福州天宇——智能制造试点示范项目申报书v0..docx
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智能制造试点示范项目申报书
项
目
名 称:
开关智能制造项目
申
报单
位（盖章）:
福州天宇电气股份有限公司
推
荐单
位（盖章）:
国家电网公司
申
报
日 期:
2016年5月16日
工业和信息化部编制
110
（一）企业基本信息
企业名称
福州天宇电气股份有限公司
组织机构代码
79835991-9
成立时间
1996年
企业性质
□√国有□民营□三资
单位地址
闽侯县南屿镇生物医药机电产业园天宇电气厂区
联系人
姓名
齐白芸
电话
0591-38262329
职务
部长
手机
13799389562
传真
0591-38262311
E-mail
492632948@
总资产（万元）
143486
负债率
70.75%
信用等级
AAA
上年主营业务收入
（万元）
51346
上年税金（万元）
2616.75
上年利润（万元）
1117.23
企业简介
福州天宇电气股份有限公司成立于1995年底,由原福州第一开关厂、福州第二开关厂、福州变压器厂联合组成。
公司集输变电配套设备产销、贸易于一体,资产总额14亿元,注册资本13959.9万
元。
员工人数1290人,其中工程技术人员430人,高级工程师80人
工厂占地面积21.14hm2,建筑面积105054m2。
1997年4月经中国证监会批准成为发行A股的上市公司。
公司是福建省最大的输变电企业及调整优化经济结构重点企业公司拥有省级企业技术中心，是国内电气行业百强企业、国家电网公司福建区域变压器检修基地、工艺先进企业、档案管理一级企业计量一级企业、AAA级企业。
原福州第一开关厂、福州变压器厂均
为国家二级企业。
一、企业和项目基本信息
。
。
、
公司主要产品有高低压开关柜及元器件、油浸式及干式电力变压器（两大类，20多个系列。
变压器类产品有4项达到国际水平,1项达到国内先进水平;开关类产品有6项达到国际先进水平,7项达到国内先进水平；主要产品获得福建省名牌产品并且有2项国优产品、5项部优产品。
公司产品在市场上占有一定优势的市场份额，其中干式变压器产品占北京市场份额的10％左右，占上海市场份额的20％左右；中低压开关和110kV及以下电力变压器在国内市场占有率均为2%左右；在福建省占有率达50%以上。
公司面临入世的新形势,将在技术上跟踪国际最新技术,向高电压、大容量、组合化和智能化产品方向发展;在管理上引入国际一流的现代企业制度和管理模式,与时俱进,致力于将天宇电气发展成
为国内最优最强企业。
（二）项目基本信息
试点示范模式
□√
离散型智能制造模式 □流程型智能制造模式
□网络协同制造模式 □大规模个性化定制模式
□远程运维服务模式
项目名称
智能开关柜智能制造
项目地址
闽侯县南屿镇生物医药机电产业园天宇电气厂区
起止日期
2017年1月至2019
年12月
项目投资（万元
）4600
项目简述
智能开关柜智能制造项目以公司新投产的现代化智能开关柜生产车间为基础，通过提升制造企业综合集成水平，实
现企业活动的可知、可视和可控，促进企业与市场深度交融，
提高生产效率和灵活度，培育企业核心竞争力，从而大力提升企业的赢利能力和发展潜力。
其特征如下：
（1）生产过程全自动。
率先在行业实现从零部件装配工序到包装工序全流程自动化生产，极大地提高智能开关柜的生产效率，减轻了员工的劳动强度。
（2）支持柔性化生产。
通过条形码、RFID和产品内标示码等多种识别技术的综合运用，生产线可以同时实现多种产品规格的在线生产，在大批量定单生产的同时，可以随时插入小批量定单，及时满足客户供货需求。
