1　背景介紹

中國目前已是世界第二大經(jīng)濟體和制造業(yè)大國，但自主創(chuàng )新能力薄弱、先進(jìn)裝備貿易逆差嚴重、高端裝備與智能裝備嚴重依賴(lài)進(jìn)口，嚴重制約我國制造產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。國務(wù)院下發(fā)《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，將高端裝備制造業(yè)納入其中，全面開(kāi)展智能制造技術(shù)研究將是發(fā)展高端裝備制造業(yè)的核心內容和促進(jìn)我國從制造大國向制造強國轉變的必然。電力裝備被列入《中國制造2025》十大支持領(lǐng)域，輸配電裝備制造業(yè)作為電力裝備的核心，是為國家電力建設提供關(guān)鍵技術(shù)裝備的戰略性、基礎性產(chǎn)業(yè)。

輸變電裝備產(chǎn)品系列示意圖如圖1所示。

圖1 輸變電裝備產(chǎn)品系列示意圖

2　輸配電裝備行業(yè)現狀

輸配電裝備是智能電網(wǎng)建設中不可或缺的一部分，是保障用電設備和輸電線(xiàn)路的正常工作的核心關(guān)鍵設備。圍繞輸配電裝備行業(yè)存在的企業(yè)眾多、技術(shù)雷同、產(chǎn)品低端、重復投資、低水平建設、多數企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈不完整、產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)同性不夠、帶動(dòng)性不強等共性問(wèn)題。圍繞研發(fā)設計、工程設計、工藝、采購、制造和試驗等產(chǎn)品全生命周期的主要過(guò)程，建設以“集成化、精益化、數字化、互聯(lián)化、智能化”為特征的中低壓輸配電裝備智能化工廠(chǎng)，提升其制造過(guò)程的數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化水平，縮短新產(chǎn)品研制周期、提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量與能源利用率，降低運營(yíng)成本。

3　輸配電智能化工廠(chǎng)

輸配電裝備智能化工廠(chǎng)建設項目遵照“頂層設計、標準引領(lǐng)、精益為基、系統實(shí)施、集成應用”的指導方針，統籌推進(jìn)智能制造體系建設和系統應用。

3.1　頂層設計

頂層設計構建起自底向上涵蓋數字化設備層、互聯(lián)化監測層、精益化生產(chǎn)執行層、集成化運營(yíng)管理層和智能化決策支持層的智能工廠(chǎng)架構體系，實(shí)現數據自底向上的無(wú)縫對接和實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現公司戰略、管理、執行的“自上而下與自下而上”的雙向無(wú)縫集成體系。其智能制造的總體功能框架如圖2所示。

圖2 中低壓輸配電裝備智能化工廠(chǎng)體系架構圖

根據企業(yè)及行業(yè)特征，借助信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)打造以“管理信息化、研發(fā)及工藝設計數字化、生產(chǎn)制造管控精益化、設計協(xié)同及營(yíng)銷(xiāo)采供網(wǎng)絡(luò )化、運營(yíng)和決策分析智能化”為特征的中低壓輸配電智能化工廠(chǎng)。

3.2　標準引領(lǐng)

智能制造，標準先行，標準化工作是實(shí)現智能制造的重要技術(shù)基礎。

智能工廠(chǎng)標準用于規定智能工廠(chǎng)設計、制造和教輔等建設過(guò)程和工廠(chǎng)內設計、生產(chǎn)、管理、物流及其系統集成等業(yè)務(wù)活動(dòng)，針對流程、工具、系統、接口等應滿(mǎn)足要求，確保智能工廠(chǎng)建設過(guò)程規范化、系統集成規范化、產(chǎn)品制造過(guò)程智能化，指導系統與業(yè)務(wù)的優(yōu)化。為輸變電裝備行業(yè)內智能化示范工廠(chǎng)的建設及應用推廣提供標準指引。電力裝備制造業(yè)智能化工廠(chǎng)標準體系圖如圖3所示。

圖3 電力裝備制造業(yè)智能化工廠(chǎng)標準體系圖

3.3　精益為基

將全面推行精益管理作為智能制造的重要基礎，通過(guò)推進(jìn)以“精益生產(chǎn)”為核心的精益管理體系，推動(dòng)管理思維、管理模式、管理體系的深度變革；通過(guò)在虛擬環(huán)境中對車(chē)間布局、倉儲物流及生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行虛擬仿真，指導物理環(huán)境下的車(chē)間布局、物流倉儲和生產(chǎn)裝配過(guò)程等的持續優(yōu)化，減少生產(chǎn)過(guò)程與管理上的各種浪費，在精益工廠(chǎng)的基礎上全面打造數字化、智能化工廠(chǎng)。

