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上海电气发电机厂:打造离散型智能制造示范工厂

2019/1/16    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:智能工厂案例  e-works年度盘点  智能制造  上海电气发电机厂  
本文为“2018年度中国两化融合暨智能制造应用领先暨最佳实践奖”参评案例。本次活动将评选出2018年度,为中国两化融合暨智能制造领域带来突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业推进两化融合或者智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,供广大制造业行业企业学习供鉴。

一、企业简介

    上海电气电站设备有限公司发电机厂隶属于上海电气集团股份有限公司电站集团,是和德国西门子公司共同投资,于1995年12月建立的合资企业。企业主要从事火电、核电、燃机领域的大型发电机成套产品的研发和制造,主导产品以60万千瓦、100万千瓦大型发电机为核心产品,累计制造了近3亿千瓦的火电设备,是全球最大的火电设备供应商之一。

    上海电气电站设备有限公司发电机厂是我国重要的发电机装备设计和制造单位,在自身60多年发电设备发展历史及技术经验基础上,融合德国西门子、美国西屋公司近百年的发电机制造经验和管理技术,现已形成具有自主知识产权的独立发电机设计开体系和制造能力,产出适合市场需求的发电机组。公司拥有固定资产近13亿元,员工人数1269人(含劳务工),年销售收入26亿以上,年生产能力3000万千瓦。自成立至今,公司利润增长近33倍,经营规模实现了跨越式发展,在市场压力空前巨大的近两年,工厂主要经济指标仍在行业排名第一。

上海电气电站设备有限公司发电机厂

图1 上海电气电站设备有限公司发电机厂

二、企业在智能制造方面的现状

    近三年来,公司在保证基础职能的情况下强化了核心智能,具体包括以下几个方面:

    1)规划发展,规划企业信息化建设和发展方向,并支持管理者的决策;

    2)业务管理,权衡企业业务流与规章制度,满足各部门业务需求,提高相关业务处理效率;

    3)ERP应用,规划业务在ERP系统中的实现方式和业务效益,指导展开业务并解决问题;

    4)系统开发,满足各部门的业务需求,为企业应用需求进行定制开发,并提供指导和培训。

    当前,公司的信息化应用系统情况如下图所示,主要涵盖四大核心流程,TDP(研发管理流程)、PDP(新产品开发流程)、PM(项目管理流程)和后端的SP(服务流程)。

上海电气发电机厂现有信息化框架

图2 上海电气发电机厂现有信息化框架

上海电气发电机厂现有现有应用系统情况

图3 上海电气发电机厂现有现有应用系统情况

    ERP:主要面向制造行业进行物质资源、资金资源和信息资源集成一体化管理的企业信息管理。ERP是一个以管理会计为核心整合实时信息的企业管理,针对物资资源管理(物流)、人力资源管理(人流)、财务资源管理(财流)、信息资源管理(信息流)集成一体化企业管理。

    PLM:上发厂所有的图纸,过程卡和文件都在PLM模块中进行创建、更改和审批,并在SAP系统中将图纸凭证、规范凭证和物料做关联,最终通过BOM将这些信息输出并传递。未来规划将整个项目管理,流程固化,文档管理及文档分发,设计协同应用等统一在PLM系统中进行管理。

    MES:面向制造企业车间执行层的生产信息化管理。MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块,为企业打造扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    1.项目背景介绍

    中国制造2025以智能制造为核心工程,电力装备是十大重点领域之一。大型汽轮发电机作为电力系统的关键设备之一,其制造具有单件小批量生产、手加工作业较多、工序繁多等特点,是典型的离散型生产制造模式。上海电气电站设备有限公司发电机厂作为中国大型汽轮发电设备制造的领头羊,必然要以智能制造技术引领发电机制造技术的发展。智能制造既是实现制造业结构调整的高端技术,又是支撑制造业“上水平”的基础性技术。发展智能制造将为我厂的全面发展提供有力推动和必要保障。

