一、企业简介
西安西电高压开关操动机构有限责任公司是中国西电电气股份有限公司下属一级子公司，是输变电高压开关“操动机构”的专业生产企业，通过了国家级的高新技术企业认证，享受高新技术企业减免税政策。公司具有国内一流的机械加工水平，拥有日本进口的卧式加工中心、复合加工中心、车削中心；以及美国进口的数控车床，还有立式加工中心、数控磨床等。安装于恒温恒湿条件下的三坐标测量仪可实现对复杂零件的精密测量。公司具备年生产各类机构25000台以上的生产能力，年产值超过3亿元人民币。产品随本体遍布国内30多个省、市、自治区，并覆盖泰国、马来西亚、新加坡、香港等国家和地区。为保持领先优势,保证产品质量，全面规范生产过程。公司以研究开发为依托，产品具有：小型化、智能化、功率大、消耗低、免维修和高可靠性的特点，顺利通过了中国质量认证中心的ISO9001：2008质量体系认证，产品性能达到国内领先、国际先进技术水平。
二、企业信息化应用总体现状
目前，公司使用OA系统6年，办公通知、内部邮件，企业规范文件，以及办公审批流程均在OA系统内完成；使用ERP(K3)系统6年，进行财务统计、制造调度、采购和库房管理等业务；使用MES系统1年，解决工艺及车间资源信息管理，制造过程的派工和完工管理，零件制造和装配、试验质量管理，产品交付和现场、维修维护质量问题管理；应用Dematic立体仓库管理进行物料的进出库管理，并且实现了PDM与K3，K3与MES，K3与库房，系统间进行了数据的集成，设计BOM的信息能够直接传递到MES，并通过条码和编号传递到用户和服务现场。这些信息系统的应用有效整合了企业内部资源，快速适应市场变化，大大提高了企业运营效率。
三、参评信息化项目详细情况介绍
1.项目背景介绍
随着改革开放和市场经济的深入，我国企业对产品的质量管理的认识和观念有所改变，但是，由于职能部门的责权划分，共同参与以及相互协作的意识还较缺乏，同时缺少相应的环境、平台和流程来支持和保证产品质量，从而出现：
1）产品质量问题成为企业“一把手”的事情，其它人员都是旁观或旁听者；
2）产品过程信息无从追溯，出厂产品上最终安装了什么样的零部件处于何种状态等信息严重缺失；
3）各部门人员各管一段的工作模式，缺少信息交流与监督，出现问题相互推诿，无从追查；
4）质量管理部门记录的检验数据，堆积如山却成为沉睡档案，无法发挥其应有的价值；
5）将用户当成“麻烦制造者”防范，忽视用户需求而丧失产品性能、质量改善的源动力，从而逐渐丧失用户的忠诚度和信任度。
高压开关是电网系统中的基础部件，是确保能源安全输送的关键装备，而机构产品是高压开关的核心元件，其从图纸设计、投产、安装交付、投运，长达数年乃至数十年生命周期过程中，设备制造厂商和交付服务的提供商如能够及时准确的得到相关状态信息，将在保证设备运行可靠性、听取用户声音、挖掘用户需求、提升后续产品质量和升级换代方面，提供巨大的支持。
同时电力装备市场的竞争也异常激烈，设备制造商不得不从过去单一的产品设计制造竞争，扩展为从需求定义到使用服务产品全生命周期过程的T、Q、C、S、E（时间、质量、成本、服务、环境友好）多个环节、多个维度竞争，因此，提出“质量第一、履约第一、服务第一”等竞争目标。质量作为其中的重要一环，成为企业树立品牌和关乎存亡的关键，如何有效持续提高产品质量成为企业提升基础管理的重要任务之一。
