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中铁工业:构建“一中心、三示范”智能工厂

2020-03-24e-works整理

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本文为“2019年度中国智能制造最佳实践奖”参评案例。本次活动将评选出2019年度,在智能制造各领域有实践案例,或者有突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业实施智能制造的过程、步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,有效推动中国智能制造应用,供广大制造业行业企业学习供鉴。
一、企业简介
 
       中铁高新工业股份有限公司(简称“中铁工业”,股票代码:600528),是中国中铁股份有限公司深入贯彻党中央、国务院深化国企改革战略,优化国有资本配置,推动产业聚集和转型升级,将工业板块资产重组整合上市的全新企业。
 
       公司注册资本22.21亿元,总资产300亿元,员工1.18万人。作为国内交通工程装备领域的核心企业,中铁工业主营产品涵盖铁路道岔、桥梁钢结构、盾构机、TBM、异形盾构机、大型特种施工机械、中低速磁悬浮和跨座式等新型城市轨道交通道岔产品,形成了集科研设计、制造安装、工程施工、科技检测与维保服务于一体的完整产业链,构建了遍布全国、辐射世界的生产基地网络,拥有健全的科研创新平台和多层次、多学科的专家团队,制造能力和技术水平一直处于行业领先地位,长期为铁路、公路、市政、水利、城市轨道交通等领域提供优质的产品与服务,为国家和世界交通基础设施建设作出了突出的贡献。
 
二、企业在智能制造方面的现状
 
       中铁工业已在局部进行了智能制造方面的探索,使用了PLM/PDM、MBD、ERP、MES等系统,支撑过港珠澳大桥等国家大型建设项目,管理着盾构机、TBM等大型装备的复杂制造过程,不断为客户提供差异化、多型号的道岔产品。一直以来,信息化和智能制造帮助中铁工业在行业竞争中不断积累优势,带来了客户的认可和源源不断的订单。
 
       中铁工业智能制造的一些实践和探索取得了良好的效果,比如BIM在桥梁建设中的应用、浪潮PS平台的应用、车间设备联网监控等。但总的来说探索是局部性的,既没有系统化的分析和构建,也没有形成相对全面的可以涵盖关键业态的信息化方案,多数系统使用仅满足记录需求,无法达到系统间的协同工作。当前局部系统的应用与中铁工业承担的国家重大项目和重大装备的任务需求、与客户对项目和装备交付期的要求、与企业提升技术能力和标准化的要求、与企业生产效率和管理效益的要求差距较大。
 
       总体来讲,企业的信息化建设水平处于2.X阶段。
 
三、参评智能制造项目详细情况介绍
 
       中铁工业智能制造项目是在原有信息化基础上的带有普遍意义的提升,通过集成或实施PLM/PDM、MDM、ERP、MES、BI、数字化产线(单元)等系统,基本建成了上下联通、业务闭环、典型覆盖的智能制造平台,具备示范效应。本项目的整体构建可以概括为“一中心、三示范”(即建设中铁工业智慧云中心和在工程施工专用装备智能制造领域、桥梁钢结构智能制造领域、道岔智能制造领域建设智能制造示范工厂)。
 
       1)一中心,数据池驱动业务大闭环
 
       统一编码管理完成企业最重要的基础数据和数据架构管理,内容包括企业核心基础数据规范、规则管理,满足企业所有系统的核心基础数据的标准化、规范化、唯一化,具体管理组织、人员、往来单位、项目、物资等。实现企业范围内各系统之间的基础编码数据共享,为各系统之间的数据贯通的提供基础支撑。
 
       大数据平台,通过数据抽取工具将中铁工业现有应用系统中的基础数据,整合到一个统一集中的数据管理中心,实现设计、计划、生产、销售、财务等经营信息的集中存储和应用。
 
       决策分析系统,利用各业务数据在信息系统中积累的数据中心资源,通过BA工具系统的数据采集、数据展现、数据分析将高层决策所需的财务指标、重要经营指标以移动应用为载体实时展示。
 
