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河北新大地,打造基于工业云的预制混凝土构件智能制造系统

2020/1/11    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:PLM  数字三维制造工艺平台  e-works岁末盘点  智能制造  河北新大地  
本文为“2019年度中国智能制造最佳实践奖”参评案例。本次活动将评选出2019年度,在智能制造各领域有实践案例,或者有突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业实施智能制造的过程、步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,有效推动中国智能制造应用,供广大制造业行业企业学习供鉴。

一、企业简介

    河北新大地机电制造有限公司是预制混凝土构件生产装备专业供应商。公司通过了ISO9001:2015质量管理体系认证,是装备制造领域的首个国家住宅产业化基地、首批国家装配式建筑产业基地、国家装配式建筑产业技术创新联盟副理事长单位、首届中国市政工程协会—综合管廊建设及地下空间利用专业委员会理事单位、科技部创新基金立项支持企业、国家发改委重点产业支撑项目企业。河北新大地已连续两年(2017和2018年度)在中国预制混凝土行业发展报告中关于国内的设备厂家的描述中排名第一。

 图1 河北新大地机电制造有限公司

图1 河北新大地机电制造有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

 图2 预制混凝土构件全生命周期管理系统

图2 预制混凝土构件全生命周期管理系统

    新大地信息化建设的目标是产品生产要向预制混凝土构件生产装备智能化方向发展,并结合工业4.0和互联网+,将信息化建设向上下游延伸,以定制化、智能化、集成化为特征的自动化生产为方向,和物联网产业有效接轨融合;我们的管理将从信息系统相互独立向信息资源整合和业务协同方向发展,企业经营管理方面的决策智能化程度越来越高。

    新大地在软件方面,为保证技术的先进性和可靠性,公司经过调研、比选,确定了CAXA和金蝶作为合作单位,购置了CAXA PLM系统、金蝶 K3 ERP系统,共计2套,并建立了公司企业网站,提供了对外宣传的平台,同时通过网络,也可以及时了解市场的信息。

    PLM系统实现

    产品结构:系统以结构树的方式组织零部件,图纸和文档以零部件为中心进行组织。

    文档管理:包含对图纸和文档的管理。图纸指的是CAD系统产生的二维图纸等各种电子图形文件,文档可以是各种类电子文件,管理的文件格式没有限制。系统提供共享的文档树对文档进行分类管理。

    版本管理:版本管理与文档的生命周期相关联,生命周期包含有新建、入库、出库、取消出库、发布、重发布、归档等状态,对应的文档有版本和工作版本之分。系统支持版本回滚和清除。

    数据重用:为提高新产品的设计效率,对现有数据的应用,主要包括两方面的内容,一是借用现有零部件和图纸;二是复制现有零部件和图纸,在原有图纸的基础上进行修改。

    报表统计:提供报表类型有:产品明细表、部件明细表、自制件明细表、外购件明细表、标准件明细表以及分类报表等。

    PC构件全生命周期信息化管理系统将BIM及RFID技术有效利用于建筑产业现代化中,实现了在PC构件的设计、生产、仓储、运输、安装、运维全生命周期中出现的错误。智能预警和优化降低了工程风险,大大提高了工程效率和质量,应用前景广阔。

    1、组织保障

    为保证信息化建设建设的顺利实施,公司成立了信息化建设建设小组,由总经理担任组长,信息化部主管任常务副组长,各部门负责人为成员,下设办公室来主导和管理信息化建设工作。建立了相应的管理制度和工作机制。通过几年的努力,目前已基本建成了以ERP、PLM为基础的信息化建设系统。

    2、思想保障

    通过会议、培训、实操等多种形式,对职工进行信息化建设建设的宣传教育,自2018年-2019年24个月共进行了100余人次的培训,发放宣传资料200余份。使员工对信息化建设建设的重要性有了充分的了解,并得到了各部门的大力支持,使得信息化建设建设工作得以顺利推行。

