上海市智能工厂巡礼（七）
前言
智能制造是我国加快建设制造强国的主攻方向，是上海“十四五”期间强化高端产业引领，推动本市制造业高质量发展的重要路径，是城市数字化转型的重要抓手。智能工厂是推动智能制造的切入点和突破口，是智能制造能级和核心竞争力的重要体现，是制造业数字化转型的重要载体。
2020年9月，市经济信息化委等6部门联合发布《上海市建设100+智能工厂专项行动方案（2020-2022年）》（以下简称《行动方案》），计划三年推动建设100家智能工厂，打造10家标杆性智能工厂，培育10家年营业收入超过10亿元（1-2家超过100亿元）具备行业一流水平的智能制造系统集成商，搭建10个垂直行业工业互联网平台，即“10030”工程。
2020年12月，市经济信息化认定授牌了首批20家上海市智能工厂，主要聚焦在汽车、电子信息、高端装备、航空航天、生物医药、绿色化工和新材料、快消品和节能环保等7个行业领域。为了总结和分享智能工厂建设经验，遵循“树典型、强引导、立标杆”的原则，我们将分领域、分批次对20家首批上海市智能工厂从项目情况、项目亮点及项目成效等方面进行逐一介绍。
一
上海电气电站设备有限公司上海发电机厂大型汽轮发电机智能工厂
01
项目简介
上海电气电站设备有限公司上海发电机厂大型汽轮发电机智能工厂（以下简称“上发厂”）位于上海闵行，是上海电气首个开展智能化建设的离散型制造工厂，国内首次开展电力装备领域智能制造新模式研究。工厂依托国家工信部2015年首批智能制造专项项目开展智能工厂建设，2019年3月验收通过并正式运营。工厂集数字化设计、智能制造和智能服务为一体，通过18个课题42个子项的深入研究，具备了离散型制造智能化应用的能力，形成智能化技术，提升了产品开发和制造效率，降低了工艺分散性、提高了产品质量，降低了人工工时和制造成本，使产品和服务更具竞争力。
02
项目亮点
上发厂离散型智能工厂建设以智能制造专项为载体，通过设计数字化、制造和服务智能化，逐步实现大型汽轮发电机制造的智能化转型。
1.数字化设计：全流程数字化应用助力效率提升
上发厂离散型智能工厂采用基于模型设计的数字化技术，打造全三维工作环境，创建数字化样机。以三维模型为基础，电磁、通风、机械等计算分析实现在线协同。关键零部件以系列化、模块化、标准化、数字化设计为基础，实施工艺路径规划、三维工艺仿真，文件电子化等，实现新产品设计开发全面数字化，开发效率和质量大幅提高。通过数字化设计，集中开发了世界首创的300MVar双水内冷调相机、1200MW级水氢氢发电机等新产品。
2.智能制造：先进智能装备打破制造瓶颈
工厂针对工艺流程中的制造瓶颈，重点研究了3类9项智能设备。如：转子槽加工刀具智能检测系统等5项课题针对关键工序，采用自动化设备进行升级；端部形状测量等2项课题应用激光扫描等先进测量技术；机器人焊接等2项课题采用先进机器人替代手工作业。转子线圈铜排自动生产线为世界首创，定子铁心自动生产线和定子线圈端部自动弯形设备等5项课题达到国内领先、国际先进水平。
3.智能服务：在线监测实现远程诊断和无人值守
工厂打造了发电机远程监测与诊断平台，可实时采集和回传发电机运行状态的数据，通过平台知识模型诊断，综合专家评估，实现发电机远程监测。平台可实现全三维、全景仿真主机、油水系统、电气系统及周围环境，动态融合展示设备与环境的所有传感数据，远程监测与诊断平台的实施实现了电厂无人值守的目标。
03
项目成效
智能工厂专项延续和深化了上发厂智能化建设，通过对设计、工艺、制造、物流进行全流程分析评估，对产品开发、核心零部件加工制造、产品服务等重点领域立项攻关，解决核心技术难题，突破瓶颈，缩短研发制造周期、提升效率、提高质量，降低成本。
在数字化设计方面，基于模型的设计开发，实现多专业、全三维的在线协同，模块化设计实现数据重用，三维工艺仿真实现虚拟装配、制造人因工程，数字化模型实现检修过程仿真，提高设计开发效率，缩短开发周期。
在智能制造方面，打通了研发数据与生产制造系统之间的瓶颈，通过MBOM（制造物料清单）优化，在产品设计、制造中全面应用BOM结构，提高了数据管理信息化水平；通过智能装备开发和应用，大幅提升了生产效率。转子线圈铜排流水线配置了输送机、高速铣床、视觉检测等设备，从工厂MES系统中获取订单信息，自动调度、加工和检测，实现了无人化生产，产品质量可靠性高，生产效率提高25%以上。定子铁心柔性生产平台包括智能立体堆料库、激光导航AGV、自动传输线系统及冲片自动叠装机器人系统，四个模块间无缝对接和协同工作，实现了定子铁心段智能柔性生产。
在智能服务方面，远程监测与诊断系统为客户提供现场集成、离线诊断和远程监测服务，提高机组运行安全性和经济性。通过自主开发膛内检测机器人，集成了膛内可视化检测、定子铁心绝缘检测和定子槽楔紧度检测，可实现不抽转子，评估发电机健康状态，可缩短检修周期20天以上，风险小、成本低。
智能工厂建设实际投资额近7000万，涉及领域范围广，多学科深度交叉。建设成果显著，提高了产品质量，产品不良品率降低31%，工厂运营成本降低25%，生产效率提升21%，能源利用率提高9%。