（4）促进企业向服务型制造转型。
通过借助大数据分析技术对本企业生产的智能开关柜故障进行汇总与分析，及时形成产品优化升级策略，同时为我国电力装备的售后服务开创新型的能够多维预防预警、快速响应、规范化和高效性发
展的运维模式。
真实性承诺
我单位申报的所有材料，均真实、完整，如有不实，愿承担相应的责任。
法定代表人签章：
公章：
2016年5月16日
二、试点示范项目基本情况
（一）项目概述
智能开关柜智能制造项目以公司新投产的现代化智能开关柜生产车间为基础，通过提升制造企业综合集成水平，实现企业活动的可知、可视和可控，促进企业与市场深度交融，提高生产效率和灵活度，培育企业核心竞争力，从而大力提升企业的赢利能力和发展潜力。
公司新投产的现代化智能开关柜生产线装备有焊接机
器人设备、数控冲床、全自动端子压着机、装备机器人、
AGV小车、立体仓库等先进自动化设备，以及相配套的电气三维布线软件、电气CAD设计软件、ERP、MES、PLM、自动化测试软件等相应的应用软件，自动化和信息化水平处于国内行业领先水平。
公司引入了精益六西格玛生产管理，通过对精益六西格玛管理思想的导入，对生产线的工艺流程各工序环节进行了反复优化，并利用仿真技术进行了模拟,生产效率和管理水平得到了显著提升，在行业内具有显著的示范效应。
智能开关柜智能制造项目将在全自动生产线改造、网络建设、信息系统规划整合及MES完善、工业现场分析及设备状态监测、数字化设计与仿真、云计算技术研究与应用、智慧用能研究及应用、技术体系标准化等方面进行持
续改造升级。
本项目的实施，有望进一步完善车间内部互联互通网络架构，提升企业综合集成水平，实现企业设计、工艺、制造、管理、物流等环节的集成优化，推进公司在数字化设计、装备智能化升级、工艺流程优化、精益生产、可视化管理、质量控制与追溯、智能物流等方面的快速提升。
（二）项目实施的先进性
1、智能制造行业发展现状
近年来我国电力装备智能制造技术及其产业化发展迅速，并取得了较为显着的成效。
但相比国际先进水平，在基础设备设施建设、先进制造工艺、自动化技术、生产管理和核心技术等方面存在严重不足。
1、基础设备设施
电力装备制造行业中，机床、刀具、夹具、检测仪器等设备的关键零部件我国还不能自己生产制造，完全依赖进口，这在很大程度上限制了我国电力装备制造业的发展。
2、制造工艺
高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法在我国普及率不高。
3、自动化技术
数控机床、加工中心及柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）等柔性自动化、智能化、集成化。
我国尚处在单机自动化、刚性自动化技术、柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。
4、生产管理
准时生产（JIT）、敏捷制造（AM）、精益生产（LP）、并行工程（CE）等新的管理思想和技术仅限于在我国只有少数大型企业局部采用，多数小型企业仍处于经验管理阶段。
5、核心技术
我国对外技术依存度高达50%，而美国、日本约为5%左右，一般发达国家这一比率也在30%以下。
并且我国的关键技术自给率低, 占固定资产投资40%左右的设备投资中,有60%以上要靠进口来满足,高科技含量的关键装备基本上依赖进口。
2、项目实施的先进性
（1）行业领先的自动化生产技术
福州天宇电气股份有限公司智能开关柜生产线采用了焊接机器人设备、数控冲床、全自动端子压着机、装备机器人、AGV小车、立体仓库等先进自动化设备。
相比以前开关柜的生产过程全部靠人工来完成，装配过程需要人工送料、安装、焊接，测试过程需要人工装卸，工序之间人工