    通过智能制造技术的发展,提高我厂创新能力和附加值,实现节能减排目标,提升传统制造水平,从而抢占技术制高点,以科技创新达到世界国行业的先进水平,最终实现世界最强发电机供应商的目标。

    通过智能工厂项目的实施,实现我厂管理的信息化、生产制造的智能化,建设智能型发电机生产工厂,开创发电机智能制造新模式,提高产品开发效率、减少工艺分散性、提高产品可靠性、降低产品成本,并有效提升上海电气电站设备有限公司在国内外电站设备制造行业的竞争能力,促进本企业产业结构向高端装备制造转型升级,全面推进智能制造产业的发展进程,为先进制造技术提供关键技术支持。项目建设后可在上海电气集团下属各企业板块推广使用,包括风电集团、核电集团、临港工厂等,整体带动上海电气集团向高端智能化生产转型。

    在项目实施前,项目组分析了公司的业务现状、存在的问题以及具体目标。

    现状与问题:在加工、焊接、装配、涂装、检测方面,单个系统已实现自动化,如发电机转子、定子线圈制造自动化生产线,发电机转子、定子智能加工,发电机定子铁芯装配自动化生产线,发电机定子线圈装配自动化生产线,发电机焊接、油漆等自动化加工,铁心和槽楔松紧度检测机器人,定子膛内自动测量系统(视觉机器人),定子线圈快速三维检测;然而,尚未实现发电机制造专家系统、发电机检测信息数据库、发电机检测数据反馈系统、发电机数字化制造等。

    项目目标:搭建企业内网络车间实时协同制造,集成研发系统、信息系统、运营管理系统等(包括:ERP系统、PS系统、MES系统、QMS系统、发电机制造智能信息系统、管理信息系统等),推动创新资源、生产能力、市场需求的跨企业集聚与对接,实现设计、供应、制造和服务等环节的并行组织和协同优化。

    为了有效解决以上问题,实现智能工厂车间实时协同制造,本项目的具体功能需求包括:

    (1)生产计划排产需求

    根据发动机转子线圈铜排生产的跟踪监控的信息结合智能化的决策分析,对生产作业过程中出现的问题进行有效控制,对生产资源进行智能调度,实现生产过程的智能化管理,并根据实际情况进行动态调整确保生产计划准确科学,从生产源头上做到智能化。

    (2)设备资源管理的需求

    对转子/定子现场加工设备通过智能化生产资源管理技术以及物料跟踪技术,减少生产资源的不足、浪费等情况的发生。通过智能感知的设备运行信息,以及异常信息的侦测,依据性能优化策略、制定合理可行设备维修维护计划,实现设备的智能化维修维护,降低设备故障风险,确保生产计划的可靠执行。

    (3)质量数据采集、检测、追溯需求

    质量是企业的生命,采用二维码/RFID等数据采集技术对发电机转子/定子加工过程中的质量信息智能收集,实现与质量管理系统的集成,建立全面质量管理系统(QMS),分析质量原因,及时处理,同时建立智能质量追溯技术,实现质量问题全过程追溯直到问题闭环。

    (4)智能物流系统的需求

    发电机转子线圈直线铜排的加工均为分散式加工,各工位和设备独立操作,中间物流转运效率较低,拟通过物流系统架构技术、物流信息管理系统技术,智能物流设备研发和物流系统自感知和在线监控技术研究,达到物流设备智能化、控制模块化、物流信息集成化等目标,实现智能仓储、智能配送、智能信息获取处理和集成应用的功能。

    (5)ERP-SAP/MES

    通过基于ERP/MES系统的产品生命周期智能化管理系统的实施,缩短周转的时间;物流与资金流的集成;加强物料和生产计划;模拟不同市场状况对生产计划、能力需求计划、物料采购计划和储运等工作的影响;增强企业对经营环境改变的快速反应能力;实现管理层对信息的实时和在线查询;为企业决策提供更加准确、及时的财务报告;及时提供各种管理报告、分析数据。

