离散制造模式下ERP系统与车间集成智能改造解决方案

****有限公司离散型制造模式下设备智能化改造解决方案 *****

目录（略）

一．企业简介*****有限公司创办于1992年，前身为株洲市铁道机电配件厂，于2005年实行企业改制成为股份制企业。通过全体员工的艰苦创业，发展至今已拥有固定资产1500余万元，占地面积12000余平方米，现有员工75人左右，其中各类高级、中级工程技术人员21人，近员工总数的30%。拥有多种类专业制造设备108台套，其中精密设备50余台套。公司主要产品有电力机车牵引装置、齿轮箱、轴箱装配，热风机、辅助压缩机、摩擦减震器、同步变压器、接地装置等各类电子、电器等配件。年销售收入2100万余元。本公司于2006年通过ISO9001:2008质量体系认证和CRCC铁路产品认证，并得到国家铁路总局认可，成为路用配件定点生产单位，2017年通过EN15085-2CL1的焊接体系认证，取得国际铁路产品焊接资质。本公司多次荣获株洲市重合同守信用单位称号，被中车株机公司、中车电机公司、联诚集团等多家大型企业定点为配套企业。

项目背景外部宏观环境随着新一轮工业革命的发展，工业转型的呼声日渐高涨。面对信息技术和工业技术的革新浪潮，美国人出台了先进制造业回流计划，德国人提出了工业4.0战略，中国加紧推进两化深度融合，并发布了中国制造2025战略。目前中国的经济发展已由高速增长阶段逐步转入高质量发展阶段，政府更加关注于优化经济结构、转换增长动力。制造业是供给侧结构性改革的主要领域，尽管制造业增加值在全国GDP总量中的比重呈下降态势，但以制造业为代表的实体经济才是中国经济高质量发展的核心支撑力量。2015-2016年，中国制造业增加值的同比增速仅为3.5％和5.9％，原料、土地、人力资源等生产要素成本的不断上涨使制造业本就不高的利润率很难提升。提高质量效益、转变生产方式是传统制造业必须要解决的问题，而发展智能制造正是中国制造由大到强的必由之路。内部环境分析自2017年起，公司为了有效适配产能，提高设备利用效率和经营效率，采取了多项有效措施，主要有增加部分数控设备，使用自动加工中心与自动焊接设备，转运物料时使用电动转运车等，这些技改一方面保证了生产订单的发货，另一方面也为后续数字化智能工厂的设备层建设打下一定基础。但与智能工厂层级中要求的智能设备层仍存在较大差距。公司主要生产设备为各式机床，而机床做为加工行为的直接产生设备，设备的数控程度与自动化程度直接决定了工厂的智能程度。目前加工设备中，数量虽然达100多台套，铣床、龙门铣床仍然多数为落后的手工机床，车床与钻床中，非数控机床仍然占据相当大的比重，钣金类设备与锯床中，普通机床继续保持了公司目前占额的“半壁江山”。针对以上情况，结合实际需求，为此公司高层下定决心投入巨额资金进行智能化改造。在未来两～三年内对锯床、铣床、车床设备全部实现数控化；龙门加工中心、钣金机床基本实现数控化，只保留1～2台普通设备；钻床设备中数控类机床占比超过50%。多功能工序数控集成为加工中心等多种方式解决了工艺瓶颈，保证产品质量和产量。

项目建设的必要性一业务发展需求公司长期为中车系统提供重要部件，其产品要求高，改型频度高，供货要求快准好。生产交付压力较大，设备参差不齐，关键路径不明，联动最大产不能充分释放；生产计划和实际流程不能有效衔接，直接影响订单交付时间；生产过程、进度执行情况无法做到实时反馈，生产调度人员不能按照实际情况合理调配生产进度；生产数据无法做到实时采集，仍采用人工收集，造成数据报送延迟；车间员工的工资核算以计件、计时、废次品需考核等核算依据，随着人员的增长，业务量的增加，车间统计核算工资工作量也逐渐增大，导致效率不高，数据的传递往往不能按照要求实时报送。