一、企業簡介

    西安西電高壓開關操動機構有限責任公司是中國西電電氣股份有限公司下屬一級子公司，是輸變電高壓開關“操動機構”的專業生產企業，通過了國家級的高新技術企業認證，享受高新技術企業減免稅政策。公司具有國內一流的機械加工水平，擁有日本進口的臥式加工中心、復合加工中心、車削中心；以及美國進口的數控車床，還有立式加工中心、數控磨床等。安裝于恒溫恒濕條件下的三坐標測量儀可實現對復雜零件的精密測量。公司具備年生產各類機構25000臺以上的生產能力，年產值超過3億元人民幣。產品隨本體遍布國內30多個省、市、自治區，并覆蓋泰國、馬來西亞、新加坡、香港等國家和地區。為保持領先優勢,保證產品質量，全面規范生產過程。公司以研究開發為依托，產品具有：小型化、智能化、功率大、消耗低、免維修和高可靠性的特點，順利通過了中國質量認證中心的ISO9001：2008質量體系認證，產品性能達到國內領先、國際先進技術水平。

二、企業信息化應用總體現狀

    目前，公司使用OA系統6年，辦公通知、內部郵件，企業規范文件，以及辦公審批流程均在OA系統內完成；使用ERP(K3)系統6年，進行財務統計、制造調度、采購和庫房管理等業務；使用MES系統1年，解決工藝及車間資源信息管理，制造過程的派工和完工管理，零件制造和裝配、試驗質量管理，產品交付和現場、維修維護質量問題管理；應用Dematic立體倉庫管理進行物料的進出庫管理，并且實現了PDM與K3，K3與MES，K3與庫房，系統間進行了數據的集成，設計BOM的信息能夠直接傳遞到MES，并通過條碼和編號傳遞到用戶和服務現場。這些信息系統的應用有效整合了企業內部資源，快速適應市場變化，大大提高了企業運營效率。

三、參評信息化項目詳細情況介紹

    1.項目背景介紹

    隨著改革開放和市場經濟的深入，我國企業對產品的質量管理的認識和觀念有所改變，但是，由于職能部門的責權劃分，共同參與以及相互協作的意識還較缺乏，同時缺少相應的環境、平臺和流程來支持和保證產品質量，從而出現：

    1）產品質量問題成為企業“一把手”的事情，其它人員都是旁觀或旁聽者；

    2）產品過程信息無從追溯，出廠產品上最終安裝了什么樣的零部件處于何種狀態等信息嚴重缺失；

    3）各部門人員各管一段的工作模式，缺少信息交流與監督，出現問題相互推諉，無從追查；

    4）質量管理部門記錄的檢驗數據，堆積如山卻成為沉睡檔案，無法發揮其應有的價值；

    5）將用戶當成“麻煩制造者”防范，忽視用戶需求而喪失產品性能、質量改善的源動力，從而逐漸喪失用戶的忠誠度和信任度。

    高壓開關是電網系統中的基礎部件，是確保能源安全輸送的關鍵裝備，而機構產品是高壓開關的核心元件，其從圖紙設計、投產、安裝交付、投運，長達數年乃至數十年生命周期過程中，設備制造廠商和交付服務的提供商如能夠及時準確的得到相關狀態信息，將在保證設備運行可靠性、聽取用戶聲音、挖掘用戶需求、提升后續產品質量和升級換代方面，提供巨大的支持。

    同時電力裝備市場的競爭也異常激烈，設備制造商不得不從過去單一的產品設計制造競爭，擴展為從需求定義到使用服務產品全生命周期過程的T、Q、C、S、E（時間、質量、成本、服務、環境友好）多個環節、多個維度競爭，因此，提出“質量第一、履約第一、服務第一”等競爭目標。質量作為其中的重要一環，成為企業樹立品牌和關乎存亡的關鍵，如何有效持續提高產品質量成為企業提升基礎管理的重要任務之一。

