液晶面板制造業中制造執行系統的設計與實現

翟軍華，蘇 通

（合肥京東方光電科技有限公司，安徽 合肥230011）

1 引 言

制造企業不同程度地進行了企業信息化管理，提高制造過程中自動化能力，減少人力參與企業生產過程是一種必然趨勢［1］。液晶面板有著多品種、小批量，同時又需要按訂單設計和生產的特點。顯示技術的多樣性和快速化發展，導致工序加工的繁冗復雜和多變，減少人員現場操作，實現信息流連續暢通的傳輸，提高產品的質量和縮短產品的研發和生產制造周期是液晶面板企業發展的必然要求。研究和構建一種高效的制造執行系統，是制造企業實現敏捷化制造，提高其市場競爭力的重要手段［2－3］。

2 制造執行系統

制造 執 行 系 統（Manufacturing Execution System，MES）是由美國先進制造研究機構在20世紀90年代提出的。MES作為制造企業資源計劃層與底層控制層之間的執行層，其強調計劃的執行和控制，通過MES 把上層計劃層與底層生產現場有機地集成起來［4－5］。

液晶面板的制造活動是一種典型的離散工業生產過程，其具有生產過程并行，設備冗余度大，控制信息相互關聯，生產資源管理復雜等特性［6］。按照液晶面板的MES架構，可以將其分為以下4個環節：①上層計劃層的計劃通過人員進行柔性制定；②利用射頻識別技術對現場物流的自動搬送；③收集現場制品檢查結果形成制品品質判定；④利用通信軟件將制品出貨到下一個主工序。

3 物料搬送模塊

射頻 識 別（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信息自動識別目標對象并獲取相關數據。一個典型的RFID 系統主要由射頻標簽、讀寫器、天線和應用軟件系統4部分構成［7－8］。

物料自動供給是自動化生產線設計過程中重要的環節。由于制品的一些特殊性，直接采用人工與設備相結合的搬送方式，易導致制品的不良和要料的誤供給。采用在卡匣（制品裝載裝置）設置射頻標簽來存儲卡匣中制品信息，結合AGV（自動有軌小車）、Stocker（自動化立體倉庫）和RFID 的讀寫器，MES輕易地實現了物料的自動搬送。

將射頻標簽固定在各個卡匣中，在各個Line（加工生產線）的Loader（面板取出裝置）和Unloader（面板裝載裝置）將RFID 的讀寫器固定在Loader和Unloader合適的位置上。通過讀寫器和射頻標簽來讀取或者寫入相應卡匣中的制品信息，從而有效地控制制品在加工生產線中的流動，增加了對制品生產信息進行實時管控。其加工生產線控制方式如圖1所示。

圖1 加工生產線控制示意圖Fig.1 Line control chart

操作員在計劃制定終端電腦（計劃PC）上選中需要加工的卡匣制作成生產計劃，計劃PC 通過程序中SQL語句將計劃信息更新到制造執行系統中相應數據庫中。Line PC 利用在數據庫中檢索相應的數據表格內信息（即生產計劃）并保存到本地Line PC的數據庫中。

Line PC按照生產計劃的定制時間對各個生產計劃進行優先級排序。并通過NET－G 通信協議將生產計劃依次傳遞到設備的PLC 中。生產計劃信息包括：素材制品的批次號、即將加工的Line名等。其中批次號中包含了制品的加工類型，各設備根據加工類型在本設備存儲中選擇相應的加工recipe。

Loader接收到生產計劃信息后，通過PLC將信息傳遞給Stocker控制PC，Stocker控制PC按照各個Line的Loader請求素材信息中的批次號和即將加工的Line 名在Stocker控制服務器的數據庫中查找相關表格記錄，找到素材卡匣在Stocker的貨架位置，并生成相應的搬送命令。

卡匣被搬送到相應Loader后，由Loader上的無線射頻讀寫器讀取卡匣射頻標簽。射頻標簽中存儲了此卡匣在上一個Line加工后的批次號和即將投入的Line名。視頻標簽的信息被讀取后，Loader將生產計劃中素材卡匣信息與讀取信息進行對比，檢查卡匣搬送正確與否。若一致，則允許投入，否則，在Loader設備上提示搬送錯誤。

制品在本加工生產線加工完成后，在Unloader存放空的卡匣裝載制品，裝載完畢后，由Unloader的無線射頻讀寫器將當前制品的批次號和即將投入的Line 名等信息寫入到卡匣的射頻標簽中。寫入完畢后，Unloader將寫入信息傳遞給Line PC并向自動化立體倉庫發送搬出請求。