在这种环境下，跳出低质的同质化竞争圈子，从生产到经营都需要进行优化调整。让企业得到更好的成长才能成为主机厂忠诚的合作伙伴，因此公司从战略层面分析出企业发展必须要保证以下竞争优势。先进制造优势需求面对公司客户规模大小不一、订单种类繁多、订单量大小不一、频繁换单的问题，以及复杂多变的竞争环境，为快速实现公司战略经营目标，公司需要不断实施产品转型升级，逐步向高附加值产品过渡。因此，需要对现有的生产模式进行柔性化、数字化、智能化的设备改造，实现产品从设计到生产工艺、生产制造等的快速集成，通过实施先进制造策略，以降低成本、提高合格率、提升效率，满足公司未来的发展需求。产品快速交付优势需求：近年来，随着客户对产品质量和交期提出越来越高的要求，公司需要通过一系列管理手段提升管理效率、生产效率和质量水平，还有必要通过信息化手段不断提升从销售订单到交付环节之间的运营效率，同时不断协同提升生产设备的自动化、智能化水平，尽可能缩短交付周期，以满足不断变化的市场需求。精细化运营管控需求随着公司发展规模的不断壮大，服务的客户群体日益增多，在逐步发展的过程中，除部分大客户群体外，公司还积累了很多的中小客户资源；造成公司订单数量大小不一，原材料，生产、运营成本等数据统计困难，无法全面顾及；致使最终财务成本核算耗时耗力，旧有的手工核算模式已不能满足公司日益发展的需求。为保证市场竞争的优胜机率，达成公司的利润目标，必须通过管理完善并提升各业务过程的经营成本管控能力，加强客户的订单需求和生产规划进行集成与数据化管理，通过企业内部数据系统的优化升级，在销售业务、计划业务、采购业务、生产管理、质量管理、仓库管理和财务管理活动方面协同，提高整体运营效率和成本管控。二产业痛点分析：公司作为株洲轨道交通产业集群的一份子，为周边主机厂提供重要的设备大部件。而当前行业特点和结构位置决定了公司生产模式为多品种小批量的离散型制造，目前定位为以快速制造快速交付为发展目标，公司产品为复杂程度较高的结构焊接集成及异性承载型零部件产品，从零部件机加工制造，电气部件的焊接调试均在生产部门内独立完成。智能改造角度上来看，整个生产制造系统在存在以下五点不足:①自动化加工设备覆盖率低数控加工设备较少，目前只有两台数控锯床、三台数控车床与数控折弯机、剪板机各一台，其余均为普通机床；焊接、辅助工具自动化率较低，目前仅有一套焊接机器人加工板类零件、一台焊接专机加工滚筒辐板，其余焊接与辅助工作均由人工手动完成。②装配环节基本依靠手工目前装配工作全部依靠手工，定点组装，效率低下，延误交期时不能及时发现、定位；相关配套的部件装配吊装依靠车间大吊车，等待耗时较长；原有布局与库房领料模式所限，导致装配用时中领料、等料时间占比过大。③质检过程缺乏先进手段质检手段主要依靠人工使用卡尺或千分尺测量，成品检测也无法做到及时有效，追溯准确，导致发生问题后无法详细判断事故类别。依靠人工检测判定合格与否，也存在准确性差、波动性大等问题，无法进行长期可靠、稳定的检测作业，而且检测数据需要人工统计，进行二次汇总后才向上级汇报，效率很低、数据整理周期长、准确度低、规范性差、时效性严重滞后。④信息化建设存在断层，车间管理成为“黑匣子”随着企业发展，目前在设计与运营管理阶段，信息化建设初见成效，普遍实现无纸化办公，保证信息的准确、及时传递。但在生产阶段，信息化建设较差，与其他部门相比存在显著差异，同时车间管理由于信息化程度不足，导致上级领导无法准确、及时掌控生产流程与进度，车间“黑匣子”现象明显。⑤供应链各相关环节信息“孤岛”生产系统是一个由加工、装配、质量、设备、供应、仓储、安全等多个环节统一协调工作才能正常运转的系统。但在实际运营过程中，不可避免的存在“部门墙”这一现象，各环节的信息不能准确及时的传递，造成信息孤岛的产生。上级领导只得抽出大量时间和精力被动协调部门之间各类信息的流转与配合，而无法主动发现问题，解决问题。

