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全面打通业务环节,实现盾构精益生产管理

2023/1/13    来源:e-works    e-works:e-works整理      
关键字:智能工厂案例  e-works年度盘点  智能制造  中铁工程装备  
本文为“2022年度中国智能制造最佳应用实践奖”参评案例。本次活动将评选出2022年度,为中国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

       中铁工程装备集团盾构制造有限公司(简称:中铁装备集团盾构公司),为中铁工程装备集团有限公司(简称:中铁装备集团)全资子公司,是致力于盾构、TBM设备制造,技术改造的专业制造公司。公司前身为中铁隧道装备制造有限公司盾构分公司,2013年10月,随着中铁装备公司集团化,公司升级注册为中铁工程装备集团盾构制造有限公司。2014年5月,习近平总书记莅临中铁装备盾构总装车间调研考察时作出了“三个转变”的重要论述,激励着中铁装备为打造民族知名品牌不懈奋斗。近年来,中铁装备集团盾构公司陆续获得郑州经济技术开发区管委会“2019年度主任质量奖”、全国五一劳动奖状、2019年度全国青年安全示范岗等多项荣誉,2021年郑州盾构总装车间被评选为全国爱国主义教育示范基地。
图1 中铁工程装备集团盾构制造有限公司
图1 中铁工程装备集团盾构制造有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

       PLM:已经交付上线,包括图文档管理、产品结构管理、物料管理、项目管理、工作流程管理、变更管理等功能,逐步形成了统一的研发管理体系,进一步提升了多专业、多部门间的设计协同和知识分享能力。

       CAD、CAE、CAPP:基于CREO软件,实现了盾构机自上而下全三维设计模式转变,打通了三维建模、二维工程图转化和二维工程图打印全流程,开发出刀盘、盾体、驱动箱等参数化设计导航系统10个,截止目前单台设备三维下图量占比高达95.08%;基于Ansys软件,实现了盾构机结构力学仿真、机械运动仿真以及流体仿真等,在设计分析阶段能够有效减少风险点;基于CAPP软件,已实现工艺数据管理、工装管理、工艺路线管理、工艺任务分配和工艺变更管理等,目前已实现盾构项目全部CAPP中开展工艺编制和数据下发。

       ERP系统:已经交付上线,涵盖主数据管理、项目管理、采购管理、质量管理、库房管理、客户管理、供应商管理、合同管理、成本管理、外协管理、BI看板等模块,实现了物资、设备、客商、组织、人员数据统一规范管理,以项目为主线,实现计划纵向贯通及实时反馈,横向上资源高效协同;

       MES:已经交付上线,涵盖生产调度、生产执行、质量管理、文档管理、报表管理等模块,实现车间现场人员、设备、物料、任务等各个方面的有机整合,打通从生产计划层到生产执行层的数据断层,提升生产企业管理精细程度。

       SCADA:在设备运行状态监控方面,实施了SCADA数据采集项目,通过采集设备的实时数据,对设备的运行状态、业务应用等方面进行集中分析与管理,实现掌握各组织单位的生产设备管理执行情况,并发现设备管理存在的差异和偏差;另一方面通过对设备利用率、利用率、设备综合利用率(OEE)、设备启停、待机时间、生产状态等集中管控和对比分析,发现各组织单位生产设备管理存在的问题,并针对相应问题提出解决措施,寻求最优设备检修管理模式,建立最优设备检修标准检修体系,降低设备故障发生,推进、完善各部门设备检修标准,推进标准化建设,提升设备可靠性和经济性。

       基于企业服务总线,全面实现ERP、MES、PLM高效协同应用,将设计研发、计划管理、供应链、车间执行、成本管理、质量管理等业务环节全面打通,实现从项目创建、物资进场、到生产管理、车间执行、设备出厂、项目成本归集的全流程、全生命周期的管理,实现以项目为主线、以生产为核心,设计、管理、制造、质量、物流、成本的一体化管控。 

三、参评智能制造项目详细情况介绍

1. 项目背景介绍

       盾构机是目前先进轨道交通隧道工程建设中不可或缺的大型施工装备,随着市场订单激增,新产品需求的不断涌现,传统盾构机制造工厂未能适应市场规模变化的不良效应开始显现,产品设计模式上,不能快速响应多样的工程定制及客户个性化定制要求;产品制造模式上,大型结构件焊接加工自动化程度不高,人工作业劳动强度高,生产组织及制造执行的信息化水平不高,大型装配线的物流自动化程度不高,均影响着产品的制造效率及质量水平。

       围绕盾构机的设计、工艺、制造、装配、检测、运维等产品全生命周期过程,通过建设PLM、CAPP等信息化系统搭建智能设计平台,以及ERP、MES、SCADA智慧管理系统,建成适应客户定制需求、高效率、高质量、绿色化的智能工厂,提升盾构机设计制造过程的数字化、网络化、智能化水平,形成盾构机精益生产管理模式,拓展产品价值空间、提升产品价值增长。

