e-works数字化企业网  »  文章频道  »  管理信息化  »  管理信息化综合

法士特集团:先进制造与新一代信息技术深度融合的智能工厂建设

2023/2/8    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  法士特集团  
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

       陕西法士特汽车传动集团有限责任公司(简称“法士特”)是全球最大的商用车变速器生产基地和世界高品质汽车传动系统供应商,现已形成年产销汽车变速器120万台、齿轮5000万只和汽车铸锻件20万吨的综合生产能力,为国内外150多家主机厂的上千种车型提供产品配套与解决方案,变速器市场保有量突破1100万台,国内市场占有率超过70%。公司产品覆盖传统动力,新能源产品,非道路产品及汽车电子四大传动领域,自主研发生产的AT、AMT、S变速器、CVT、液力缓速器、轮边减速机、混合动力和纯电汽车传动系统等系列产品,关键技术和核心技术已达到国际领先水平。企业各项经营指标连续二十年名列中国齿轮行业第一,重型汽车变速器年产销量连续十七年稳居世界第一。

       公司先后荣获“国家科技进步一等奖”、“中国工业大奖”、“全国五一劳动奖状”“全国国企十大典型”等荣誉称号。成功入选“首批制造业单项冠军示范企业”“数字领航企业”“智能制造示范企业”“智能制造标准应用示范”“国家级绿色工厂”和国企改革“双百企业”,已跻身中国汽车工业30强、中国机械工业100强,国际国内汽车零部件“双百强”行列。2021 年,法士特集团累计销售变速器总成 116 万台,全年营业收入达到 220 亿元,是中国重型变速器行业领军企业。
 
陕西法士特汽车传动集团有限责任公司
图1 陕西法士特汽车传动集团有限责任公司

二、企业在智能制造方面的现状

       法士特以智能产品、智慧运营、智能制造为三大主要抓手,推进企业数字化转型,迈向高端制造,支撑企业高质量发展。

       1. 在智能产品方面

       法士特始终强调研发产品要符合企业发展和行业需求,坚持“生产一代、试制一代、研发一代、构思一代”的产品创新体制,形成AT、AMT、S变速器、液力缓速器、CVT、离合器、轮边减速机、混合动力和纯电汽车传动系统等新能源产品等系列产品,其中AT、AMT、液力缓速器等多款产品成功打破国外技术垄断,关键技术和核心技术已达到国际领先水平,填补行业技术空白,为商用车升级换代提供了源源不断的全新优化配置。法士特产品已全面被国内外150多家主机厂的上千种车型选为定点配套产品,广泛出口数十多个国家和地区,全球市场保有量超过1100万台,商用车国内市场占有率超过70%,在多个细分市场长期稳居第一。

       2. 在智慧运营方面

       法士特坚持以用户为核心,以数据为驱动力,应用数字化技术实现法士特的业务创新,提升客户满意度与产业竞争力。在企业数字化管理中,企业进行了“研发云、办公云、财务云、制造云、销服云”五朵云建设,通过打通研、产、供、销、服、管业务,建设协同研发、协同制造、协同销服和企业管理四大业务平台,构建研发闭环、制造闭环、供应链闭环和质量闭环,实现产品从设计研发、协同制造、质量管控和服务保障全生命周期的精细化管控和节能降耗。法士特将2022-2023年定为“数字化赋能年”,全面建立健全公司数字化体系,加快数字化发展新动能、新机制、新增长点的步伐,助力数据成为核心竞争力和企业高质量发展目标的实现。

       3. 在智能制造方面

       作为制造型企业,法士特以智能制造推进企业数字化转型,以沉淀多年的核心工艺和先进制造为基础,沿着自动化、数字化、智能化的路径,实现了先进制造与新一代信息技术的融合,摸索出了智能制造框架和实施路径,形成了适合法士特自己的智能制造之路。

       在数字化建设方面,新建/新改造的产线/车间/工厂中数字化设备比例在95%以上,关键工序的数控率100%,设备100%联网,可兼容多种主流工业协议,广泛使用5G、LORA、UWB、GPON等新型网络技术,实现生产要素的互联互通。两化融合管理体系贯标等级为A,网络安全等级保护为2级。企业非常重视自主知识产权的安全可控,目前拥有100余项制造业数字化转型领域核心软硬件技术专利,参与数字化转型相关国家标准4项。