总体规划为应对并解决不断变换的市场需求和企业目前存在的痛点的矛盾问题。尤其是对于生产工艺复杂、原材料及原器件种类繁多的离散制造领域，产品往往由多个零部件经过一系列不连续的工序装配而成，其过程包含很多变化和不确定因素，在一定程度上增加了离散型制造生产组织的难度和配套复杂性，要做到生产全程数字化、可视化、透明化殊为不易。智能制造系统是一个覆盖设计、物流、仓储、生产、检测等生产全过程的极其复杂的巨系统，企业要搭建一个完整的智能制造系统，最困难也是最核心的部分就是生产过程数字化。并进一步将生产系统延伸至供应链、生产后服务等各个环节，最终实现全面智能化。业务架构顶层设计优先明确支撑生产的主要功能处理流程，在此基础上梳理分支节点的流程。确保各个功能都能为快速生产制造所用，持续为生产，工艺，设备管理做支撑。工艺技术路线信息技术路线设备分布或自动采集-数据传输-数据分析-经营管理-综合决策为导向，将传统的设备进行改造或淘汰，对关键设备进行购买，具备适用的适配接口，使设备具备数字化条件，以扫描枪的形式读取生产数据同时传输到数据库，基础数据自动在MES，ERP中进行有效利用，对生产进度，人员绩效、设备进行高效管理。建设地点株洲**建设目标主要KP指标指标解释2019年2020年2021年责任部门订单交付准确率按期交付的合同单数/合同订单要求交付的总数*100%95%96%100%商贸发展部生产工单及时完成率生产工单按时入库批数/生产总工单数95%96%97%制造部生产计划完成率实际完成量/月度计划量×100%95%97%100%制造部设备利用率设备启动数/设备总数×100%85%88%90%制造部产品合格率当月产品合格数量/当月产品总数×100%90%95%98%技术质保部生产事故厂区人员设备及环境造成的各种安全性事故0起0起0起制造部制造能效费用率月生产费用与月产值比率，生产费用含人力成本、超额损耗、水电费等8%7%6.5%经营管理部项目团队岗位姓名职责分工项目组长1.负责设备智能改造解决方案的提出，总体统筹与协调，审批、资源提供等；2.负责业务流程梳理、方案拟定和组织结构优化。组员1.参与新购设备、ERP系统部署实施，参加相应的技术获取，数据库的维护；2.负责设备调试、定期检查和系统维护；3.负责公司网络及信息安全策略的实施；4.负责匹配规范后各业务范围内的运行控制。组员负责设备和系统采购管理，包括设备选型、验收、使用、日常运行维护组员1、参与设备改造及ERP搭建实施；2、确认业务流程和组织结构优化方案；3、参与评审技术方案。供应商负责设备改造建设的方案设计和基础建设的施工。负责ERP系统方案整理、需求分析、软件的开发、部署、维护、培训。基础资源保障1）资金保障：经营管理部将两化融合相关的技术改造、设备设施、系统建设、运行维护、咨询培训等所需要的资金投入列入专项投入资金管理，进行集中管理和统一核算。2）人才保障：需要通过培训、宣传等方式提升所有参与人员的技能和意识，确保有效的知识转移。3）设备设施：目前厂区完整的基础设备设备条件、ERP服务器、ERP远程服务器，还需要适当进IT基础建设，条码扫描设备、在线标签打印机、引进信息化设备，并不断提升生产设备的自动化、智能化水平。4）信息资源：使用统一接口规范，采用统一的编码规则，需要通过ERP系统应用，提升精益生产管控能力。5）信息安全：生产现场视频监控，制定信息安全管理制度，定期对程序和数据进行备份。建设方案此次建设方案以关键设备升级，企业资源整合管理为建设方向。