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
东方电气集团东方电机有限公司（简称东方电机）成立于1958年，是中国东方电气集团有限公司的全资核心子企业，是我国研究、设计、制造大型发电设备的重大技术装备制造骨干企业，是全球发电设备、清洁能源产品和服务的主要供应商。
公司主要从事水轮发电机组、热能发电机（包括燃煤、燃气、核能）、风力发电机、交（直）流电机、调相机、成套节能环保设备、泵等设备的研发、设计、制造和服务，以及电站改造，电站设备成套、安装、维护及检修等业务；具有多专业总承包资质和能力；能为用户提供中小热电、垃圾发电、风力发电、光伏发电及热电联产EPC总包，发电设备智能诊断、固废循环经济产业园、水环境治理工程、综合能源服务与管理等系统解决方案。
2022年10月13日，东方电机累计产出发电设备突破6亿千瓦。产品遍布全国31个省、市、自治区，约占全国总装机容量的30%；并出口到美国、巴基斯坦、巴西、委内瑞拉等36个国家和地区。
图1 东方电气集团东方电机有限公司
二、企业在智能制造方面的现状
2016年，东方电机成功申报了智能制造新模式示范项目——大型清洁高效发电设备智能制造数字化车间建设，拉开了数字化智能化转型变革的帷幕。历时四年，成功建成了国内首条自主研发的转子线圈铣孔自动流水线、国内首个定子线圈模块化柔性生产车间以及国内首个定子冲片全自动
绿色制造车间，并以91.7的技术得分通过了国家工信部专家组验收，成为行业智能制造数字化企业建设的示范引领工程。
2020年，东方电机在定子冲片数字化车间的基础上，通过融入5G、互联网、物联网等技术，导入12项自动化项目，优化8项工艺流程，于2021年7月8日，正式建成发电装备行业首个定子冲片绿色“无人”车间，实现了“人机生产制造”向数据驱动的“智能生产制造”转变，形成了以数据驱动为核心的智能制造新模式。
2022年，东方电机持续加快公司智能制造建设进度，先后建成了水发磁极数字化车间、水轮机数字化装配单元、智能焊接机器人集群等多个智能制造典型应用场景，并利用先进的5G技术，实现了大型清洁能源装备智能车间的5G全连接示范应用。
东方电机始终坚持智能制造数字化车间建设与先进的信息化系统建设并重，在原有
ERP、PLM等系统成熟应用的基础上，积极开展MOM系统、产品数字化创新研发平台等新型信息化系统建设，全力打通各
生产管理流程间的数据壁垒，强化数据的指导作用，支撑公司数字化转型工作开展。
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1. 项目背景介绍
以习近平同志为核心的党中央高度重视数字化发展，明确提出“数字中国”战略。党的十九届五中全会通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二○三五年远景目标的建议》，明确提出要“加快数字化发展”，并对此作出了系统部署。这是党中央站在战略和全局的高度，科学把握发展规律，着眼实现高质量发展和建设社会主义现代化强国作出的重大战略决策。
近年来，国内外市场发电装备市场需求持续放缓，传统能源发展空间受到严重挤压，行业整体盈利水平大幅下降，市场开拓压力剧增。同时，客户个性化需求逐渐增多，对产品质量、价格、交期、环保等要求显著提高，对智慧化机组、数字化服务的需求持续上升。
东方电机作为典型的离散型生产制造企业，生产制造具有单件小批量生产、高度定制化、产品体积大、重量重、手工作业较多、工序繁多等特点；普遍具有工作劳动强度大，产品制造稳定性差、一次合格率不够高，安全性不佳，生产管理水平低等问题，进而对最终产品质量乃至公司形象造成影响。