       在智能化建设方面,开展基于虚拟仿真技术的车间/工厂数字化设计与交付,缩短投产周期;开展产品数字化设计与仿真,解决产品设计效率低、设计数据不能有效共享等突出问题;开展离散型工艺数字化设计,提高工艺设计效率,沉淀工艺知识体系;基于生产计划优化、精准作业派工等开展生产调度,提高生产计划执行准确性;大量应用产线柔性配置、人机协同作业和精益生产管理等生产作业手段,提高生产过程的精细化管控效率和生产效率;开展智能仓储建设,实现物料的精准配送和物料实时跟踪,提高物料流转效率;应用智能在线检测、质量精准追溯等质量管控技术,实现全流程质量管理;开展设备智能维护管理、在线运行监测与故障诊断,实时准确的掌握设备负荷分布和健康状态;开展能耗数据监测、能源平衡与调度等能源管理业务,实现面向制造全过程的精细化能源管理,提高能源利用率,降低能耗成本;建立主动客服服务、产品远程运维等售后服务内容,提升用户体验,做到超感动服务;基于供应链大数据平台开展采购策略优化、供应链可视化,提高供应链效率,降低供应链成本;开展大批量定制、数字孪生制造等模式创新,提升产线柔性,解决客户个性化需求响应能力。  

       通过实施智能制造,探索出适合法士特高质量发展的智能制造实施路径,构建了以先进制造和新一代信息技术深度融合的智能制造系统。推进智能制造使得企业管理成效日益显著,成本不断下降。数字化设备比例达95%,关键工序的数控化率100%。核心产品“智行集成式AMT”的质量合格率为100%,产品B10寿命为200万公里,售后故障率降低15%。同时,构建了法士特绿色发展体系,从产品研发设计起步开始全过程推广绿色制造,产品可回收率达到99.1%,累计建立了16.6MW的光伏电站,助力企业可持续发展。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

       1. 项目背景介绍


       法士特作为大型离散制造企业,生产经营环节的智能制造水平决定了企业未来发展水平。市场经济压力下,企业面临的问题愈发明显,对产品质量、成本要求愈发苛刻,越来越多的个性化定制产品对交付周期产生了巨大挑战,总而言之,对于制造模式、工艺组织、生产柔性都提出了更高的要求。

       以法士特为代表的传统制造企业普遍面临以经验为主,对基础技术研究不足;在生产管理上,依赖经验,缺乏数字化思维,造成管理精细度不够等问题;由于缺乏设备联网与数据采集,车间对现场管控缺乏数据支撑,形成现场黑箱,难以提升管控水平;生产经营环节系统集成度不足,存在数据孤岛、数据不准等问题,无法为经营决策提供准确实时的数据指标支持,制约了企业生产经营水平持续提升。以智能制造为抓手,推动企业数字化转型,是法士特由传统制造向先进制造迈进,实现企业高质量发展的可行路径。

       2. 项目实施与应用情况详细介绍

       2.1 项目简介及规划


       为进一步促进企业高质量发展,面对企业数字化转型的迫切需求,加速我公司产品智能化转型,同时应对 S/AMT 系列变速箱销量的节节攀升。法士特以“工业 4.0”和“中国制造 2025”核心理念为指导,开展高端商用车先进制造与信息技术融合的智能工厂建设项目,建成年产 20 万台 S 系列变速器、AMT自动变速器生产基地——法士特高智新智慧工厂。

       项目涵盖齿轮、壳体、装配三大核心工艺。从整个项目规划建设到生产制造中打通“研发-制造-质量”的数据流程,打造“生产”“工艺”“质量”“物流”四大闭环,以数据流驱动生产运转。法士特高智新智慧工厂是完全按照国际领先的设计理念打造的一座数字化智能工厂,同时也是商用车领域首家零碳工厂,充分体现精益化、柔性化、绿色化理念,自动化、数字化、信息化程度在商用车动力总成行业内处于顶尖水平。

       法士特构建以先进制造技术和新一代信息技术深度融合的智能制造系统,以智能装备、自动化、核心工艺和人机工程作为智能制造的基石,实现生产调度、设备管理、智慧物流、质量追溯等核心业务的数字化,基于云计算、大数据、人工智能等新兴技术,集合数字化业务构建智能化场景,形成“数字孪生、黑灯生产、万物互联、智能决策、绿色制造、数据闭环”六大核心技术,助力达到虚实融合、知识驱动、动态优化、安全高效、绿色低碳的智慧工厂。
 
