的技术框架。2006年可能会被认为是MES发展史上的关键一年，MES得到了政府、企业和信息化供应商等的关注，国家“十一五”也将MES作为信息化的发展重点进行支撑。
功能扩展与深化应用阶段（2010年-2020年）
随着工业4.0和智能制造的推进，半导体行业MES系统在功能上不断扩展和深化，不仅要实现生产过程的监控和管理，还要与大数据、人工智能等技术深度融合，实现生产过程的智能化优化和决策支持。例如，应用yms、ddms及机器学习等大数据分析加速良率的提升。同时，MES系统还需要与其他系统如EAP、ERP、WMS等实现更紧密的集成和协同，以提高整个企业的运营效率和管理水平。
国产替代与创新发展阶段（2020年至今）
近两年随着国产替代呼声渐高，中国厂商逐渐进入舞台中央，国内半导体CIM系统格局已经进入了“两超”争霸，“群雄”奋起的局面。国内MES企业在技术研发、产品创新和市场拓展等方面不断取得突破，部分企业的MES系统已经在国内半导体企业中得到了应用和认可，并逐步实现进口替代。
从很多方面来看，MES（制造执行系统）都位于半导体生产自动化的顶层。它是整个设施端到端的控制系统，制造商也会在所有厂房中部署相同的商业软件，MES向其他企业级应用程序提供控制信息，本身还逐渐成为一种企业级系统。同时，MES也向供应商和在客户端驻场的合作伙伴提供关键信息，本协议的要求来满足特定的需求可以按分段而变化。半导体生产前端工厂需要严格按照服务水平制造商的产品可能有众多的客户和经销商。相比之下，处理器制造商的经营方式完全不同，必须尽力满足市场整体需求。然而，除了这些不同的侧重点，MES的基本功能比较相似。
MES核心和平台
几乎每个商业MES的核心都是一个向一系列功能模块提供核心系统功能的平台，我们将在下一节中讨论这个问题。一个现代化的平台可以使公司业务更加灵活，使得MES的各个功能模块充分发挥作用。MES平台为整个系统提供以下功能。
• 建模和工作流：MES为了有效地支持一个工厂并保持流程的流动，需要有一个包括工厂的设备和生产流程的模型。传统的MES通常主要是提供建模和流程的工作流引擎。在较新的系统中，建模和工作流仍然是核心，但并不是通过这种机制开发功能模块。相反，这类建模创建了设施的一致视图，而工作流则有助于表达和执行在一系列广泛的功能模块中使用标准的操作流程。
• 工艺变更管理：随着公司扩大其全球设施网络，企业各个站点以统一、可控的方式改变工艺流程的能力变得至关重要。现代MES能够比以往任何时候更自动化地提供这种能力。
• 数据管理：MES核心或平台还为所有功能模块提供了可共享的统一和集中的数据管理系统，创建了一个简化的机制来获得关于信息的产生、存储和应用的端到端的集成视图。如今棘手的问题是数据可能来自自主的物联网设备或产品，因此MES需要有一套有效管理分散信息的方法。
• 基于角色的图形用户界面（GUI）：现代的MES不仅有一个GUI使其更加直观，而且可以匹配不同的用户角色。此外，一些现代系统正在确保GUI可以为特定用户组或特定公司和厂房而更改。另外一些设计确保为移动用户提供直观和功能齐全的访问，使他们能在整个工厂范围内移动办公。
• 系统安全：系统安全自然是最重要的，因为MES处理公司特定的产品和工艺信息。这一宝贵的知识产权必须运用最新的安全技术在软件层面进行最大程度的保护。特别是在众多合作伙伴经常参与生产的情况下，MES必须建立在保证所有用户都获得授权，进出传感器和设备及合作伙伴之间的数据受到保护的基础上。半导体中的MES很早就超越了GUI和API（应用程序接口）级别，以确保整个屏幕只对授权用户可见，并提升至对象级安全性，以允许每个用户只访问与其角色相关的特定产品和工艺。