主要分为设备智能化改造、设备控制、数据采集及传输，ERP企业资源管理4个部分。通过对生产实现过程中的关键工序&特殊工序（在线三维设计、精加工、精度测量和应力检测、热处理、焊接）的关键设备及其辅助设备进行新购和数字化改造并进行数据利用到管理系统中进行高效管理。奠定工厂数字化智能化改造基础。本系统既包括传统意义上的DNC（机床联网）、MDC（机床监控与数据采集）等功能，也包含对热处理设备、机器人、AGV（自动导引运输车）、自动化立体仓库等各类数字化设备的智能化管控。工艺路线图1整套设备智能化系统总体技术特点系统特点★兼容性强在通讯方面，完全支持发那科、西门子、海德汉、马扎克、东芝、博世以及国产广数、华中等各种控制系统，支持RS232、RS422、RS485、网卡等全系列通讯硬件。在设备数据采集方面，不只兼容数控机床，还兼容热处理设备（如熔炼、压铸、热处理、涂装等设备）、机器人、AGV、自动化生产线等各类数字化设备，以及三菱、欧姆龙等各类PLC的设备。★传输稳定自动系统具有长时间连续运行的稳定性、可靠性，抗干扰能力强，能确保24小时365天系统无故障运行，程序传输稳定可靠。完全支持远程请求与文件远程传输功能，服务器端无人值守，操作者不用离开机床控制面板就可以完成程序的查询、接收与发送等操作。★采集功能强大一台计算机可以同时采集超过256台设备的实时状态，以电子看板的形式随时查看所有设备的开机状态、运行状态、故障状态等信息。可实时获知设备的工件生产数量、加工时间等。对熔炼、压铸、热处理、涂装、X光机、图像识别系统等数字化设备进行过程采集与管理，包括采集设备基本状态、各类工艺过程数据进行实时监测、动态预警、过程记录分析等功能。★程序管理规范高效基于Oracle开放性数据库管理，可以方便地对数控程序的各种信息，如程序号、图号、零件号、机床、用户信息等进行管理，可对程序进行图号、零件名称等进行复合查寻。对数控程序具有完善的权限管理，操作员、编程员、检验员、技术主任等，不同人员有不同的权限，每人职责分明；具有编程、调试、检验、批准等流程；具有版本管理功能，可自动记录程序的创建、修改、删除等操作信息，具有良好的可追溯性，完全符合ISO9000标准。★提高编程效率、避免程序错误具有程序编辑、数值运算、文件比较、程序仿真等数控程序专用功能，可以极大地提高编程效率，迅速发现错误，避免程序错误。★工业大数据与智能化决策支持通过对所有设备的实时监控与数据采集，可快速、及时地发现设备停机等问题；通过真实的海量数据分析功能，可快速定位生产瓶颈，并找出最合理的应对措施，从而提升设备的有效利用率；对工序过程的主要工艺参数等进行综合分析，为工艺改进提供科学、客观的参考数据。★集成性好系统具有良好的集成性，可方便地与MES、ERP、PLM、CAPP等系统进行集成。比如系统接收生产指令，并向MES提供准确、及时的生产完工信息，以及所有设备可用状态等，这是科学制订生产计划的重要基础。2重点技改和新购智能化设备优势以下着重介绍中重点改造的关键工序和配套工序设备技术优势：高精度零件加工打造高精密自动加工中心，HM100TD/HM100TS型卧式加工中心适用于进行箱体类零件（如齿轮箱、轴承座、电机机座等）的复杂加工，在加工过程中实现自动交换工作台和刀具，可一次装夹进行四个面的铣削，钻孔，扩孔，镗孔，铰削，攻丝，现代化的机床及控制理念、紧凑的结构设计，保证高效率和高精度的单件或大批量产品的加工要求。配备高性能FANUC0i-MF(1)数控系统，可保证用户要求的数控加工功能和辅助功能。.在线实现多维转换设计运用三维建模自动化控制技术，将MJ-850L立式加工中心采用机电一体化结构，应用三维设计软件（Pro/E）和有限元分析软件（Ansys）进行最优化设计，使机床结构设计更加合理，机床刚性、精度保持性、可靠性趋近完美。