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旭升集团:以智能工厂为引擎,加速轻量化汽车零部件发展

2025-01-31e-works整理

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本文为“2024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2024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

       宁波旭升集团股份有限公司(简称“旭升集团”)始建于1994年,从模具制造为起点,逐步延伸至铝合金压铸、锻造、挤压和系统集成等领域。30年来,旭升集团一直专注于铝合金轻量化应用的研发与制造,主营产品聚焦于新能源汽车核心三电系统、轻量化车身结构件及储能结构件等。公司拥有压铸、锻造、挤压集成三大事业部,以及3大全球技术研发中心和12大数字化生产基地,具备年产50万吨新能源铝合金部件生产能力。作为全球首批跻身新能源汽车行业的零部件企业,旭升集团已是轻量化领域的领军企业。2024年,公司实现营业额48亿元,员工数量5000人,总部位于宁波,生产基地分布在宁波、湖州和墨西哥。

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图1 宁波旭升集团股份有限公司

       二、企业在智能制造方面的现状

       在数字化工厂方面,旭升集团拥有压铸、锻造、挤压集成三大事业部,12大数字化生产工厂,目前全部采用以MES平台为核心、SCADA系统和EAM系统为协助的生产运营管理MOM平台。此外,公司2023-2024年度实施完成SAP、CRM、SRM、PLM及X-IOS大数据平台等系统,与OA、HR等系统,构建了旭升“5+1+N”的数字化架构。

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图2 “5+1+N”的数字化系统架构

       旭升智能工厂的建设架构基于智能制造与数字化技术的深度融合,全面贯彻“智能、绿色、高效”的理念。其总体架构包括生产端、数据平台层、信息系统建设及数字化场景四大方面。生产端利用先进制造技术、自动化设备和数字技术,实现现场数据采集和厂区智慧化管理;数据平台层以X-IOS工业互联网平台为基础,集成标准库、模型组件、知识管理,形成旭升企业大脑。在信息系统建设方面,布署ERP、MES、PLM等系统。数字化场景在数字化设计、智能化生产、精益化管理、绿色化制造的基础上,探索网络化协同、模型化发展的发展模式创新。

       在智能工厂应用场景方面,旭升集团的典型应用场景包括先进数字化制造技术的导入、企业大脑和X-IOS平台的开发、产业链协同共生。在先进数字化制造技术的导入方面,公司引入3D打印、物联网(IoT)技术、全自动流水线、机器视觉与精密检测等技术,有效提高生产效率,降低生产成本,提升产品质量。在业大脑和X-IOS平台的开发上,企业实现了数据的高效整合、安全存储、快速处理、智能分析、便捷共享和可视化展示,以支持旭升集团以及产业链上下游企业数据驱动决策制定、业务创新和效率提升。在产业链协同共生方面,公司利用 PLM系统作为协同设计平台,提升产品设计的效率、准确性以及跨部门、跨组织之间的协作能力;通过X-IOS平台实现在集团层面统一制定生产计划;并向供应商开放端口,开展计划交货协同。

       三、参评智能制造项目详细情况介绍

       本项目重点实施MOM、PLM、CRM、X-IOS等软件系统,并部署立体仓库、在线检测等综合解决方案,以及引入挤压机、机器人、自动测壁厚机、超声波探伤机、三坐标检测等数字化智能设备,实现软硬结合与智能制造的转型升级。项目围绕整体规划、组织和文化建设、MOM实施、X-IOS数字赋能平台实施、CRM实施、PLM实施、智能化仓储物流方案、新技术应用场景等角度展开了实施与应用。 

       1. 项目背景介绍

       公司自成立以来经历了高速发展,但近年来面临着内外部不确定性,给公司发展带来很大的挑战,同时自动化技术、数字化技术的进步,也给公司数字化转型和智能智造建设也带来一些机遇。

       公司面临的挑战:外部包括世界政治经济不确定性,如中美贸易摩擦加剧,关税不确定,海运成本上涨等;行业竞争加剧,没有技术、规模或者成本控制优势的企业面临淘汰,要发展必须转型升级;主机商客户需求不确定且要求更严格,高质量短交期。内部表现为业务流程较多不规范,数字化转型变革压力很大;数据基础较差,数字化转型底座不牢;数字化认知和人才短缺,数字化转型人才缺失;一把手期望和数字化呼声很高,转型时间压力很大。

