MES系統在高壓開關行業的應用

張建超，單 瑩，劉先禹

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

1 高壓開關行業生產組織模式

1.1 高壓開關行業概述

傳統的說法高壓開關一般指額定電壓3kV及以上主要用于開斷和關合導電回路的電器，但隨著電壓等級的細化，本文描述的高壓特指126KV及以上，包括252KV、550KV、750KV、1100KV等高壓、超（特）高壓開關GIS（氣體絕緣金屬封閉開關設備）的裝配，因其零部件及產成品個體體積龐大，裝配過程手工作業特色明顯，且多為非標設備，產研結合，可以說更具離散制造特點，與汽車、發動機等大規模流水作業有顯著的不同，因此其MES系統的實施應嚴格以行業特點為基礎，對MES系統也是一個挑戰。

1.2 高壓開關行業的生產組織特點

高壓開關制造包括從元件制造、組件裝配、間隔裝配等一整套工藝流程，覆蓋機加、殼體焊接、表面處理、絕緣、鑄造、裝配等工藝車間，是典型的從元件制造，到組件裝配，到產品裝配成型的離散制造模式，其生產組織模式大概如下：

1.3 以工程為主線的制造模式

GIS等產品作為高壓輸變電工程的配套設備，其生產組織也是以某個工程為主線，從市場訂單開始，到成套車間元件制造計劃的分解、裝配車間組件的裝配，均是以工程號為索引，也就是說除了一般的通用零件外，所有零部件從機加、殼體制造開始，即按某工程專用件進行制造，按工程專用件進行加工、配送、組裝。

1.4 非標特色、產研結合的制造模式

GIS產品雖加工制造工藝已經成熟，但就工程與工程之間的差異還是比較大，每個工程有其特有要求，反映到產品上每個工程都要從產品設計開始，是產研結合的模式，這點與傳統的汽車、家電等大規模生產不同。產研結合的模式帶來直接問題就是設計變更多，進而是計劃變更、調整頻繁，帶來生產組織上的困難。

1.5 裝配與成套車間的生產聯動

以工程為主線的零部件加工、組裝模式，以及大部分零部件自己加工制造的模式（非外購），決定了成套車間與裝配車間生產計劃的緊密性，以及以工程號為索引的計劃的緊密關聯，當多個工程同時進行時，其生產組織的難度就會擴大很多，同時成套車間的產能將直接制約裝配車間的產能，影響裝配車間的計劃排程等生產組織。

1.6 定點區域裝配模式

GIS產品體積龐大，單一零部件幾米長短實屬常見，每個間隔的體積長以10米計，寬和高以5米計，與火車頭大小相似。體積如此龐大的零部件和產品，直接帶來的影響就是移動、搬運困難，因此也決定了其定點區域的組裝模式，該模式本身沒什么問題，但是當多工程并行，車間空間有限時，其生產組織、零部件配送、線邊庫管理等問題就變得相對突出。

2 高壓開關行業MES系統建設

2.1 MES系統關注點

任何系統的建設都應以行業特點、企業特點為主，高壓開關行業MES系統的建設，也應切合行業特點，從行業特點出發去規劃、設計系統，在常規MES系統的功能上，應重點解決企業目前存在的實際問題，其關注點可以具體分析如下：

1）以工程號為主線的模式帶來的零部件全生命周期跟蹤；

2）產研結合模式帶來的對變更的處理，包括設計變更、計劃變更等；

3）裝配車間的物料齊套性問題，是制約裝配車間產能的最大因素；

4）零部件按工程配送問題，受制于場地等限制。

2.2 MES系統功能構成

上文分析了高壓開關行業MES系統的關注點，其實也就是MES系統的建設要點，即如何解決零部件的全生命周期跟蹤問題，如何解決零部件按工程準時配送問題，以及變更問題的處理和裝配車間零部件齊套問題，以這些問題為切入點進行MES系統建設，也符合MES系統以企業需求為導向的建設原則，確保了MES系統的實施成功和應用效果。

2.3 MES系統模塊構成

在充分結合MES系統自身功能和企業實際需求的情況下，針對高壓開關行業MES系統的功能構成如圖1所示。

2.4 關鍵問題的解決方案

針對高壓開關行業MES系統建設的關鍵問題，本文提出如下解決方案，該方案已在實際應用中得到驗證。

2.4.1 以條形碼和刻號相結合的方式進行零部件全程跟蹤

方案以條形碼和刻號相結合的方式對零部件進行標識，包括零件信息、工程信息、供應商批次等信息，以方便過程記錄跟蹤。同時針對零部件個體差異大、表面清潔度以及整體潔凈度要求的不同，特別是某些零部件還需要經過酸洗、電鍍、噴漆等表面處理，對條形碼的標識方式也有所區別，包括直接在表面刻碼、直接粘貼紙質條形碼、在標示牌上粘貼條碼以及在工裝上粘貼條碼等不同方式。