• 集成架构：处于信息系统的中心也意味着MES必须有效地集成上到企业系统，下到自动化和设备层。新增的还有包括机械臂的自动化层及连接到非固定的数据源的需求，如厂房内外的物联网设施。我们将在38.4节进一步讨论这个问题。实际上，现代MES有一套标准的方法来连接其他系统，从而简化数据流的集成和验证。
MES（制造执行系统）的一些主要功能模块及其具体功能：
生产计划与调度模块
• 功能详情：
• 订单管理：接收并处理来自企业资源规划（ERP）系统或其他订单来源的生产订单，包括订单的录入、审核、修改、删除等操作，同时跟踪订单的状态（如未开始、进行中、已完成、已取消等）。
• 生产计划制定：根据订单需求、物料库存、设备产能、人力资源等信息，制定详细的生产计划，确定每个订单的生产开始时间、结束时间、生产数量等。可以采用多种计划方式，如按订单生产、按库存生产等，并支持滚动计划调整。
• 调度优化：对生产任务进行实时调度，考虑设备的可用性、维护计划、工艺路线等因素，合理安排生产顺序和任务分配，以最大化设备利用率、减少生产等待时间和提高生产效率。例如，通过智能算法自动生成最优调度方案，或者提供可视化的调度界面供调度人员手动调整。
• 进度跟踪与反馈：实时监控生产进度，收集各工序的实际开始时间、结束时间、产量等数据，与计划进行对比，及时发现生产延误或提前的情况，并反馈给相关人员。同时，能够根据实际进度动态调整后续生产计划，确保订单按时交付。
生产过程管理模块
• 功能详情：
• 工艺管理：定义和管理产品的生产工艺路线，包括每个工序的操作步骤、工艺参数、所需设备和工具、操作人员技能要求等。支持工艺路线的版本管理，以便在工艺变更时能够追溯历史工艺信息。同时，在生产过程中实时监控工艺参数，确保实际生产按照设定的工艺要求进行，如超出工艺范围自动报警并记录异常信息。
• 工序管理：对生产过程中的各个工序进行精细化管理，包括工序的开工准备、工序执行、工序完工确认等环节。记录每个工序的操作人员、操作时间、使用的物料批次、设备编号等信息，实现生产过程的可追溯性。此外，还可以设置工序间的流转规则和检验要求，确保产品质量和生产流程的顺畅。
• 现场数据采集：通过各种方式（如传感器、条码扫描、RFID、设备接口等）实时采集生产现场的数据，包括设备运行状态（如开机、停机、故障、运行速度等）、生产数量、质量检验数据（如尺寸、重量、性能指标等）、物料消耗数据等。这些数据为生产过程监控、质量追溯、成本核算等提供了基础支持。
• 异常处理：及时发现生产过程中的异常情况，如设备故障、质量缺陷、物料短缺等，并启动相应的异常处理流程。记录异常的类型、发生时间、处理措施和结果等信息，以便后续分析和改进。同时，能够通过系统通知相关人员（如设备维修人员、质量管理人员、生产主管等），确保异常得到及时处理，减少对生产的影响。
质量管理模块
• 功能详情：
• 质量标准设定：根据产品特性和客户要求，制定详细的质量标准和检验规范，包括原材料检验标准、半成品检验标准、成品检验标准等。质量标准可以涵盖多个维度，如物理性能、化学性能、外观质量、尺寸精度等，并可以设置不同的检验等级和抽样方案。
• 质量检验计划与执行：根据生产计划和质量标准，制定质量检验计划，确定每个产品或批次在生产过程中的检验点、检验项目、检验方法、检验频次和检验人员等。在生产过程中，按照检验计划进行质量检验，记录检验结果（如合格、不合格、返工、报废等），并将检验数据与生产订单、工序、物料等信息进行关联，实现质量数据的追溯。
• 质量数据分析与统计：对收集到的质量检验数据进行分析和统计，生成各种质量报表和图表，如质量合格率报表、缺陷分布统计图、质量趋势分析图等。通过数据分析，帮助质量管理人员发现质量问题的根源和规律，如原材料批次对产品质量的影响、某个工序的质量波动情况等，为质量改进提供依据。
• 质量追溯与召回管理：当产品出现质量问题时，能够通过MES系统快速追溯到问题产品的生产批次、生产时间、使用的原材料批次、经过的工序、操作人员等信息，以便确定问题的范围和原因。同时，支持质量召回管理，能够根据追溯结果生成召回通知，通知相关部门和客户，并跟踪召回产品的处理情况。