    3、制度保障

    为规范公司合理的使用信息化建设工具,制定了《信息系统管理规定》《局域网的有关使用方法和规定》《机房管理操作程序》《公司网站管理制度》《系统主管岗位责任制》《信息化管理员责任制》等一系列文件,为信息化建设的建设和运行提供了制度上的保障。

    PLM项目产品的生命周期管理系统,将其应用到制造领域,进而建立数字化三维制造工艺平台,有助于管理制造成本,做好工艺路线的规划,明确工艺产品的分类,从而完成组装制造工艺的三维设计和机械加工工艺的仿真。企业通过加强各种工艺设备的管理,能提高工艺设计水平和工艺管理质量,同时还能缩短制造工艺准备时间,加快工艺产品的研发速度。

 图3 预制混凝土构件全生命周期管理系统-模台输送系统

图3 预制混凝土构件全生命周期管理系统-模台输送系统

 图4 预制混凝土构件全生命周期管理系统-摆渡车

图4 预制混凝土构件全生命周期管理系统-摆渡车

    MES系统从ERP系统中下载近一周的生产订单,在MES中生成生产工单。在下载的过程中,系统根据工单加工产品对应的标准工艺路径,生成当前工单生产加工的各个工序信息及各个工序的参数信息。系统提供人工和自动两种方式。人工下载方式根据人工输入的工单号将MES系统中的信息下载写入到MES系统信息中,并将物料的工单状态置为待产。当源工单信息的状态不符合下载要求时系统提示操作者。自动下载方式:定时扫描MES系统中的工单信息,搜寻未下载过的工单,满足条件时系统自动将工单下载到MES系统中并将物料工单状态置为待产。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    1. 项目背景介绍

    业务系统建设情况:

    1)将PLM系统应用到数字化三维制造工艺平台存在的问题

    PLM系统应用到数字化三维制造工艺平台建设中,不但有助于提升MES系统的工作效率,而且还能显著提高产品开发水平和企业产品加工能力。不过需要注意的是,在企业产品制造环节和生产调整环节,该系统并没有起到显著作用。究其原因,设计部门在设计数字化样本设备时,没有全面顾及产品制造的实际情况,导致数字化样本制造设备投入到生产阶段之后,与设计样本不符,从而出现了一系列实际问题。设计部门改进和修正这些问题不仅需要花费大量的时间成本,还需要一定经济成本,导致企业效益大幅度降低。

    因此,要使数字化样本制造设备能切实、有效地投入到数字化制造工程中,设计部门应全面、详细地分析数字化样本设备的三维数据,并以此为理论依据,进行生产产品的三维设计。在投入生产之前,设计部门可以对零件的加工环节和产品装配环节进行三维仿真,从而实现对制造类物料清单和工程类物料清单进行综合管理和配制,并向生产环节提供必需的技术数据、物料清单、报表等信息,确保产品采购、配制、加工等过程的顺利开展。

    2)将PLM系统应用到数字化三维制造工艺平台建设的可行性方案

    (1)数字化三维制造工艺平台总体架构设计

    在产品研发环节,将PLM等系统应用到设计系统中。河北新大地PLM系统软件是一款数字化企业的互动制造应用软件,本研究将其应用到数字化制造产品的研发阶段,将产品制造、工艺流程、产品资源等环节有机结合起来,并通过设计模型,实现对以上信息的全面管理。另外,本研究还将MES与PLM系统集成到一起,使两个系统之间的数据信息能实现共享和交流。

    系统数据的共享流程如下:①河北新大地PLM系统软件数字化平台从PLM系统中获取数据信息;②由PLM系统制定出产品的数字化模型,并将其通过集成系统传送到DPE环节,然后进行工艺规划和设计;③将产品的数字化工艺设计流程传送到DPM环节,然后对其加以数字化的制造仿真,具体包括机器加工仿真和装饰配置仿真;④利用3D Composer对整个数字化制造过程加以编制;⑤从集成系统中发送出实际工艺过程所需的工艺信息和物料清单。