为有效解决以上问题，更好地应对激烈的市场竞争，打造核心竞争优势，为客户创造更多价值，东方电机聚焦发电机制造的各环节，运用高效、科学的手段，构建了以数字化车间为核心的智能制造新模式，综合提升了企业市场、技术、质量、成本、交货、服务六大核心竞争能力，实现了可快速响应多样化市场需求的基本目标，为企业实现高质量发展打下了坚实的基础。
2. 项目实施与应用情况详细介绍
东方电机通过高效贯通的产品全生命周期数字化平台以及多个数字化车间建设，推动企业生产制造模式变革，依托先进的数字化、智能化设备，全力提升公司智能制造水平。
2.1 产品数字化创新研发平台
产品数字化创新研发平台（又称“产品三维协同设计平台”）是东方电机促进数字技术与实体经济深度融合，赋能传统产业转型升级的具体行动，是落实集团公司智能制造、数字化转型战略部署的重要成果，为企业全面实现数字化转型打下了坚实基础。
搭建产品三维协同设计平台，将产品设计过程与工艺设计过程有效融合，实现设计、工艺、制造和质检的全流程协同工作，提升产品研发效率。以基于模型的定义（MBD）为准则，实现三维参数化设计资源库、三维参数化设计方法、三维参数化设计流程，三维工艺资源库、三维结构化工艺方法、三维结构化工艺流程、相关规范制度等建设，完成主要产品的三维结构设计和工艺设计的协同。建立三维结构设计、工艺设计、质检设计、包装设计、安装设计等的全流程协同体系。
图2 产品数字化创新研发平台应用
东方电机早年采用传统的产品平面设计，并通过二维图纸流转实施制造，设计流程复杂、设计效率低，无法并行进行工艺、质检设计。同时，图纸更新信息流传不及时、不到位，时常出现“过版”图纸指导生产的现象。随着信息化技术的发展，东方电机通过UG、Solidworks等三维软件实现了部分产品零部件的三维设计，但依旧无法解决数据源不统一、研发设计与工艺质检数据不唯一、图纸更新不及时等问题。
项目主要技术方案如下：
一是在已有三维设计软件和企业
信息管理系统的基础上，搭建基于全三维属性的TeamSpace设计平台，实现了产品全生命周期数据流程贯通；
二是创建了基于MBD表达的参数化三维模型库，搭建的三维模型包含了技术要求等原二维图纸所需的所有图纸信息，有助于后续工艺、质检设计工作高效开展。
三是基于设计部门提供的三维模型进行三维工艺、质检协同设计，在数字化平台上实现加工要求、装配过程等工艺信息以及质检信息的全流转；
四是建立典型机组关键零部件标准化工艺支撑库，库中包含工序模板库、工装库、工艺文件库等，有效支撑产品生产流转；
五是完成协同平台数据标准和模型数据库管理标准的制定，固化数字化平台管理规范，确保平台长效运行。
2.2 定子冲片绿色“无人车间”
本项目聚焦大型发电设备核心零部件——定子冲片的生产制造，通过“需求分析”和“关键技术分析”找出冲片生产过程中亟待解决的堵点与痛点，形成车间建设的“总体规划”；通过“工艺优化”“核心支撑系统建设”“新模式提炼”等手段，实施车间建设。
（1）总体构架
针对大型清洁高效发电设备智能制造的技术发展和应用需求，参考工业4.0和工业互联网的智能制造发展框架，开展发电设备智能制造体系顶层框架设计与规划工作，引导后续的关键技术攻关、数字化平台搭建、工程应用和标准规范制定等工作。
图3 定子冲片绿色“无人车间”总体架构
（2）技术创新与突破
东方电机在定子冲片绿色“无人”车间建设过程中，通过对产品结构、工艺流程、制造过程、生产管理、质量检验过程深入研究分析，通过对自动化、智能化、数字化以及绿色低碳进行深入思考，通过建设过程全程深度参与，形成了具有东方电机特色的发电装备制造行业生产新模式，引领了国内发电装备智能制造发展的方向。
