上海诺力：构建以工业互联网+数据驱动为核心的智能工厂

一、企业简介

       上海诺力智能科技有限公司成立于2015年，是一家专业从事工业物流机器人（AGV）和智慧物流集成解决方案的高新技术企业。2022年销售额9385万元，员工人数101人。主营无人搬运机器人AGV、AGV智能仓储物流系统、智慧物流集成解决方案等。公司设有AGV研发测试制造中心及物流软件研发中心，产品覆盖50多个行业，AGV广泛应用于宝钢、富士康、阿斯利康、天能等企业，行业排名名列前十。

       上海诺力智能工厂以物流中心化的规划设计理念，包含标准化流程建设、信息系统建设、科学的物流整体规划，通过将工业机器人、数控机床、物流机器人、涂装生产线、立体仓库等智能生产设施，以及集成应用MES、PLM、WMS、SCADA、CRM、SCM、远程运维系统等各类系统软件，引入标准流程，从而实现数字化设计、智能化生产、智慧化管理、协同化制造、绿色化制造、安全化管控，具有行业领先的集成化水平。
二、企业在智能制造方面的现状

       为了匹配越来越多的个性化需求，实现大规模定制的能力，诺力智能工厂以物流中心化的规划设计理念，包含标准化流程建设、信息系统建设、科学的物流整体规划，通过将工业机器人、数控机床、物流机器人、涂装生产线、立体仓库等智能生产设施，以及集成应用MES、PLM、WMS、SCADA、CRM、SCM、远程运维系统等各类系统软件，引入标准流程，从而实现数字化设计、智能化生产、智慧化管理、协同化制造、绿色化制造、安全化管控，具有行业领先的集成化水平。而且，在新一代智能机器人领域，重点开展物流机器人的导航定位、状态感知、路径规划、运动控制、安全控制、远程运维等领域研究，突破国外技术壁垒，开发高柔性、高效率的物流机器人，以满足制造企业多样化需求，实现各产线及仓库间物流节点的柔性衔接，形成高集成化、高柔性化的技术领先优势。 三、参评智能制造项目详细情况介绍

       1. 项目背景介绍

       诺力生产的高档电动叉车属于工业车辆，是实现物流机械化作业，减轻工人搬运劳动强度、提高作业效率的主要工具，具有通用性强、机动灵活、活动范围大等特点，下游运用覆盖装备制造业、物流业、建筑业、军工系统、纺织业等众多行业。随着我国经济持续快速发展和制造业规模不断扩大，自2009年起，我国成为世界第一大叉车生产国和消费国。伴随着叉车行业十多年高速发展，国内聚集了大量生产“同质化”叉车产品的产能，高端产品缺乏，低端产品过剩；行业利润水平整体较低，销售利润率仅5%左右，生产厂家主要依靠廉价劳动力以量取胜。与此同时，欧美市场的电动叉车大概占比80%，而在节能环保大背景下，国内市场内燃叉车占75%多，根本原因仍在于企业缺乏自主设计研发能力。

       随着人工成本的快速上升，对人工较依赖的传统叉车制造模式无法持续满足不断提高的生产工艺要求，传统落后的离散型制造企业生产模式，给企业带来了巨大的生存压力。与此同时，叉车下游用户对产品的型号、规格、功能、操作性提出了更高、更多样的要求，而传统制造厂商车辆设计、生产、制造的智能化水平低无法满足下游行业个性化、定制化需求，行业普遍存在五大矛盾：（1）大批量生产制造与个性化定制需求之间的矛盾；（2）低成本生产扩张与高附加价值导向之间的矛盾；（3）长周期生产交付与短周期供货需求之间的矛盾；（4）一般生产系统的低效能与高端关键装备的高闲置之间的矛盾；（5）系统售后服务的低效率与客户的高要求之间的矛盾。传统叉车制造厂商根据生产需求进行智能制造升级是必然的，也是必需的。