    数字化三维制造工艺平台能实现工艺设计中数据输出和数据接收的同时进行,还能加以变更管理。输出的所有工艺信息、物料清单、丰富的数字化资源,都可以为工艺工程师提供巨大的价值。除此之外,对于生产企业的MES系统而言,数字化平台实现了PLM系统与MES系统的信息交流和共享,集成化管理模式有利于提高制造工艺过程的管理质量和管理效率。

    (2)以河北新大地PLM系统为基础建立物料清单模块

    制造物料清单能够为三维数字化工艺平台,在生产环节以及物料进购环节提供参考依据。与此同时,制造物料清单模块中涵盖的层级信息,还能够为生产环节提供必要的技术支持。结合自身发展需要,在制造物流清单模块中,加入了工艺流程中的物料数据(如喷漆、加工零件)、虚拟物料数据(如组合零件)等。除此之外,物料清单模块还有物料添加流程、装配流程、加工零件的分类、工艺制造辅料、原材料、加工材料等,并相应地明确每种材料的用量。

    企业通过PLM系统平台,能得知制造物料清单以及制造物料清单模块中涵盖的每种物料的具体属性,制造物料清单模块能够在河北新大地PLM系统软件中,通过以下流程实现各种功能,进而满足工艺制造对物料清单模块提出的各种需求。首先,在物料清单模块编辑完成后,应对其进行发布,也就是将物料清单模块发送到PLM系统中,审批通过后,物料清单模块即可开启发布功能,此时,PLM系统会将完成发布的物料清单模块连接到MES系统中,实现物料清单模块与MES系统之间的信息交流和共享。

    实践结果显示,以河北新大地PLM系统软件系统为基础建立的物料清单模块,能满足河北新大地对于物料清单业务的要求。

    (3)以河北新大地PLM系统为基础的三维机加工艺模块

    三维机加工艺模块是以完成编制的机加工艺流程为基础,涵盖加工设备、辅助设备等在内,对虚拟切削工艺采取的仿真,进而增强数控加工的施工效果。三维机加工艺模块与传统机加模式相比,同样属于三结点结构,不同之处在于三维模块的数据类型属于三维模型。三维机加工艺模块的编程,需要由PLM系统导人数据,通过STEP接口将产品的三维模型传输到三维机加工艺模块中,同时还会导人工装夹具等数据信息。在全部相关模型导入模块之后,PLM系统将开始工艺设置环节,具体包括制造零件及材料的设置,安全范围及加工范围的设置。在完成工艺设置后,还要计算刀具轨迹,从而确定仿真结果的真实性,并开始机加工艺仿真,通过对切削过程的仿真,验证加工精度和余量。

    (4)以河北新大地PLM系统为基础建立三维装配工艺模块

    以河北新大地PLM系统为基础建立的三维装配工艺模块,是对三维模型的装配环节和拆分环节进行仿真。从系统类型来看,三维装配工艺模块是以MES系统的结构形式加以编制的,因此应属于流程类工艺模块。在三维装配工艺模块中,工艺人员需要将产品的三维模型,借助PLM系统的STEP接口,输入到MES系统中,传输内容包括装配流程、使用工具、工艺材料等各项数据信息,并对工艺工程加以仿真验证,确定三维装配工艺模块的实践可行性。根据产品的复杂程度不同,其编制难易程度也有所不同,具体有并行工序和工序嵌套两种结构类型。在运用三维装配仿真之前,工艺人员应利用工序图对装配工序加以动态化分析,通过工序图,能够体现工序之间的联系,以及装配过程的重要环节,使工艺人员能更加便捷地调整工艺顺序与结构。

