东方电气大型电站汽轮机核心叶片数字化工厂实践

一、企业简介

    中国东方电气集团有限公司是中央确定的涉及国家安全和国民经济命脉的国有重要骨干企业之一，属国务院国资委监管企业，是全球最大的发电设备制造和电站工程总承包企业集团之一，年营业额约为380亿，员工总数为2万余人，是国内最大的发电设备制造企业，已形成“多电并举”的产品格局，产业包含水电、火电、核电等传统发电产业，也包括燃气发电、风电、太阳能等新能源产业，同时也涵盖环保、海水淡化、电力电子等新产业和服务板块，提供制造及工程总承包和EPC交钥匙电站工程项目。

    图1 中国东方电气集团有限公司

二、企业两化融合暨智能制造应用总体现状

    “十二五”期间，中国东方电气集团公司（以下简称东方电气）及各下属23家子企业和单位大力推动信息化与工业化深度融合，践行电力装备智能制造发展路线，示范并推动电力装备制造业的产能结构优化。在《中国制造2025》和党的十九大报告引导下，公司加快智能制造建设与实施进程，发布集团“十三五”智能制造发展规划，积极推进以数字化、网络化、智能化为发展路线的智能制造，通过制定“重点研发领域”，实施“五大工程”和“科技重大专项”来逐步推进智能制造行动路线。

    东方电气不断推动信息化系统建设和信息化基础完善。集团公司统一规划和部署信息化系统建设，下属子公司加快核心业务信息化处理，取得了明显的效果，实现公司核心业务管理信息系统统一的目标。公司相继投入使用基于SAP的ERP企业制造资源管理系统，在全集团各个主要企业实现了产供销业务与财务的一体化管控。东方电机、东方汽轮机等下属核心子公司已经将ERP深化应用到设备资产、供应链管理、生产过程管理、质量控制等功能上，为智能制造的推进打造了顶层基础。同时公司主要子企业在部分关键零部件中推动三维数字化设计，建设实施了基于WindChill的产品全生命周期管理系统，使部分重要产品开发和工艺设计环节的主数据、文档、图纸、工作流等实现在线全程管理，促进了产品数字化研发设计和协同，缩短了研发周期，为基于统一模型的设计研发制造一体化平台打下了夯实的基础。另外，集团各个子企业也正在推进MES系统、WMS系统、QIS系统、MDC/DNC系统等的应用，从车间层级将物料流动、库房物料、加工质量、设备数据采集等数据有效获取并利用起来，用于生产计划管理的高效决策。集团统一规划信息化基础建设，建立起虚拟化与云计算、计算机灾备、网络建设与管理、信息安全等基础建设工作，提高网络、应用、数据的可靠性和性能，以及运维工作效率。同时各子公司根据实际发展情况，信息系统建设和应用工作取得突破，KOA、MES、三维设计推广、CAE应用、质量信息系统建设等都取得了一定的成绩。初步实现产品数据在企业整个业务流程中的集成应用，初步实现从研发设计、资源计划到加工制造的业务集成。

    东方电气不断在制造环节进行智能化升级改造。各个子公司根据自身产品和制造特点，不同程度地引入先进制造技术和信息技术，和生产管理业务相融合，积极推进智能制造发展战略。2015年获得科技部科技支撑计划——大型电站汽轮机叶片数字化车间关键技术研究与示范。2016年获得工信部智能制造新模式应用示范项目——大型清洁高效发电设备智能制造数字化车间建设。2017年获得四川省科技支撑项目——大型清洁高效电站锅炉高温高压部件智能制造项目。通过几年的智能制造发展，其制造过程更加自动化和柔性化、工人工作环境和劳动强度更加人性化、资源计划与消耗更加规范化、生产管理与决策更加科学化。

三、参评两化融合暨智能制造项目详细情况介绍

    1、项目背景介绍

    汽轮机是发电装备中热能转换为机械能的最重要的透平装备，叶片作为汽轮机的核心部件，其生产效率、生产成本和质量，将直接影响整个汽轮机的生产效率、生产成本以及性能。东方电气东方汽轮机叶片分厂是专业生产汽轮机叶片的基地，现有设备三百五十余台，数控设备达到90%以上，分厂主要负责汽轮机动叶片和静叶片的生产制造，在制产品种类达6000多种，所有任务均按项目进行生产。

    生产痛点：叶片分厂生产的叶片是多品种小批量定制化生产的零件，其制造过程属于典型的离散制造，存在诸多痛点，比如叶片焊接抛磨工序工作环境恶劣，对工人伤害大；业务审批流程处理周期长，信息流转能力低下；研发设计与生产制造脱节，生产周期无法有效控制；生产制造过程不透明，无法及时进行资源计划和人员安排；产品出现质量问题，无法追溯，品质难以保障；分厂刀具库存信息化管理不完善，造成积压严重等问题。随着市场对产品个性化定制需求和生产效率要求的提高，这些生产制造中的痛点越来越严重制约企业快速发展。

    工程需求：通过对东方汽轮机制造过程存在的问题进行分析，结合公司近期及远期发展战略，以及公司当前信息化建设的具体实际，提出了建设数字化制造系统的需要，具体需求如下：

    1）关键工位的智能化升级改造。对车间焊接、抛磨等叶片制造过程的关键工位，采用机器视觉、机器人等技术进行装备的自动化和智能化升级，让工人脱离重复操作、存在潜在危险的环境。

    2）获取生产设备运行状态。对车间生产设备进行集成，实现与设备之间的信息交互，对数控设备支持数控程序和加工参数的双向传输，对程序代码进行版本控制管理，对设备的运行状态信息能够实时采集并以图形化的方式展示以进行监控。

    3）生产过程实时跟踪与信息采集。能够通过人机交互、条码扫描等多种方式实时采集生产线和相关工位的生产进度。关键生产过程状态信息采集后可以通过计算机网络和移动手机短信等多种方式实时传送给相关的管理人员，提高制定计划的效率和计划的准确性。

    4）关键物料消耗信息实时采集和统计分析。根据物料管理的要求在生产线设置关键物料数据采集点，通过条码扫描和人机交互输入等方式输入物料消耗信息，并能根据需求生成相关的物料统计报表和分析报表。能实现关键物料针对现场库存的实时预警。

    5）车间生产状态及异常情况实时显示和报送。实时采集生产线和相关工位因任务调整、设备故障、物料短缺，以及技术、质量和人员等原因造成生产线停线的异常事件，可以通过计算机网络、声光报警和移动手机短信等多种方式实时传送给相关管理人员，并可以将相关的车间生产状态信息实时通过电子大屏幕进行实时显示与更新；可通过图形化界面实时监控车间生产过程的动态运行情况（可异地远程观看）；可以通过计算机网络和移动手机短信等多种方式将关键生产状态信息实时传送给相关管理人员。

    6）车间环境和能耗实施获取。建立车间环境监控网络，实时采集关键工位点和环境恶劣点的数据，及时在全厂显示和报警。

    7）生产过程信息实时综合统计分析。能够根据管理的需求，产生各种车间生产状态分析查询和报表，如生产进度报表、质量报表、异常事件报表、设备使用率报表、设备能耗报表等，并可根据企业需求灵活定制所需统计和分析报表。