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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“法士特集团”)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。

       在产品研发过程中,坚持对战略性智能产品关键技术进行全方位的独立自主研发,覆盖中、重、轻卡,AT产品自主传动路线,并且紧紧抓住新能源市场,加强产学研用合作,依托数字化研发平台,采用先进工具进行数字化产品协同设计与验证,缩短产品设计、试制、量产的周期。并在设计阶段充分考虑市场变化带来的影响,响应市场多品种、小批量的需求,突破产品在传动方案、载荷谱、控制系统软硬件、零部件加工制造和下线测试等方面的关键技术,在优异的硬件性能基础上,以软件充分定义和优化产品功能,加快智能化产品研发和升级,开发出性能和技术含量均达到国际领先水平的产品,全面满足国内商用车用户多样化的选择。

       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,以智能化制造为内核,提升全生命周期的产品价值。构建法士特数字运营监控与分析平台,提供数字化展示内容及效果,实现业务指标监控和异常跟踪,通过PDCA实现管理闭环,基于BI系统完成了统一调度、统一管控、统一集成以及可视化决策和分析的先进制造一体化管控平台。搭建数字化人才培养新模式,持续推进“555”人才发展战略,建立“法士特云学院”在线学习平台,自主开发岗位培训体系,分别针对研发人员、职能人员、产业工人建立不同的人才发展通道,为公司发展提供持续动力。公司制定了十四五“战略引领、创新驱动、顾客先赢、两化支撑、链合发展、文化铸魂”的24字工作方针,指导企业各项数字化专项工作的开展,并通过每两年的主题年活动引导全员参与数字化转型。主题年是法士特独具特色的企业文化和创新发展的金钥匙,是企业战略落地的重要举措。法士特将2022-2023年定为“数字化赋能年”,旨在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,法士特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,摸索出了法士特的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FOCAS、Modbus、OPC UA、Profinet、RS485/RS232串口、S7、TCP等多种主流工业协议,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,智能制造能力成熟度等级自评为4级,网络安全等级保护为2级,DCMM目前冲击4级。企业非常重视自主知识产权的安全可控,目前拥有112项制造业数字化转型领域核心软硬件技术专利,38项软件著作权登记,参与数字化转型相关国家标准4项,制定数字化相关的企业标准50余项。

       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、数字化交付,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、先进过程控制、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、质量精准追溯和产品质量优化等质量管控技术,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和资产全生命周期管理,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、数据增值服务等售后服务内容,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、供应链风险预警与弹性管控,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。

       在整体推进智能制造过程中,法士特构建了可靠的基础设施和IT软硬件设备,数据中心IaaS云平台可用性达到99.9%。围绕“变速器关键零部件加工-总成装配”完整智能制造供应链中研发设计、生产制造、经营管理、市场营销、售后服务等供应链各环节,采用“自主研发+二次升级改造”方式,按照IaaS、PaaS和SaaS标准规范已建成法士特全供应链协同制造云平台。在研发域,以产品生命周期管理平台(PLM)为核心,实现与RDM(研发项目管理系统)、TCM(数字化工艺平台)、SDM(仿真数据管理)、BMS(对标分析平台)、TDM(试验数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺过程设计管理)等系统无缝集成和功能扩展,形成法士特产品从需求到设计生产的研发闭环管理。在制造域,通过SRM(供应商管理系统)、MES(生产执行系统)、TLM(工装刀具管理系统)、WMS(仓储管理系统)、制造数据中心(MDC)、分布式数控(DNC)、设备管理系统(EAM)、CMS(预防性监测系统)、EMS(能源管理系统)和QMS(全面质量管理系统)全方位协同,构建“车间-产线-设备”三级精细化管理制造闭环。在销服域,以需求订单管理系统(OTD)为导入,协同CRM(客户关系管理平台)、售后服务系统、呼叫中心、远程诊断系统、新媒体等多平台,实现销服闭环。在企业管理方面,充分利用ERP(企业资源管理)、OA(协同办公平台)、HER(人力资源管理)、全面预算管理、MDM(主数据管理)和BI(商业智能系统)等将法士特的人、财、物、信息等资源得到有效管理与调控,实现企业运营管理闭环。
 
法士特信息化系统建设情况
图2 法士特信息化系统建设情况

       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,打造了法士特 “四个一”特色(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)智能制造新模式。推进智能制造,使得企业管理成效日益显著,成本不断下降,2021年降本金额达7.6亿元,基于供应链协同实现物流成本降低10%。公司数字化设备比例达95%,关键工序的数控化率100%,企业亩均产值达550万元,智能工厂亩均产值更是高达2250万元。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,年均降碳10000多吨,助力企业可持续发展。通过多年的智能制造实践,法士特培养了一批专业的智能制造规划和实施团队,形成了一套科学有效的选才、育才、用才的运行机制,增强了企业以人才为中心的核心竞争力。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