       公司面临的机遇:自动化技术、先进生产装备的进步;数字化技术的进步,物联网、人工智能、大数据等技术日益成熟;公司一把手对数字化的重视和理解;公司管理人员数字化意识提升与员工执行力提升;应用软件的稳定和实施方法论的成熟,使多个系统快速上线成为可能。

       2. 项目实施与应用情况详细介绍

       1)智能制造,战略规划先行

       为了支撑“轻量化、全球化、智能化”业务战略,公司携手德勤管理咨询,一起从治理模式、组织与人员、流程与绩效、平台和工具等维度,全面构建数字化战略,搭建“两面一底座”数字化整体架构和“5+1+N”的数字化架构。

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图3 业务战略驱动数字化战略

       在此架构下,公司依托数据、集成服务等基础服务工具,以工业互联网平台为核心,应用产品全生命周期管理、主数据管理、企业绩效、资金管理、客户系统平台、企业资源计划管理、客户协同、供应商关系与协同、制造执行、质量管理、仓储物流、运输执行等系统,搭建大数据分析、人工智能、边缘计算、工业APP等新兴数字化技术应用场景,实现工厂与上下游企业的高度协同和数据贯通,建成全流程数字化工厂。

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图4 “两面一底座”的数字化整体架构

       2)组织和文化建设

       针对公司现状与规划,公司制定了为期两年的智能制造行动计划(2023-2024),旨在建立数字化的组织和文化、智能化的工厂和车间、业务财务一体化、产品全过程追溯、业务决策数据化。

       作为数字化转型与智能制造落地的保障,公司首先聚焦于组织与文化的革新,以适应数字化、智能化生产的迫切需求。为此,公司邀请安永管理咨询作为战略顾问,通过业务拉动,流程驱动,形成了旭升敏捷化组织和快速响应能力,确保能够在市场变化时,迅速响应客户需求,保证订单交付的及时性。

       3)MOM生产运营管理系统实施

       旭升MOM生产运营管理系统由传统的MES生产执行系统、SCADA系统和EAM设备管理系统等组成,覆盖了从集团COO办公室、集成计划部到各个工厂的计划管理、生产管理、成本管理、质量管理等业务的运营管理。

       MES系统方案通过感知层与采集控制层的数据采集,与ERP、PLM、WMS等系统集成,实现计划管理、作业管理、设备监控、质量管理、设备管理、异常管理、产品追溯等功能,为公司实现产品全生命周期溯源、生产过程透明化、提高企业决策能力提供重要保障。产品选型以杭州塔网MES系统为基础,根据旭升生产运营特点进行了大量二次开发,具体功能包括计划管理、作业管理、设备监控、追溯管理、模具管理、质量管理、报表查询以及同其他系统集成等。MES系统实施推进,首先选取了一家试点工厂实施,上线成功后快速复制推广到其他工厂。

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图5 MES系统架构图

       SCADA数据采集通过北京亚控的SCADA平台将所有工厂的设备连接起来,互联互通,实现数据采集、汇聚、计算、展示和分析等功能。具体操作包括各厂区的生产数据首先汇聚到片区SCADA系统;对数据进行清洗,避免异常数据触发某些应用逻辑,造成系统异常;SCADA系统将关键工艺参数、设备运行状态等实时数据直接转发至第三方可视化应用;SCADA系统对采集到的生产数据进行计算、分析,得到设备综合使用率、设备时长统计、当日加工情况统计等其他处理后数据,再通过接口转发至第三方可视化应用进行展示。

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图6 SCADA系统整体架构图

       设备管理系统EAM因纸质记录效率低下、维保执行不明、备件追踪缺失、实物与账务不符、预测性维护缺乏、效能分析不足等问题,以及模具业务管理颗粒度无法快速响应当前市场需求而构建,旨在实现合规及满足市场要求;统一管理语言,减少沟通成本;搭建标准设备管理信息化平台,提升管理效率;横向拉通业务,初步实现业务互通互联;提供决策支持,运营数据透明化;建设设备全生命周期业务管理;全面打破信息孤岛,实现业务互通互联。