       2)三示范,覆盖关键业态的业务管理平台
 
       中铁工业下属中铁装备集团盾构公司是典型的按项目设计、制造、交付的多品种、单件/小批大型工程机械项目制造类企业。中铁工业下属中铁宝桥(扬州)公司的业务以钢结构桥梁为主,属于大型工程项目型制造企业。中铁工业下属中铁山桥公司的道岔产品,属于高铁项目配套订制型的部件产品。三家单位的示范覆盖了从设计到交付的完整过程,又具备各自的特点,通过PLM/PDM、ERP、MES、数字化产线等多种系统完成智能制造平台的建设,产品功能组合既兼容不同的生产模式,又覆盖了全面的业务管理平台。系统实现三大目标:示范企业实现信息化(3.0)的全面应用,实现超3.0的数字化产线的示范应用,实现关键单元的智能化应用探索突破。
 
       1.项目背景介绍
 
       中铁工业经过若干年的努力,基本实现了在技术、生产制造、管理等方面的信息化,促进了企业在各个方面走在了同类企业前列,因此全面实现信息化(3.0)具备可行性。三示范企业多年来已经在各个方面进行了覆盖度不一、水平不一的实践,已经取得了较大的成效和实施基础,因此具有成功推进的前提。
 
       数字化应用,目前在国内外制造业只是在批量产品企业(如汽车)或流程企业(如化工)有较多的应用,取得明显的效益和效率提升。但是在单件小批生产的大型装备行业、项目制造施工和产品结构变化大、制造环境机群试组织模式的离散机电制造业,很难形成普遍的应用。究其原因,主要是投入大、效益不明显和技术成熟度较低等因素。自2018年11月浪潮参与中铁工业智能制造项目,经过前期研判,确定项目实施的关键要点提升产品研发效率和模块化、标准化程度,提升生产制造效率和产品质量,改善供应链环境和客户关系能力,减轻劳动强度和改善制造环境,提升全面效率和降低成本等方面,三个示范项目的数字化和智能制造方面,确定了盾构关键零部件数字化单元、桥梁重要组立部件的数字化产线、道岔批量零部件的数字产线等,其应用属于效率需求、关键件需求、质量需求、劳动强度需求和示范性应用。
 
       作为未来方向的智能化制造是所有企业追求的目标,它是目前看到的可以企业解决效率、效益、质量和全面提升竞争力的最重要的模式,当然也是企业排头兵保持地位的重要手段,领先一步会取得无法比拟的优势。从国内外理论和实践上看还有非常多的难点、难题,同时也会巨大投入来购置软硬件系统和重大高精装备。目前全面实现智能制造(工业4.0)的企业还没有出现,本项目选择在关键工序、关键设备、关键零部件进行线(点)级探索突破,从意义到实践都是谨慎的,对三个示范企业(目前都是行业领先地位)来说,成功的探索会有着重大影响,对中铁工业及整个大型工程类、装备类制造业具有示范意义。
 
       2.项目实施与应用情况详细介绍
 
       1)项目总体需求特点
 
       (1)中铁装备集团盾构公司
 
       有效的设计和工艺技术准备手段是是整个项目完成的前提和各项工作的源头;
 
       符合项目制造要求的计划和排产体系,是保证项目各执行过程互相高效衔接的根本;
 
       高效的加工设备和信息下达采集手段,是单元工作任务保证的基础条件;
 
       重大关键部件(如刀盘)要求从技术文件、采购过程、生产过程有严格的工艺和质量管理;
 
       全过程信息管理是发现问题、分析问题、解决问题的关键,实现全过程信息透明化、预警化、趋势化和揭示化,是管理者的基本要求。
 
       (2)中铁宝桥(扬州)公司
 
       项目实施目标:以项目管理为基础、业务优化为主线、数据集成为重点,打通业务流、数据流,提高生产效率、缩短建造周期、降低管理成本;
 
       项目全过程管理:覆盖从项目投标到合同完成的全过程,以生产计划为核心,建立从销售、设计、采购、生产、质量、服务的全流程业务;
 
       生产计划精确管控:建立自上而下、由粗到细的计划分级管控模式,从项目主计划到班组工序计划,逐级下发、逆向反馈,实现精确管控及计划闭环;
 
       数字化产线:实现技术、计划和执行数据驱动的绗梁、箱梁关键组立单元的数字化产线的应用突破;
 