一是高柔性集中控制与调度技术。定子冲片产线采用机器人自动上下料，满足多种来料方式与多遍漆工艺；可编程二次设计，满足不同来料加工需求；根据生产实际需求，设置3个柔性上下料工位，将全自动线进行分段控制，形成调度规则，可满足7种不同生产模式的自动化运行需求。
二是开放共享的集成框架构建技术。确定多个信息系的统一接口标准，明确接口调用、通讯以及刷新方式，实现冲片生产过程中MOM、SCADA、数采系统、AGV、生产设备、视频监控的系统集成、业务集成、信息集成等。
三是定子冲片的绿色制造技术。完成定子冲片水溶性漆、通风槽板水溶性防腐涂料的可行性研究并经过数个项目验证后，以水溶性涂料彻底取代原有的有机溶剂型涂料，成为国内大电机行业首个全面推广应用水溶性涂料的制造厂家；研究并验证了水溶性粘胶用于定子端部粘胶片的可行性，在保证绝缘性能、粘接强度等技术指标的前提下，以水溶性粘胶取代了有机粘胶，进一步降低了对环境的污染。
四是定制化应用视觉检测技术。东方电机通过对视觉检测技术的定制化应用，实现了以下技术突破：双工位机器视觉检测技术。在去毛刺和刷漆工序前采用两套CCD视觉智能检测系统进行冲片实际位置和方位的判别，并通过
现场总线方式与机器人进行通讯，保障检测效果。数字化检测一体化平台。采用高精密视觉系统3D超景深检测、厚度检测装置等，实现全方位的毛刺形态判断和冲片的抽检，解决断面毛刺无法测量、平面毛刺测量精度不足的问题。红外线干涉非接触式检测技术。解决传统的定子冲片漆膜厚度接触式测量精度不足、不稳定的问题。
五是下料高精度叠片与托盘快换技术。在定子冲片自动化产线多个位置布置了成品料盘切换单元，综合应用机器手、机器视觉等技术，实现冲片重复定位精度小于0.05mm，保证码垛整齐；确认码垛完成后，通过SCADA及MOM系统自动呼叫AGV取料、更换料盘，保证产线不停机托盘自动切换与物流搬运，料盘编号可由产线通过RFID读写器感知记录。
六是定子铁心机器人无干预自动叠片技术。突破了发电机定子铁心机器人叠片技术瓶颈，通过冲片槽内两点定位方式及视觉辅助定位的技术革新，实现了以下技术突破：无人工干预的自动叠片。通过整形机构的集成，实现了行业内首个发电机定子铁心机器人叠片系统的无人工干预，解决了产品质量一致性差的行业性难题。可升降定位工装。设计可升降定位工装可满足有穿心螺杆孔结构和无穿心螺杆孔两种结构的冲片自动叠片需求，通过高精度的重复定位和快速的工装切换，满足生产换型的需要，从而扩展机器人叠片单元的适用范围。铁心分段起吊和转运工装。该起吊装置针对无穿心螺杆孔结构的冲片及铁心定制开发，首次实现了9段调相机铁心分段的安全、平稳、准确吊装，解决了“叠得高、吊不走”的问题，为业内首创。引入视觉校正系统。通过叠片过程中的实时数据反馈灵活调整叠片位置，进一步保证叠片精度符合产品要求。实现生产计划协同。铁心段叠片与铁心叠装可实现并行甚至超前作业，显著缩短产品的生产周期。
（3）实施效果
一是建成国能首条定子冲片绿色智能柔性生产线。该产线的建设对传统的定子冲片生产模式进行了颠覆与创新，将原有离散分布、手工作业的多台设备连接成线，改造升级为自动化、大规模、流水柔性的定子冲片产线，革新了发电装备制造的作业模式。全自动生产线的总体设计由400t自动冲、毛刺机、清洗机、进口水溶性刷漆炉连线组成，可根据生产需求在不同模式下进行300MW、600MW、小水发机型等多种定子冲片的生产，实现年产定子冲片约4000吨。产线的刷涂漆采用天燃气热风循环加热方式，代替电烘炉加热，节约能源消耗56.6%。
图4 定子冲片全自动生产线
