半導體光電子器件主要包括發光二極管(LED)、激光器(LD)、電荷耦合器件(CCD)、太陽能電池以及光電探測器等。隨著技術的進步，半導體光電子器件已經廣泛應用于機械加工、光纖通信、冶金化工、醫療保健、建筑景觀、國防工業以及節能環保等各個領域，在當今的信息化社會里起著無法替代的重要作用，形成了一個光電子產業。
光電子元器件的生產過程是一個典型的離散制造生產過程，具有批量不等、周期較短、產率波動、質檢苛刻、個性需求等特點。由于系統的特殊性，上層企業資源計劃系統ERP(Enterprise Resources Planning) 與底層基礎自動化系統PCS(Process Control System)存在溝通不暢，當生產中出現擾動時，信息得不到及時反饋，具體功能不能在控制層執行;另外生產中的產品數據、工藝調整、排班調度等都由人工操作，大大地降低了效率和管理水平。制造執行系統(ManufacturingExecutionSystem) MES系統就是在這樣的背景需求下應運而生。美國先進制造研究機構(AdvancedManufacturing Research，AMR)提出了制造行業的ERP/MES系統軟件/PCS三層企業集成模型。
MES系統是位于ERP與PCS之間的信息管理系統，起到了承上啟下的橋梁作用，填補了上下兩層之間信息溝通的鴻溝，主要負責生產管理和調度執行，通過控制包括物料、設備、人員、流程和環境在內的所有資源來提高競爭力。企業接到訂單后MES系統可以對生產過程進行優化管理，保證及時交貨，提高生產回報率；有不確定情況發生時，MES系統軟件能夠及時響應，根據具體情況對異常情況進行處理，保證生產連續進行。MES系統的雙向通訊極大地提高了生產指令下達的準確及時性，增強了企業生產力。
隨著全球經濟的一體化，半導體光電子企業如果要在激烈的市場競爭中立足，就必須提高自身適應能力，滿足客戶瞬息萬變的需求，所以建立一個完整的MES系統，提高信息溝通能力，是企業發展的必要條件，也受到業界越來越廣泛的關注。
1、應用現狀
MES系統產品主要分為三類，分別是軟件供應商提供、企業自主開發、企業與科研院所共同開發。而按照行業來劃分，主要分為半導體、電子、航空、汽車、石化、冶金、煙草等行業，迄今為止，還沒有一套MES系統軟件產品能夠適應于所有領域。與流程工業以及半導體行業完善的MES系統軟件體系相比，半導體光電子行業的MES系統軟件研究起步較晚，針對這一行業生產特點的成熟軟件比較少，很多中小企業自己開發系統進行生產管理，沒有統一標準在一定程度上制約了行業的發展
1.1 軟件應用
目前市場上成熟的MES系統產品都是針對硅片生產，如IBM公司的SIView，AppliedMaterials公司的FAB30、WorkStream、PROMIS和FactoryWorks，以上MES系統軟件產品都不能直接用于光電子器件生產，因此涌現了一批新生套件，推動了光電子器件的生產信息化。
我國光電子器件MES系統起步較晚，有代表性的公司包括巴陸科技MES系統軟件、奧比特OrBit-MES系統軟件等。OrBit-MES系統軟件構建于中國自有知識產權的基礎業務平臺之上，基于MES系統軟件A/ISA-S95標準，通過批次過程控制，將同步數據采集技術應用于企業內部物流的全線追溯、制造工程配置、生產及品質過程控制，填補了生產現場到ERP 間的信息鴻溝。OrBit-MES系統軟件的實施為光電元器件制造商NewFocus提升了企業的管理水平，同時該產品也應用到了太陽能行業如BP太陽能等。由于實施對象數量不多，許多企業擔心國內MES系統軟件產品的性能，于是有了在已有系統的基礎上進行二次實施開發的方式。
此類MES系統軟件應用的典型包括日銀(IMP)、上海新進半導體(SBCD)等公司，由于公司規模比較大，需求很明確，市場上的軟件不適合其生產特點并且價格昂貴，因此IT部門自主研發了MES系統軟件。這種做法的好處在于MES系統軟件上線后非常符合實際需求，維護、升級、拓展容易，缺點在于要投入大量的人力和時間，平均耗時在一年以上。
1.2 半導體光電子器件生產特點
與傳統的半導體生產相比，半導體光電子器件的生產有以下特征：
1)規模小。由于全球對光電子器件的需求量一定，與半導體生產線相比，光電子器件規模較小，同類型的機臺數量少，一旦某臺機臺故障，將有可能造成整條生產線停產，造成很大損失，因此對設備的維護、定期保養很重要。
2)周期短。硅片在生產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，而光電子器件生產周期為兩天到三天，典型的加工流程幾十步，這就要求生產調度有一定的靈活性，短時間內能夠調整從而指導生產。
3)半自動。半導體生產多為全自動，通過一段時間的生產可以統計分析出不同設備、不同產品的良率，而光電子器件存在大量的手工作業，影響產品良率的穩定并進一步造成庫存壓力，因此MES系統軟件要能夠合理安排作業人員，并充分考慮庫存量。
4)多批次。半導體為大批量生產，一個訂單的數量巨大，而光電子器件多為小批量，針對客戶的特殊需求，產出特定的功率、波長的產品，這就使得設備在生產中頻繁調整參數，因此投料控制極為重要。
5)非標準。半導體各產品用料可依據經驗，而光電子器件涉及到非標夾具，導致lead-time各不相同，因此MES系統軟件對這種輔助資源調度要做到合理的控制和優化。
1.3 MES系統功能模塊