转运等，即浪费时间，又需要大量人力，生产效率低下，质量难以保证；项目确定后，通过改进产品设计，开发自动接线技术，自动物料传送等，解决可靠性焊接等技术难题，设计并搭建了从装配、测试到包装工序的全流程自动化智能开关柜生产线。
目前，该生产线在行业内自动化程度处于领先地位。
（2）智能柔性化生产技术
通过在零部件上配置条形码、在生产线关键部位安装
RFID标签和产品内设置标示码等多种识别技术的综合运用，实现了生产过程中产品的实时跟踪,可以实现多种规格产品的同时在线生产。
不仅满足了大批量产品生产需要,又能满足在大批量生产的同时，可随时插入小批量定单。
同时也为实现产品质量全生命周期追溯提供了技术保障。
（3）生产智能调度
通过开发各种智能化设备,并依据工业互联网通信及其它各种通信接口,借助MES制造执行系统等实现设备间的互联互通,设备在线、离线、忙碌、空闲及设备故障等状态，及上道工序进展等工艺进程实时传送到信息中心，并通过
MES系统完成生产线智能调度，实现高效生产。
（4）完善的数据采集体系及实时质量监控系统
在生产线各个环节设立500多个数据采集点，通过各种数据采集技术的综合运用，实现生产过程数据全面采集，
生产工艺数据自动数采率92%，并建立实时数据库平台，将生产工艺数据实时上传到数据中心；建立质量信息管理系统，利用六西格玛质量管理方法对实时生产数据进行分析，及时对产品质量问题发出预警，预防严重质量问题的发生。
3、效益及成果
项目实施后，与手工生产模式相比，生产效率提升3倍，节省一线操作人员2倍，直通率由原来的87%提升到97%，产品合格率由原来的92%提升到99%以上，节约能耗
30%，生产能力提升4.5倍。
4、目标产品市场前景分析
据行业统计分析，在国际经济并不太景气的大环境中，配电柜行业也同我国经济一样，仍实现了稳中有进，平稳运行的态势。
随着电力设施的建设而逐步扩大，国内外配电柜需求普遍处于扩张状态，市场前景比较可观。
从产业环境上看，电力工业发展迅速，预计至2020年
发电投资2万亿元，电网建设3-3.6万亿元，智能电网对
电气设备有超过1万亿元的市场需求；预计至2020年发电
机总装机容量将达17.8亿千瓦，其中太阳能发电装机容量
达到2000万千瓦，风力发电装机容量达到1.5亿千瓦，为配电柜行业提供了更多市场空间。
因此，在智能电网进入
建设重要时期，城镇化建设的快速进行，城乡配电网的智能化建设，智能电网及智能成套设备、智能配电、控制体系已进入黄金发展期的新机遇下，特别是新一代节能、节材、高性能的配电柜产品将得到更大的发展，市场需求日趋旺盛，为智能化升级提供了必要的市场条件。
在我国配电柜中，低档产品还在大批量生产。
而福州天宇电气股份有限公司生产的智能开关柜属于高端产品，市场竞争力明显。
开关类产品有6项达到国际先进水平,7项达到国内先进水平；主要产品获得福建省名牌产品并且有2项国优产品、5项部优产品。
尤其是智能开关柜项目的实施能进步提升产品的制造效率和制造质量，满足大批量制造和个性化制造需求，实现制造信息的资源共享。
项目实施后有利于向同行业或相关行业进行推广，市场前景广阔，预计达到100亿元以上规模。
综上所述，我们目前不仅已经初步满足了智能开关柜
智能制造的关键要素，而且具备了全面实现智能制造的良好物资条件和技术能力。
三、项目实施现状
（一）项目系统模型建立与运行情况
福州天宇电气有限公司智能开关柜生产车间的总体设计、工艺流程及布局均已建立数字化模型，并进行模拟仿
真，实现规划、生产、运营全流程数字化管理。
在生产线的设计过程中，我们采用了
CAD、SolidWorks、Kmcad/ KMCAPP、superworks等软件实现了生产线产品的可视化设计，并利用先进仿真系统