如今信息技术已经深入到企业的各个部门，并成为各部门日常工作的信息载体，如：办公自动化（OA）系统、销售系统（SPM）、客户关系管理系统（CRM）、设计的产品数据管理系统（PDM）、制造过程相关的企业资源管理（ERP）系统等，这些信息化系统主要针对企业的内部流程，具有较强的针对性和专业性。但是产品质量提升需要建立在收集、统计、分析、整理大量数据的基础上, 这些数据不仅涉及企业内部的各流程和部门，同时需要用户、供应商的反馈和参与，取得产品全生命周期的完整质量信息并非易事，因此，需要综合考虑和规划，并采用合理的信息技术平台和实施方案，从而实现：
1）全员参与质量控制。通过点滴积累与产品制造、使用过程的质量信息，企业拥有真实可靠的产品质量基础数据；
2）质量部门专业分析与掌控。能够通过数据的分析和挖掘，以及对质量问题的汇总、统计分析，发现问题和潜在的质量缺陷；
3）前事不忘后事之师，设计、制造部门直接受益。提供定量化的产品质量问题回溯、追踪与改善方案建议；
4）对用户从细节处关心，提升服务水平。根据产品的维修和使用状态跟踪，为用户提供预防性大修建议，并开辟用户意见反馈和参与产品质量建议窗口。
2.项目目标与实施原则
建立机构质量信息追溯管理项目的总目标是：构建一个基于信息化、网络化的质量信息管理平台，为单位内部和业务相关方提供质量信息收集、反馈、查询、控制和质量监测的数字化管理环境进行质量信息的消费与分享。
通过机构质量信息管理，实现产品全生命周期的监测及在线处理、网络化协同，提高质量事件处理的规范性和处理效率，实现质量经验的共享和有效传承，项目的总体目标通过分步实施的项目阶段逐渐实现，本期目标如下：
建立精益制造执行系统（MES）的软件系统框架，以产品质量管理和追溯为切入点，实现过程数据采集、产品追踪和清单管理、质量管理；
实现零件制造、成品装配、出厂检验过程质量信息采集的规范化、自动化和易操作，提供辅助质量检验工具和装置，改善质量控制效率；
实现零件制造、产品装配、出厂检验、进出库和市场服务质量信息的结构化、网络化；
建立机构产品质量与市场服务经验共享基础数据库；
实现零件和产品物流、质量信息展示的实时性，建立零件和产品信息图表化和透明化的可追溯平台；
能够批量导入、导出固定格式的产品设计、工艺质量要求信息以及制造排产信息；
应用系统具有与PDM系统（西门子Teamcenter）和ERP（金蝶K3）系统的数据集成能力，并具有可扩展性；
企业信息化系统的建设首先要能够解决企业的实际问题，然后优化和推动企业的发展，根据机构公司现状以及发展规划，利用信息化技术和系统建设步骤规划如下：
第一步：保证产品全生命周期内的质量可靠，满足当前最重要、最紧急的需求；
第二步：实现过程的精益化管理，全面提高制造效率和利润率；
第三步，实现面向市场和服务的产品研发与制造。
3.项目实施与应用情况详细介绍
表1 项目的实施计划及完成情况
大体上讲，MES具备的11项功能，具体包括资源配置与状态管理、生产单元分配、数据采集、质量管理、设备维护管理、绩效分析、作业计划、文档控制、人员管理、过程管理、产品追踪与谱系管理。但是在客观上，不同生产类型的企业生产在组织结构、工艺过程、产品特点等方面是存在差别的，企业的信息化水平也不尽相同，MES系统在不同类型的企业具有不同的特点，根据其业务模式的不同在功能上有所侧重，甚至是扩充。面向工程的高压电器的业务流程模型，如图1所示，其中“厂内制造”和“交付使用”两个阶段是产品的物化及工程化实施过程的阶段；在对制造和服务过程监控以及质量信息的管理方面，由于面向工程的产品差异性大、品种多、批量小、采用群组作业方式，而对制造过程的质量要求高，因此，针对制造执行系统，提出全生命周期的质量信息结构化可统计和可追溯的系统目标；不仅涵盖零部件制造、产品总装和测试，同时涉及现场的安装调试及问题反馈等质量信息。
图1 面向工程的电器设计制造业务流程示意图