       诺力智能工厂拟利用企业在长兴经济技术开发区（太湖新城）的现有土地建造厂房及辅助用房，导入搬运机器人、激光切割机、数控机床、组合式智能涂装生产线等设备，应用WMS、MES、PLM等控制软件系统，打造示范性智能工厂，形成年产6000辆智能化节能型电动叉车的生产能力。项目实施后有助于推动电动叉车的高端化发展，增强企业竞争力的同时推动我国机动工业车辆制造、智能装备、信息技术应用和新材料研发等众多产业的互动发展。

2.项目实施与应用情况详细介绍

       2.1 整体规划

       诺力公司聚焦“415”产业集群和重点产业链，面向制造业高质量发展的新需求，深度融合应用新一代信息技术，充分依托和发挥国家智能制造新模式、试点示范企业和省智能制造数字化车间/ 智能工厂的创建优势，从2019年1月起至2021年12月，共三年时间，总投资2.01亿元建设浙江省“智能工厂”，尤其是第四期电动叉车智能工厂整体解决方案，能够示范引领浙江省制造业数字化、智能化、绿色化转型发展，成为制造业高质量发展和全球先进制造业基地的展示窗口。       具体目标包括：

       建立以企业信息总监为主管的信息安全保证组织，对物理安全、网络安全、主机安全、数据安全、人员安全进行统筹管理，确保智能制造的信息安全。

       建立以内部、外部或内外部结合的经典管理技术顾问组织，对企业的基础管理进行诊断和改善，推进企业标准化建设，深入推进精益生产、六西格玛、ISO体系等管理技术，为智能制造实现提供基础保障。

        建立以自动化或设备总监为主管、生产负责人为副手的自动化组织，推进企业自动化、设备管理技术、控制技术不断发展，达到智能制造管理要求。

       生产管理是企业的核心，应建立以生产最高领导为主管的生产管理组织，统筹规划企业的计划系统、生产执行系统、工艺管理、动作分析管理等工作，为整个智能制造各层级系统沟通做桥梁。

       建立以供应链最高领导为主，研发领导为辅的运营管理组织，为企业的研发管理、运营管理、物流与供应链、智能办公等进行系统规划，为智能制造内外部沟通建立快速高效通道。

       建立以战略规划中心为主的决策管理组织，整体规划决策管理模型，企业通过云计算、大数据、BI的应用，建立企业有效的决策管理模型，对企业整体绩效进行有效管理。

       建立以销售、市场为中心的商业模式中心，通过对市场、客户、服务的数据分析，提出市场产品和服务的需求，不断完善企业商业模式运作。

       建立以财务长为主管的智能制造财务管理，对企业智能制造管理进行预算管理；比对企业智能制造评估体系，主导对智能制造各个阶段实施效果的评估、审计，对企业预算和资金应用负责。

       2.2  实施方案说明

       诺力智能工厂已广泛应用数字孪生、物联网、大数据、人工智能、工业互联网等技术，实现数字化设计、智能化生产、智慧化管理、协同化制造、绿色化制造、安全化管控等功能，创建了网络化协同模式和多种模式化发展模型，经济和社会经济效益得到大幅提升。目前公司建设的智能工厂车间布局如下图所示。实施方案包括：
       2.2.1 智能化金工车间建设

       建设柔性自动化金工产线，包含板材和槽钢下料自动化产线。其中板材下料加工自动化产线包括板材下料、冲压、金工（机加工）三个工序。槽钢下料线包含人工上料工位、槽钢输送工位、切割工位、立式铣边工位，数控型钢三维钻床工位。面向大规模定制生产需求，采用柔性生产组织方式，快速适应生产订单变化。

       2.2.2 智能化焊接车间建设

       建设门架和车架焊接自动化产线。门架组对焊接线主要由桁架机械手、机器人行走机构、三轴变位机等组成，其中伺服电机采用ABB品牌，可与机器人协调通信，且行走速度及加速度可调，保证行走时，机构平稳。车架焊接线包括6轴搬运机器人、6轴焊接机器人、焊接电源、搬运机器人滑台、焊接机器人正装滑台、L型变位机、焊接工装、物料托盘、安全围栏、清枪剪丝机构、送丝机构以及控制集成控制系统等组成。