法士特智能制造特色
图2 法士特智能制造特色

       2.2 项目实施与应用情况

       1)以先进制造和核心工艺为基石

       (1)智能装备

       通过在生产现场大量应用五轴加工中心、秦川磨齿机、工业机器人、智能仓储AGV、精密测量设备和非标装备等高端装备,并在设备上加装各类传感器,实时采集感知设备状态。通过深度参与联合开发精密测量设备及质量数据采集系统,在生产线内采用高精度在线测量、各类光学检测等精密测量设备,实现生产过程参数100%在线监测,并将数据上传至质量管理平台,通过分析和预警,保障生产质量。通过软硬结合保证设备制造能力,构建智慧工厂智能制造的基石。
 
智能装备
图3 智能装备

       (2)自动化

       通过在生产现场大量应用AGV和工业机器人等自动化装备,实现了产线自动化、物流仓储自动化和检测自动化,最终实现上料、加工、检测、下线、配送等业务流程的全面自动化,并且产线采用兼容性设计,支持混线生产,提高产线利用率。
 
壳体自动线
图4 壳体自动线 
       
       (3)核心工艺

       为满足高智新智慧工厂生产节拍和加工精度要求,在齿轮加工、壳体生产和装配过程等多个方面自主开发了多项核心工艺保障产品的加工质量和加工效率。比如钢丝螺套自动安装技术是行业内首台套多品种、大批量实现全自动的变速箱壳体钢丝螺套自动安装;针对带鼓形斜齿轮磨削,通过创新解决抗扭加工齿形失真问题,大幅提升砂轮寿命。此外,还有全面防错技术、总成下线测试技术等多项核心工艺,支撑生产制造过程的智能管控。
 
钢丝螺套自动安装
图5 钢丝螺套自动安装

       (4)人机工程

       智能制造不是简单的机器代人,是充分体现人机协作,以人为本的设计理念,在建线过程中,充分应用人因仿真、人机协同、人体外骨骼和智能力臂等各类技术,识别和解决存在的人机工程问题,以建立友好的人机作业环境 ,保证产品质量稳定。通过应用人机工程技术,降低工人劳动强度,达到工效最优。
 
人机工程应用场景
图6 人机工程应用场景

       2)以生产要素数字化和业务流程数字化为手段

       在高智新智慧工厂建设中,通过多个系统的互联互通,实现了全生产要素数字化和业务流程数字化的工厂全面数字化,包括MES(制造执行系统)、ERP(企业资源需求计划)、QMS(全面质量管理系统)、MDC(生产数据中心)、DNC(分布式数控程序管理系统)、EAM(设备管理系统)、PLM(产品生命周期管理)、WMS(仓储管理系统)、BI(数字运营中心)等。着力于打通上、下游数据壁垒,以软件定义制造,将订单-物流-制造-交付的环节用信息化系统进行流程化的打通,实现各个业务数据的互联互通,使生产过程更透明,支撑全过程业务数字化,为生产赋能。

       (1)生产管理数字化

       构建以MES为核心的智慧生产管理平台,实现工艺协同数字化、生产调度管理数字化、生产过程管理智能化、现场物料和在制品管理数字化、生产运营监控可视化、过程质量管理数字化、车间异常管理数字化和人员绩效管理数字化。

       (2)物流管理数字化

       通过将SRM、ERP、WMS高效集成,打通上下游企业的数据,实现采购供应可视化。智能AGV应用SLAM+5G等先进技术,实现路径自动优化的24小时持续作业,结合高密度仓储,实现生产物流智能化。将OTD、ERP、MES、WMS等系统深度集成,实现销售物流端到端的客户订单管理实时追踪。从入厂物流、厂内物流、出厂物流三方面构建C2M模式下物流与信息高效协同的全流程透明化管控模式,提升供应链效能和可靠性。
 
智能AGV
图7 智能AGV
 
5G示范线
图8 5G示范线

       (3)设备管理数字化

       依托EAM系统建设数字化设备管理平台,实现设备全生命周期管理。将设备的点检、维修、保养三大模块紧密连接,形成故障的发现-解决-提高的闭环管理。同时基于故障分级实现设备自动预警、工单自动推送,并对关键设备的健康状态进行在线故障诊断,实现预防性维护。同时,针对备品备件做到安全库存管理、备品备件追溯和备件消耗管理,实现设备透明化管理。
 