3.4　系統實(shí)施

智能制造是典型的系統工程，具有周期長(cháng)、涉及面廣、復雜度高等特征，從數字化單點(diǎn)應用到業(yè)務(wù)系統全價(jià)值鏈信息化貫通，需要進(jìn)行大量的集成開(kāi)發(fā)和適應性調整，若前期統籌規劃不足，則導致后期實(shí)效性差、投入成本劇增等。因此，項目以頂層設計為綱領(lǐng)，圍繞產(chǎn)品設計、工藝、采購、制造、試驗檢測等各環(huán)節系統性開(kāi)展了業(yè)務(wù)流程和數據流向梳理，縱向打通“ERP、MES、設備監控、生產(chǎn)線(xiàn)控制”的主線(xiàn)，實(shí)現生產(chǎn)與控制指令的下達，以及生產(chǎn)實(shí)時(shí)狀態(tài)的采集，橫向打通“數字化設計、數字化工藝、數字化制造、數字化試驗”，將數字化模型貫穿于產(chǎn)品各生命周期階段。智能化工廠(chǎng)跨系統業(yè)務(wù)流圖如圖4所示。

圖4 智能化工廠(chǎng)跨系統業(yè)務(wù)流圖

3.5　集成應用

通過(guò)建立主數據管理平臺，打通研發(fā)設計平臺、主數據管理系統、三維工藝設計與仿真系統，虛擬監控及生產(chǎn)仿真平臺、設備運行狀態(tài)監測系統、ERP系統、MES系統及質(zhì)量大數據分析系統等8個(gè)異構系統之間的主數據集成，統一數據口徑，為多系統集成應用奠定統一的數據基礎。

同時(shí)，通過(guò)對功能框架、功能特征及功能邊界的系統性梳理，明確智能化工廠(chǎng)各模塊間的數據集成、功能集成和業(yè)務(wù)集成要求，明確各系統之間的數據類(lèi)型與數據流向，使各系統之間消除信息孤島，相互貫通。

智能化工廠(chǎng)信息流圖如圖5所示。

圖5 智能化工廠(chǎng)信息流圖

4　建設案例成效分析

通過(guò)輸配電領(lǐng)域智能制造試點(diǎn)示范項目建設，全方位增強了輸配電裝備制造企業(yè)的研發(fā)能力、制造效率、質(zhì)量管控水平及接單按期交付等運營(yíng)能力，以下是企業(yè)建成后各項綜合指標統計結果。

（1）運營(yíng)成本降低20%以上：主要實(shí)現途徑包括通過(guò)鈑金、開(kāi)關(guān)柜總裝、斷路器分裝生產(chǎn)線(xiàn)的智能柔性升級、自動(dòng)化物流設施及裝備降低人力成本、通過(guò)高效率質(zhì)檢手段和質(zhì)量分析與改進(jìn)措施降低質(zhì)量損失、通過(guò)精益生產(chǎn)降低在制品庫存積壓以及通過(guò)智慧能源管理降低能耗成本等；

（2）產(chǎn)品研制周期縮短20%以上：主要實(shí)現途徑包括構建協(xié)同研發(fā)平臺降低新品研發(fā)周期、通過(guò)數字化試驗系統縮短產(chǎn)品型試驗周期等；

（3）生產(chǎn)效率提高20%以上：主要實(shí)現途徑包括通過(guò)引入“智能柔性生產(chǎn)線(xiàn)+制造執行系統”提升產(chǎn)能、通過(guò)對關(guān)鍵檢測工序的數字化改造來(lái)減少生產(chǎn)過(guò)程瓶頸、通過(guò)優(yōu)化排程和同步物流縮短生產(chǎn)節拍以及通過(guò)精益生產(chǎn)管理來(lái)提升生產(chǎn)效率等；

（4）產(chǎn)品不良品率降低10%以上：主要實(shí)現途徑包括通過(guò)智能物料識別和精準物料配送來(lái)降低誤裝率、通過(guò)智能化檢測手段（如視覺(jué)檢測）來(lái)降低缺陷品漏檢率、通過(guò)嚴格的供應商管理來(lái)提升原料供應質(zhì)量以及通過(guò)大數據質(zhì)量分析與過(guò)程持續改進(jìn)來(lái)提升產(chǎn)品設計與制造質(zhì)量等；

（5）能源利用率提高6%以上：主要實(shí)現途徑包括通過(guò)智慧能源管理來(lái)降低車(chē)間能耗、通過(guò)優(yōu)化排程與調度減少設備空閑運轉導致的能源浪費等。

5　輸配電智能工廠(chǎng)建設要點(diǎn)

全方位構建“產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)先、制造技術(shù)領(lǐng)先和試驗檢測技術(shù)領(lǐng)先”的輸配電裝備智能制造新模式，具體體現在以下方面：