二是解决了定子铁心通风槽板溶剂漆VOC污染问题。东方电机针对熔剂漆VOC污染问题，开发了通风槽板高性能水性防腐涂料和涂装施工工艺技术，设计并建成了国内首条通风槽板自动喷漆线。自动喷漆线采用4台机器人上下料装置，喷漆线烘炉加热方式采用高效间接式燃烧系统，能源利用率高，对废气排放采用特殊方式进行处理，实现生产操作无人化、无序间库存，避免序间生锈质量问题，节约生锈处理和管理成本。
图5 通风槽板自动喷漆线
2.3 磁极数字化车间
磁极数字化车间总体目标为打造“高品质+绿色”的数字化车间，在完成量化指标的同时，实现设计、工艺及制造全流程数字化驱动，提高产品质量，减少低附加值劳动，降低人工成本，实现绿色制造，形成磁极铁心喷漆等绿色制造示范区。
（1）主体框架、服务对象及适用场景
磁极数字化车间建设通过对磁极制造工艺流程、工艺节拍和物流分析，发现现状问题并提出建设需求。通过物流优化、设备升级和数字化质检的规划，确定工艺布局调整方案。同时通过数据采集、物联网建设和MOM建设联通自动化物流、新老设备和数字化质检，实现磁极数字化车间数据驱动、设备互联互通。
（2）运用技术方案与实施内容
一是技术标准化。东方电机磁极产品种类多，结构及尺寸多样，标准化可以减少产品结构种类，规范作业流程，实现标准化操作，为数字化车间建设打下基础。通过磁极线圈涂漆要求、磁极T尾尺寸、极身绝缘和涂漆等设计标准化优化产品结构，统一制造工艺，工装通用；通过三维工艺标准化和标准工艺流程、电气试验质检流程标准化工作，对磁极线圈及磁极制造工艺流程简化、优化和标准化；构建工艺设计数字化能力，搭建基于模型定义（MBD）的三维设计和工艺协同平台，实现设计和工艺高效协同，过程中实现数据标准化，满足数字化车间数据驱动需求。
二是工艺流程重构。以磁极制造流程为主线，对工艺流程本身合理性、物流效率、生产效率、质量稳定性和工位配置等多维度进行分析，以当前流程中存在的问题为导向，进行工艺流程再造，完成磁极铁心机器人喷涂、中波红外烘干、极身绝缘烘干、激光除锈、磁极局部补漆和抽蓄磁极铁心液压拉伸胎装压等工艺验证试验，同时完成机器人焊接打磨单元和机器人叠片等科研研究，确定了工艺流程优化方案。
三是车间精益布局调整及物流优化。通过对磁极线圈、磁极铁心和磁极装配的工艺流程重构、生产和物流瓶颈进行分析，通过物流优化、装备升级和数字化质检等规划，确定工艺布局调整方案，对磁极车间进行精益布局调整和旧设备进行升级改造工作，对新设备进行安装优化调试，设备移除7台、设备搬迁4台、设备新增10余台及工作区重新定义。通过数字化车间的建设，合理工艺布局，优化物流路线。建设磁极冲片、磁极压板和阻尼板立体库，提高空间利用率，规范物料存放，同时通过从工位转换的衔接入手，消除部分工序存在物流反复和物流浪费的现象，通过AGV实现序间物流自动化或局部自动化。重点将磁极喷涂等工序由原成品发运部改为线圈分厂，磁极制造全序封闭在磁极车间完成，减少跨车间转运，优化物流和管理效率。
四是装备升级及互联互通。通过对工艺流程梳理、对现生产过程中质量稳定性、生产节拍和效率低下的设备进行升级改造，通过物联网和数据采集系统建设实现设备互联互通。新购磁极线圈压型设备。对磁极线圈压型过程进行压力和温度的精准感知和控制，加热系统及压力系统一键式协同控制，提高磁极线圈质量稳定性。采用IGBT加热电源，降低能耗；采用双工位设计，压型准备及工作时间并行，生产效率显著提高。新建自动喷涂单元。面对磁极铁心喷漆自然干燥时间长、喷漆作业需绿色升级的问题，通过建设机器人喷涂、快速烘干单元，实现绿色制造、大幅提高生产效率、物流自动化。新增焊接机器人。针对传统手把焊易产生焊接飞溅、易发生焊缝缺陷、焊缝余高也无法控制、打磨后外观质量较差等问题。基于焊接机器人焊接稳定、高效和优质的优势，通过新增焊接机器人1台，实现磁极铁心R槽焊接全覆盖，全面提升产品质量一致性、稳定性。
图6 水轮发电机磁极焊接机器人
2.4 水轮机数字化装配单元