    如今信息技術已經深入到企業的各個部門，并成為各部門日常工作的信息載體，如：辦公自動化（OA）系統、銷售系統（SPM）、客戶關系管理系統（CRM）、設計的產品數據管理系統（PDM）、制造過程相關的企業資源管理（ERP）系統等，這些信息化系統主要針對企業的內部流程，具有較強的針對性和專業性。但是產品質量提升需要建立在收集、統計、分析、整理大量數據的基礎上, 這些數據不僅涉及企業內部的各流程和部門，同時需要用戶、供應商的反饋和參與，取得產品全生命周期的完整質量信息并非易事，因此，需要綜合考慮和規劃，并采用合理的信息技術平臺和實施方案，從而實現：

    1）全員參與質量控制。通過點滴積累與產品制造、使用過程的質量信息，企業擁有真實可靠的產品質量基礎數據；

    2）質量部門專業分析與掌控。能夠通過數據的分析和挖掘，以及對質量問題的匯總、統計分析，發現問題和潛在的質量缺陷；

    3）前事不忘后事之師，設計、制造部門直接受益。提供定量化的產品質量問題回溯、追蹤與改善方案建議；

    4）對用戶從細節處關心，提升服務水平。根據產品的維修和使用狀態跟蹤，為用戶提供預防性大修建議，并開辟用戶意見反饋和參與產品質量建議窗口。

    2.項目目標與實施原則

    建立機構質量信息追溯管理項目的總目標是：構建一個基于信息化、網絡化的質量信息管理平臺，為單位內部和業務相關方提供質量信息收集、反饋、查詢、控制和質量監測的數字化管理環境進行質量信息的消費與分享。

    通過機構質量信息管理，實現產品全生命周期的監測及在線處理、網絡化協同，提高質量事件處理的規范性和處理效率，實現質量經驗的共享和有效傳承，項目的總體目標通過分步實施的項目階段逐漸實現，本期目標如下：

    建立精益制造執行系統（MES）的軟件系統框架，以產品質量管理和追溯為切入點，實現過程數據采集、產品追蹤和清單管理、質量管理；

    實現零件制造、成品裝配、出廠檢驗過程質量信息采集的規范化、自動化和易操作，提供輔助質量檢驗工具和裝置，改善質量控制效率；

    實現零件制造、產品裝配、出廠檢驗、進出庫和市場服務質量信息的結構化、網絡化；

    建立機構產品質量與市場服務經驗共享基礎數據庫；

    實現零件和產品物流、質量信息展示的實時性，建立零件和產品信息圖表化和透明化的可追溯平臺；

    能夠批量導入、導出固定格式的產品設計、工藝質量要求信息以及制造排產信息；

    應用系統具有與PDM系統（西門子Teamcenter）和ERP（金蝶K3）系統的數據集成能力，并具有可擴展性；

    企業信息化系統的建設首先要能夠解決企業的實際問題，然后優化和推動企業的發展，根據機構公司現狀以及發展規劃，利用信息化技術和系統建設步驟規劃如下：

    第一步：保證產品全生命周期內的質量可靠，滿足當前最重要、最緊急的需求；

    第二步：實現過程的精益化管理，全面提高制造效率和利潤率；

    第三步，實現面向市場和服務的產品研發與制造。

    3.項目實施與應用情況詳細介紹

表1 項目的實施計劃及完成情況

    大體上講，MES具備的11項功能，具體包括資源配置與狀態管理、生產單元分配、數據采集、質量管理、設備維護管理、績效分析、作業計劃、文檔控制、人員管理、過程管理、產品追蹤與譜系管理。但是在客觀上，不同生產類型的企業生產在組織結構、工藝過程、產品特點等方面是存在差別的，企業的信息化水平也不盡相同，MES系統在不同類型的企業具有不同的特點，根據其業務模式的不同在功能上有所側重，甚至是擴充。面向工程的高壓電器的業務流程模型，如圖1所示，其中“廠內制造”和“交付使用”兩個階段是產品的物化及工程化實施過程的階段；在對制造和服務過程監控以及質量信息的管理方面，由于面向工程的產品差異性大、品種多、批量小、采用群組作業方式，而對制造過程的質量要求高，因此，針對制造執行系統，提出全生命周期的質量信息結構化可統計和可追溯的系統目標；不僅涵蓋零部件制造、產品總裝和測試，同時涉及現場的安裝調試及問題反饋等質量信息。