       数据集成:打通设计系统、ERP系统、执行制造系统、各智能设备之间的集成接口,实现基于CAD设计图生成BOM、基于BIM三维模型关联展示管理及制造信息、针对智能设备下达生产指令及采集零件数据等功能。
 
       (3)中铁山桥道岔车间
 
       当前信息化具备一定基础,需要借助本项目优化提升和适应数字化、智能化需求;
 
       以数字化制造技术为基础,打造关键零部件制造和批量零部件(垫板)数字化单元和产线,显著提升生产效率、产品质量和生产环境的人工负担;
 
       物流和往来实现集中管控,适应集中、分散相结合的订单、采购、仓储、合同管理模式,提升集团整体管理水平; 
 
       整合集成优化提升:以新平台为基础,通过整合现有信息系统,打通设计系统、ERP系统、执行制造系统、各智能设备之间的信息流,实现基于BOM、制造信息、及制造过程生产指令及采集数据等功能,全面提升信息流、物流管理控制能力。
 
       2)项目应用架构

项目总体架构

图1 项目总体架构
 
       基于三示范智能制造项目的实施需求和目标,总部数据池和三个示范需要建立完整的支撑系统满足山桥道岔示范厂基础数据管理、软件开发运行平台管理及企业信息化、数字化、智能化的需要,项目整体应用以建立6大平台为核心,包括数字化、智能制造产线(单元)管理平台、企业智能开发平台(GSP)、中铁工业数据池、制造执行系统平台、企业信息化管理平台、基于数据池的大数据应用平台。方案规划体现智能制造特点的核心特点有:
 
       识别关键工艺、关键设备、关键产品,建设数字化产线。确保产品品质的关键工艺、容易成为产能瓶颈的关键设备和具备核心技术代表企业核心竞争力的关键产品,比如山桥道岔的“三线六点”,装备盾构的刀盘生产线等。识别这些关键点不仅验证了数字化产线的支撑效果,还可以节省投资。
 
       专业工具的有效集成。未来工业软件将朝着越来越专业的方向发展。因此,集成专业工具来提高方案的可用性是规划的趋势。三示范项目集成PLM/PDM为ERP提供生产管理所需的产品数据,集成MES来承接来自ERP的生产任务,集成大数据中心应用为决策分析的专业展示提供数据支撑。
 
       面向工艺过程的生产计划与控制。传统MRP分解的方式在需求多变、多品种小批量的生产环境下能发挥的作用越来有限,在生产计划与控制的规划上,三示范突出面向工艺过程的特点,通过BOM虚拟化和层级简化,提高生产数据的准备效率和复用率。

生产计划管理应用架构

图2 生产计划管理应用架构

车间执行应用架构

图3 车间执行应用架构
 
       3.效益分析
 
       1)社会效益
 
       制造的真正体现是加工过程,掌握产品加工过程的企业才是真正掌握产品的企业,加工过程的管理会使生产和制造执行的复杂度增加,不同节拍、不同生产模式的混合是对智能制造方案规划的严峻考验。该项目应用数字化技术,不断探索新的网络协同制造模式,构建新型网络协同制造平台,实现复杂产品设计环节的快速高效联动、跨地域多部门之间的协同制造、数据物流等环节协同管理、远程诊断系统和动态服务机制,可以助推复杂产品行业转型升级,加快我国迈向制造强国的步伐。
 
       2)经济效益
 
       项目实施形成的新制造模式及行业解决方案,可以有效提高企业市场响应效率、产业链协作能力,增强企业的国际竞争能力。三示范项目成功可以在中铁工业范围数十个生产单位内推广,带来整体实力的提升,增强总部对业务和决策的把控能力。推广成功后可以为国内大型装备、大型工程项目制造、关键部件离散加工制造树立标杆。基于基本估算:可以缩短产品交付周期5%-10%,提升企业供应链(协作)能力保证按时交付率95%-100%,降低企业综合成本(主要在物资占用、提升效率)3%-5%。
 
       3)生态效益
 
       围绕项目开展,汇聚数据采集设备厂商、软件厂商、智能设备厂商、复杂产品制造商各方力量,搭建智能制造平台,固化模式、形成标准、推进人才培养体系,打造数据池驱动的不断升级进化的信息化生态,从而促进企业转型升级。
责任编辑:程玥
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