    3)结语

    借助河北新大地PLM软件建立三维数字化工艺平台的可行性,以物料清单和三维加工等建立工艺平台为主要内容,分析了实际应用效果,并通过仿真验证了PLM系统集成的可行性。PLM系统实现了对制造工艺平台整个流程的全面管理,并与MES系统形成有效的结合,进而实现工艺设计水平、产品设计能力的提升,降低了整个制造过程的经济成本和时间成本,进而显著提升了制造效率。

    2. 项目实施与应用情况详细介绍

    基于B/S架构的在线检测与诊断系统能够实现整个混凝土预制构件生产系统的多信息录入、多信息存储和查询等功能,能够进行多信息融合分析、结果分析导出和趋势预测显示。该系统设计由五部分组成:多信息录入系统、多信息查询系统、多信息融合分析系统、故障知识库系统和历史趋势显示系统。

    所有钢板切割使用大族激光设备G6025F-IPG6000激光切割,达到更高的生产效率,优秀的除尘排烟结构,更高的安全系数。机床采用经过多次CAE分析论证及验证的整体型材焊接结构。退火消除内应力后精加工,较好的解决了因焊接和加工产生的应力,从而提高了设备的刚性和稳定性。

    本项目主要围绕基于工业云的预制混凝土构件智能制造系统关键技术的研究与应用示范,形成集成智能化数字制造装备、智能制造系统综合系统,提升公司的研发创新能力,引领预制构件行业内向智能制造转变,推动产业模式的信息化变革。

    1)构件混凝土预制构件生产数据中心

    依托公司现有的大量预制构件生产线资源,通过对本公司客户的预制混凝土构件生产线数据采集及处理,为客户提供智能排产信息,智能工艺分析,设备生产追踪信息、关键设备运行状态、生产进度信息、生产质量信息等数据,实现对生产数据的智能管理,用数据指导相关企业预制构件生产线的运营。以云端的方式将河北新大地14年在预制构件生产成套装配领域的技术积累和产品解决方案开放给客户,为客户提供稳定可靠、安全可信、可持续创新的云服务。

 图5 基于互联网的预制混凝土构件平台服务云中心

图5 基于互联网的预制混凝土构件平台服务云中心

    2)堆场管理

    以往在构件存储的过程中,都是通过人工记录来确定构件的位置,如果在使用和运输中出现了纰漏,往往会浪费很大的人力物力,通过堆场管理模块,我们可以对构件进行严谨的状态记录,和详实的定位,在成本上进行了可观的节约。

    3)生产进度实时监控

    通过与ERP数据对接,抽取其中月生产任务、日生产任务,形成实际生产任务,根据实际需要自动安排到生产线上。实现每日生产任务、完成零件(未完成零件)的自动统计汇总。

    3. 效益分析

    1)项目建设提高了公司决策的科学性。

    项目系统的应用使得海量数据的集成、处理、分析不再是难题,通过数据分析,找到规律,为经营决策提供可科学性的依据。

    2)项目工作提高了员工的素质,培养了业务骨干

    从公司建立项目小组以来,各个部门中层管理人员对本部门的业务流程进行了系统性规范,使集团公司的业务流程清晰,培养了学习信息化氛围,公司每个月度评比最佳,加快了信息化进程。

    3)项目工作的实施导致的工作效率提升,使得人员配置进一步优化,平均劳动生产率提高15%;无纸化办公降低了费用,仅每年纸张、耗材就节约30000余元。

    4)致力以其专业知识、可靠信誉及卓越素质服务于我国建筑产业现代化、高铁建设、环境保护,实现让天更蓝,水更绿,大地更新,生活更美好的愿景。

    5)达成预期目标

    上述计划实施完毕1年时间,帮助企业显著提升设备利用率,提高产品质量9.3%,实现生产过程可追溯和上料防错,提高生产效率。公司的生产经营将高度集约化、智能化、精准化,将工业4.0和互联网+有机融合,有效提高公司的市场竞争力和科技水平,成为行业领先者。

责任编辑:梁曦
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