东方电机水轮机产品尺寸大、重量重、部件多，所以产品装配过程需要花费大量的时间与成本。由于近年来三维检测、逆向建模、大数据处理与计算等技术的发展与应用，使得水轮机产品通过三维测量和逆向建模实现判定产品制造质量和装配结果的可靠性大大增加。
（1）技术路线
实物装配在水轮机产品制造中起着设计验证、加工校验、偏差配制、见证验收等作用，是水机产品制造过程中必不可少的关键环节。由于传统的检测手段对大尺寸测量、型面测量、位置测量等的能力较弱并严重依赖操作人员的技能水平，因此装配成为控制水轮机产品制造质量必不可少的关键措施。
实物装配同时也存在着很多弊端和不足，主要表现在以下几个方面：一是制造加工过程的柔性不足。二是产品的实物装配易形成产出瓶颈。三是实物装配往往需要长时间的周期，制约了生产效率的提升。
为解决以上问题，东方电机拟定了实施水轮机产品数字装配的技术路线：
一是逆向测量技术探索应用。结合先进的三维测量技术对涉及装配质量的重要尺寸及形位偏差进行精确逆向测量。
二是产品测量点位的优化。对产品实测数据进行优化处理，包括单点数据去噪和过滤，以及点云数据的精简和修复处理。
三是对测量数据的精密分析。对优化后的数据采用换算、拟合等方法分析求解关键位置的尺寸和形位偏差值。
四是对产品质量进行判定。通过点云-模型匹配判定单件的综合加工质量，通过装配质量机理模型的建立和求解判定导水的装配质量。
五是出具验收报告。根据导水厂内预装检验相应的验收规范，整理相应的数据和结论，出具相应的验收报告。
图7 水轮机数字化装配测量间
（2）应用效果
一是完成了数字化装配技术的工艺验证实现，突破解决了一系列关键技术，如数字化大尺寸精密测量系统、典型工件热变形精确补偿、超大点云数据精简及匹配规则、建立产品装配的质量判断模型。
二是建立了系统、完善的工艺技术体系和检验技术文件，实现了东方电机水轮机数字化装配技术的工程应用并具备相应的执行规范和检验标准。
三是逐步在丰宁、沂蒙、永泰等抽蓄机组上进行推广应用，验证了数字化装配技术的可靠性和稳定性，该技术也得到了电站客户的认同和肯定。
2.5 智能焊接机器人集群
目前焊接机器人主要应用于汽车、工程机械、通用机械、钢结构等批量结构的制造领域，其应用对象具有非常明显的特点：尺寸和重量较小、批量成形和装配精度较高、工件易于实现变位、焊缝处于开放空间、焊缝坡口形式和焊道轨迹简单。上述特点能够充分发挥机器人定位精确、重复运动精度高的特点，通过简单的在线示教和离线编程工作即可满足工程要求，能够大幅提高焊接质量和效率。
但是在发电设备制造行业，特别是水电设备行业中，其部件普遍为单件或小批量结构件，尺寸大，重量重，很难通过专用工装实现快速变位和协同工作。焊缝多数为平焊、横焊、立焊等多位置的厚板多层多道焊，且焊缝的位置和尺寸随部件加工和装配精度发生变化，机器人离线编程困难而且对实际工况的适应能力差。多数焊缝处于部件内部的半封闭空间，机器人工作过程具有运动碰撞风险，且需要在一些特殊位置进行多层多道焊接，如平焊、立焊、横焊等，焊缝的厚度需要保证在200毫米以上等。
东方电机针对发电设备部件机器人焊接应用，通过不断的技术创新，打破了传统的产品实现方式，率先在行业内实现了机器人集群在发电设备行业焊接部件中的规模化应用，降低产品实现对人工的依赖，提高焊接效率，降低人工劳动强度，实现焊接制造过程绿色、环保。项目主要技术突破与创新如下：
一是完成了适用于发电设备部件机器人单元设备的研制。为保证机器人在焊接大型构件时具有良好的可达性和运动灵活性，机器人具有较大的工作空间，东方电机采用将机器人安装在水平导轨或倒挂在具有若干自由度的悬臂梁上等方式增加弧焊机器人的自由度。并通过分析产品部件的结构特点，配置了适用于主要发电设备部件的弧焊机器人工作单元。