       2.2.3 智能化喷涂车间建设

       建设2条涂装生产线，一条为喷粉生产线，另一条为喷漆涂装生产线。喷粉涂装线适用于仓储式工业车辆车架、门架和薄板件等工件的粉末涂装。喷漆涂装生产线主要承担平衡重式工业车辆的车架、护顶架和平衡重的油漆涂装，主要由以下几部分组成：擦净打磨室、机器人喷漆室（含2套喷漆防爆机器人和1套双组份自动供漆系统）、人工补漆室、油漆烘干室、油漆强冷室、刮腻子灯箱架、腻子烘干室、腻子强冷室、喷漆线钢平台、喷漆水循环系统设备、热洁炉、平衡重滑橇输送设备等。

       2.2.4 智能化总装车间建设

        建设总装自动化产线，包括装配、工位之间自动转运的柔性生产方式、物料自动配送建设、装配工装自动化建设等方面。装配工位建立数字化管理设备，辅助机器人搬运和翻转作用、机器视觉和激光测距等在线检测设备、建立返修区以及转运包装线，完成整车的包装。产线主要包括：AGV，工业车辆固定工装，预装工装等以及控制集成控制系统等组成。

        2.2.5 智能物流与仓储建设

       通过建立基于Petri网的离散事件系统数学模型，从地图构建、安全、能耗、交通控制、车位管理、任务调度等各方面进行计算和优化，实现智能物流机器人的协同高效作业。

       建立自动化化立体仓库，使其具备立体存储、自动出入库、任意货位进出、高效率、省人工等特点，通过WMS系统与ERP系统对接，获得生产作业指令，通过下位机云服务器控制系统执行，将所需物料快速准确出库。

       建立手机与WMS系统对接，实时监控出入库状态，任务完成进度，查询库内货物信息，设置安全库存下限，设定预警机制，对堆垛机的运行状态进行有效监控。

       2.2.6 数字化研发设计协同平台建设

        建设工业互联网协同平台， 实现诺力本部、上海、杭州、法国等企业间的研发设计在线共享和优化配置。实现企业设计数据、工艺数据与制造数据统一管理，并支持企业跨部门的数据处理和业务协作。建立客户需求变更反馈与响应系统，实时动态调整研发设计方案，并协同共享数据，缩短研发设计周期。实现业务流程的电子化，提高设计研发效率，进一步缩短研发周期和研发成本。 

        2.2.7 智能化生产管控系统建设

       建立工业互联网平台和数据中心，通过ERP、PLM、CRM等集成应用，实现数据共享共用，在研发设计、采购、生产、销售、质量等方面实现协同管理，推进企业生产、运营和决策的智慧化管理。实时监控和采集生产设备状态与数据，动态调整生产计划与人员管理。在线监测产品质量并反馈预警信息，建立完善的应急方案管控系统。

        结合市场需求开展实现动态生产调整、柔性制造的整体集成和协同优化。

       2.2.8 供应链协同平台建设

       建设产供销资源集成平台，通过云上产业链，实现制造资源的动态分析和柔性配置。建立“高质量、高效率、高效益、可持续”供应链系统，支撑企业供应链业务需求。兼顾整个供应链资源整合、优化，可持续降低采购成本， 高效处理采购业务，实现降本增效，提升公司管理，提高工作效率，提高工作效益，实现业务和 系统的可持续发展。 

       2.2.9 绿色制造与新一代绿色技术建设

       建立能源综合管理监测系统，对主要耗能设备实现实时监测与管理；建立产耗预测模型，实现能源资源的优化调度、平衡预测和节能管理；建立了环保监测系统，实现从清洁生产到末端治理的全过程环保数据采集、实时监控及报警，实现了固废、废水和废弃的检测与可视化分析。