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图7 设备管理系统数字化管理界面

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图8 设备管理系统数字化管理界面

       产品全生命周期溯源基于MES系统实现产品覆盖产品采购、仓库、加工过程、总成零件、客户、可疑产品等正逆向的全流程追溯。

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图9 产品全生命周期追溯图

       生产全过程透明化管控旨在实现多项关键功能,包括管控各工序作业流转,实现产品单件/批次生产全过程追溯;通过精准追溯,将响应时间从原来的4小时缩短至0.5小时;生产数据准确,特别是在制品数据的即时性与准确性;利用各种便捷数据采集手段,实现数据采集的实时性、准确性,减少员工操作,提高效率、实现信息的透明、协同。

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图10 生产过程透明化管控

       质量管理通过质检计划建立、质检数据采集、质检分析、质量控制、质量报告、持续改善等模块,实现质量闭环管理。

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图11 质量管理流程图

       成本管理通过对产品工、料、设备、质量、管理的多维度管控,实现全流程的产品成本控制。

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图12 成本管理原理图

       可视化管理通过建立生产指挥中心,实现车间生产派工、生产进度、产品良品率等关键数据把控,为决策提供量化依据。

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图13 生产指挥中心数据看板图

       企业决策能力提升通过企业管理者对生产过程的每个领域都拥有敏锐的洞察力,从而对各种状况做出快速反应,保证整个企业运行的畅通。

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图14 企业决策能力架构图

       通过MOM实施,企业实现生产过程数字化与全程可追溯。通过单件码、箱托号、批次号精准查询产品生产时间、生产状况及产品去向,快速响应,查询时间由原来6小时缩短至5分钟。目前,企业拥有从原材料开发、设计研发、模具开发和制造、产品压铸成型和高精度加工的全流程高集成的解决方案。企业以新一代数字技术应用带动全体员工的数字化能力塑造,建设协同化组织,建设以企业大脑、控制塔技术、数字化协同平台为核心的多工厂协同、个性化定制、柔性生产为主要特征的智慧工厂,旨在打造以“个性化定制方向,网络协同制造方向、服务型制造”的智能制造新模式。
 
       4)X-IOS数字赋能平台建设方案

       原有的X-IOS更多是报表功能,随着集团以及上下游企业应用深入,亟需提升功能,打造成综合性赋能平台,主要涉及工作:数据治理与MDM系统搭建、数据湖建设、人工智能在数据平台上应用、同现有系统集成、在产业链上下游、平行企业推广应用。平台建设的整体目标是实现数据的高效整合、安全存储、快速处理、智能分析、便捷共享和可视化展示,以支持旭升集团以及产业链上下游企业数据驱动决策制定、业务创新和效率提升。

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图15 X-IOS数字赋能平台整体架构

       鉴于集团缺少主数据管理平台,主数据的唯一性、准确性和完整性得不到保障,无法支撑业务的正常运行,导致生产效率降低和企业运营成本增加等问题。因此,公司推动MDM主数据管理平台上线,包括主数据采集、监控、处理分发等通用功能,实现集成管理、模型管理、质量管理、数据管理、规则管理等业务功能。

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图16 主数据管理平台架构图

       5)CRM方案

       以旭升销售服务体系现状为依托,重点从优化服务流程、增量客户向存量客户转移、大客户经营规范、洞察市场需求、项目跨部门协同、合同履约质量等核心环节优化,实现销售服务的数字化、集成化、移动化、流程化,达到协同创新、优化运营模式、提升盈利水平、提高客户满意度等目标。CRM通过开发标准API接口和低代码集成平台实现与异构系统的集成。CRM的核心应用为目标管理、客户360视图管理、客户分类分级、商机管理、销售预测及达成率、销售业务闭环管理、应收账款催收管理、客户满意度。

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图17 CRM系统架构图

       6)PLM产品全生命周期管理平台

       PLM平台作为旭升智能化战略的重要支撑,承担着旭升智能研发的决策支持管理、项目管理、产品数据管理、产品工艺管理、模具管理等业务。该平台包含项目管理、图文档管理、项目管理、物料管理、BOM管理、模具管理、工艺管理、流程管理、问题管理、变更管理、IT系统集成管理等十一个部分。其系统架构对标APQP流程,以项目为核心,关联产品数据,固化业务流程,实现在线电子审签;对业务过程数据进行集中管理,逐步形成旭升集团知识库,将模板、标准文件、问题经验、文件经验等多种数据资产统一管理,实现共享复用,持续为旭升提升数据价值。旭升 PLM 系统需要与CRM、SAP、EAM、MES、企业微信等业务系统集成。