Flexsim等对工厂设计、生产系统在投运前进行模拟仿真研究，同时运用精益生产理念进行反复优化，大大节省了产品生产时间，减少了浪费，并使生产流程做到最优化，布局在短时间内达到合理状态，物流合理顺畅流动。
1、工厂&车间仿真
图1工厂&车间仿真
虚拟三维工厂设计仿真是建立三维数字化车间或工厂的资源布局，包括工厂中所用的各种资源，从地面和高架输送机、通道、起重机、设备、机床、物料集装箱和操作人员，通过三维工厂设计能清晰的明了工厂设计、布局与
安装过程，很容易理解和表达所有工厂资源（从传送带、夹楼层以及起重机到容器、AGV和操作者）。
生产过程包括各种生产设备和输送设备，包括特定的工艺过程，生产控制和生产计划。
图2物流仿真
物流系统动态仿真可以为生产线中的各种生产设备、生产线、生产过程建立结构层次清晰的模型。
这种模型可以包括供应链、输送系统，储存系统，生产资源、控制策略、生产过程、管理过程等。
用户通过各种分析工具、统计数据和图表来评估不同的解决方案并在生产计划的早期阶段做出迅速而可靠的决策。
研究将包括投入和产出的所有影响因素，包括生产线上的机器工装和夹具、工作站的工人及其生产过程，物料流的距离、频率和成本，物料存储、物料搬运设备，零件包装等等。
验证安装操作可达性，装配过程路径分析，物料搬运过程模拟，叉车搬运过程模拟仿真等。
智能决策支持：
由于制造部门的运行效率和产出的影响因素很多，企业很难确定生产系统的最优配置，也很难获得优化的方案。
如很难建立适当的在制品库存水平、正确的生产计划，正确的批量大小以及正确的生产业
务策略。
数字化工艺布局及生产线仿真的研究将使我们具有智能化的基于模型的定量的方案模型对比和分析的能力，为业务决策提供支持和优化的方案。
2、零件制造仿真
图3机加零件制造仿真
机加工零件制造仿真零件加工刀具轨迹需要进行仿真模拟，以确保其正确性。
在进行模拟仿真时，以当前工序的三维工序模型为零件对象，以上一刀工序的三维工序模型为毛坯对象，利用CAM软件系统的加工仿真功能来完成。
加工模拟仿真提供了刀轨可视化验证功能，用于模拟切削运动和材料去除，也提供了机床运动模拟功能，用于检查加工过程中的干涉碰撞。
在统一的数控编程及管理系统中进行加工模拟仿真时，加工机床直接来源于资源库，可在数字工艺管理环境中进行统一的管理。
3、零件检测仿真
图4机加零件检测仿真
机加零件检测仿真将在检测仿真工具中利用3D模型和其中产品制造信息（PMI）尺寸和公差自动生成检测路径。
经仿真优化后生成数控测量检测程序（DMIS 5.1），可直接或通过i++接口用于相关测量设备。
根据专检或复检的需求，数控检测工作包（程序、指导书（流卡）、资源清单等）通过工艺系统的车间通道下发至测量设备管理执行系统CMMIE，进而传递到测量机执行检测程序。
4、数字化制造执行管理
（1）工厂建模
图5数字化制造执行管理
工厂模型由物理模型（实际设备）和逻辑模型（业务流程）结合形成，完整的体现整个制造单位设备的组成结构、生产运行以及生产管理逻辑。
（2）工艺与制造一体化
同步能够实现“一体化”，保证各种主数据信息，如产品编号、物料编码、工装刀具编码、以及人员编码等信息数据唯一。
全盘考虑数据传输的效率和完整性，保证制造单位是在一个统一数据源的基础上实现智能工厂的建设。
数据内容不但是文字性的、静态的、局部的，而且包括了结构化参数、生产指导文件和三维数字模型等全局数据的完备数据包。
（3）生产计划管理
计划管理是衔接制造单位项目管理系统中生产计划与生产现场或设备级的作业计划的重要管理功能。
具体包括订单的创建和维护、生产批次管理、生产派工、工程变更管理、生产插单、订单进度跟踪与订单查询打印等功能。