       2.3 关键系统技术方案

       2.3.1 制造执行系统MES

       诺力MES系统建设范围涵盖企业级生产管控MES、焊接柔性自动化产线MES，总装配柔性自动化MES，同时具有下料、机加、部装、喷涂生产订单与在制品跟踪等功能。
       企业级MES对接上游信息系统，实现各车间生产数据的统一管理与监控，系统功能包含基础生产环境配置模块、BOM与工艺管理模块、物料管理模块、系统集成模块、车间计划管理模块、设备管理模块、质量管理模块、成本能耗管理模块。

       2.3.2 企业资源计划管理ERP系统

       诺力股份全面升级现有企业资源计划管理系统（ERP），替换原有使用十年的老旧系统并投入实际运行，利用云计算、大数据等新一代信息技术，在保障信息安全的前提下，实现经营、管理和决策的智能优化，可以实现诺力业务模式分析及定位和针对个性化定制的订单BOM选配功能。

       目前PLM传到EAS的标准BOM为超级BOM，需根据客户具体要求对其做选配调整后才能用于计划运算。销售部门与计划部门在录入销售订单时，可调用物料对应的BOM进行选配，选配完成后金蝶EAS(Enterprise Application Suite)自动生成对应销售订单的订单BOM。

       2.3.3 仓库管理WMS系统

       仓库管理系统(WMS)是工厂物料管理的总成，是ERP、MES中相关物料联动的管理执行系统。诺力WMS 的功能划分成六大块：基础数据维护、入库作业管理、出库作业管理、系统用户及其权限管理、统计报表查询打印和接口管理，除接口管理外，都提供用户操作界面。WMS 通过创建一个操作平台实现系统的所有功能。

       自动化化立体仓库的控制调度是通过WMS系统与ERP系统对接，获得生产作业指令，通过下位机云服务器控制系统执行，将所需物料快速准确出库。
        在远程监控运维上，采用安卓手机与WMS系统对接，实时监控出入库状态，任务完成进度，查询库内货物信息，设置安全库存下限，设定预警机制，对堆垛机的运行状态进行有效监控。

       2.3.4 PLM产品全生命周期管理系统

       PLM在诺力股份实现建立能够支撑研发的管理平台，通过此平台能够理顺和规范设计研发流程，实现业务流程的电子化，提高设计研发效率，进一步缩短研发周期和研发成本。集中、安全的管理产品图纸、产品明细等各种数据和产品信息，确保产品数据的完整性、准确性、规范性及安全性；建立统一、标准的知识库，供设计人员在设计过程中调用，并通过标准库的建立，减少库存；通过PLM系统与CAD工具集成，提取物料信息建立产品BOM明细，实现设计BOM的快速搭建，为生产环节提供准确、及时的数据信息；通过PLM系统浏览系统中的Solidedge、autocad、Catia、UG等数据而无需安装对应工具软件；保证企业数据安全存储、系统稳定，在系统崩溃后能快速还原数据到指定还原点，实现系统应用衔接。该系统通过与ERP系统的集成，为生产提供物料、BOM等基础数据，并对数据统一规范，提高生产效率与物料利用率。规范工艺编制过程，实现图文混排的工艺编制方式（在工艺编制过程中直接使用设计图纸进行工艺简图的编制），提高效率，进一步缩短工艺编制周期和成本。实现工艺信息的数据化管理，随时随地进行设备、工具、原料等信息的汇总输出。PLM系统通过工艺知识库与典型工艺进行工艺知识积累，实现企业内的知识传递和沉淀。
       诺力PLM主要实现的功能包括文档管理、表单管理、物料/产品结构管理标准化、变更管理/流程管理、产品配置、PBOM管理。
       2.3.5精益化生产管理系统