主要用于加工板类、盘类件、壳体件、模具等精度高、工序多、形状复杂的零件，可在一次装夹中连续完成铣、钻、扩、铰、镗、攻丝及二维三维曲面，斜面的精确加工，加工实现程序化，减少准备时间，提高加工速度，缩短了生产周期，提高生产效益。高性能FANUC0i-MF(1)数控系统，个性化界面，方便操作，驱动器光纤传送，数据稳定可靠，网线传输方便管理，传输快捷便利。内置存储卡，最大可达2G，程序直接调用。.检测精准控制FLY15108型数控三坐标测量机，具有功能强大、性能稳定、精度高、操作简单、快速高效、维护方便等特点，尤其是其控制系统和软件功能，具有世界先进水平。相对于其他产品系列比较而言，该系列具有结构简单、承载能力强、工件放置空间开阔、装卸便捷等特点。NOVA控制系统（如图3）一款专门为CNC三坐标测量机而设计的数控系统，系统核心控制器采用大规模集成电路技术设计的32位专用控制核心，相比其他使用通用处理器（CPU）的控制系统执行效率更高，同时也实现了低功耗和低热量，延长了控制系统寿命。VisualDMISCNCCAD+嵌入式软件系统，是一款通过德国物理技术研究院(PTB)认证的软件，具有中英文语言文字表达能力，为用户提供了技术先进、功能完善、性能稳定、操作简单方便的测量保证。.实时监测热处理RT3-250-7台车式热风循环炉设备由炉体（包括炉衬）、炉门、炉车、炉门起吊机构、炉车行走机构、加热元件、智能温控系统、热风循环系统等部分组成。具有智能感知，自动预警，数据实时监测的特点。智能显示：主控区炉温控制系统采用日本岛电智能温控仪智能温控仪来实现炉膛内的升温和炉温控制，本系统具有先进的智能PID控制算法，四位超大LCD显示，具有完美的自整定、自适应功能，控温和炉温同时显示，并能根据工件的工艺要求进行程序编制和控制,自动调节控制炉膛内的加热功率，操作方便，配套控制系统还具有声光超温报警等功能。本炉温控制系统功率触发采用三相三线制无触点输出模块配套双向可控硅，控温精确稳定。具有手动/自动无拢动切换，并具有上电缓起动功能，可自动调节控制炉膛内的加热功率，并可手动调节功率大小，操作方便，系统还配有控温、超温报警和自动切断电源功能,使设备运行确保安全可靠。系统具有声光报警.炉温控制系统每相都配有一只电流表,显示加热元件电流,另配电压表一只,并配有三相电压转换开关,及时跟进电源情况。自动预警控制：电炉各机械传动部分分别采用连锁控制，即炉门稍打开后自动切断加热元件电源，炉门升到指定位置后台车才可以自由进出，炉门关闭时，自动恢复加热器电源，同时关闭台车进出电源，有效防止误操作而发生故障。.焊接控制SDHB-2多功能超激光冷焊机设备我公司采用先进的逆变技术制造的高能精密焊接机，性能赶超激光焊机，且具有便携小巧，不受工作环境早影响，是较成熟的、性能稳定的产品系列。起弧容易、焊接电流稳定、动态响应速度快、焊接无噪音、飞溅小、工作稳定可靠、高效节能、便于携带等优点,直流脉冲焊鱼鳞状美观均匀。线边库改造为关键零部件和较常用标准件的放置区，存放一定周期内产品装配所需要使用到的相应物料，以线边库的设立使用来大大降低来回往返仓库领料所耗费的时间。激光焊机全脉冲焊机全自动振动消除应力专家系统应力消除控制WKR3000-4508全自动振动消除应力专家系统是目前极为先进的实现振动时效工艺的专家系统智能设备，WKR3000-4508控制系统以高速微型计算机为主构成，硬件系统采用了国际流行的模块组合式结构，主电路为PWM调速系统，控制软件可完成自动扫频、高次谐波分析、共振峰值解析和加工点的优化自动选择。是目前国内硬件系统最简、操作最方便、软件功能完善的高级智能化专家系统设备。