       针对盾构机智能制造精益管理建设方案,规划建设五大平台系统:

       (1)精益产线设计和虚拟生产仿真

       (2)数字化研发平台构建及数字样机研发

       (3)盾构机制造数字化车间建设

       (4)企业信息化平台的建设

       (5)开发装备远程运行维护服务平台

       盾构(TBM)产品属于大型复杂产品,生产模式属于单件生产(或极小批量)。零部件加工生产属于大型超重件、装配过程为场地立体作业。上述状况,不可能全面实现自动化加工制造和装配,只能根据企业这些特点来实施、实现。

       根据上述情况、结合当前智能化、信息化最新技术的实施情况,初步考虑的实施方案要点是:以设计、工艺数字化为主要数据驱动源(一个基础),通过数据驱动的计划、执行路线和物联化标识的内部物流路线(两条路线),交会到设备、工位、场地、炉窑等具体数字化作业单元(N个单元),对单元、区域、工厂完成实时、在线、准孪生化的展现(三层展现),共同构造4.0示范工厂的蓝图。

       (1)一个基础:即结构化产品、工艺、制造数据数字化基础。实现在EBOM基础上,通过CAPP及制造数据补充构造,实现全结构化(数字化)PBOM(MBOM),可以完成对整个制造过程的数据驱动。在大型结构件工厂,对刀盘、盾体、驱动箱,取得EBOM中组件的完整BOM,按照本工厂加工生产属性,完成PBOM的重构。

       (2)两条线路:即数字化驱动的计划执行线和物联化标识的物流流动线。在计划执行线,要实施智能概念的MRP-II、Smart-MES为手段的精益计划和轻巧执行系统,完成MRP分解和确定相对准确的时限订单,根据工序顺序完成执行系统从材料(钢板)到毛坯、零件、组件和大型结构件的制造过程执行、反馈、跟踪。在物流流动线,基于Smart-MES的拉动从原材料库存到线边库、加工单元、线边库、焊装单元、线边库、装配单元的物联状态标识和移动过程在在线驱动跟踪管理。

       (3)三层展现:即工作单元层、生产区域层和工厂层准孪生实时展现。对工作单元层可以实时展现工作状态,对生产区域层可以综合展现本区域任务及执行情况,对工厂层可以完成全面生产制造资源部署、任务承接及交付,按准孪生要求实现在线数字化工厂运行再现。

       (4)N个单元:即仓库、线边库、毛坯制造、加工制造、焊装制造、装配制造(制作区)、喷砂喷漆等全制造环境的数字化制造单元。每一台设备(小设备可以几台成组)和大型工作场地、线边库、暂存库、翻转场地等都视同一个工作单元,单元按照时限(时间)和任务执行的要求,通过工业互联和资源物联关联所有相关资源数据,包括材料、设备、工装、人员、运输工具等,可以实时、按时段透明掌握任务在本单元执行情况及资源占用(消耗)数据。对数控下料、高精度坡口加工、机器人焊接和部分数控机床加工等重点工位实现基于离线编程、MES全驱动的无纸、少人、数字化加工水平。对小型零件按照另加成组分类和成组工艺技术,按类型和工艺要求,逐步实现专机准批量生产,显著提高工作效率和零部件质量。

2. 项目实施与应用情况详细介绍

       项目以车间制造执行数字化、园区运营智能化建设为主,自实施以来,主要围绕数据池统一化、WIFI及安全工控、SCADA链接模块、供应链优化扩展、供应链库存、供应链数据管理、生产制造、车间执行、线边库及内部物流、资产管理、质量管理、商务智能、资金计划等十三个模块建设开展工作。

       盾构产品属于大型复杂产品、单件生产(或极小批量)。零部件属于大型超重件、装配过程为场地立体作业。4.0示范工厂的实现要根据这些特点,在全工序数字化生产线上,实现PLM、CAPP、ERP、MES、SCADA、PLC一体化系统,重点落实一个基础、两条路线、三层展现、N个单元:以设计、工艺数字化为主要数据驱动源(一个基础),通过数据驱动的计划、执行路线和物联化标识的内部物流路线(两条路线),交会到设备、工位、场地、炉窑等具体数字化作业单元(N个单元),对单元、区域、工厂完成实时、在线、准孪生化的展现(三层展现)。

       按照“计划排程与生产执行一体化”路线,生产计划排程模块首先导入生产订单,进行高级排程生成可执行的车间和生产线计划,该计划指导生产执行,同时根据执行的进度反馈实际执行的结果,进行计划的优化和调整,并反馈具体的计划结果和进度。