图8 焊接机器人焊接
二是基于发电设备典型部件焊接应用完成了多项机器人
焊接技术的开发。主要内容如下：
a.基于典型部件的机器人离线仿真与编程技术；
b.基于超厚截面焊缝多位置下的机器人窄间隙焊接技术；
c.基于发电设备部件过流面的机器人表面增材制造技术；
d.基于冲击式转轮应用的机器人电弧增材制造技术；
三是基于发电设备典型部件全面拓展了机器人焊接应用场景。智能焊接机器人集群建设立足于公司实际生产所需，为有效缓解公司焊接分厂生产负荷沉重与制造资源紧张的矛盾，持续加快焊接机器人在一线生产的推广进度，加大焊接机器人可应用的零部件焊接场景，现通过焊接机器人工艺技术开发，已广泛应用于各类型水电产品中，如座环、球阀、转轮、顶盖、底环、转子支架等多个核心产品中，生产效率和质量稳定性大幅提升。
四是基于5G等技术完成了机器人集群集成应用；机器人集群应用通过融入机器人焊接技术、5G、自动化控制及工业互联网等技术，针对发电装备单件小批量及离散制造的特点，实现了多品种、多位置的全自动柔性化的焊接，在将焊接操作者从高温、有害的操作环境中解放出来的同时，完成了生产制造过程中的数据采集与处理，实现人员对生产全过程的网络化管理。
图9 集群式布置的焊接机器人
2.6 智能车间5G全连接示范应用
本项目聚焦大型清洁能源装备重型制造，包含大型机械加工、大规模焊接、重型装配、大件天车起吊等核心制造，旨在提高瓶颈资源利用效率，提升整体生产效率，通过对车间关键设备进行现场实时监测，提升安全生产精细化管控能力。
（1）项目技术方案
项目总体技术路线分为四个阶段：
一是5G支撑平台规划与建设。针对发电设备制造车间环境，进行5G基站部署、边缘计算及网络切片构建，专网划分以及与企业内网联通等内容的规划与建设，充分考虑全覆盖性、安全性、稳定性。
二是5G使能关键共性技术突破。针对5G+工业互联网关键共性技术展开研究，包括5G边缘计算与网络切片技术、5G使能数据采集与传输技术、5G使能工厂无线自动控制技术、5G使能多设备协同技术、5G+数字孪生设备监控技术、5G+UWB高精度定位技术、5G网络业务数据安全技术等。
三是5G边缘计算装置及系统研发。针对发电设备工业场景研发基于5G边缘计算的机器人远程操控及多机协同系统、基于5G+数字孪生机床刀具监测及设备仿真可视化平台研发、基于5G无线传输的大型移动焊接设备数采装置及平台研发、基于5G+UWB大件起吊过程轨迹精细化管理平台研发，实现设备实时监控、协同高效作业以及过程精细化管理。
四是关键环节5G典型场景应用示范验证。形成可复制可推广的5G+智能制造解决方案，围绕重型装备制造及装配，建立多机器人与AGV协同定子铁心叠装、重型加工设备监测与协同控制、大规模焊接设备无线数据采集及可视化及重型制造车间大件起吊过程轨迹精细化管理等典型5G场景应用示范基地，并在其他制造企业进行5G应用推广。
（2）项目实现的应用场景
一是多机器人与AGV协同定子铁心叠装。基于5G边缘计算技术，研制机器人与AGV协同定子铁心叠装系统，连通机器人叠片系统与AGV自动牵引车、转运车，协同完成叠装、上料、转运多项任务，将单一工序单机作业模式变为多工序连续作业模式，且不受布局调整的限制，实现多设备高效
柔性制造。利用系统的跨车间调度功能，将装配车间的装压工位与制造车间的叠装工位信息互通，大大简化工序间转运流程，提高生产与管理数据透明度，高效完成跨车间协同作业任务。
图10 基于5G的多机器人协同控制定子铁心叠装示意图
