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大型装备制造企业信息系统转型升级的应用实践

2021/12/8    来源:e-works    作者:冯耀满  刘凯      
关键字:信息系统  装备制造  
在数字化时代中,大型装备制造企业的信息系统转型升级正迈入高速发展的快车道,信息系统将不再只是单纯的数据管理,企业会更加注重体系标准的建立、数据的深度挖掘以及系统的整合升级。
一、公司介绍

       东方汽轮机有限公司(以下简称东汽)隶属于中国东方电气集团公司,是我国研究、设计、制造大型发电设备的高新技术国有企业,是大型船舰用动力主、辅机定点生产企业,也是全国机械工业100强企业和我国三大汽轮机制造基地之一,产品涵盖煤电、核电、气电、节能环保发电、电站服务、新能源材料、分布式能源、电站辅机等多个领域,遍布全国31个省、市、自治区,国内市场占有率超过30%。

       东汽以PDM、CAPP、ERP等系统的集成制造和核心透平设备加工的全面数控化,成为国内乃至世界先进的发电设备制造基地,还建立了完备的质量管控信息化体系以及现代化的测试仪器和配备精良的计量检测系统,拥有350吨转子高速动平衡试验台、多级透平试验台、燃机压气机试验台、轴承试验台、油系统试验台、蠕变持久试验机等一批行业领先的实验设备,完成了核电焊接转子研制中心、重型燃气轮机转子研制中心的建设,具备了强大的产品研发能力。

二、现有信息系统情况

       东汽从2005年开始进行信息系统大规模建设,从最初的PDM到CAPP、产品集成信息共享平台、HCAPP、工时管理系统、叶片型线研发系统(RPG)、材研系统、OA系统、ERP系统等,基本上所有部门均有业务系统支撑,且经过十多年的发展,关键业务数据通过集成接口也实现了数据互联、互通。

       随着市场竞争日益激烈和企业数字化转型实践的深入,如何有效地提高产品质量、缩短产品交付周期、降低产品成本,提高东汽的快速反应能力,提高东汽在市场中的竞争能力,从而提高企业的盈利能力,成为产品研发和制造体系面临的巨大挑战,现有信息系统的局限性也逐渐凸显:

技术体系下的应用系统

图1 技术体系下的应用系统

       ●各业务部门都是小的功能系统,系统之间虽然通过集成接口实现了数据互通,但数据并未集中管理,缺乏统一的平台,部分业务没有全面覆盖,小的系统重复建设,系统并行也造成了业务人员工作繁琐,系统集成和维护难度也越来越大。

       ●专业协同程度不高。例如叶片设计是采用三维参数化设计方式,但工艺还是沿用二维CAPP工艺文件的方式,虽然叶片工艺设计也有较高参数化需求,但没有相应的工具支撑,只能采用普通的卡片工艺的方式。效率是业务人员最为看重的价值点之一,特别是叶片分厂的工艺。业务人员迫切期望实现类似三维参数化工艺的编辑方式,通过零件属性、特征,自动匹配或推荐相似工艺或模板,通过调整尺寸内容,快速生成工艺。

       ●三维应用基础薄弱,目前产品设计仍然以二维为主,三维只起到辅助作用。如何加强三维应用,在三维可视的环境下,对基于 MBD 的设计数据进行承接,并利用标准规范的工艺知识以及先进的工艺方法,来开展详细的工艺设计与管理,是东汽信息化推进的重点需求。

       ●从设计到工艺,所有业务过程均是通过项目计划来管控,但计划管理并没有纳入系统,仍采用线下的Excel管理方式,项目计划组迫切希望能将项目管理和设计、工艺业务过程完整地通过系统关联在一起,实现基于项目的业务流程全过程管理。

       为此,东汽提出了产品重要零部件实现基于三维的设计、制造一体化,打通设计、工艺、制造各个孤立环节,形成三维应用的一体化产品研发制造模式(即三维一体化),实现设计制造全三维和关键业务过程无图纸化,完全基于三维模型进行设计、工艺准备和制造。通过设计制造一体化应用,建立相关的标准和规范,建立设计制造一体化的设计方法和流程,通过三维模型完整表达产品设计、工艺、制造、仿真的边界条件等多种信息,形成基于三维实体模型的完整的产品定义,并将其作为产品制造过程中的单一数据源,实现设计、工艺、制造、检验等业务流程的高度集成。

三维一体化需要实现的目标

图2 三维一体化需要实现的目标

三、转型探索之路

       (一)三维一体化可以做什么

       ●明确需求:

       三维一体化项目的核心是实现平台内外产品关键信息的参数化流转,由二维图纸体系中文件的传递逐步转变为系统可读取分析的信息的传递,不再局限于类似功率等级等简单参数,极大丰富了对产品特征的描述;一些复杂的曲面造型设计和数值仿真优化,也必须依赖三维模型。产品参数既可以成为分类的依据,也可以成为自动化设计的输入,这将简化专业间的协同配合,提高整体工作效率,方便历史设计的价值分析,进一步促进产品的标准化、模块化、系列化。

       ●全业务设计:

       三维一体化工作虽然直观上聚焦于设计平台的替换,但始终是以全面提升公司整体核心竞争力为目标。业务规划的同时考虑如何为管理部门提供项目进度和成本分析的数据、如何为质检部门提供无纸化质检的结构化数据以及质量数据分析工具、如何为车间MES系统提供数据访问接口等等。面向公司全业务的设计规划思路,能够扩大项目降本增效的受益面,使其成为公司全员关注、全员支持的信息化重点工程。

       (二)供应商怎么选

       三维一体化平台要充分发挥作用,一方面必须与产品本身的技术特点紧密结合,另一方面要与企业的精益管理进行衔接,项目的个性化特点十分突出。平台的前期建设主要依赖外部供应商的开发,供应商产品平台的技术成熟度与现场工程师的业务水平都会明显影响平台开发的进度和效果。因此,其它企业的案例并不一定能保证同样的技术在本公司能达到相同的效果。

       为了降低选型风险,东汽先在众多供应商中选定两家供应商,通过咨询项目的方式,突出整体化方案,以方案设计、系统试用、应用打分为主,以打造“三维一体化”平台落地能力为核心重点,使用真实业务数据测试来考核供应商的技术能力、实施经验、责任心以及对东汽项目的重视程度。经过全面技术评估和公司级总结评审,东汽选择了天喻软件为后续平台合作供应商。

       天喻软件针对东汽需求,结合自身的技术方向,提出了“一平台、二协同、三工具”的建设思路。

整体建设思路

图3 整体建设思路

       ●“一平台”:

       建立企业级研发数据交互平台,将设计、工艺数据进行“关联”,方便企业存放“研发知识”。

       ●“二协同”:

       打造“设计协同”的工作模式,支持多地、多人、多时完成三维模型设计;

       打造“结构化工艺”的工作模式,支持机加、装配、检验完成多工艺设计。

       ●“三工具”:

       提供“DFM”工具,支持设计到工艺过程中的可制造判定,减少设计错误;

       提供“Inte3D”工具,支持装配、机加、焊接中的三维场景应用,提高工艺可视化水平;

       提供“InteVUE”工具,支持三维模型从设计到制造环节的推送,支撑MBD的运用。

       (三)现有系统数据如何切换

       ●平台技术保证

       采用在一个平台中同时兼容二维和三维的技术路线,在现有三维应用持续完善的过程中,先采用“两条腿”走路的方式,保证业务的正常开展,再通过各专业组的计划指标,逐步过渡到全三维的业务环境中来。

       ●三维技术规范体系和路线的制定

       采用局部服从整体,上游服务下游的基本原则,充分体现跨专业协同的要求,必要时可以进行归口业务的调整。

       ●项目推进策略

       先完成一个相对标准的真实产品三维一体化新技术体系测试。为了保证项目测试不影响产品交付,测试选取厂内自行加工产品部分,覆盖设计、工艺、制造和质检,重点为制定新体系下的技术标准,以及新平台跨专业、跨系统的协同。项目组定期对项目测试情况进行复盘,确认后续的测试项数量和内容,以保证软件功能和业务拓展的进一步迭代。

四、实践经验

       (一)解决方案业务架构更加完整

       东汽三维一体化平台项目不局限于某个部门和东汽本身,具有大型装备制造企业的典型性,其应用将具有更大的深度和广度。因此必须从三维协同设计、产品数据管理,到工艺执行,工艺知识管理到车间质量管理全方位的业务需求来整体规划业务解决方案,以满足企业业务不断发展的需要。

       天喻软件的三维一体化平台,覆盖从需求分析、概念设计、产品设计、工艺规划、生产制造、售后服务等全价值链的业务过程及数据管理,形成一个集成的信息管理平台,具有大数据量、大并发量、高性能、高稳定性、高扩展性,支持私有云、公有云部署等特性,同时支持国产数据库、国产操作系统。