       1. 项目背景介绍


       陕西法士特集团作为全球最大的商用车变速器研发制造基地,拥有年产销汽车变速器120万台、齿轮5000万只和汽车铸锻件20万吨的综合生产能力。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,生产技术水平提升依赖先进设备与技术引进,对基础技术研究与自主技术开发关注不足,造成技术上受制于人;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。在2015年以前,法士特已经引入了较多数控智能化加工设备,并自主实施了多条产线的自动化精益化改造,但车间生产仍为一人一机或一人多机的管理模式,操作工需要依据工艺文件操作设备进行加工生产,并同时肩负刀夹量准备、上下料、检测工件、维护设备、生产问题反馈等辅助性工作,以上过程自动化水平较低,需要大量高技能水平的操作工,人力人本居高不下;同时操作工成为生产环节的关键影响要素,人员素质、技能水平、质量意识等方面的差异造成过程稳定性有波动,从而影响产品质量;为保证工艺严格执行技术人员需定期对现场进行检查,管控难度大且精细度不足;由于缺乏设备联网与数据采集,车间对现场管控依赖工人填写的各类表单,缺乏数据支撑,形成现场黑箱,难以提升管控水平;生产经营环节建立了ERP、MES、WMS等系统,但系统集成度不足,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。

       此外,在组织管理上,企业多沿用科层制的管理模式,以部门进行业务职责划分,各部门各自为战,容易形成部门墙;为了细化管理,部门层级较多,信息传递不畅通;同时部门间的业务交叉造成推诿扯皮等问题,制约企业经营管理水平提升。在社会责任方面,缺乏系统性的可持续绿色发展理念,制约企业持续健康发展。

       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。

       项目总占地278亩,涵盖齿轮、壳体、装配三大核心工艺。其中齿轮线由13条自动化产线构成,装备含秦川磨齿机、埃马克加工中心等150多台,自动化率100%,产能288万件/年;壳体线由一条变速器壳体生产线和一条离合器壳体生产线组成,装备含进口五轴加工中心等30多台,自动化率100%,设计产能24万件;装配由9个区域组成,共计124个工位,自动化率71.5%,可兼容80余种机型。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,做到精准持续改善。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,同时也是陕西省首家零碳工厂,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。

       法士特在多年的数字化转型中,以智能制造为主要抓手,推动企业高质量转型,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、精密测量、自动化、核心工艺和人机工程作为智能制造的基石,实现工艺规划、智能生产、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、物联网、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,打造“透明、黑灯、数字、智能、绿色、精益” 工厂,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。
 
智慧工厂实施框架
图3 智慧工厂实施框架

       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国际一流的五轴加工中心、高精度秦川磨齿机、七轴发那科工业机器人、智能仓储AGV、精密测量仪器和非标装备等智能装备,并通过在设备上加装各类传感器(水电表、温湿度传感器、加速度传感器、压力仪等),实时采集感知设备状态,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4 智能装备

       (2)自动化

       打通上料、加工、检测、下线、配送等各个流程,基于标准化电气接口、网络接口和业务流程,通过应用52台AGV和120台工业机器人,实现壳体2条加工生产线自动化率100%、齿轮13条生产线自动化率100%、物流自动化率100%和装配自动化率71.5%,大力提高生产效率。其中,在齿轮、壳体机加车间,通过100%的所有业务超级自动化,配合刀具智能管理、实时边缘计算、自适应加工、主轴扭矩监测、夹紧力监测、深度学习光学瑕疵检测等产线关键要素管控的人工智能自决策,实现了机加领域的真正6小时黑灯生产。
 
壳体自动线
图5 壳体自动线
物流仓储自动化
图6 物流仓储自动化

       (3)精密测量

       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三坐标、各类光学检测、双啮仪等精密测量设备,实现机加车间零件关键尺寸100%在线测量和装配车间装配过程关键参数100%在线监测,并将数据上传至质量管理平台,通过趋势分析和预警,保障生产质量。此外,针对特殊生产过程,开展创新技术研究,比如夹紧力实时监测、螺栓预紧力实时采集监测和AMT下线测试技术,均为行业首创,有力支撑生产过程监管控制和产品质量稳定性。
 
精密测量设备
图7 精密测量设备

       (4)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。比如自适应加工技术打破国外机床厂家的技术垄断,单台降低技术成本30万元;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扭曲问题,自主开发扭曲计算软件,精准计算齿面扭曲值,指导加工程序设计开发,并通过创新砂轮配方及窜刀策略解决抗扭加工齿形失真问题,大幅提升砂轮寿命;针对热装对齿,自主掌握了热装精密对齿技术,并实现关键装备国产化看,可兼容30余种变型产品,同时实现全工艺过程的自动化,打破了国外技术封锁,使企业在该领域达到国际领先水平。此外,还有多腔体高压气密测试、全面防错技术、总成下线测试技术、中间轴自动焊接等多项核心工艺,支撑生产制造过程的智能管控。
 