二是重型加工设备监测与协同控制。重型机械加工由于工件大，容易形成视觉盲区，通常工位需配备多人辅助人工登高监控加工过程，效率低、资源冗余且安全风险大。基于5G无线传输的刀具监控视频，减少大机台大量布线施工，减少登高作业频次，特别是对于大件内圆及顶端面加工，提高生产效率，降低生产安全风险。刀具监控视频结合加工设备数据采集、刀具传感监测等实时监测数据驱动数字孪生设备仿真，进行大型加工设备集群监控，实现一人一机台的协同控制模式。
图11 重型加工设备监测与协同控制平台
三是重型制造车间大件起吊过程轨迹精细化管理。重型制造车间属于典型的离散制造，工件形状复杂尺寸大，工序间转运及翻身需求多，因此天车起吊资源瓶颈对整体生产效率影响大，起吊过程严重依赖人工调度，过程不透明，管控难度大，起吊安全和工时绩效难以溯源。东方电机基于UWB高精度室内定位技术，结合安全帽交互系统和天车起吊服务系统，对天车挂钩、待转运工件和起吊指挥人员进行精确定位，通过记录定位对象的移动轨迹，自动判定分析起吊作业起始点结束点，完成起吊作业自动报工报时，实现基于现场位置数据的人员、工件轨迹、订单系统、天车视频的精细化管理。
图12 大件起吊过程轨迹精细化管理平台
四是大规模焊接设备无线数据采集及可视化。使用5G网络来进行焊机数采，充分利用5G通讯高吞吐、大容量、低延时的优势，便于多台设备的运行数据实时采集上传，同时兼顾焊机在车间内的移动的特点，信号传输稳定且节省有线网络或无线网布置的费用投入。根据重跨、36米跨、27米跨联网设备的在车间的布局情况进行三维可视化建模，并展示跨区联网设备数量、设备工作、待机、关机、异常状态的数量，设备平均工作时长、设备开机分布情况、设备利用率曲线、设备能耗曲线、跨区工单计划数量、跨区工单完工数量等。
图13 基于5G的焊接设备数据采集及可视化平台
3. 效益分析
3.1 产品数字化创新研发平台
（1）已实施的成效
实现基于MBD全三维数字化设计、工艺及服务协同模式，产品设计周期缩短40%以上；设计、工艺、制造和质检的数据贯通，70%以上的产品通过该方式进行设计制造。以三维数模、工序工步为主线，基于单一数据源，串联各类型设计及制造数据，形成一套可追溯的产品数据网，探索出设计、工艺参数化设计模式，制定典型零部件标准模板，提升了产品数据流转的可靠性。
（2）经济性和可推广性
以发电装备为代表的离散制造行业中，普遍存在二维设计为主，设计效率低、数据源不统一，设计成本高的问题，而发电装备由于产品工艺及制造特点，实现难度要高于一般企业。实现基于MBD的三维设计及三维工艺后，不仅可以有效提高设计效率，缩短产品开发周期，同时可以将实现过程中遇到的困难及经验进行总结、固化、分享，为后续类似企业的数字化转型提供宝贵的参考。
3.2 定子冲片绿色“无人车间”
（1）经济效益
定子冲片绿色“无人”车间项目总投资约5800万元，稳定运行后，定子冲片年产量从9000T提高到12000T，一线生产人员减少75%，人均产出提升620%，能源利用率提高56.6%，劳动强度降低90%以上，运营成本降低779万元/年，增加利润约1020万元/年。
（2）在重大工程、重点项目中的应用情况
定子冲片无人车间建成以来，生产的定子冲片已应用在20多个项目中，其中包括白鹤滩、长龙山、霞浦快堆等国家重点工程或重大项目，并以极高的产品质量一致性获得了业主的一致肯定与好评。以白鹤滩定子铁心为例，内径为16.3米，每台机的铁心需要50万片定子冲片叠装，叠装完成后其整体圆柱度为0.5mm左右（0.46~0.6mm），同心度为0.1mm左右（0.04~0.12mm），达到了世界一流水平。
（3）社会效益及可推广性
东方电机作为大型清洁高效发电设备的龙头企业，在行业内具有重要的引导与示范效应。定子冲片绿色“无人”车间建成后，得到了广泛关注，已接待大量国内发电装备制造企业参观学习。“无人”车间不仅创新了发电装备制造行业的生产模式，同时也引领了国内发电装备智能制造发展的方向，形成了良好的社会效益，具有较好的可推广性。