设备预测性维护
图9 设备预测性维护

       (4)质量管理数字化

       对生产过程中的人、机、料、法、测、能数据进行采集,建立总成质量档案,提出基于大数据分析的全流程质量追溯方法,通过构建大数据信息平台抽取各个系统中的质量相关多元异构数据,通过在数据平台抽取、计算、存储,各系统中数据打通各信息系统壁垒,通过追溯查询条件定义,实现齿轴类零件制造加工过程正向、逆向的全流程质量追溯管理。

       (5)园区管理数字化

       建立智慧厂区综合管理平台,发挥 “园区大脑”核心功能,将人员管理、车辆管理、环境监测、安消一体等功能进行集成,实时掌握园区生产运营情况。在重点区域设置视频监控设备,构建AR全景监控,分类显示不同图层点位信息和关键生产信息,实现厂区异常状况的快速获取。并通过AI视觉学习,对关键区域抓拍,自动识别工装穿戴、规范作业等异常状态。
 
智慧管理大屏
图10 智慧管理大屏

       3)以智能化为企业赋能

       (1)数字孪生

       采用数字孪生并行建厂的思路,实现智能工厂全生命周期建设新模式。从方案规划到投产运行的工厂建设全生命周期中,应用七大数字孪生技术,实现了基于工厂建设的全要素三维建模及仿真,将物理工厂和虚拟工厂的虚实映射,指导工厂全生命周期建设、调试和生产运行。
 
法士特数字孪生产线
图11 法士特数字孪生产线
 
设备AR巡检
图12 设备AR巡检

       (2)万物互联

       在法士特高智新智慧工厂,通过采集生产现场的各种必要数据,实现了“人机料法环测能”全要素数据采集;通过应用大数据分析等数据应用技术,建立了产线加工效率计算、产线节拍和产能均衡、环境因子监测、能耗分析等多种数据分析模型,用于现场持续分析改进。
 
万物互联
图13 万物互联

       (3)黑灯生产

       在法士特高智新智慧工厂,借助大数据、云计算等数字化技术,实现自学习、自适应和自决策等AI智能技术支撑的智能场景和生产系统超级自动化,在金属切削加工领域创新实现真正的黑灯生产。在生产现场,构建自动化、稳定化、柔性化和数字化的生产系统,并针对关键加工过程实时采集敏感参数,通过引入诸多AI智能算法,对生产过程实时在线判断是否异常,做到全程无人干预。
 
齿轮加工黑灯生产
图14 齿轮加工黑灯生产

       (4)智能决策

       通过将制造过程中工业知识、数据、算法、方法论等提炼为工业技术,依托大数据湖,采用人工智能、机理分析和大数据分析等手段支撑关键业务的智能决策,打造生产、维保、运营、管理四大方向的多类智能场景,实现了工厂的智能化将制造过程中工业知识、数据、算法、方法论等提炼为工业技术,依托大数据湖,采用人工智能、机理分析和大数据分析等手段支撑关键业务的智能决策,打造生产、维保、运营、管理四大方向的多类智能场景,实现了工厂的智能化。

       (5)数据闭环

       通过对全流程的业务数字化,将多个数字化系统端到端集成,打通“研发-制造-质量”数据流程,创新提出打造“生产”“工艺”“质量”“物流”四大闭环;自上而下实现生产订单、产品信息、工艺参数、质量要求等数据的传递, 以数据流驱动业务流,以数据支撑生产过程的精准分析,积累过程Know-How,实现企业在生产制造过程中的精细化管理与持续改善。

       (6)绿色低碳

       为积极响应国家“碳达峰”、“碳中和”等相关政策,在高智新智慧工厂应用基于全生命周期管理的思想,通过光伏发电、智慧能源管理等、绿色工艺、循环包装等先进技术,开展“能源辅料低碳化、生产环境友好化、资源利用高效化、废弃处理无害化”建设,实现生产现场噪音<80分贝,能效利用率>95%,年节约木材4000吨和100%三废无害处理,年降碳可达7000吨,打造商用车传动领域首家“零碳工厂”。
 