通過條碼標識的零件一方面可以掃描記錄，另一方面可以掃描防錯，切實滿足了零部件全生命周期的管理需求和按工程號加工、裝配的管理需求。

2.4.2 與ERP、PDM聯動解決變更問題

變更主要指設計變更和計劃變更，其源頭主要來源于ERP和PDM系統，在MES系統實施之前，變更信息的傳遞和處理基本靠紙質和手工完成，一方面響應不及時，另一方面處理環節多、操作難度大，比如變更帶來的領料、退料問題等等。

在實施MES系統后，MES與ERP、PDM在系統接口層面緊密互動，通過系統手段解決變更信息的傳遞問題，包括BOM的變更，計劃的變更，零部件的變更等等，并通過系統手段對變更帶來的問題進行處理，包括零部件領料、退料問題，計劃調整問題，并將信息及時反饋到ERP系統，實現變更操作的閉環管理，整個過程以系統為基礎，指導員工操作，簡單便捷、不易出錯。

2.4.3 各車間計劃聯動和零部件齊套分析

圖1

成套車間的計劃、產能、產成品儲備情況直接影響總裝車間的計劃排程和執行進度，如何做好各車間計劃的聯動是解決問題的關鍵，MES系統直接管理到各車間作業計劃，對每個計劃實時跟蹤和記錄，通過分析各計劃之間的成套關系給出提示和預期分析，輔助各車間計劃排產，尤其是總裝車間的計劃排產。

影響總裝車間計劃排產的另一個主要因素就是零部件的齊套性，MES系統通過結合BOM需求、零部件庫存、零部件線邊庫存、成套車間產能以及外購件在途庫存，綜合分析給出零部件齊套分析，包括庫存量、差異量、預計交付時間等等，輔助計劃員進行合理的計劃排產，提高排產的準確性和效率。

2.4.4 以配餐制進行零部件配送

高壓開關的裝配周期長，通常是多工程同時裝配，且往往受制于場地空間，給零部件的配送也帶來很高的要求，一方面要保證零部件的及時供應，另一方面還要考慮線邊空間有限，同時不能容納更多零件擺放，且多工程混裝，給管理帶來難題，針對該問題，MES系統結合WMS倉儲系統，采取配餐制進行零部件配送，通過MES系統按工程、節拍、配餐原則生成領料單，WMS按照領料單進行揀選、出庫，并及時配送到線邊，一方面保證了零部件的準時配送，另一方面也保證了按工程配送，按工程裝配。

2.5 MES系統應用效果

通過實施MES系統，對車間作業執行過程進行了全面精細化管理，打通ERP、MES、WMS的數據業務關系，使物流、信息流高效統一，切實解決了計劃排產、零部件齊套、零部件供應等實際困難，結合全生命周期的零部件跟蹤管理、質量在線檢測以及現場應急處理機制，使整個執行過程透明、高效、可控，為高壓開關的裝配效率和裝配質量提供了有力保障。

3 結束語

MES系統的實施是一個系統功能和企業實際相結合的過程，在常規的管理思路下，要設計開發符合行業特點、切合企業實際的功能模塊，在高壓開關行業的應用即是這樣，從企業的生產組織特點入手，擅于摒棄常規的管理理念（規模化流水作業、關注投入產出的流程行業等等），找到其生產瓶頸，如成套計劃、零件齊套等關鍵問題進行有的放矢的解決，再結合其他功能的實施，確保項目接地氣，從而保證了項目的成功。

高壓開關行業是一個高速發展的行業，尤其是在兩化融合、智能制造的大背景下，其制造工藝、管理水平在不斷提升，一方面其產品、零部件向更加標準化、組件化發展，另一方面整個生產環境、制造工藝也從車間信息化（數字化車間）向智能工廠、智慧工廠發展，MES系統的發展也是這樣，一方面從計劃、作業、質量等實際功能入手，支持數字化車間的建設和運轉，另一方面也要向生產建模、大數據方面發展，發揮MES系統信息中樞的作用，支持企業智慧工廠的建設。

[1] 德國工業4.0工作組.實施“工業4.0”攻略的建議.2013年9月.

[2] 百度百科.高壓開關,2014年.

[3] 維基百科.制造執行系統,2014年.