3.3 水轮发电机磁极数字化车间
（1）产能提升
线圈分厂具备了抽水蓄能、大型磁极和中小型常规磁极等多品种磁极的高质量高效、快速响应和绿色制造生产能力，能达到年均产出1000件常规磁极和500件抽蓄磁极，满足公司十四五抽蓄高峰磁极产出需求。同时，建成后的数字化车间在质量和效率等方面的稳定提升，大幅提高了东方电机市场占有率。
（2）产品质效及可追溯性提升
磁极产品不良品率降低20%。通过磁极设计及工艺流程的标准化；磁极线圈一体化成型设备、铁心装压液压拉伸胎的开发应用，提高磁极线圈和磁极铁心质量的稳定性，达到磁极产品不良品率降低20%。
磁极生产效率提高70%。设计结构、工艺流程和工艺布局优化，物流效率提升；装备升级及自动化率提高，减少人工，打破生产瓶颈；MOM系统应用，生产排产透明高效。通过生产测算，综合效率提升70%。
关键工艺参数、质检信息可追溯率100%。数据采集完成信息化记录，磁极唯一编号，可追溯查询磁极制造时间、操作人员、使用设备、原材料批次和工艺参数等系列信息。
3.4 水轮机数字化装配单元
（1）经济效益
以立式导水预装为例，采用数字化装配后，原有的总装及验收交检时间由15天减至3天，节省装配成本超过200万元/年。
（2）技术效益
数字化装配技术应用后可以提升我公司先进技术和行业标准的引领力，还符合公司MBD基于模型驱动的企业要求，实现基于模型的检测和交付，打通数字孪生产品的关键流程，提高产品的附加值和竞争力。
（3）社会效益
数字化装配技术目前正处于应用前沿阶段，在飞机、汽车制造领域中都尚未有完整、成熟的应用案例，在行业内更是属于空白。该项目应用落地后可促进制造过程向数字化、柔性化、精益化转变。同时，该项技术还可作为公司智能制造产业化的一项核心能力，发挥其在行业外的应用价值。
3.5 智能焊接机器人集群
（1）经济效益
已实现单台机降本200-800万元，目前已应用于某项目转轮制造，更多的效益将在某地能源群的建设中实现。
（2）社会效益
一是机器人电弧增材制造技术的开发及应用，降低了大型冲击式转轮锻件制造尺寸，解决了大厚锻件制造难题，并提高材料利用率，减少加工量，大幅降低了转轮制造成本。
二是该技术的成功研发及国内首次工程化应用，为雅下能源群的建设提供技术支撑。
三是多机器人协同焊接技术的研发，也将为公司高效高质量完成十四五、十五五期间抽蓄机组的制造打下基础。
3.6 智能车间5G全连接示范应用
（1）经济效益
本项目研究突破的关键技术和形成的软硬件系统成果，可直接对外产业化应用于工程机械、家电、航空航天、轨道交通等典型离散制造行业，依据国内外市场需求，估计可以形成每年200- 500万的软硬件销售与技术服务额。同时本课题的研究成果，有利于推动企业的新兴产业发展，形成新的利益增长点。
（2）社会效益
随着智能制造技术、物联网、工业互联网、移动互联等技术的不断发展成熟，制造业向网络化、智能化、柔性化和服务化转型发展趋势更加明显。对高性能、具有灵活组网能力的无线网络需求日益迫切。通过本项目的研究和应用示范，探索5G+制造的模式和机制，构建虚拟数字与企业现实物理世界的基础平台，将促进制造业装备转型升级，使生产向个性化、柔性化发展；通过在企业部署5G网络，推动企业实现全生产要素、全流程互联互通，实时获得工厂的生产信息、订单信息等，可加强上下游产业链有效协作，也为管理扁平化提供了基础。随着5G网络的导入，将改变企业原有工业生产模式和生产组织方式，有效提高企业生产效率，降低企业
生产成本，提升产业链协作效率。
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