绿色低碳
图15 绿色低碳技术

       4)推进智能工厂的重难点及解决思路

       在企业推进智能制造的过程中,法士特以智能工厂建设为主要战略抓手,拉动企业生产制造上下游业务的数字化转型。在整个过程中,由于智能制造推进缺乏标准理论,行业内智能工厂系统性解决方案不够完备,对供应商依赖性较强和流程组织变革不易等问题成为法士特推进智能工厂建设的主要难点所在。针对这些问题,根据自身行业特点,法士特的智能制造实践是从最开始的产线自动化到产线数字化,然后扩展数字化车间再到智能车间,逐步探索出一条适用于制造型企业以小到大,以点带面,稳步推进的智能工厂建设解决方案,系统的提出智能工厂的框架体系。且通过成立专项小组,依托供应商能力,设置“种子计划”,让能力交付成为系统交付的必要条件。此外,在法士特智能工厂建设中,将流程驱动业务作为核心突破之一,建立“总经理-总监-工程师”的扁平化组织,通过对全流程业务的详细梳理,利用信息技术和现代管理手段,建立以流程为中心的模块化、标准化业务场景,通过建设覆盖全业务流程的数字化系统,联通系统间数据流程,打通研发-制造-物流-质量四大模块端到端闭环流程,打破传统的职能型组织结构,以数据流驱动业务流,实现智慧工厂的流程再造和部门间高效协同。

       3. 效益分析

       通过智能制造的实施,中重卡变速器、新能源产品市场份额稳居行业第一,AT自动变速器商用车市场占有率国内第一,液力缓速国内市场占有率行业第一,全面配套国内主流重卡车企。

       法士特高智新智慧工厂通过将新一代信息技术与先进制造技术融合,应用“数字孪生、万物互联、黑灯生产、智能决策、绿色制造、数据闭环”六大核心技术打造了法士特智能制造“四个一”模式,即一朵(法士特)云,一个(大数据)湖,一张(工业互联)网,一张(数据可视化)屏。高智新智慧工厂的主要创新举措总结如下:

       1)首次在汽车零部件行业,在工厂从规划设计到投产运行的全生命周期中全流程应用七大数字化技术,创建虚拟工厂,实现基于数字孪生技术的工厂信息物理系统的虚实交互;

       2)实现生产现场“人机料法环测能”全部生产要素的互联互通,共采集生产现场千余种数据,并依托5G联网技术,实现数据的高效流转。

       3)通过构建超级自动化的生产系统,基于多项自主研发的AI智能技术,在切削加工领域创新实现真正的6小时无人干预黑灯生产;

       4)基于业务与数据的全面贯通,以数据驱动生产,实现工艺、生产、物流、质量四大闭环,积累过程KNOW-HOW,支撑PDCA持续改进;

       5)将制造过程的工业知识、数据、算法、方法论等提炼为核心工业技术,依托生产要素数字化和业务数字化,打造生产、运营、管理、维保四大方向的数十项智能场景;

       6)综合运用技术创新、标准制定、资源综合利用、设备升级、节能降耗等方法,创新批量应用涵盖制造全流程的绿色低碳技术,打造商用车零部件领域首家“零碳工厂”。

       在诸多创新技术的加持下,在高智新智慧工厂构建了虚实融合、知识驱动、动态优化、安全高效、绿色低碳的智能制造系统,实现从规划到投产的时间相较于传统工厂建设周期缩短15%,生产效率提高72%,能源消耗降低14%,交付周期降低20%,出厂合格率100%,同时相较传统生产模式人均产值提高5.2倍。通过不断的技术提升和创新发展,法士特智慧工厂在建成不到一年的时间内,先后荣获工业和信息化部、发展改革委员会等四部委联合评选的2021年“智能制造试点示范工厂”、2022年工业和信息化部和国家市场监管总局牵头评选的2022年“智能制造标准应用试点”单位、2022年工业和信息化部评选的“数字领航”企业、2022年陕西省“智能工厂”,2022年“陕西科技创新优秀案例”等多项荣誉,显著彰显了企业的品牌影响力。
责任编辑:梁曦
本文为e-works岁末盘点活动参评材料,版权属于提供材料的企业和本网站共同所有。本文严禁任何形式的转载,任何人不得以复制、转载、摘编等任何方式进行使用和传播,否则将负法律责任。如因作品内容、版权和其它问题需联系本网站,请发送邮件至editor@e-works.net.cn。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