圖1 面向工程的電器設計制造業務流程示意圖

    PDM與ERP系統同時為企業提供計劃層信息，各層所包含的業務模塊及信息傳遞如圖2所示。工程設計EBOM不僅為ERP提供MBOM的數據源頭，同時為MES系統提供質量目標信息；另外在大規模流程制造業中，信息多以自頂向下的傳遞為主，但是在面向工程的定制化過程中，制造執行部門與作業調度、工程設計人員間的信息可以通過ERP、PDM系統進行反饋交流，以提高訂單制造企業的協同過程能力，實現柔性化和規模化定制。

圖2 企業四層管理集成模型示意圖

    根據圖2所示的MES系統定位及工作范圍，設計面向工程以質量為核心的MES系統，所帶來的業務流程變化如圖3，其特點在于：1）有效的工程產品訂單管理，MES應能夠及時反饋訂單完成的信息，工程訂單號是所有數據的根節點；2）與產品設計平臺具有良好的接口。與產品設計平臺的聯結，MES不具備產品和工藝設計功能，但部分功能的實現需要設計圖紙和工藝文件，設計數據的準確性及傳遞的迅捷性將有助于MES功能的實現；3）服務人員的分散、異地的分包商和客戶等在客觀上要求MES具有分布式的特點。在構建MES時必須考慮使用分布式處理技術，以使企業能做到MES與其它系統的集成、不同的組織人員能協作處理業務；4）支持關重件和整機產品的過程質量信息追溯，在具體功能實現上，MES能跟蹤隸屬某工程的全部關重件加工過程、合格證管理，提供工程維修所需的質量數據等。

圖3 MES系統功能模塊與業務流程實現示意圖

    3.1 系統實現的關鍵技術

    1 質量可追溯的MES數據模型

    制造工廠內部信息的構成非常復雜，涉及的范圍很廣，如人員信息、零部件信息、工藝信息、工序狀況信息及設備等，而每一個信息又由多個因子組成，如零部件信息中包括零件號、規格、批號、材料、零件名等，不僅數據量大、數據類型和結構復雜，而且數據間存在復雜的語義聯系，數據的載體也是多介質。面向工程需求設計和制造的電器設計和制造企業，每個工程都有一個相對對立的以工程為編號的工程BOM及少量為工程而設計的白圖（“僅在該工程使用的圖紙”）；工藝人員以此BOM為基礎編制零件加工和裝配工藝。如圖4數據關系模型所示，MES系統將零件加工和產品裝配等過程所需的人員、設備等資源信息與工藝過程進行關聯，并標記生產計劃的派工和完工狀態，成為帶有時間維度的MBOM（制造BOM，Manufacturing BOM）。由于制造過程的質量，決定了產品除設計因素外的絕大部分質量，是企業追求精益質量的核心環節之一。在以質量為先導的MES系統，將檢驗和試驗過程作為重點關注內容，記錄各工序的質量信息，整機分裝和總裝扭矩、裝配完整性檢查以及磨合性能檢測信息，擁有制造過程所有靜態和動態的數據，形成以QBOM（質量BOM，Quality BOM）為核心的制造數據集合，從而為質量追溯的策劃、執行、評價和改進提供了豐富的數據基礎。

圖4 質量先導的MES數據關系模型示意圖

    2 過程質量統計及追溯管理功能模型

    根據質量控制系統的工作原理，對以過程質量統計及追溯為目標的MES系統，提出了如圖5所示的動態質量控制系統的體系結構和功能模型，包括如下模塊：質量設計、質量執行、質量評估和質量控制四個功能模塊。