通过计划管理，能够有效协调多项目管理的项目驱动生产模式，并且能够完美地支撑科研生产模式下的多品种，小批量，以及工艺数据频繁变更的管理需求，实现生产计划、设计与现场生产的实时联动，杜绝因多个项目间的管理信息不对称，管理手段不匹配造成的各种浪费。
生产计划排程完成后，生成工序任务，这些任务是可用于指导实际生产的工序级详细生产计划。
数字化制造执行管理可以按照设备、人员下达生产任务，生成派工单，系统将生产作业指令直接送达到生产现场。
在数字化制造执行管理将生产任务下达给具体设备和操作工的同时，也将生产指导文件一并下达给现场操作终端。
操作工在生产准备阶段，可以通过查阅电子化的生产指导文件，完成对生产工艺的消化，提高对生产加工过程的掌控能力。
数字化制造执行管理可以直接将生产采集页面发布到现场的触摸屏，在生产完工后，操作工仅需对系统进行有限步骤的操作，即可完成当前的数据反馈和录入操作。
数字化制造执行管理实时分析生产计划和生产进度的匹配情况，并在异常情况发生时
（如设备宕机、物料短缺等）进入自动运算模式，对当前的任务队列进行滚动排产，即进行实时调度，最大程度地降低生产变化对计划的影响和冲击。
数字化制造执行管理提供多角度、多类型的现场过程监控手段，以直观简便的方式，满足各方面人员对整个生产过程的监督和管理需要。
（4）生产现场管理
生产现场管理包括物料控制，电子看板功能和产品追溯的管理。
通过物料控制将投料环节，零件加工环节和产品交付环节进行综合管控，并对过程数据进行实时数采，统计和分析。
通过电子看板，显示生产过程中的物料、设备、质量、人员和任务执行信息，实时反映生产实际情况。
显示屏将具体显示生产线名称，生产线日期，当日生产计划，日、月、年累计产量，动态显示生产线上各设备的状态报警信息。
数字化制造执行管理按照单件对产品的生产过程信息进行全面精准的追踪，提供原材料向产品的正向追踪，以及从产品向材料和生产过程的反向追踪，获取产品的原材料、生产批次、质量标准、工艺路线、操作者、设备及工装工具使用情况、质量检验情况、返工返修等等生产过程信息。
通过产品追溯体系的建立，使用者可以在出现问题时或者在进行生产工艺过程分析时，获得准确、真实、全面的信息。
（5）在制品管理
实现物料的条码管理，提高物资投料，零件加工过程的在制品流转，以及产品交付过程的效率和准确率，透明化在制品的生产状态，提高产品的可控能力。
数字化制造执行管理对毛坯进入工段到产品交付为止的整个生产过程，对在制品在工段的流转行为进行严格地监控和记录。
在数字化制造执行管理中能够实时查看在制品的位置、数量和状态信息，提供统计分析功能，对在制品的种类、数量等进行统计，方便在制品的随时清点和台帐的查看。
（6）制造资源管理
建立统一的资源库，对工装、刀具等资源进行统一管理，包括资源的维护保养、借用、维修等的管理，并对资源状态进行实时监控。
按照品种定义工具的基本属性，规格和刀具工装的工艺特征参数。
实现刀具工装库存的一体化管理，可按照权限访问，用于库存监控和统一调配。
对
刀具工装台帐进行精细化管理（如按照项目进行分类管理），对需要个别管理的工装、刀具建立个体台帐，管理每一个
工具个体的状态。
用条码对制造资源进行标识，以供借用和检修刃磨时使用。
对刀具工装的出入库进行管理，并对在线刀具进行管理，实时记录刀具的实时寿命信息。
另外，对刀具组件和组合刀具进行管理，对刀具工装的盘点计划的管理、以及盘点结果记录，刀具工装的报损管理等。
（7）质量检测管理
通过预先定义的数据采集点，从工厂各类测量设备里获取质量数据后上载到技术管理模块中央数据库中储存。
这些存储的检测数据包含了与其对应的测量设备、测量时间、零件号/名称、检测人等。
这些质量数据和各类指标可以来自CMM测量、光学或数字测量设备、手持测量仪器、以及一些其它的物理测量系统。
