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[国资报告]东方电机:数字化车间打造“未来工厂”

点击数:715 发布时间:2021-08-27 16:55:21
       走进东方电气集团东方电机有限公司(下称东方电机)定子冲片数字化车间,“未来工厂”的科技既视感扑面而来:
       云端制造运行管理系统下达指令后,机器人AGV自动把生产物料送上对应的机台,智能产线经过卷料上料、冲片落料、去毛刺等工序后直接产出定子冲片成品。车间高清大屏准确地报告着每台设备的生产情况和物料的状态,产品的质量检验结果一目了然。
       在东方电机,像这样的数字化车间不止一处。定子线圈、转子线圈两大生产车间的自动生产线上,各个环节在井然有序地高效运转。
       “实话说,四年前,我们对于什么是数字化、如何推进数字化还不是很清楚,完全是摸着石头过河。”东方电机智能制造专项工作组技术总负责人、公司副总经理陈文学回忆称。
       从2016年投石问路到2020年数字化车间建设圆满收官,东方电机用4年时间投入2.2亿元,初步实现了一家传统重型装备制造企业的数字化升级。投身这场技术驱动下的自我革命,东方电机破茧蝶变,沉淀出的一套特有的数字化转型方法论,赋能企业核心竞争力再造。
 
高效绿色引领智造突围
       大数据、云计算、人工智能、工业互联网等多种数字技术的集群式创新突破与制造业的深度融合,催生出制造业数字化变革的强大动力。
       从德国“工业4.0”,日本“互联工业”,再到“中国制造2025”,在国家战略的顶层谋划下,GE、西门子、霍尼韦尔、三菱、徐工等产业巨头相继投身洪流抢占赛道,助推数字经济时代加速到来。
       拥抱新纪元,制造业数字化转型的需求归根结底源自市场和业务。
       成立于1958年的东方电机,相继自主研制出三峡、白鹤滩等巨型常规水电机组和长龙山、绩溪超高水头大容量抽水蓄能机组、“华龙一号”“国和一号”等第三代核能发电机、单机容量全球第二、亚太最大的10MW海上风电电机等性能行业领先的高端产品,形成了“水、火、核、气、风”多电并举的产业格局。近十年来,东方电机水电、常规火电等主业产品的平均市场占有率长期保持行业第一,核电、气电更是占据半壁江山。
       市场根基扎得越深,环境变化的冲击感就越强烈。陈文学告诉记者:“近年来,国内电力市场需求增长的持续放缓,发电设备行业产能过剩进一步加剧、价格持续下滑、产品同质化竞争现象明显,用户对产品质量、成本、交期的要求越来越苛刻。此外,市场对发电装备的绿色低碳、环保节能提出了更高要求。”
       需求升级下,实现个性化生产,优化产品结构迫在眉睫。不断上涨的原材料、人力、能源等成本压力,成了企业转型升级的内在动力。
       纵观GE、西门子、三菱等行业巨头,得益于企业在工业互联网、智能制造领域的先期积累,已经率先尝到甜头。以三菱电机为例,其在名古屋制作所的智能制造解决方案的“样板工厂”能源成本相比此前削减约30%,制作所全年耗电量削减13%。
       “国外企业通过柔性制造技术赋能下生产制造成本大幅降低。随着国内人工成本的持续增加,东方电机如果失去制造成本优势,企业利润将会受到直接影响。”陈文学说。
       升质量、提效率、降成本。制造业升级的十字路口上,数字化转型已成必经之路。以此为引领,2016年,东方电机在国家工信部支持下拉开了智能制造数字化工厂建设的序幕,成功向工信部申报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”,同时向智慧产品和智能生产两个方向发力,全面提升企业的核心竞争力,助力企业转型升级。
 