（1）建立支持異地協(xié)同的數字化研發(fā)設計平臺，實(shí)現研發(fā)、設計、仿真與制造之間的協(xié)同。創(chuàng )新研發(fā)基地研發(fā)系統負責新產(chǎn)品的原始設計、仿真優(yōu)化，智能制造基地的設計系統負責在產(chǎn)品原始設計基礎上進(jìn)行變更設計、工程仿真和工藝設計，并為制造系統提供最終設計模型。數字化協(xié)同研發(fā)平臺業(yè)務(wù)框圖如圖6所示。

圖6 數字化協(xié)同研發(fā)平臺業(yè)務(wù)框圖

（2）建立數據標準體系，統一數據口徑；建立了主數據管理平臺，實(shí)現主數據的統一管理和集中分發(fā)；建立基于ESB企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)的集成平臺，實(shí)現異構系統間的數據互聯(lián)互通?；贓SB的系統集成應用效果圖如圖7所示。

圖7 基于ESB的系統集成應用效果圖

（3）建立與物理車(chē)間相一致的三維虛擬模型，通過(guò)集成底層設備的運行數據，實(shí)現對生產(chǎn)的可視化監控；通過(guò)建立仿真數學(xué)模型，實(shí)現對計劃、裝配過(guò)程及物流配送的仿真及優(yōu)化。虛擬工廠(chǎng)仿真效果圖如圖8所示。

圖8 虛擬工廠(chǎng)仿真效果圖

（4）通過(guò)面向精益管理的MES系統建設，建立從銷(xiāo)售、采購、生產(chǎn)、到物流多業(yè)務(wù)協(xié)同的多級計劃協(xié)同體系；實(shí)現數據采集、生產(chǎn)監控和異常處理等全過(guò)程數字化管控；實(shí)現從來(lái)料檢、過(guò)程檢、到成品測試的全過(guò)程質(zhì)量采集與管理?；贏(yíng)PS的多級計劃協(xié)同體系效果圖如圖9所示。

圖9 基于A(yíng)PS的多級計劃協(xié)同體系效果圖

（5）通過(guò)分析某型號斷路器裝配和試驗過(guò)程的質(zhì)量數據，建立質(zhì)量關(guān)聯(lián)關(guān)系模型，揭示質(zhì)量問(wèn)題的影響因素并為質(zhì)量追溯提供決策支持，提升企業(yè)的質(zhì)量管理水平。

質(zhì)量大數據分析系統效果圖如圖10所示。

圖10 質(zhì)量大數據分析系統效果圖

6　下一步建設思路及推廣目標

建設智能工廠(chǎng)是輸配電制造企業(yè)轉型升級的重要方式，當前電力裝備行業(yè)在智能制造方面已經(jīng)具備了良好的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，骨干企業(yè)具備了較為良好的技術(shù)基礎和條件，智能制造技術(shù)服務(wù)與支撐體系有了良好的前期布局和基礎。
為加快推進(jìn)行業(yè)智能制造并邁進(jìn)國際先進(jìn)水平行列。針對電力裝備行業(yè)智能工廠(chǎng)建設需求，圍繞智能制造標準與關(guān)鍵技術(shù)研究、開(kāi)展智能化裝置研發(fā)、工業(yè)通訊網(wǎng)關(guān)及SCADA系統開(kāi)發(fā)、大數據分析平臺及技術(shù)應用研究、人工智能技術(shù)研發(fā)，并通過(guò)整合上述智能制造核心裝備的研發(fā)成果，構建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，逐步在試點(diǎn)企業(yè)進(jìn)行試探性應用。

這些智能制造關(guān)鍵技術(shù)裝備的研發(fā)，不僅可以對前期智能制造項目實(shí)踐知識和經(jīng)驗進(jìn)行固化，而且將極大地支持后續智能制造經(jīng)驗的推廣和快速復制。

作者簡(jiǎn)介：

史亞斌（1982-），男，陜西永壽人，高級工程師，碩士，現任中國西電中央研究院智能制造工程設計所所長(cháng)，并兼任國家智能制造標準化總體組單位成員、中國通信工業(yè)協(xié)會(huì )專(zhuān)家委員、中國電機工程學(xué)會(huì )人工智能委員會(huì )委員、中國智能制造百人會(huì )專(zhuān)家委員。主持完成多項國家智能制造裝備發(fā)展專(zhuān)項、國家智能制造標準化和新模式等專(zhuān)項，主持制定多項行業(yè)智能制造應用標準，參與多個(gè)行業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)規劃和陜西省及西安市裝備制造業(yè)發(fā)展規劃，具有豐富的企業(yè)數字化轉型和智能制造實(shí)踐經(jīng)驗。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年1月刊