    2、项目实施与应用情况详细介绍

    总体架构如下:

基于工业互联网的智能工厂总体架构图

图4 基于工业互联网的智能工厂总体架构图

信息系统架构图

图5 信息系统架构图

    本项目建设,是以生产制造为目标,实现数字化制造智能工厂的信息化整体解决方案。各子系统实施与应用情况如下:

    (1)制造执行MES系统

    进一步优化发电机厂离散型制造行业的MES系统,将系统应用延伸至车间现场,将ERP系统生产计划数据传递到MES系统,实现车间计划的准确下达至工人,并实时收集实际加工进度,改变了以往纸质工票传递、人工进行统计的传统工作方式,解决了传统制造业企业计划和实际生产的脱节,完善车间的执行管理。

MES优化工作流程图

图6 MES优化工作流程图

    实现在制品生产全过程实时管理,从项目主关键路径到具体关键工序的在制品过程控制,从原材料到半成品到成品的生产过程追溯,具体包括:

    计划—各级计划实时执行情况及偏差

    物料—准确的物料实时信息,关键物料的管控和追溯

    质量—NCR质量控制,现场质检信息第一时间反馈

    成本—实时反映生产过程中物料成本,人工成本的变化和叠加

    在制品管控设计示意如下图:

在制品管控设计

图7 在制品管控设计

    (2)APS自动计划排产

    作为上海电气大型发电机组设备的生产企业,为了充分利用工厂大型现代化装备的产能,提高产品的按期交货率,降低生产成本,在传统的ERP生产计划排产的基础上,通过实施高级计划排程系统,按不同的排产目标设定不同的约束条件,并充分考虑工艺加工逻辑、供料、产能等因素,优化多项目排产因素,提升计划排程工作效率和准确率,提高设备利用率,降低综合生产成本,快速响应客户和市场需求的变化,提高客户满意度。

    APS设计如下图:

APS自动计划排产

图8 APS自动计划排产

APS、ERP、MES数据流程

图9 APS、ERP、MES数据流程

    (3)QMS质量管理系统

    工厂在ERP系统应用基本成熟的前提下,进一步提高质量的管理能力,实现对于质量可追溯性和全面质量管理的要求,建立质量管理系统,实现质量计划、质量改进和质量成本管理,并与MES系统报工的制程检验集成,实现NCR的不符合项报告自动流转,完成质量管理系统和采购、生产、销售等业务的无缝集成,达到对质量过程的跟踪和监控以及质量成本的准确归集。

    根据不同产品的质检要求定义收集质检数据(自动和手工数据采集,在线校验)质量缺陷数据录入并触发相关处理工艺。

    质量问题实时反馈并实时触发处理逻辑。

    SPC在线和离线分析。

    质检数据集中存储,查询。

    各种质量报告。

QMS功能图

图10 QMS功能图

    (4)LMS现场物流管理系统

    传统企业的车间现场内部物流管理缺乏计划性,对于大型行车设备的调用存在随意性。通过LMS系统的建立,打破传统行车调配运行模式,申请人员在系统内提前预约吊运申请,系统综合考虑吊运的先后顺序及各工位等工成本,从而对吊运任务进行最优配置,实现了工厂内部物流的高效流转,切实提升了整个工厂的内部物流管理效率。

LMS流程图

图11 LMS流程图

    (5)PMS设备管理系统

    高效的计划排程离不开对于大型加工设备的精准管理。工厂规范设备管理流程,制定合理的维修保养计划,实现灵活、高效设备维护处理,建立设备管理系统,实现从设备的购置、维修保养、设备报备进行全过程监控,从而为设备管理部门进行维修管理、故障分析提供有效的基础数据,并通过与ERP及MES系统的集成,实现设备保养计划与生产计划的联动。

设备全生命周期管理

图12 设备全生命周期管理

    主要功能:

    ●操作工可以通过智能终端进行无纸化故障报修、点检、保养等操作;实现设备管理无纸化,图像化。

    ●机修管理人员可以第一时间看到设备故障信息,设备保养提示,设备稼动律分析等信息,通过智能终端进行现场无线巡管。

    ●设备管理人员全面实时了解设备运维信息,便于安排保养计划,提前做好备品配件的申领,可以根据今年的运维情况精准安排明年的运维计划。

    ●企业负责人和监管部门可以通过手机、PC实时看到生产情况和相关设备统计报表,方便及时进行决策管理。

    ●设备厂家:可以管理售后外派事务,接收客户反馈、报修和投诉,提升客户满意度。

    ●保养信息可以自动在工位终端展示,而且发送到操作工的智能终端上。

    ●每次保养完成后,操作工可以通过手持智能终端进行保养内容录入操作,拍照图像记录保养结果。

    ●结合设备运转分析系统,可以实现设备的预知保养,根据运转时间和产量等情况提示相应的保养信息。

    (6)质量追溯管理系统

    系统通过对供应商物料信息、制造过程信息、质量信息及客户发货信息的系统采集,实现客户订单号到产品生产批次号及生产物料批号的全面贯通,进而实现产品追溯信息的动态查询。通过对产品质量追溯信息的系统采集,实现如下追溯查询功能:

    a.客户反馈产品质量异常时,输入产品条码号,快速查询:产品物料批次信息;条码号、供应商、批次号;物料进货检验报告;关键检测/生产设备号、重点工序作业人员;当时生产环境温度、湿度或照度情况;产品PQC、FQC、OQC、NCR检验报告;产品维修过程情况;产品对应的订单及批次号。

    b.确定某物料批次存在质量问题时,输入物料批次号,快速查询:使用问题物料生产的产品条码号明细、批次号明细、对应订单号及发货客户是谁;仓库材料、半成品、产品库存多少;进货检验报告;订单号、批次产品、物料不合格品处理单审批意见;订单号、批次号产品PQC、FQC、OQC检验信息。

质量追溯管理系统业务流程图

图13 质量追溯管理系统业务流程图

    (7)数字化工厂可视化管理系统

    通过财务业务一体化ERP系统、车间制造执行MES系统、质量管理QMS系统、设备管理PM系统等一体化信息平台的集成应用,实时收集车间实际生产进度和质量,并通过管理看板予以展现,使管理及生产人员清晰了解工厂计划与实际完成情况,提高生产效率,降低成本,实现生产制造精细化管理。如下图所示:

数字化工厂可视化管理系统

图14 数字化工厂可视化管理系统

    (8)AGV智能物流运输系统

    工业4.0的时代图景下,上发厂一直致力于打造一座以数字化为中心,通过自动化设备和各种软件互联互通的工厂。随着企业智能化程度的提升,对物流运输的自动化,灵活性要求越来越高。当前上发厂物料配送以叉车,电瓶车、液压推车为主,根据物流配送指令和现场请料需求,进行物料工位配送,物料配送大量的人工参与造成了灵活性差,实时性低等问题,增加了人力成本和运营成本。结合公司愿景打造更加自动化和柔性的智能物流模式,此次项目将以定嵌,转嵌两个工位为目标,对物流仓库到定嵌,转嵌两个工位标准料箱的物料配送,实现AGV小车自动配送方式和产线物料自动输送,并在此基础上,逐步在全厂区实现AGV物料配送的智能化建设。

产线物料自动输送平台设计图

图15 产线物料自动输送平台设计图

(9)网络协同管理

    网络协同管理包括项目管理(PS)、生产管理(PP)、采购管理(MM)、仓储管理(IM)、质量管理(QM)、制造管理协同如下图所示:

网络协同管理

图16 网络协同管理

    项目管理协同

    项目管理协同结合APS高级计划排程(高级计划排产)系统主要解决“在有限产能条件下,交期产能精确预测、工序生产与物料供应最优详细计划”的问题。

    生产管理协同

    生产管理模块结合MES(制造执行系统)进行协同,MES能更细致到每个制造工序,对每个工序进行任务的下达、执行的控制和数据采集、现场调度。通过ERP的PP模块将制造信息传递至MES系统,MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时,MES能对此及时做出反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。

    采购管理协同

    采购管理模块结合SRM(供应商关系管理系统)进行协同,ERP中的MM模块的采购订单,实时传递至SRM系统,方便供应商在SRM系统上查询到何时需要将物料运至相应的库存地,企业采购人员和供应商便于在SRM系统中操作订单的发送和接收,在系统中跟踪生产进度等。

    仓储管理协同

    仓储管理模块结合LES(条码管理系统)进行协同,物料通过LES系统从仓库收货,仓储管理,物料配送等不同方面进行管理。

    质量管理协同

    质量管理模块结合NCR(不符合项)和CAPA(质量追溯)系统进行质量信息的协同,通过NCR系统将SAP中的质量通知单进行跟踪及总结。

    制造管理协同

    通过高效应用MES系统达到制造管理与生产计划的协同及融合,通过应用MES系统,达到面向制造企业车间执行层深入融合。MES系统集成为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、生产过程控制、等管理模块,更好的将制造管理与生产系统有效的进行了协同。

    质量管理协同

    结合SAP的QM系统达到对这个物料供应链上的质量进行控制。对产品从原材料采购至产品发货起着重要的监控作用,它还与其他模块(如MM,PP,SD,PM)整合在一起,构成了产品从原材料采购到制造至发运整个流程体系的监控:进料检验(外购)->在制品检验->制程终检->发运检验,避免了数据的不连贯性,减少了相关数据重复录入的误差,最终完成生产计划与质量管理协同,确保生产的产品的质量符合要求。

    3、效益分析

    1)经济效益

    通过项目的实施,预期可获得良好的经济效益。使用本项目相关的技术,将大副提升生产效率、提高产品质量、降低成本,同时也将进一步扩大上海电气电站设备公司发电机厂的品牌影响力,将带动发电机的销售能力。

    具体包括以下指标:工厂运营成本降低20%,发电机产品研制周期缩短20%,发电机制造生产效率提高20%,产品不良品率降低10%,能源利用率提高4%。

    2)社会效益

    ●项目建成后可公开、共享、交换的信息及其效益

    建设成果在黑龙江、山东、江苏、浙江、山西等同类企业生产基地复制推广,同时带动以上海为中心的东部地区制造业的转型,推动制造业由劳动密集型向技术密集型发展,建成可在电力行业复制的标杆产线,形成电力行业智能化制造的标准和规范,作为电力、能源等行业可借鉴的智能管理平台及智能装备成果。

    ●在业务、服务、管理等方面的效益

    通过项目的实施,发电机制造将实现数字化、智能化的管理,开创发电机智能制造新模式,可提高产品开发效率、减少工艺分散性、提高产品可靠性、降低劳动强度、提高生产效率及降低产品成本,满足安全生产、环保要求,同时降低能源消耗,提升管理效益。

    ●项目实施对行业的影响和带动作用

    本项目积极响应国家和上海市关于智能制造数字化工厂应用的相关文件和政策,项目单位具有深厚的技术基础和理论基础,不仅可以进一步巩固上海电气电站设备有限公司在国内电站设备制造行业的领先地位,同时对于国内企业的工业互联网应用可以树立标杆,对于推进信息化和工业化深度融合,增强制造业自动化、数字化、智能化具有示范和带动作用。同时,借助工业互联网技术的应用,有效地实现网络化协同,可促进产业结构向高端装备制造转型升级,全面推进智能制造产业的发展进程,为先进制造技术提供关键技术支持,对离散型制造企业具有显著的示范作用。

责任编辑:程玥
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