圖5 MES支持的過程質量控制

    1）質量設計與工序質量目標設定模塊。將工程所需的產品功能和性能特定質量信息，通過以下幾種途徑轉化到MES系統：（1）工程特定功能的零部件要求，包含在產品EBOM中，經ERP系統形成MES對外檢零部件的質量和性能要求；（2）零件的材料、熱處理和尺寸精度要求，轉化為MES進行質量檢查的原材料牌號、硬度和公差范圍要求；（3）產品配套關系則通過BOM結構的隸屬關系記錄到MES系統。目標質量信息設定的實現方式：（1）通過PDM、ERP系統的集成模塊，MES直接獲取；（2）工藝、車間質量管理設計人員通過MES界面交互輸入；（3）對于自制關重藍圖零件的工藝和工序質量要求，采用Excel格式文件批量導入。

    2）質量評估和報警模塊。采用統計過程控制方式，對質檢人員輸入系統的質量數據與系統的目標數據進行實時對比，超差數據系統給出警告，并對相關零件進行標示，記錄相應的返修和質量評審意見；對于一個批次中抽檢的零部件則進行歷史記錄數據的比對，按照正態分布的統計規律，處理抽檢質量數據給出不合格品處理建議。

    3）質量過程控制。對于加工類零件定期對統計質量數據進行總結分析，根據零件尺寸公差的分布情況，給出質量目標設定的修訂建議。對于裝配過程，通過掃描條碼獲取關重件的裝配情況，對比工程BOM的機構，及時發現漏裝、錯裝，以便裝配工人進行更改。交付和現場維修，記錄被修理產品的BOM變更和零部件替換情況，對易損件和需要定期保養的元器件給出維修提示。工程施工人員和產品用戶通過互聯網查詢產品質量問題的處理方法和措施，設備制造商則根據用戶反饋信息，進行相關工程質量問題的追蹤和查詢，以便在制造及使用維護階段進行產品的設計質量改善。

    3.2 系統設計與應用

    在對電力設備制造企業設計制造的特點分析的基礎上，以某設備制造企業為試點，采用商用軟件和定制開發相結合的模式實施MES，軟件系統總體結構如圖6所示，其中基礎平臺層和MES平臺層的功能模塊采用MES行業的標準模塊，針對行業的特殊需求進行流程、界面的個性化定制和功能開發；系統采用B/S架構形式，采用Oracle數據庫，針對使用Android系統的智能終端開發相應的應用模塊。

圖6 軟件系統及應用的總體結構

    對于質量追溯，系統按照功能模塊的設計交互界面，采用可自動采集測量數據的數字量具直接獲取零件的尺寸測量數據，質量檢查人員利用PDA終端填報實測的質量信息，直接進入系統，并與目標范圍進行比對。廠內自制關重件采用條碼作為工序扭轉信息載體，入庫前使用激光將條碼轉刻成編號到零件；對于群組裝配作業過程行形成的臨時分裝件，系統生成分裝編號，無論該分裝件用于總裝還是到現場的維修替換，系統都記錄分裝號，并能夠檢索到其包含的零部件編號；如圖7所示，整個工廠管理以專檢質量合格為轉入工序和完工匯報的標準，避免計件管理中“量多質差”問題的產生。

圖7 MES系統交互界面及看板示意圖

    該系統在企業內部以及配套現場運行，促進產品質量的改善。對于不能通過網絡進行質量信息反饋的現場維修部門人員，采用信息記錄卡：跟蹤記錄每臺產品現場安裝調試以及維修、維護的質量問題，并可以附照片說明，然后通過Excel格式如表1導入或手工錄入到MES系統，逐步積累成服務質量知識庫，以提高現場問題的處理能力和經驗。

表2 服務信息記錄卡

    4.效益分析

    制造執行系統利用信息化技術實現制造過程精益管理、提升效率和質量的有效工具，由于行業特點和企業所處的市場地位不同，對制造過程關注點各異，因此，建立MES系統實現：1）產品全生命周期質量數據的統計與追溯，分析統計數據、掌握零件和產品的質量規律；2）潛在質量問題的預見、預防；3）內外部資源能力的實時狀態與平衡排產；4）減少返工，為合理持續改進設計與服務升級提供基礎。直接效益的統計：提高產品的完工準時化率10～20%，改善產品質量20%，實現產品全生命周期的質量追溯管理如圖8。

圖8 MES系統實現產品質量的追溯管理

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本文標題：以質量為核心的制造執行系統MES/ERP在西電的實施

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