       基于机加精益化生产与信息系统相结合的作业理念，实现对车间质量、Andon、生产、查询等一体化的系统工具管理，以降低线边物料存储、减少立库的负荷、优化机加排产计划、优化机加生产过程管控与减少库存积压为目标，实现整个机械加工生产过程的精细化管控，并详细记录零件生产的所有过程数据。透明化管控车间生产，解决机械加工管理的信息孤岛，从而有效提高管理工作，提升生产效率，减少生产浪费。

       同时，诺力基于精益制造理念，深入产品制造过程，通过管控制程中的关键指标、关键缺陷及现场问题，快速反馈、跟踪并督促现场改进，确保产品的制造质量。新增引入智能检测工具与信息化管控在线检测的系统应用，可保证产品质量、减少了人员经验性的依赖和影响,可以显著改善质量控制水平。
       2.4 关键环节技术方案与路线

       2.4.1 机加、焊接、喷涂、总装四大产线

       智能工厂柔性自动化产线包含板材和槽钢下料自动化产线、门架和车架焊接自动化产线、喷涂自动化产线、以及总装自动化产线。面向大规模定制生产需求，采用柔性生产组织方式，快速适应生产订单变化。
       2.4.2 智能仓储及物流系统

       诺力智能仓储及物流系统通过堆垛机结构优化设计、控制系统研究开发，解决了场地空间集约化利用、输送运行效率、操作更智能化高速节能、节约人工等方面关键问题；开发了现场分散控制驱动系统、伺服定位系统、调度信息系统，并将电气控制与调度软件充分结合，确保了系统的稳定高效；同时利用Siemens总线技术和工业以太网Ethernet的TCP/IP 协议搭载硬件设施，以集中管理、分散控制的方式将软硬件模块进行组合设计，完整适应立体仓库系统特点的控制要求。

       本项目建设半成库、外购件库和涂装件库，最大限度降低差错率、降低运营成本，提高工作效率和产能，实现不同重量和尺寸货品灵活存储，达到高效的空间利用率和库存周转率。系统整体实现：1）出入库电控系统实行集中控制并自动调度出入库输送设备的运行，实时接受上位调度监控系统的作业指令和将运行状态上报监控系统；2）上位计算机调度监控系统负责调度指挥堆垛机与出入库输送系统有序运行，并实时动画显示设备运行状态，记录设备报警信息。
       （1）机加半成品库入库智能化功能

       机加半成品（或空托盘）需要入库时，工业车辆把货物直接放置在入库口的输送机上，外形检测合格后直接输送到入库方向的输送机上进行入库，当外形检测检测不过关的货物直接退回入库口进行人工整理再次入库；当半成品（或空托盘）需要分拣或直接出库时，堆垛机把货物直接输送到出库口或分拣台。        （2）货物分拣智能化功能

       当货物需要分拣时，堆垛机从立库取出需要分拣的货物通过输送机输送到人工分拣输送机上，这时人工根据显示屏的指示进行快速把需要的货物分拣下来，剩余的货物进入到下一分拣口或者直接入库。
       （3）外购件材料库出入库智能化功能

       当货物（或空托盘）需要入库时，工业车辆把货物直接放置在入库口的输送机上，外形通过检测合格后直接输送到入库方向的输送机上进行入库，当外形检测检测不合格的货物直接退回入库口进行人工整理再次入库；当半成品（或空托盘）需要出库时，堆垛机把货物直接输送到出库口，此时工业车辆根据出库口的显示屏的提示把货物运送到相应的位置。
        当货物需要分拣时，堆垛机从立库取出需要分拣的货物通过输送机输送到人工分拣输送机上，这时人工根据显示屏的指示进行快速把需要的货物分拣下来，剩余的货物进入到下一分拣口或者直接入库。