该系统具有友好的操作系统，其性能优越的软件处理功能，可在任何不利环境和操作人员不熟练的情况下自动完成各种要求的加工。可在系统软件控制下打印振动时效加工过程的全部资料和曲线，完全符合行业标准JB/T5926的要求，直接作为质检依据，同时对工艺效果分析提供了标准的资料和工作数据支撑。2.设备控制DNC联网，集中管控NC程序NC程序统一存储，提高数据安全性、共用性。NC程序自动下发至相应机台，提高工作效率。NC程序版本管理，规范作业。设备网络化管理，取代了纸质数控程序的传递和手动输入程序的低效率，将设备统一联网管理，实现高效准确的程序传输，帮助设备发挥最大价值。实现车间的完全网络化管理，为不同车间生产需求搭建多样的车间网络系统，消除车间数控设备之间的信息孤岛。彻底改变以前数控设备的单机通讯方式，全面实现数控设备的集中管理与控制。

NC程序管理更加规范化。DNC系统（机床联网）完善的程序传输流程、严谨的用户权限管理、方便的程序版本管理以及良好的可追溯性，实现对NC程序全生命周期的跟踪管理。

明显降低了工作人员的劳动强度和人数。服务器端无人职守、设备端全自动远程传输，操作者不用离开设备就能完成程序的远程调用、远程比较和远程上传等全部工作，明显减少了操作者因程序传输而在车间现场来回奔波的时间。

与此同时，实际加工数据与标准工艺参数比对，异常立即报警，实现设备自动预警。ERP资源计划管理方面1.数据采集与传输根据ERP中的生产订单或生产计划，在每一件产品开始生产前用终端条码打印机列印出制程卡;该制程卡与单件品或某一批产品一一对应,并在生产过程中随着产品在生产线的每个环节进行流通，在每个生产环节，生产现场作业员使用制程卡上的条码，以获取前一生产环节的生产数据，并在制程卡上记录本作业环节的相关信息。工作人员用条码表示需要采集的项目，并列印在标签上。同时也可以对一些辅助的数据对象(如工序、作业员、生产线、生产班次等)进行条码标识，以进一步实现终端数据的自动化收集。对于无法在生产线上布置电脑，且不需要实时收集数据，各个环节的数据之间无关联或关联性不强的应用场合，可以先分散采集，后集中批量处理。各种样式的终端将现场采集的数据导入到企业资源管理系统中，自动更新系统中的数据形成数据库管理。2.ERP系统管理功能清单：销售管理、采购管理、仓储管理，生产管理、财务管理以统计报表等进行功能模块整合，确保基础数据的管理和协同运用。销售订单下达，负责应收项目的合同开票管理，出入对账管理，用于与客户进行对账，可以显示每一笔销售明细记录，选择日期，点刷新，就可以查询出销售明细数据，点击上方的客户两字，可以选择具体的客户来进行对账采购入库管理采购编码，实时录入，采购对账单，用于与供应商进行采购明细对账。出库管理库存管理库存查询，用于查询当前仓库的存货情况，可以选择全部仓库，也可以选择单独某个仓库进行查询，并可以一键盘点和调拨。生产管理根据销售订单生成生产计划，根据BOM表匹配物料需求，可以多级展开。查询库存，生成工序计划和委外计划，并用于员工工时管理财务管理应收应付对账管理总账管理统计分析实现进销存的统计分析，报表分析实施计划序号实施内容责任部门完成时间1成立实施项目组高层2018.22项目实施调研技术质保部2018.33调研需求、设备选型技术质保部、设备供应商2018.34设备采购寻源制造部2018.45数控设备安装调试技术质保部、设备供应商2018.4-2019.76ERP系统试用经营管理部，软件供应商2018.57产品、原材料、客户、供应商数据编码编制并导入系统经营管理部2018.68系统功能模块调试、培训操作演练各部门2018.69系统试运行，试运行意见和问题收集各部门2018.1110系统验收系统供应商、经