电气传动数字化工厂系统(ERP/PLM/MES/SCADA/WMS)规划设计方案

作者丨中机国际工程设计研究院有限责任公司 程卫权 龙罡

来源丨《信息与电脑》2018年第16期

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电传动产品主要包括风电变流器、风电各类控制器、电动汽车控制器等。此类产品具备较高技术含量，在电驱动系统中起着非常关键的作用，建立企业级信息化系统，对于全面提升高端装备电气传动系统产品的生产能力，打造一流的电气产品组装、试验的生产中心，提高企业的系统供货和服务能力，实现电气传动集成化、智能化、网络化具有非常重要的意义。

电传动工厂信息化系统顶层规划设计一般按照整体规划、分步实施、有序推进的设计思路进行，遵循以下原则。

2.1 实用性原则

以工厂产品的研发、制造、试验和维保等特征作为设计输入条件，充分体现工厂的生产特点进行个性化设计，符合企业的行业、生产组织模式特点及实际的业务需求，能够有效提高企业的管理水平和工作效率，能够有效解决企业业务开展与管理中的瓶颈问题。

2.2 可持续原则

能够为企业的近﹑中、远期发展目标提供完整、可持续应用的数字化制造支撑环境和运行平台，为适应中国制造2025时代的进一步发展和深化应用奠定必要的技术和应用基础。

2.3 优化性原则

能够有效整合企业的基础数据和制造资源，优化企业核心业务流程，并实现面向核心业务的一体化信息流管理。

2.4 可操作性原则

确保方案规划的可操作性和可落地性，并支持分阶段实施策略。

企业信息化系统的设计目标是通过数字化制造和企业运营管理两大核心业务链的运作与协同机制，全面建设数字化工厂，逐步实现中国制造2025规划的智能制造新模式。信息系统呈现的是一种链接关系，也就是工厂与工厂之间的一种供应链条 [1]，主要包括数字化制造业务链和企业运营管理业务链两个方面。

3.1 数字化制造业务链

数字化制造业务链实现数字化信息贯通与高效运行，用于支持包括图纸、技术文档、数模等覆盖企业产品自主研发全过程的产品设计、数据包接收、统一产品数据管理、数字化工艺设计、虚拟装配制造执行、数字化质量管理、全流程质量与产品数据追溯等。数字化制造业务链实现后，将提供支持关键业务点的系统功能，实现全业务链的信息化贯通，支持工程设计与制造执行过程的无纸化管理，支持制造作业现场的透明化管理和实时化数据采集与监控，以及实现生产和质量信息的全程可追溯，从而建立起电传动工厂的数字化制造与数字化管理模式。

3.2 企业运营管理业务链

企业运营管理业务链主要实现对公司级计划与调度、生产准备与物质供应的信息化管理，为数字化制造业务链的运行提供准确及时的制造资源支持，提供配套物料及设备、人员、工装等制造资源保障，并实现基于实际制造过程数据的精细化成本管理，同时，为主要业务部门的日常管理提供信息化支持。

4.1 核心信息系统规划

核心信息系统包括：产品生命周期管理系统（PLM）、企业资源计划系统（ERP）、制造执行系统（MES）、办公自动化系统（OA）、制造数据采集系统（MDC）、试验数据管理系统（TDM）、立体仓库管理系统（WMS）等。

PLM、ERP、MES、TDM共同支撑电气传动工厂从销售、技术、制造到交付与服务的完整流程，实现产品的全生命周期管理；ERP与WMS双向集成，实现资金流、物流的同步管理；通过MDC实现对生产工序信息的采集，通过电子看板实时展示，并且通过现场监控展示生产运行的各种数据，如生产进度、动态成本等，实现数字化、可视化的管理；OA系统对企业基础管理制度的信息化流转及日常管理审核等流程信息进行记录跟踪。