在数据的采集和处理过程中，系统还可以按照用户设定的规则利用现代通讯技术对质量问题进行即时报警提示，并记录问题的解决过程。
（8）质量管理
对生产过程中的产品质量状况和质量各种指标进行实时监控，及时诊断分析出问题的根源并找到相应的解决方案和后续问题状态的追踪是数字化制造执行管理的一个重要功能。
数字化制造执行管理生产质量监控系统以技术管理模块为数据管理平台，基于网络技术对生产过程实测质
量信息（譬如各种CMM、白光和手持测量设备的测量结果等）进行实时采集、管理（质量文档管理、生产过程质量管理、质量统计与目标管理）、监控、分析和发布（质量归零管理）
。
实现对产品到整个加工过程的追溯，包括工艺路线、加工设备、加工时间、工装工具、操作人员的追溯。
系统中的生产质量监控系统具有完整的数理统计功能和高级的深度关联交互分析功能。
通过多种数据采集手段获取的各类
生产制造数据（设备、物料、质量、计划等）经过转换重构后存入系统数据库，利用相关计算、报告、查询、分析和挖掘工具生成各类质量关键性能指标（KPI），对生产过程尺寸质量进行实时分析与监控。
（9）数据监控与采集
NC程序管理：
DNC系统把所有的NC程序保存在服务器上，通过DNC系统界面管理这些NC程序。
操作人员可以按实际情况对NC程序进行组织划分，并可以对NC程序进行版本管理，NC程序编制、修改和审批，NC程序信息管理等工作。
MDC系统对各种厂家和型号的数控设备实现运行状态、参数和报警等信息的自动采集。
采集到的实时数据通过自动数据压缩计算后存储在实时数据库中。
采集数据分为机床运行数据和机床工艺数据三大类：
机床运行数据包括机床运行模式、加工、故障、人工状态等，机床工艺类数据包括运行程序号、加工进度、主轴转速、进给速度、进给倍率、主轴电机电流、主轴功率、使用刀具号、程序起止时间数据等，在线检测数据包括检测尺寸等。
MDC系统同时可以监控工段所有机床的当前状态。
每个机床状态可以通过相对应的颜色代码显示。
当机床发生故障时，监控系统可以立即显示当前的报警信息。
在MDC中定义多种机床的状态，包括机床关机、机床开机、生产或技术中断、组织
中断、手动状态、维修呼叫等。
机床中的报警和讯息记录在服务器的数据库中，并被压缩成统计表。
设备维护部门利用MDC的远程诊断功能进行预防性和必要性的维护。
未被响应的、当前的报警和讯息可以在实时监控图中显示，包含报警号，起始时间和报警文本。
操作员能够创建他们自己的分析过滤器，能通过它搜索和分析操作员关心的停机原因和故障信息。
除了最小持续时间和最小频率之外它同样能定义来自不同报警组的报警号的范围。
报警分析过滤器可以从报警源中设置转换报警文本，可以把不关心的报警排除在外，例如，描述/日志讯息或操作错误等。
（二）先进设计技术应用和产品数据管理系统（PDM）建设情况
公司采用了西门子的产品全生命周期管理系统（PLM），业务范围涵盖产品决策、项目管控、需求定义、产品设计、工艺设计、产品制造、变更管理、售后服务等产品全生命周期的各个阶段。
其中包括了产品数据系统（PDM）的全部功能。
图6PLM整体架构
1、产品设计与验证管理
（1）产品标准化和模块化管理
基于标准化和模块化理念的产品设计和制造规划，将改变设计和工艺人员的传统工作模式，使工作效率和质量都将产生质的飞跃。
利用基于知识库的快速设计系统完成产品开发的过程将会发生如下变化：
从产品知识库中寻找最近完成的类似产品（即典型案例库），并以该产品为基础进行新产品的设计。
在产品设计过程中，设计人员将利用知识库，快速访问公司和行业标准（即标准和规范库），以及零部件等各种库（重用库），实现数据的重用，减少风险。
使新设计的产品能符合公司
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