平台解决方案

图4 平台解决方案

       (二)业务管理更为重要

       东汽三维一体化平台项目不仅仅考虑部门内部的协同,还大量涉及部门间的协同,给产品数据的统一管理,产品结构的维护,项目的协同都带来了巨大的挑战,频繁的信息交换也给知识管理和技术保密工作增加了复杂度。

       东汽三维一体化平台项目更侧重业务管理的要求和系统功能的完整性,以控制整个企业的管理业务标准化和规范性。

       天喻软件结合东汽业务打造的三维一体化平台,具有如下特色:

       ●提供支持复杂流程模板定义及驱动的能力,满足企业实现复杂的业务过程电子流程化处理。

       ●支持MCAD协同设计,具有动态感知,实时更新的能力,为设计团队的协作设计提供助力。

       ●支持ECAD和MCAD协同设计。

       ●提供结构化工艺设计管理能力。

       ●内置完全自主知识产权的在线三维模型浏览器,支持在线可视化浏览二三维模型图。

特色能力

图5 特色能力

       (三)实施方法更复杂

       像东汽这样的大型装备制造企业的项目实施和一般企业有很大不同。大型装备制造企业项目牵涉面广,起步不宜过于追求大而全和一步到位,这样会造成巨大投入和实施工作量,但更不能起步太低,而仅仅满足于一般企业信息化的内容,一定要有高度,统筹规划好当前业务目标和未来企业发展的需要。信息化建设和信息系统转型升级不能是交钥匙工程,要选择一家长期的合作伙伴,不断分步投入、分步实施、分步见效,往往需要更多时间来规划并考量阶段目标,要确保投入的可操作性和对企业基础信息化、标准化的促进作用。

五、应用成果

       (一)设计协同

       业务需求:

       ●具备零部件装配功能,通过系统中已有零部件模型进行装配,生产新的部件。三维协同设计,实时感知并获得团队成员最新成果。

       应用价值:

       ●项目团队或工作组级的产品数据管理解决方案;

       ●变单向提交模式为团队协作模式;

       ●以数据对象为协作载体,能协同感知、增量处理。

产品协同设计

产品协同设计

图6 产品协同设计

       (二)PMI的提取与利用

       业务需求:

       ●通过三维设计得到的模型或相关数据,能满足后续产品环节的需求,打通整个产品链的数据传递与处理;

       ●实现模板化工艺自动编制;

       ●实现质检数据的有效传递。

       应用价值:

       ●三维模型的PMI信息全提取,能够通过后台收集并积累相关信息,提升容错率;

       ●能够将PMI信息数据化,并打通向下游的数据集成(质检系统等);

       ●辅助工艺人员实现工艺快速生成。

PMI信息提取与展示

图7 PMI信息提取与展示

       (三)三维可视化浏览

       业务需求:

       ●基于三维的在线审阅、批注;

       ●解决下游工艺、生产、服务等其他部门对三维可视化的需要。

       应用价值:

       ●根据相应规则,在完整的三维模型基础上处理得到不同场景下所需的轻量化模型;

       ●解决CAD模型在后续工艺、生产、服务等的应用。

三维可视化预览

图8 三维可视化预览

       (四)基于三维工艺BOM规划

       应用价值:

       ●基于EBOM和三维展现快速搭建PBOM;

       ●基于三维模型可搭建PBOM;

       ●支持模型的检查,数量、位置。

基于三维的工艺BOM规划

图9 基于三维的工艺BOM规划

       (五)结构化工艺

       业务需求:

       ●卡片工艺难以满足工艺数据管理要求;

       ●卡片工艺数据维护、复用、统计、集成困难。

       应用价值:

       ●提供设计/工艺/制造一体化解决方案;

       ●基于三维模型的工艺数据管理;

       ●与卡片工艺的数据互联互通;

       ●可以实现基于三维的工艺规划与仿真;

       ●工艺设计流程规范、标准;

       ●支持工艺数据挖掘和知识积累;

       ●免去了工序串联的工作;

       ●规范了特殊符号等数据格式,有利于与ERP\MES系统的集成。

六、结语

       在数字化时代中,大型装备制造企业的信息系统转型升级正迈入高速发展的快车道,信息系统将不再只是单纯的数据管理,企业会更加注重体系标准的建立、数据的深度挖掘以及系统的整合升级。而每个企业的实际业务需求都存在差异性,企业不必盲目迷信大品牌的广告效应,需要结合自身情况,充分论证并选择合适的转型升级策略,才能保证企业信息系统的转型成功。
 
责任编辑:程玥
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