PDM与ERP系统同时为企业提供计划层信息，各层所包含的业务模块及信息传递如图2所示。工程设计EBOM不仅为ERP提供MBOM的数据源头，同时为MES系统提供质量目标信息；另外在大规模流程制造业中，信息多以自顶向下的传递为主，但是在面向工程的定制化过程中，制造执行部门与作业调度、工程设计人员间的信息可以通过ERP、PDM系统进行反馈交流，以提高订单制造企业的协同过程能力，实现柔性化和规模化定制。
图2 企业四层管理集成模型示意图
根据图2所示的MES系统定位及工作范围，设计面向工程以质量为核心的MES系统，所带来的业务流程变化如图3，其特点在于：1）有效的工程产品订单管理，MES应能够及时反馈订单完成的信息，工程订单号是所有数据的根节点；2）与产品设计平台具有良好的接口。与产品设计平台的联结，MES不具备产品和工艺设计功能，但部分功能的实现需要设计图纸和工艺文件，设计数据的准确性及传递的迅捷性将有助于MES功能的实现；3）服务人员的分散、异地的分包商和客户等在客观上要求MES具有分布式的特点。在构建MES时必须考虑使用分布式处理技术，以使企业能做到MES与其它系统的集成、不同的组织人员能协作处理业务；4）支持关重件和整机产品的过程质量信息追溯，在具体功能实现上，MES能跟踪隶属某工程的全部关重件加工过程、合格证管理，提供工程维修所需的质量数据等。
图3 MES系统功能模块与业务流程实现示意图
3.1 系统实现的关键技术
1 质量可追溯的MES数据模型
制造工厂内部信息的构成非常复杂，涉及的范围很广，如人员信息、零部件信息、工艺信息、工序状况信息及设备等，而每一个信息又由多个因子组成，如零部件信息中包括零件号、规格、批号、材料、零件名等，不仅数据量大、数据类型和结构复杂，而且数据间存在复杂的语义联系，数据的载体也是多介质。面向工程需求设计和制造的电器设计和制造企业，每个工程都有一个相对对立的以工程为编号的工程BOM及少量为工程而设计的白图（“仅在该工程使用的图纸”）；工艺人员以此BOM为基础编制零件加工和装配工艺。如图4数据关系模型所示，MES系统将零件加工和产品装配等过程所需的人员、设备等资源信息与工艺过程进行关联，并标记生产计划的派工和完工状态，成为带有时间维度的MBOM（制造BOM，Manufacturing BOM）。由于制造过程的质量，决定了产品除设计因素外的绝大部分质量，是企业追求精益质量的核心环节之一。在以质量为先导的MES系统，将检验和试验过程作为重点关注内容，记录各工序的质量信息，整机分装和总装扭矩、装配完整性检查以及磨合性能检测信息，拥有制造过程所有静态和动态的数据，形成以QBOM（质量BOM，Quality BOM）为核心的制造数据集合，从而为质量追溯的策划、执行、评价和改进提供了丰富的数据基础。
图4 质量先导的MES数据关系模型示意图
2 过程质量统计及追溯管理功能模型
根据质量控制系统的工作原理，对以过程质量统计及追溯为目标的MES系统，提出了如图5所示的动态质量控制系统的体系结构和功能模型，包括如下模块：质量设计、质量执行、质量评估和质量控制四个功能模块。
图5 MES支持的过程质量控制
1）质量设计与工序质量目标设定模块。将工程所需的产品功能和性能特定质量信息，通过以下几种途径转化到MES系统：（1）工程特定功能的零部件要求，包含在产品EBOM中，经ERP系统形成MES对外检零部件的质量和性能要求；（2）零件的材料、热处理和尺寸精度要求，转化为MES进行质量检查的原材料牌号、硬度和公差范围要求；（3）产品配套关系则通过BOM结构的隶属关系记录到MES系统。目标质量信息设定的实现方式：（1）通过PDM、ERP系统的集成模块，MES直接获取；（2）工艺、车间质量管理设计人员通过MES界面交互输入；（3）对于自制关重蓝图零件的工艺和工序质量要求，采用Excel格式文件批量导入。