精益先行打造透明工厂
       与汽车、电子等流程式大批量产品制造企业不同,电机尤其是大型电机主要以离散制造、手工制造为主。不同型号甚至是相同型号产品的零件尺寸、制作工艺、工位需求均有不同,零件品种多、产品结构复杂的制造特点,使其难以实现批量化、自动化生产。
       改变拥有百年历史的电机生产工艺,并非易事。东方电机没有退缩,而是将数字化试验田选在了发电装备制造领域生产模式最传统、作业强度最高、改造难度最大的三个共性核心零部件——定子线棒、转子线圈、定子冲片。
       “电机零部件数量庞杂,生产工序成千上万,仅这三个核心零部件的工序就占到其中的十分之一。如果这三大零部件生产车间数字化探索取得成功,就意味着工厂里没有什么工序,不可以改变。”陈文学说。
       彼时,国际上大型离散发电装备相关制造技术不断演进,智能制造评估体系和规划方法论不断完善,国内同行业并无成功经验可供借鉴。进入智能制造“无人区”,东方电机必须紧紧围绕企业生产制造实际,有的放矢寻求智能制造突围之路。
       “项目建设初期,我们发现产品制造工艺和产品结构五花八门,标准不一,为项目推进带来很大难题。”陈文学说,“技术、工艺、流程等的标准化、精益化,正是数字化转型的基础。”
       数字经济时代,“互联网+”使得个性化和小批量正成为客户需求的常态。企业为了提高竞争力,必须以更快的交付和更低的成本来满足客户需求。精益思想下,就要求企业在数字化车间项目建设初期,积极应用数字化工厂仿真技术将生产过程做到极致,减少浪费,最大限度实现按需生产。
       智能制造,精益先行。在数字化车间建设初期,东方电机用时一年多,走访调研、比较对标,深度剖析企业的自身特点,理清企业现有生产制造模式的劣势,找准痛点,明确定位,将“精益先行”的核心思路贯穿建设始终。
       在规划设计期,东方电机利用数字孪生虚拟工厂对车间工艺布局、生产节拍、AGV物流等提前进行规划定位,解决前期生产核心技术问题。
       在生产过程中,东方电机集成先进的数采系统,工控系统和制造运营管理系统,在制造过程实现自动排产调度、工位自动报工、自动跟踪预警、故障自动推送等。它将生产的各个环节进行数据存储、分析、转化,并最终服务于生产的各个环节,跟踪追溯改进产品质量和生产工艺。
       在生产前后端,东方电机集成上下游供应链管理系统和仓储系统,实现内外物流可视化、物料交接零时间、降低库存积压。生产管理模式流程化、扁平化和透明化初步实现。
       以精细管理为方向,三大数字化车间已构建完成了由制造运营管理(MOM)、质量管控、物流管控、生产过程决策支持等业务系统组成的数字化协同制造平台。实现PLM、ERP、MOM与现场设备的集成,监测关键工序的生产环境指标,建设可视化的生产控制中心,实时传递设计、工艺、制造、质检、物流、监控全程数字化管理。
       在这座“透明工厂”中,三大数字化车间运营成本、产品不良率、生产效率和能源利用率等得以优化:
       定子冲片车间在智能制造数字化升级前,一条生产线共有12—14个人,现在只需要2—4个人就可以负责整条产线;转子线圈车间对串行的17个工序进行工艺流程再造,优化后形成端部线与直线段并行的9个工序,其中关键工序有8个,实现数控化加工有7个,数控化率达到了77%。
 
“四化融合”重塑管理模式
       数字经济与实体经济的深度融合,为传统制造业带来的变革迅猛强劲。对于东方电机而言,企业在攻克发电装备制造领域生产模式最传统、作业强度最高、改造难度最大的定子线棒、转子线圈、定子冲片三个零部件的数字化转型难题中尝到了甜头,步履更加坚定。
东方电机数字车间“驾驶舱”
       随着三大数字化车间建设项目的持续推进,更多信息技术以外的深层矛盾浮出水面。
       以连接、共享为本质的数字化平台之上,实现了人与人、人与物、物与物之间的数据贯通。“当生产流程实现数据驱动后,以人工为主的计划下达、质量管理、人员派遣等传统管理体制,与之格格不入。”陈文学表示,“究竟是数字化适应现有管理体制,还是现有管理体制适应数字化,两大问题交织在了一起。”
       不过,透过车间成本统计这项小小的数字化变革,让陈文学肯定答案一定是后者。
       “过去,工人完工后先报工,再由会计人工核对。现在,生产线实现数字化后,工人任何一个动作都会形成数据被及时、准确传递,完全不需要事后人工统计。”他说。
       信息技术与工业技术的深度融合,使得传统职能管理模式下的部门墙、流程墙消失不见。抱持固有管理模式尝试数字化转型,企业显然难以实现根本转变。
       “数字化转型需要将‘两化融合’的概念上升到信息技术、工业技术、管理技术和数据技术的‘四化融合’,将管理提升作为数字化转型战略的重要基础,与数字化技术并行升级,实现先进生产力和先进生产关系的高度耦合。”陈文学表示。
       四化融合,人才结构要配置科学。在推进数字化车间建设过程中,东方电机以高层战略为引领,组建起一支由业务部门牵头、信息化团队和管理架构团队与之协同的攻关队伍,统筹开展公司数字化建设的总体规划,分步骤有序实施数字化车间建设。
       四化融合,决策程序要靠流程驱动。在推进数字化车间建设过程中,东方电机积极构建高级自动排程等系统,实现计划、执行、物流、质量、设备的集成管控,在绩效分析、质量控制、设备维护等关键环节实现数据驱动的生产过程决策优化。
       在数字化车间建设过程中,东方电机通过对生产模式、仓储物流、指挥调度、计划管理等诸多业务的颠覆性重塑,消除了跨部门流程中职责不清的“灰色”地带。
       破旧立新,动能释放。三个数字化车间生产管理面貌焕然一新:
       定子线圈数字化车间打破线圈制造业以人为主的传统制造模式,每年预计节省人工成本793万元,节约模具费用290万元,质量损失减少55万元。
       定子冲片数字化车间基本完成“少人化”生产,生产效率提高48.2%、运营成本降低31.9%、研制周期缩短30.7%、能源利用率提高57.3%。
       转子线圈数字化车间实现转子线圈全类别产品的加工工艺流程升级,生产效率提高28.1%、运营成本均降低21.3%,节约生产成本444.57万元。
       围绕痛点、难点和堵点,管理模式的持续变革为东方电机数字化转型奠定坚实基础。在向智能化发展迈进过程中,企业内部业务流程的互联互通对扁平化组织体系要求更加严苛。“我们深刻认识到企业顶层的管理架构和模式变革迫在眉睫。只有彻底实现向流程管理模式的转型,才能真正实现互联化以及向智能化的转变。”陈文学目标坚定地说。
 