钢丝螺套自动安装区域
图8 钢丝螺套自动安装区域

       (5)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,我们充分应用了各类技术,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。开展人因仿真分析,识别和解决劳动强度、走动、姿态、节拍等问题;利用UR机器人协助工人操作,达到平衡节拍的目的;研发人体外骨骼,改变受力形式,优化作业姿态,降低工人劳动强度;利用智能力臂,平衡拧紧反力,缓解作业的疲劳,通过智能引导,防止螺栓漏拧紧;采用UWB定位技术及智能算法,不断优化工艺流程,减少人员无效走动;与中科院联合开发工业级增强现实系统,辅助现场工人完成一系列精细化装配动作。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9 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,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,共规划建设/扩展了16个信息化系统,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)、QDAS(质量数据采集系统)、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)、TCM(数字化工艺平台)、WMS(仓储管理系统)、TLM(刀具管理系统)、EMS(能源管理系统)、WCS(物流控制系统)、MDM(主数据管理系统)、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16个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。
 
业务全流程数字化方案
图10 业务全流程数字化方案

       (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。
 
生产管理平台
图11 生产管理平台

       (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,熟宣资源集约化配送,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。
 
智慧物流管理平台
图12 智慧物流管理平台
 
5G示范线
图13 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。借助信息化手段实现设备管理信息化,和相关系统集成,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,并基于CMS系统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。
 
智慧设备管理平台
图14 智慧设备管理平台

       (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。
 
质量管理平台
图15 质量管理平台

       (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、门禁管理、车辆管理、数字化月台、环境监测、安消一体等功能进行集成,实时采集园区各子系统数据,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、漏液监测等异常状态。

 
智慧园区管理平台
图16 智慧园区管理平台

       3)以智能化为企业赋能

       (1)数字孪生

       法士特在智慧工厂建设中提出一种基于数字孪生的从规划设计到投产运行的产线全生命周期各个关键阶段的实施方法,采用工艺仿真、人因仿真、产线仿真、工厂仿真、虚拟调试、虚拟现实和虚实映射有效解决工艺方案设计、人机工程分析、产线设计、物流规划、自动化调试、可视化和产线运维等工厂建设中的典型问题。实现了基于工厂建设的全要素三维建模及仿真,在虚拟世界真实模拟工厂世界生产活动,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,实现生产过程透明化。
 
法士特数字孪生产线
图17 法士特数字孪生产线

       (2)万物互联

       在法士特高智新智慧工厂,按照“人机料法环测能”全面梳理各项生产要素,建立了智能感知、互联互通、数据建模、数据应用四层的设备万物互联框架。识别了10类人员要素、179类设备要素、103类料、4类环境要素、10类测量设备、3类能源要素,实现这些要素100%身份管理。在整个生产现场共计加装了16种传感器,5种识别装置,3种智能仪表采集设备运行过程的各种必要数据,最终实现50人联网定位,399台设备要素联网采集,11个环境要素联网采集,46个测量要素联网采集,511块水电气表联网采集,最终实现了共计1000余种数据采集,生产要素要素采集率达80%;通过应用大数据分析等数据应用技术,建立了人员轨迹分析、产线加工效率计算、产线节拍和产能均衡、工艺参数监测、识别预测性维护、环境因子监测、质量数据分析、能耗分析等20余种数据分析模型;通过数学模型精准分析与决策,实现50%控制信号下发。
 
万物互联
图18 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,比如夹具夹紧力实时监测统计分析、齿轮磨削烧伤机器学习分析、基于主轴扭矩监测刀具实时状态分析等,对生产过程实时在线判断是否异常,做到全程无人干预,可实现全天候、全时段全自动生产。
 
黑灯生产
图19 黑灯生产

       (4)智能决策

       得益于生产现场的各类信息化系统,能够将生产过程的数据实时采集,汇聚到大数据平台,构成生产大数据湖。然后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、信号处理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26+项智能场景,实现了工厂的智能化。
 
法士特智能化场景
图20 法士特智能化场景

       (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,实现部门间高效协同;自下而上采集执行层设备实时数据,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。
 
数据闭环
图21 数据闭环

       (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30余项先进技术,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”。目前,已经完成了国内权威组织的“零碳”认证,以实际行动践行绿色低碳的生产理念。
 
绿色低碳
图22 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,法士特根据自身行业特点,从最开始高度重视标准化体系架构建设,深度参与多项国家、行业相关的智能制造相关标准,建立总经理主管的标准工作组,从产品研发、智能制造、工艺生产、材料科学、试验测试、能源环保等多方面全面对企业技术流程进行了标准化规定。同时,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,并且系统的提出智能工厂的框架体系。且以往在具体实施过程中,大多数关键系统、核心技术开发都是供应商“交钥匙”工程,方案的修改、系统的优化和运维管理都受到供应商制约,传统工艺在依托数字化工具进行深度开发时,对应的软件开发工作成为卡脖子环节,法士特通过成立专项小组,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,智能制造推进过程中的另一大阻力就是流程组织的改革,智能工厂的运营与传统工厂有着很大的不同,传统工厂组织分工、管理思想和人员配置都难以支撑智能工厂的运营,繁杂的部门层级和职能独立分散,导致容易出现信息孤岛,业务流程不畅通等问题,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16大数字化系统,联通系统间200多项数据流程,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1000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26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、清洁生产、数智化转型等方法,创新批量应用涵盖制造全流程的31项绿色低碳技术,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,实现亩均产值2230万。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减少产业工人380名,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
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