        （4）涂装库出入库智能化功能设计

        当货物（或空托盘）需要入库时，工业车辆把货物直接放置在入库口的输送机上，外形通过检测合格后直接输送到入库输送线上，经过输送机到达堆垛机进行入库，当外形检测检测不过关的货物直接退回入库口进行人工整理再次入库；当半成品（或空托盘）需要出库或分拣时时，堆垛机把货物直接输送到出库口输送机上，然后通过穿梭车直接转运到出库口的输送机上，需要直接出库的货物工业车辆根据出库口的显示屏的提示把货物运送到相应的位置。
       （5）产线间的物流搬运机器人

       通过基于工厂整体物流规划，应用自主物料搬运机器人，进行收货入库到转运上架、线端配送到自动化立体仓储等内部各个环节的物料搬运、转移等操作。通过分析生产制造过程中执行任务的实际需求，建立叉车式AGV的三维有限元仿真模型为基础，构建产品设计方案；运用3D视觉、深度学习卷积神经网络 (CNN) 方法等，研究机器人与各个对接点的存取技术，确保机器人存取执行装置与执行目标高精度对准，保障物流机器人安全稳定自动存取搬运。并设计开发出适应高强度作业环境的、高定位精度的、高柔性的物流机器人产品。同时，基于与中国联通的5G技术应用研究合作，实现AGV与5G通讯的深度融合，进一步有效提高AGV多目标的协同控制效率，提高生产效率，达到示范应用效果。
3. 效益分析

       3.1综合效益指标提升

       诺力“智能物流系统智能工厂项目”依托总部智能工厂，综合运用物联制造、智慧终端、柔性产线、敏捷供应、大数据分析等智能制造技术，建成了以工业互联网+数据驱动为核心的智能工厂，形成了智能工厂+高端产品+增值服务为特征的发展模式。近三年尽管面临疫情的严峻冲击，工厂仍然保持高效运转，2021年相比建设前的2018年仍然取得了人均生产效率、能源利用效率大幅提升，研发周期、运营成本、不良率大幅下降的成效，在疫情和外贸争端的双重压力下逆势高速增长。

        通过智能工厂建设，诺力集团产值由2018年的255263.5万元提升到2021年的588697.80万元，产值提升130.62%，在人均效率提升、质量提升、运营成本下降、研发周期缩短、能耗下降方面取得了较大成效，帮助诺力在疫情和供应链双重压力下实现了逆势增长。例如，人均产能由建设前的2634元每人每天提升到建设后的4206元每人每天，提升比例59.68%；依托内部精益和数字化管理提升、降低能耗、降低不良品损耗、提高人均效率等方式，将万元产值运营成本由1613元降低到1207元；全新产品开发周期从建设前的500天左右降低到了建设后的266天，缩短了53.20%；产品改型研发试制周期从建设前的86天缩短到了建设后的49天，产品改型试制周期缩短了56.98%等。

       3.2 综合竞争力提升

        日益升级的市场竞争倒逼公司转型突破，诺力通过“智能工厂”建设项目不断突破自我，立足国内，布局世界，引领国际物流搬运领域的潮流，夺取了四个第一：（1）轻量化工业车辆产销量全球第一；（2）出口创汇国内同行业第一；（3）产品品种规格齐全国内第一；
（4）产业链布局完整性全国第一。

       据GGII通过对我国物流仓储自动化设备企业的调研报告，诺力入围2020年中国物流仓储自动化设备企业竞争力TOP10第一。

       3.3 客户满意度大幅提升

       诺力建有客户服务诉求信息化平台，运用人工智能、大数据、5G、仿真等技术，分析客户需求，建立需求数据模型，建立满意度信息管理与分析，能快速构建客户需求方案并实施，提高客户满意度。

       通过终端客户座谈会、定期入户深访、促销员座谈、产品推介会、新产品试用反馈、用户电话回访等多种形式，服务人员与客户保持交互程度的频次和交互的持续性，确保与客户建立起服务反应的快速响应机制；建立客户满意度信息管理制度，分析顾客的主要需求和期望特点，为产品开发、功能性拓展、项目过程改进等解决方案。        通过知识库系统运动仿真快速响应客户需求，实现客户诉求及处理全流程的闭环。