迭代进化迈步世界一流
       搭建1个数字化协同制造平台,支撑3大核心零部件车间数字化智能制造,形成若干智能制造单元尝鲜智慧制造……四年来,东方电机在实施“大型清洁高效发电设备智能制造数字化车间建设”项目过程中,打造形成的“1个平台+3个数字化车间+N个智能制造单元”模式,构筑起企业数字化转型的坚实底座。
       “这一过程中,东方电机形成的‘四化融合、顶层架构、统筹规划、分步实施、精益先行’的经验,完全可以在大型复杂装备制造业进行复制推广。”陈文学说。
       勇闯大型离散装备制造数字化转型“无人区”,让东方电机积累了宝贵经验,形成了制胜法宝。循着这一契合企业实际的数字化路径迭代演进,东方电机进入了转型升级快车道。
       当前,在电力能源行业新一轮的产业链结构调整和价值链重塑进程中,下游用户端对于火电需求正由数量供给向质量供给转变,清洁能源发展速度稳步提升,泛在电力物联网和能源互联网快速发展等因素,促使电力供应产业链中的设备厂商必须主动变革,借助信息化、数字化、智能化手段把服务向供应链的前端和后端延伸,扩大服务范围,拓展服务群体,不断提供增值服务内容。
       顺势谋变,东方电机确定了“百亿东电、世界一流”的奋斗目标,提出从产品制造企业向服务型制造企业转型。这一战略引领下,东方电机数字生态体系迭代进化方向明确。
       2020年7月,东方电机正式发布了《东方电机数字化工厂建设2020—2025规划纲要》,围绕产品和服务全生命周期业务流程以及管理和业务支撑能力建设,全方位部署企业数字化建设板块。
       “阔步‘十四五’,我们以2025年建成‘东方电机绿色互联数字化工厂’、实现效率倍增为目标,深度利用数字化手段,助推企业高质量发展。”陈文学表示。
       从数字车间到数字工厂,一场更深层次、更具系统性的创新蜕变积蓄巨大能量:
       需求端来看,为适应泛在电力物联网和能源互联网变革趋势,数字化工厂建设将逐步实现机组的全面感知、状态评估、故障推理、调节逻辑、动态优化,提高产品的智慧化程度,赋予机组在线全息检测和远程诊断的能力,为客户提供智能化产品及数字化虚拟产品,为客户的数字孪生、智慧电站、智慧电网的应用赋能。
       供应链端来看,东方电机以推动数字化供应链建设为抓手,积极推动采购和执行各环节的业务流程重构、制造过程信息透明化、物流配送优化和资金高效运作,建立跨组织双赢的业务流程,打造深度交互和高效协同的供应链组织模式,并探索供应链数字化平台建设、供应链管理能力以及工艺技术服务输出。
       聚焦攻坚,作为数字化工厂建设的一项标志性成果落地见效。目前,东方电机自主研制的大型汽轮发电机组诊断模块已在万州、横山两个电厂4台百万机组上实现了示范应用,未来将为客户提供更加智能的系统解决方案和设备全生命周期服务。
       “对能源装备制造企业来说,数字化、智能化转型已经不是一道选择题,而是一道必答题。”东方电机党委书记、董事长刘辉表示,只有主动出击、拥抱变革,加快推动数字化、智能化转型,才能在生存中求发展。
       如果将数字化车间建设比作东方电机数字化1.0时代,那么数字化工厂建设就意味着数字化2.0时代的开启。在持续的迭代升级中,东方电机迈步产业价值链上游的方向更加明确,步履更加坚定。驰骋电力能源市场,东方电机数字化2.0开启了企业高质量发展的新篇章。
 

文 · 本刊记者 王倩倩

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