如果說生產流程是正向的物流，那么MES系統可實現反饋信息流。一個合適的MES系統軟件上線，對于半導體光電子器件制造會產生很大的改善與幫助，這就需要MES系統軟件在現場監控、計劃規劃和數據管理三方面起到推動作用。
1.3.1 現場監控
MES系統要能夠覆蓋到整個工作流，按照實際情況記錄每一步動作的數據，顯示設備工作狀態，使得管理人員更加容易的控制生產。同時，MES系統對各項使用條件、參數應具有指導提醒作用，并對過程參數監控，實現無紙化操作，起到減少錯誤、節約時間的作用。
1.3.2 計劃規劃
通過MES系統軟件，管理者可以全面的掌握在制品情況，了解庫存信息，處理異常工況;當顧客需求變化時快速反應，輔助及時調整生產規劃，改善作業績效。
1.3.3 數據管理
在光電子器件生產過程中會產生很多設備參數數據和半成品測試數據，MES系統軟件要對這些數據統一管理，形成一個知識庫，通過不斷的積累挖掘指導將來的生產加工，為設備維護、產品研發、產品改進提供支持。
MES系統(國際MES系統軟件聯合會)對MES系統的功能模塊及與其他系統的關系進行了總結，針對半導體光電子器件的生產特點，光電子器件MES系統軟件應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過部分制造工藝后，還沒有成為產品或者還沒有經過質量檢驗，因而還沒有進入到成品倉庫的部分。對在制品的管理包括監控它當前的加工狀態、計劃規劃中的狀態以及處于整個工作流中的狀態。
2)設備管理。對生產過程中的設備以及器具進行管理，分為靜態和動態兩個部分。靜態部分設備管理要實現記錄設備的編號、用途、各種加工情況運行參數以及責任人等，動態部分為明確工作狀態及運行狀態，在出現異常情況時及時維修，并做維修記錄。
3)生產計劃管理。根據客戶訂單的生產數量和完成時間，系統下達生產指令，包括每個工序的具體任務，每個任務的參數，每臺設備的工作時間，加工規格及數量等信息，當出現異常情況時，能夠及時調整計劃，完成訂單。
4)庫存管理。庫存管理主要包括原材料的庫存管理和產品的庫存管理。通過查詢原料庫存，可以知道它的供應商以及規格，通過查詢產品庫存，可以了解從物料轉化為產品所有經過工序的批號、責任人和質量編號，能夠為全程質量跟蹤及企業高效率地管理庫存提供規范，全面提高工作效率和質量。
5)工程數據采集和統計過程控制(SPC)。工程數據采集覆蓋生產制造過程中的各種數據信息，包括生產工藝、產品定額、生產進度、質量數據、設備負荷、在制品加工狀態等。SPC利用統計方法利用采集的數據對過程中的各個階段進行控制，從而達到改進與保證質量的目的。SPC確保制造過程持續穩定、可預測，起到提高產品質量、生產能力、降低成本的作用。
6)訂單跟蹤。通過采樣時間點設備的物料生產以及轉移加工情況跟蹤現場物流情況，包括作業開始、結束時間，批次的數量、位置，作業設備消耗、運行參數，產品或者半成品的所有加工責任人，同時，記錄質量監控數據。
7)文檔管理。存儲及管理各種生產、質量、工藝文檔，在車間現場或質量管理中，調用相關文檔，為工作提供指導參考。
8) 質量管理。質檢過程對制造過程各階段的質量數據進行采集，通過實時的測試數據，對故障記錄進行分類分析，對設備、工具、儀器的定期復檢，提供對產品質量狀態的全程跟蹤、質量歸零管理、質量成本管理。質量管理為企業在建立質量保證體系過程中提供信息化的輔助支持，提供對質量數據進行統計分析的工具。
2、發展方向
在我國，流程工業MES系統軟件已經日漸趨于成熟并逐漸普及，但是面向半導體光電子器件行業的MES系統軟件軟件在開發與應用方面還比較薄弱。由于半導體光電子制造技術的發展和信息系統的推動因素，一些新的需求也在不斷涌現出來，未來光電子行業的MES系統軟件應在以下幾個方面進行完善：
1)模型規范性。對于半導體光電子器件行業的MES系統軟件模型，目前國際以及國內的研究剛剛起步，建立一個符合國際標準并符合行業特點的模型是系統開發實施的前提，因此在理論方面有所突破將推動光電子行業的MES系統軟件的發展。
2)系統兼容性。由于MES系統處于信息系統的中間，起到上下溝通的作用，因此半導體光電子行業MES系統軟件應具有通用的接口，可以與任何廠商的軟件進行通信，打造無障礙信息平臺。構造可重構、可擴展、可交互、可集成的MES系統是未來半導體光電子行業MES系統軟件發展的一個重要方向。
3)調度優化性。半導體光電子生產線是一個復雜的混合重入調度問題，其計算復雜性為強NP-hard。目前很多MES系統軟件的調度還是人工輸入，不能達到優的效果。因此如何建立調度模型并構造有效的優化算法指導生產，是需要解決的技術難點。
4)動態實時性。半導體光電子器件行業是個典型的離散行業，它的新產品開發頻繁，生產中各制造過程的關聯性很強，作業計劃變更的幾率非常大，隨時面臨插單、材料短缺、市場需求變化等問題，因此需要MES系統軟件具有動態實時性，能夠對這些不確定性及時做出快速響應，保證平穩高效生產。
3 結論
應用MES系統軟件能夠促進半導體光電子產業的發展，如果能夠吸收現有系統的成功經驗，開發出適應于我國光電子企業的MES系統軟件軟件產品，滿足企業對業務過程可集成性、可擴展性和可靠性的要求，實現PCS- MES系統-ERP的緊密集成，進而提出我國半導體光電子行業MES系統的技術規范與實施標準，對提升我國光電子行業信息化水平，增強與國際先進企業競爭的能力，都具有著重要的意義。