经中科院上海科技查询咨询中心认定，上发厂离散型智能工厂项目具有新颖性、综合技术达到国际先进水平。智能工厂解决方案推进了智能制造产业的发展进程，为先进制造技术提供关键技术支持，对离散型制造企业具有显著示范作用。
二
上海外高桥造船有限公司薄板智能工厂
01
项目简介
上海外高桥造船有限公司智能薄板生产车间位于上海浦东新区，2020年5月正式投产，是中国船舶集团首个专为大型豪华邮轮平面薄板分段生产而全新建造的车间。薄板生产车间配置多条先进生产线，实现激光焊接、机器人焊接等国际先进技术首次在船舶制造领域工程化应用，是中国造船业第一个技术先进、智能高端的智能薄板生产车间。
02
项目亮点
上海外高桥造船智能制造以智能薄板生产车间项目为载体，通过各智能设备建设、工业生产元素数字化互联互通、数据驱动智能决策，逐步实现制造的智能化转型。
1.智能装备：多项先进技术在船舶制造领域工程化应用助力车间提质增效
薄板车间片段线首次采用国际最先进大功率激光复合焊工艺，可以有效控制薄板拼版变形和分段精度，主要应用于拼板焊接工位和激光纵骨角焊工位。薄板车间分段线首次将机器人焊接技术应用到船舶中组立生产过程中，实现平角焊、立角焊、仰角焊、对接焊等多种形式焊接，大幅提升薄板平面分段建造过程中的自动化焊接覆盖率，有效控制焊缝质量。与传统生产方式相比，薄板车间大量配备自动化装备，以流水线的方式组织生产，是生产过程更加连续，大幅提高了薄板分段的制作效率。
2.工业元素数字协同：工业互联助力生产监控、数据模型驱动分段生产
智能薄板生产车间通过搭建工业互联平台，提供自动化设备数据采集及分析的统一解决方案，帮助车间实现95%以上的工业设备互联，对切割、焊接、运输、预处理等重要工序进行全过程数据采集和分析，实现对各关键工位生产进度、设备健康状态、工艺参数、中间产品质量精度等的全面监控。在海量数据驱动下，薄板车间实现了流水线各管理对象间的互联互通，减少生产过程中的人为介入，助力车间智能自动化运转。
3.智能生产管理：实时掌控生产执行状态
智能薄板车间制造执行系统（MES），是国内船舶行业首套工程化应用的制造执行系统。该系统与设计系统充分集成，实现了设计、生产、管理的一体化；结合历史生产数据，形成薄板车间专属的自动化排程规则，实现从分段计划到工序计划的自动分解，使计划真正下沉到工位，细化到分钟；结合物联网、5G等新兴技术，各工序完成进度能够实时自动反馈，辅助管理者进行快速、高效、柔性决策。
4. 智慧物流管理：面向物流过程全要素的物流管理方案
大型邮轮结构复杂，涉及到的零件数目庞大。智能薄板生产车间年度有超过25万个零件需要在各个工位上陆续进行生产和流转配送。通过零部件物流系统，生产管理员可以对各个零部件及其所在的托盘进行实时跟踪，明确其所在的阶段状态和摆放位置，降低由于零件丢失导致的零件重制的额外材料成本以及工时成本，大幅提升分段零部件配齐完整性。车间同时实施生产车辆智慧调度系统，通过派单、抢单等多种创新模式，调动运输车辆司机积极性，提升车间内外部物资配送效率。
5. 新兴技术探索：5G网络助力车间实现虚实融合
公司通过在车间中搭建了5G基站和边缘计算服务器等硬件设备，使5G网络全面覆盖智能薄板生产车间。5G网络高速度、低时延、广连接的特性，使增强现实技术、机器视觉技术等在车间实际生产中应用成为可能。
03
项目成效
在智能薄板生产车间片段线，借助铣边拼板自动化设备以及纵骨自动装焊技术，实时高效控制纵骨装配精度、焊接质量以及片段变形量，保质保量完成片段建造的同时，节约5个以上的高级焊接工人。在智能薄板生产车间分段线，应用机器人焊接离线编程技术，实现分段T-Beam焊接工序中全类型焊缝覆盖，可节约8个以上的焊接技术工人。通过在智能薄板生产车间配置智能装备，极大限度地降低了船舶分段建造过程中对稀缺优秀技术工人的依赖。
在工业元素数据协同方面，借助工业互联平台，赋能数据采集、制造过程监控和质量控制，更好地优化提升生产制造、运营管理的资源配置利用率以及异常事件处理效率，保证邮轮平面薄板分段的连续节拍化生产。
在智能生产管理方面，智能薄板生产车间制造执行系统实时控制车间各产线生产状态，辅助管理者智能决策，从而对生产条件的变化做出迅速反应，减少非增值活动，提高车间运营效率，从根源提高管理水平，实现精益生产，缩减无效待机、降低能源损耗，减少库存，降低成本。
在智慧物流管理方面，以全过程物流管控为目标，在零部件物流和车辆智慧调度系统指导下，实现分段零部件配齐率提升3%，车辆运输准时率提升3%。
在节能环保方面，智能薄板生产车间通过余热回收、有害气体处理、焊接烟尘收集、设备能源管控等10余项节能环保措施，打造上海外高桥造船环境最优车间，不断向美丽造船的目标迈进。
上海外高桥造船有限公司智能薄板生产车间，通过配置先进的智能装备，结合5G网络构建辅助车间运营管理的数字化平台，最终实现车间整体的数字化、网络化、智能化，构成执行及控制决策的管理闭环，力争建设成为船舶行业智能制造的标杆。公司未来将进一步深化数字技术在智能薄板生产车间实际生产中应用，助力国产大型豪华邮轮顺利建造。