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图18 PLM产品全生命周期管理平台系统架构图


       7)智能化仓储物流方案

    自动化立体仓库包括升降平台、堆垛机、货架等硬件设施,执行物料入库及产品出库流程。仓库管理系统(WMS)具备决策分析、入库管理、存储管理、出库管理、策略管理、基础数据等功能。仓库控制系统(WCS)系统实现了对各种设备系统接口的集成与统一调度、管理,协调各个输送设备段完成仓库的出入库任务需求,并通过实时收集设备层反馈,保障设备的实时监控及对任务执行状况的实时跟踪。

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图19 仓库控制系统(WCS)

       8)新技术场景应用方案

       人工智能在线检测方案采用图像识别相机设备,基于AI智能处理判断,快速设定识别检测。在产品切边工序之前需要进行定位,通过图像识别相机进行定位,确保生产线的产品精度、质量及设备的可靠性。针对连续不断变化的产品和环境必须采用高智能的自动设定与调整的人工智能设备。

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图20 人工智能在线监测系统架构图

       智能激光打码方案使用激光打印头,通过MES与打码设备互联,实现MES派码,激光打码,并进行产品二维码重码识别,错码识别。

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图21 智能激光打码方案图

       设计仿真数字化通过UG软件实现三维模具设计,装配应用ABAQUS有限元软件,解决从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。通过集设计与仿真一体化的数字化辅助设计系统,大大提升了开发效率,减少调试过程的浪费。

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图21 研发设计仿真图

       3. 效益分析

       通过建设轻量化汽车关键零部件智能工厂,旭升集团取得了诸多效益。在经济效益方面,主要表现如下:

       1)通过数字化技术的引入,生产过程实现更高的自动化、智能化和精细化,从而加快生产速度,提高生产效率,增加企业产量。

       2)通过数字化系统对供应链的精细管理,及时监测和掌握物料库存情况,避免因物料过剩或短缺带来的浪费和延误。同时,数字化系统可以对供应商进行评估和选择,寻找更具竞争力的供应商,获得更好的物料价格和质量,从而降低物料成本。数字化改造还可以减少对人工劳动的依赖,从而减少人力成本。

       3)通过对生产全流程原辅料、包材、产品生产过程、物流运输、销售等环节进行数据集成,企业根据集成信息进行实时分析,管控产品全生命周期质量安全,提升产品质量,提升企业服务品质,提振消费信心,间接提高产品销量。

       4)通过对轻量化汽车关键零部件制造过程数据的挖掘和分析,提升轻量化汽车关键零部件全产业链信息化管理水平,从而提高企业智能制造创新能力和现代化服务核心竞争力,切实提升企业示范带动影响力,实现差异化竞争并增强企业盈利能力。

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图23 智能工厂建设项目取得的经济效益(2024年10月统计)

       在社会效益方面,主要表现如下:

       提升劳动生产率。数字化转型可以提升企业劳动生产率,从而推动整个国家的劳动生产率提升。通过引入先进的生产管理系统、数字化生产工艺等措施,提升企业的生产效率和管理效率,进而提高整个社会的生产力水平。

       推动产业升级。通过数字化转型,企业实现生产过程的智能化、自动化,提高产品和服务的质量和竞争力。这将促进相关产业的技术水平和管理水平提升,推动整个产业的升级和发展。

       提高就业机会。企业数字化转型可以增加高新技术和信息技术领域的就业机会。由于数字化转型需要大量的技术工程师、信息技术专家和运营人员,从而有效地促进相关领域的就业。同时,数字化转型还会催生大数据分析、人工智能、物联网等新兴行业的就业机会。

       促进经济增长。数字化转型可以提高企业的竞争力和盈利能力,从而推动整个经济的增长。在数字化转型过程中,企业要不断引入新技术、新业务模式和新产品,推动产业升级和市场拓展,促进经济增长。

       促进企业社会责任的履行。数字化转型为企业提供更多的机会去履行社会责任。通过数字化转型,企业可以更好地管理资源、降低碳排放、提升产品和服务的环保性,从而履行环保责任。同时,数字化转型可以提高企业的管理效率和透明度,加强对企业社会责任的监督和落实,推动企业社会责任的履行。
责任编辑:吴星星
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