设备管理模块
• 功能详情：
• 设备台账管理：建立设备的基础信息档案，包括设备编号、名称、型号、规格、供应商、采购日期、安装位置、使用部门等。对设备进行分类管理，如生产设备、辅助设备、检测设备等，并可以为每台设备添加详细的技术参数、图纸、说明书等附件信息。
• 设备状态监控：通过与设备的连接（如PLC、传感器等）实时监控设备的运行状态，包括设备的开机时间、停机时间、运行速度、故障报警等信息。可以设置设备状态的可视化界面，如设备状态看板，方便管理人员实时查看设备的整体运行情况。同时，能够对设备的运行数据进行历史记录和分析，为设备的预防性维护提供数据支持。
• 设备维护管理：制定设备的维护计划，包括定期维护（如日保养、周保养、月保养等）、预防性维护（根据设备运行数据和故障预测模型制定的维护计划）和故障维修等。系统可以自动生成维护工单，并通知维护人员进行维护作业。维护人员在完成维护工作后，记录维护内容、更换的零部件、维护时间等信息，形成设备维护历史记录。通过对维护数据的分析，可以评估设备的可靠性和维护成本，优化维护策略。
• 设备绩效分析：对设备的运行效率、利用率、故障率、维修成本等指标进行统计和分析，生成设备绩效报表和图表。通过设备绩效分析，企业可以了解设备的整体运行状况，找出设备管理中的瓶颈和问题，如设备闲置时间过长、故障率过高、维护成本过高等，从而采取相应的改进措施，提高设备的综合效率和经济效益。
物料管理模块
• 功能详情：
• 物料清单（BOM）管理：维护产品的物料清单，包括产品所需的原材料、零部件、半成品等信息，以及它们之间的层次结构和数量关系。BOM可以与生产计划和工艺路线进行关联，确保在生产过程中准确地领用和消耗物料。同时，支持BOM的版本管理，以便在产品设计变更时能够及时更新物料清单。
• 物料库存管理：实时监控物料的库存数量、库存位置、库存状态（如良品、不良品、待检验等）等信息。可以设置库存预警阈值，当库存低于安全库存或高于最大库存时，系统自动发出预警通知。此外，还支持物料的入库、出库、移库、盘点等操作，记录每笔物料交易的详细信息，如交易时间、交易类型、交易数量、经手人等，确保物料库存的准确性和可追溯性。
• 物料配送管理：根据生产计划和工序需求，制定物料配送计划，确定每个工序在什么时间需要哪些物料以及需要的数量。系统可以生成物料配送单，并通知物料配送人员进行配送作业。在配送过程中，可以通过条码扫描或RFID等技术进行物料的交接和确认，确保物料准确无误地送达生产现场。同时，能够对物料配送的及时性和准确性进行统计和分析，优化物料配送流程。
• 物料追溯管理：当产品出现质量问题或需要召回时，能够通过物料管理模块追溯到问题产品所使用的物料批次、供应商、入库时间、领用时间等信息，以便确定问题物料的范围和来源。此外，还可以追溯物料在生产过程中的流转路径和使用情况，为质量追溯和成本核算提供详细的数据支持。
人力资源管理模块
• 功能详情：
• 人员信息管理：建立员工的基本信息档案，包括员工编号、姓名、性别、年龄、学历、专业、入职时间、岗位等。可以对员工进行分类管理，如生产工人、技术人员、管理人员等，并可以为每个员工添加详细的技能信息、培训记录、证书信息等附件内容。
• 考勤管理：记录员工的考勤信息，如上班打卡时间、下班打卡时间、请假记录、加班记录等。系统可以根据考勤规则自动计算员工的出勤天数、迟到早退次数、加班时长等，并生成考勤报表供工资核算和人力资源分析使用。同时，支持与考勤设备（如打卡机、门禁系统等）的集成，实现考勤数据的自动采集和同步。