4.2 核心信息系统对业务的支撑设计

客户管理、合同管理、订单管理由ERP处理，驱动后续研制、试制和批量生产业务；研制、试制的项目管理通过PLM实现对项目计划的编制、分解；技术准备管理通过PLM和MES系统支撑，相关部门根据项目计划，在PLM系统管理资料、设计研发物料清单（EBOM）、编辑与管理生产物料清单（MBOM）、编制工艺路线等工艺文件，PLM系统输出完善的BOM、工艺路线、工装汇总表和零件清单等到ERP和MES系统，作为生产管理的基础；生产准备、生产计划管理由ERP系统支撑，ERP系统接收到PLM项目管理系统分发的生产准备、生产计划节点时间后，进行采购、外协、生产管理；MES系统接收到ERP生产计划后进行生产作业管理，所有的质量控制由TDM管理；对于批量生产业务，直接通过销售订单驱动采购、生产业务的计划与执行在ERP/MES中协同处理。

4.3 数据流设计

系统数据流设计如图1所示，CAD、技术资料归档到PLM，由PLM集中管理技术资料；在PLM中进行EBOM编辑和评审，作为MBOM编辑的基础；在PLM的CAPP 模块中读取PLM的MBOM；在MES中读取PLM的MBOM；PLM将MBOM、工艺文件等数据发布给ERP、MES，作为ERP、MES的基础数据；ERP将生产计划发布给MES系统，作为车间作业的基础；MES将生产作业状态反馈给ERP，以实现生产计划的闭环反馈；当工程更改时，PLM、MES必须保证通过更改管理模块将更新的EBOM、MBOM等相应的数据和文档实时地发送给ERP、MES系统及所有的相关部门，保证更改过程可追溯。

图1 系统集成数据流设计

全制造服务周期的工厂信息化系统结构模型的构建，应兼顾上下游战略同盟的继承与合作关系[2]，信息化体系采用6层构架，如图2所示。

图2 信息化体系构架图

5.1 企业展现层

企业外部门户：主要是上下游合作伙伴的业务入口，通过授权的账号访问销售、采购和技术数据，实现商务协同。

企业内部门户：主要是展现生产经营过程的实时数据，为不同层次的人员展现、跟踪业务过程。

办公自动化（OA），实现企业基础管理制度的信息化流转及对日常管理审核等流程信息进行记录跟踪。

5.2 综合管理层

综合管理与决策支持，通过对各业务系统的数据采集、挖掘、直观展现，为领导层提供决策依据。

5.3 业务管理层

PLM包含了与产品相关的项目管理、文档管理、更改管理、工作流管理和数据管理（EBOM、MBOM等）。由于研制/试制涉及多个业务部门，因此，项目管理的核心在PLM。ERP包含了从客户管理、订单管理、计划管理、采购管理、生产管理、库存管理、质量管理（主要是质量检验申请，质量管理的主体在湘电电气传动事业部的MES中实现）到产品交付、成本结转的完整过程，实现信息流、物流、资金流的完整管理。

5.4 制造执行层

制造执行管理系统主要包括高级排产、计划管理、生产执行管理、质量管理、制造资源管理、现场物料管理、现场数据采集管理、生产报表与现场看板等功能模块。TDM 系统实时采集产品的检测数据，可与MES、ERP等系统集成，支持随时调取查询试验数据。

5.5 基础数据层

基础数据的统一管理，主要包括产品数据的统一管理、产品编码管理、物料数据存储及管理、制造资源的管理、客户及供应商数据的管理、制造数据的存储归档。

5.6 系统平台层

采用基于SOA（面向服务架构）理念的平台构建技术和多层结构设计（数据存储层、数据访问层、业务逻辑层、服务接口层、应用层）；具有开放和可扩展的平台特性，以及灵活的二次开发和高复用性的工具集合（包括业务规则及代码层的自定义和二次开发），可提高行业化应用的定制效率和系统质量；采用统一的工作流管理和数据库管理技术，以及基础服务。

在智能制造理念深入的今天，做好工厂信息化系统规划设计是建立工厂智能制造体系的重要基础，从设计阶段就消除工厂“信息孤岛”隐患，制订可靠的工厂信息化系统建设方案，对提升工厂建成后的运行效率和扩展能力具有非常重要的意义。

参考文献

[1] 董志,董理.工厂自动化信息系统的发展趋势研究[J].科技创新导报,2016(14):71-72.

[2] 郭丽.基于全制造服务周期的智能工厂系统结构模型[J].电子技术与软件工程 ,2016,9(18):200

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