2）质量评估和报警模块。采用统计过程控制方式，对质检人员输入系统的质量数据与系统的目标数据进行实时对比，超差数据系统给出警告，并对相关零件进行标示，记录相应的返修和质量评审意见；对于一个批次中抽检的零部件则进行历史记录数据的比对，按照正态分布的统计规律，处理抽检质量数据给出不合格品处理建议。
3）质量过程控制。对于加工类零件定期对统计质量数据进行总结分析，根据零件尺寸公差的分布情况，给出质量目标设定的修订建议。对于装配过程，通过扫描条码获取关重件的装配情况，对比工程BOM的机构，及时发现漏装、错装，以便装配工人进行更改。交付和现场维修，记录被修理产品的BOM变更和零部件替换情况，对易损件和需要定期保养的元器件给出维修提示。工程施工人员和产品用户通过互联网查询产品质量问题的处理方法和措施，设备制造商则根据用户反馈信息，进行相关工程质量问题的追踪和查询，以便在制造及使用维护阶段进行产品的设计质量改善。
3.2 系统设计与应用
在对电力设备制造企业设计制造的特点分析的基础上，以某设备制造企业为试点，采用商用软件和定制开发相结合的模式实施MES，软件系统总体结构如图6所示，其中基础平台层和MES平台层的功能模块采用MES行业的标准模块，针对行业的特殊需求进行流程、界面的个性化定制和功能开发；系统采用B/S架构形式，采用Oracle数据库，针对使用Android系统的智能终端开发相应的应用模块。
图6 软件系统及应用的总体结构
对于质量追溯，系统按照功能模块的设计交互界面，采用可自动采集测量数据的数字量具直接获取零件的尺寸测量数据，质量检查人员利用PDA终端填报实测的质量信息，直接进入系统，并与目标范围进行比对。厂内自制关重件采用条码作为工序扭转信息载体，入库前使用激光将条码转刻成编号到零件；对于群组装配作业过程行形成的临时分装件，系统生成分装编号，无论该分装件用于总装还是到现场的维修替换，系统都记录分装号，并能够检索到其包含的零部件编号；如图7所示，整个工厂管理以专检质量合格为转入工序和完工汇报的标准，避免计件管理中“量多质差”问题的产生。
图7 MES系统交互界面及看板示意图
该系统在企业内部以及配套现场运行，促进产品质量的改善。对于不能通过网络进行质量信息反馈的现场维修部门人员，采用信息记录卡：跟踪记录每台产品现场安装调试以及维修、维护的质量问题，并可以附照片说明，然后通过Excel格式如表1导入或手工录入到MES系统，逐步积累成服务质量知识库，以提高现场问题的处理能力和经验。
表2 服务信息记录卡
4.效益分析
制造执行系统利用信息化技术实现制造过程精益管理、提升效率和质量的有效工具，由于行业特点和企业所处的市场地位不同，对制造过程关注点各异，因此，建立MES系统实现：1）产品全生命周期质量数据的统计与追溯，分析统计数据、掌握零件和产品的质量规律；2）潜在质量问题的预见、预防；3）内外部资源能力的实时状态与平衡排产；4）减少返工，为合理持续改进设计与服务升级提供基础。直接效益的统计：提高产品的完工准时化率10～20%，改善产品质量20%，实现产品全生命周期的质量追溯管理如图8。
图8 MES系统实现产品质量的追溯管理
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本文标题：以质量为核心的制造执行系统MES/ERP在西电的实施
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