       通过高级计划排程与调度功能,在生产计划排程中进行生产单元相关的优先级、属性、特征、方法等的作业排程规则设置。使调度员迅速发现并缓和在生产运作当中的一系列问题,包括生产瓶颈、中间物料短缺、生产能力平衡等。

       生产任务接收从制造任务开始,以制造任务为入口,逐层下发到派工单、执行工单。将派工单下发至制造生产车间现场,采用条码等方式对生产过程的相关数据进行数据采集,通过与设备运行状态监测系统的集成,获取生产设备的生产信息、设备状态和故障信息,实现系统自动识别异常。通过与设备运行状态监测系统集成实现自动化生产线控制。并可通过电脑终端显示、邮件、短信和手机APP等手段自动通知相关技术人员和管理人员,对现场问题进行及时的预警和报警。

       统一规范管理车间人员信息,包括员工的工种、资质等,对人员的操作设定相应权限,确保操作人员符合生产质量和安全等方面的要求。同时,通过采集与人员相关的信息,可对人员的工时、出勤、绩效等进行管理,并可对人员生产、质量、维修等相关的信息进行追溯。

       根据工人/检验员提交的完工信息(或自动采集的信息),监控生产进度,生成不同粒度的(订单、产品、生产线)进度报表。以多种展示方式查看工程产品生产进度,实现生产过程可视化、透明化,实现生产过程全程追溯管理。

       MES对车间信息大屏提供统一的数据支持,通过系统配置展示生产任务完成情况、关重件生产进度、车间预警/异常信息、合格率统计以及车间通知等信息。

       对制造过程中的各种异常,比如生产异常、质量问题、缺料异常、设备故障等过程中的各种问题进行识别,对突发的异常事件进行报警,以广播、短信、邮件等方式通知相关人员进行处理,并设置监控屏幕进行报警监控。结合事件处理功能,可以针对不同报警事件建立处理工作流。实现对异常的通知、判定、处理、跟踪、分析追偿和关闭,形成车间异常管理的闭环,提高异常处理的及时性。通过对异常的分析,进行有针对性的持续改进。

       在设备运行状态监控方面,实施了SCADA数据采集项目,通过采集设备的实时数据,对设备的运行状态、业务应用等方面进行集中分析与管理,实现掌握各组织单位的生产设备管理执行情况,并发现设备管理存在的差异和偏差;另一方面通过对设备利用率、利用率、设备综合利用率(OEE)、设备启停、待机时间、生产状态等集中管控和对比分析,发现各组织单位生产设备管理存在的问题,并针对相应问题提出解决措施,寻求最优设备检修管理模式,建立最优设备检修标准检修体系,降低设备故障发生,推进、完善各部门设备检修标准,推进标准化建设,提升各部门设备可靠性和经济性。

3. 效益分析

       运用新一代信息技术、大数据、人工智能等先进技术赋能隧道掘进机产业,大力发展工业互联网工程,利用工业互联网平台提供研发设计、供应链管理、产品全生命周期管理等服务,构建上下游经济实体信息交换和协同运营的企业链、供需链和价值链。通过盾构机产品协同研发平台,实现公司内部设计、仿真、工艺及PDM之间的协同,研发系统与管理、制造系统之间的协同,以及与用户、主要订制件供应商的异地协同,增强定制设计和用户参与设计能力,提高外购件的质量、缩短外购件供货周期。依托ERP系统和MES系统构建了供应链管理平台,整合了信息流、物流、增值流、资金流、业务流等各项信息,实现需求到供应端到端的信息集成;基于供应链管理平台建立供应商管理和电子采购系统,打破了传统采购业务的信息壁垒,打通了企业与供应商之间的通道,实现企业与供应链上游企业的交易协同,建立跨地域、跨行业的电子采购信息管理体系,增强内外部供应链的协同,有效对供应商资源进行全面的管理,降低采购成本,提高采购效率;基于数控机床、机器人技术实现零部件的高柔性制造,通过立体仓库、智能装配系统提高盾构机总装效率和质量,建设智能在线检测系统,提高零部件和产品的质量。

       目前,该项目已经在中铁装备内部全面推广使用,很好的解决了客户个性化定制与智能化优质高效生产之间固有矛盾,在盾构行业产生良好的示范效应。我国开展隧道施工的企业众多,仅中央企业中铁、中铁建、中建、中交、中水就拥有数量众多的工程局,智能化盾构制造流程从订单阶段开始,经历设计、制造、服务等环节,全部通过网络实现人、设备与产品的实时连通、相互识别和有效交流,打破工业化与定制不可调和的桎梏,不仅提升了盾构制造的质量和效率,而且作为客户的隧道施工企业,在订单、设计、甚至加工整个过程均可以参与其中,最大程度地满足了客户采购最合适产品的需要。
责任编辑:吴婕
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