• 排班管理：根据生产计划和设备运行情况，制定员工的排班计划，确保每个生产岗位在每个时间段都有合适的人员在岗。排班计划可以考虑员工的技能、工作经验、工作负荷等因素，实现人力资源的合理配置。系统可以提供可视化的排班界面，方便排班人员进行排班操作，并能够根据实际生产情况进行排班调整和优化。
• 绩效评估与培训管理：建立员工的绩效评估体系，设定绩效指标和评估标准，定期对员工的工作绩效进行评估和考核。评估结果可以与员工的薪酬、晋升、培训等挂钩，激励员工提高工作效率和质量。同时，根据员工的技能差距和企业发展需求，制定员工培训计划，包括内部培训、外部培训、在线培训等，并记录员工的培训内容、培训时间、培训效果等信息，为员工的职业发展和企业的人才培养提供支持。
常见的MES系统厂商：
国际厂商
• 西门子：全球领先的工业自动化和数字化解决方案提供商，其MES系统SIMATIC IT在全球范围内享有盛誉。主要面向大型制造业企业和跨国集团，如汽车制造、航空航天、电子电气、石油化工等多个领域，能够实现生产过程的智能化和精细化管理。
• SAP思爱普：全球企业应用软件市场领导者，提供的MES系统涵盖了ERP、云ERP、CRM、大数据、云计算、供应链、物联网等解决方案，服务了超过15,000家中国企业，覆盖了94%的全球500强企业，为企业提供从设计到交付的端到端解决方案。
• 霍尼韦尔：业务重点在于引领全球工业化物联网的迅速发展，其MES系统结合了先进的物联网技术，助力企业实现生产过程的智能化和数字化，在航空航天、石油化工、制药等行业应用广泛。
• 罗克韦尔：全球专门从事工业自动化与信息技术领域的企业之一，其FactoryTalk MES软件具有实时数据采集与监控、生产调度与资源优化、质量管理与追溯能力、绩效分析与报告等功能，可帮助企业优化生产流程、提高效率并增强数据可见性。
甲骨文
其制造云解决方案Oracle Manufacturing Cloud，能够帮助企业实现生产计划、物料管理、质量管理等功能，提供实时数据分析和决策支持，适用于各种规模和行业的企业。
艾默生
提供的MES系统适用于过程工业领域，如石油化工、制药、食品饮料等，能够实现生产过程的监控、优化和管理，提高生产效率和产品质量，确保生产过程的安全和稳定。国内厂商
• 鼎捷软件：源自台湾的知名企业管理软件提供商，在MES系统领域有着丰富的研发和实施经验，能够有效消除生产管理和生产执行方面的信息壁垒，打造透明车间，实现数字化智能工厂，主要服务于离散型制造业。
• 用友：中国最大的企业管理软件供应商之一，其MES解决方案涵盖了制造执行系统的各个方面，如生产调度、质量管理、设备管理等，可帮助企业实现生产效率的提升和成本的控制，适用于制造业的各个领域，能与用友的其他产品如ERP、SCM、CRM等无缝集成。
• 金蝶云：金蝶软件集团旗下的云服务平台，其MES系统通过智能化的生产计划和实时的生产监控，帮助企业优化资源配置，提升生产效率，覆盖了制造业的多个细分领域，包括但不限于机械制造、电子信息、汽车零部件等。
• 简道云：专注于SaaS领域，其MES系统凭借高度的可配置性和快速部署能力，在中小企业市场中脱颖而出，行业适应性极强，不仅广泛应用于离散制造、流程制造等传统制造业，还逐渐渗透到智能制造、新能源等新兴领域。
赛美特：是领先的国产智能制造软件解决方案供应商，其PlantU MES系统基于先进技术与成熟经验打造，可支持工厂构建高可用性、高效能、稳定性、扩展性、灵活性的智能制造体系，助力实现生产运营效率最大化，保证生产品质的稳定。
华天MES：国内专注于制造业信息化领域多年，其MES产品以高效、稳定、易用著称，能够实现对制造过程的实时监控和数据分析，帮助企业优化生产流程、提高生产效率。
上海巴陆信息科技有限公司：成立于2006年，是一家专业的智能制造系统研发公司，专注于为中国制造企业提供全面的顾问咨询、方案设计、软硬件系统集成、运维服务等服务，其BLO-MOM解决方案可帮助客户建设智能工厂、数字化车间、智能产线。