Stocker接收卡匣后，將本Stocker內的卡匣信息形成文本格式文件以文件傳輸協議（File Transfer Protocol，FTP）上傳到制造執行系統中的文件服務器上，文件服務器將卡匣信息登錄到數據庫中，供其他客戶端查詢或者定制計劃。

4 制品品質管理模塊

液晶面板在加工過程中，會產生很多不良品。根據不良的分類，某些制品可以通過修復裝置對制品進行修改，從而改變制品的判定。某些制品由于缺陷非常嚴重，無法修復，需要對這些制品進行及時分揀處理，以便盡早跳過后續工序，節省生產資材。其模型如圖2所示。

制品在工藝設備中加工完，需要利用檢查設備對制品的加工結果進行檢查，檢查設備針對制品中的缺陷種類、大小以及位置對制品形成一定的判定結果，之后檢查設備以制品ID 為文件名，按照約定的文件內容將檢查信息形成txt文件以FTP協議形式上傳到文件服務器中，文件服務器中數據庫登陸軟件利用SQL 語句將檢查信息登陸到數據庫中。

制品經過修復設備時，修復設備讀取制品ID，并將ID 傳輸給Line PC，Line PC 利用SQL語句在數據庫中相關表格中查詢此制品的品質信息，Line PC及時將品質信息反饋到修復設備，來決定此制品是否需要修復。

圖2 品質管理系統模型Fig.2 Model of quality management system

制品流到Unloader時，Unloader讀取制品ID 后，及時將ID 傳遞給Line PC，Line PC 根據制品ID 查找到相關品質信息，并將品質信息反饋到Unloader，從而在Unloader實現制品的OK／NG 的分裝，減少NG 制品向下一個工序流動。

5 制品出貨管理模塊

制品根據品質管理系統的最終品質信息，完成各種品質等級的分裝。在制品分裝的過程中，將卡匣內的制品信息通過XML 的格式發送到下一個主工序的MES中。同時為了便于下游工序對制品的品質管理，出貨管理系統從品質數據庫中抓取重要的品質信息形成文本文件，傳輸到對方的服務器上，保證了制品搬送動作與信息的同步。其模型如圖3所示。

液晶面板在加工完本工序中所有子工序后，流入到基板Stocker中。在基板Stocker中按照制品的判定等級（OK／NG）將制品邏輯上分為不同的組。當制品在基板Stocker中積累到一定數量時，通過機械手臂分別裝在不同的卡匣中，每裝載一枚制品時，將根據制品ID 在數據庫中查找制品的相關判定信息。以一個卡匣內所有制品信息形成一個XML文件，再將卡匣搬送到Stocker內時，將此XML 文件通過Tibco通信軟件傳遞到下一個工序（CELL）CIMS的服務器。

圖3 出貨管理系統模型Fig.3 Model of shipping management system

為了CELL 工序準確地掌握制品中詳細的缺陷信息，以制品ID 為單位，將缺陷的種類、大小、坐標等信息整合為一個文本文件，通過FTP協議傳輸到CELL CIMS的相關服務器中。

6 對比結果

該系統在2011年7月上線以來，相對于之前系統，在系統穩定性和對液晶面板生產良率上都得到了有效提高，表1對新舊系統進行了評價。

表1為某公司2010 年和2011 年8 月至12月實際生產數據報表，從系統的發生故障時間和制品良率兩個方向進行比較，由于舊系統的軟硬件集成化低，導致系統發生故障的次數增加，新系統上線后，使得其故障降低了0.6%。另外由于將制品品質信息與生產控制相結合，最大限度地減少了大批量不良品的流出，將制品良率提高了1.6%。

表1 性能評價Tab.1 Performance evaluation

7 結 論

在原有系統的基礎之上，結合實際生產需求，提出另一種液晶面板制造執行系統。該系統中物料自動供給模塊結合了射頻識別技術，減少了數據的處理環節。針對制品品質管控環節采用了品質數據與生產數據同步原則，使得品質異常在第一時間內發現，使得產品的良率從76.5%提高到78.1%。由于減少了硬件的部署和提高了軟件耦合度，使得整個系統的稼動率提高了0.6%。此外為了保證生產數據可視化和業務集成化，該系統開發出具有采用B／S架構WEB 訪問的報告系統、對品質信息進行分析的過程控制系統等。實踐證明，該系統是一個較穩定、完備的自動化控制系統。

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