智能制造典型案例|上海发电机厂:大型汽轮发电机智能制造集成创新与应用
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根据上海发电机厂离散型制造的特点，拟采取分步实施的方案。首期主要从智能制造技术、单个重复工作量大的工序和智能制造的基础性工作开始，在主要工序实现智能制造的基础 — 机械化和自动化，局部工序实现智能化；长期目标是经过智能制造技术、传感技术、测量技术、网络技术、专家系统的进一步研究开发，逐步走向产品全生命周期生产制造的智能化。
一企业背景
上海电气电站设备有限公司（简称“上海发电机厂”）隶属于上海电气集团，是一家专业从事大型汽轮发电机设计、制造和服务的骨干企业。
作为一家由中方控股的合资企业，上海发电机厂具有强大的技术研发、二次创新、自主创新及产品制造能力，是世界双水内冷发电机技术首创者和我国300MW、660MW、1000MW大型汽轮发电机首台制造者，同时开发出了660MW双水内冷、500MW燃机、1200MW水氢氢、1100MW核电等一系列具有自主知识产权的世界或国内首创发电机产品。
图1
《中国制造2025》以智能制造为核心工程，电力装备是十大重点领域之一。大型汽轮发电机作为电力系统的关键设备之一，其制造具有单件小批量生产、手加工作业较多、工序繁多等特点，是典型的离散型生产制造模式。上海发电机厂作为中国大型汽轮发电设备制造的领头羊，必然要以智能制造技术引领发电机制造技术的发展。智能制造既是实现制造业结构调整的高端技术，又是支撑制造业“上水平”的基础性技术。发展智能制造将为我厂的全面发展提供有力推动和必要保障。通过智能制造技术的发展，提高我厂创新能力和附加值，实现节能减排目标，提升传统制造水平，从而抢占技术制高点，以科技创新达到世界国行业的先进水平，最终实现世界最强发电机供应商的目标。
二智能制造战略规划构想
通过智能工厂项目的实施，发电机制造将实现设计的数字化、管理的信息化、生产制造的智能化，建设智能型发电机生产工厂，开创发电机智能制造新模式，可提高产品开发效率、减少工艺分散性、提高产品可靠性、降低劳动强度、提高生产效率及降低产品成本，满足安全生产、环保要求，同时降低能源消耗，提升管理效益，经济效益是十分明显。同时，智能工厂的建设可促进产业结构向高端装备制造转型升级，全面推进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的示范作用，进一步巩固上海电气电站设备有限公司在国内电站设备制造行业的领先地位。
智能工厂项目主要包括大型发电机智能制造与智能检测技术、发电机产品数字化设计、基于ERP系统的MBOM优化三个方面。
科目 | 序号 | 项目内容 | 计划完成时间 |
数字化设计 | 1 | 构建全三维工作环境 | 2015.12 |
2 | PDM系统搭建 | 2017.12 | |
3 | 模块化设计开发 | 2017.12 | |
4 | 工艺三维仿真 | 2017.12 | |
5 | 产品说明书需求定制及可视化 | 2017.12 | |
6 | 数字化样机库搭建 | 2017.12 | |
基于ERP的管理信息化 | 1 | MBOM主数据结构搭建 | 2015.12 |
2 | SAP账户使用费 | 2017.12 | |
智能制造 与检测 | 1 | 机器人辅助定子线圈装配 | 2017.12 |
2 | 定子铁心智能检测系统 | 2016.6 | |
3 | 端部形状测量仪 | 2016.9 | |
4 | 转子铜排自动化生产线 | 2017.12 | |
5 | 定子线圈端部自动成型机 | 2017.12 | |
6 | 铁心自动叠装系统的智能化改造 | 2016.12 | |
7 | 非接触式转子跳动测量系统 | 2015.12 | |
8 | 机器人焊接升级 | 2017.12 | |
9 | 机器人去毛倒角 | 2017.12 | |
10 | 转子槽加工刀具智能监测系统 | 2017.12 |
表1 实施计划
智能制造与智能检测技术主要包括线圈全数字化制造技术及智能制造成套装备研制，研究开发机器人系统，推广机器人在发电机制造过程中的应用，大型汽轮发电机转子精密制造技术及变形控制技术，以及定转子线圈机器人辅助装配的研究与开发。
发电机产品数字化设计主要包括以优化软、硬件及交互界面为主，打造全三维工作环境，以系列化、模块化设计为导向，进行软件的二次开发和封装，构架多层级设计系统，以三维设计模型为基础，通过三维工艺路径规划及三维工艺仿真实现工艺数字化设计，以及以大数据库为支撑，实现多系统信息流集成、共享和管理的数字化平台。
基于ERP系统的管理信息化建设，通过MBOM优化，实现订单管理、订单设计、工艺设计、制造管理、采购协同和项目测试，从物料、计划和成本三个维度解决系统与业务之间的不匹配问题。
图2智能工厂构架图
三智能制造实践现状和效果
上海发电机厂依托智能工厂项目，根据2015-2020技术发展规划，将智能制造的目标分解到具体的科研专项或技术课题中，逐步推进落实。
1.研发
发电机研发的智能制造目标是实现全数字化设计进而全生命周期数字化管理，现阶段工作是三维设计平台的建设和应用，主要内容分为四个部分。
（1）三维数字化设计
上海发电机厂已完成设计人员单机硬件配置，增加大型装配体用服务器数量，对三维设计软件的界面、模板、参数等进行标准化定制，制定并完善了三维设计、校审、数据流转等各类标准、规范和流程，实现了新产品开发的全三维数字化设计。
现在的工作重点是优化PLM系统三维数据流转，实现设计及后续的工艺、制造、检验等环节在三维数据使用上无缝对接，在工作行为和工作意识上都全面达到三维化，逐步向无图设计甚至于无图制造的方向迈进。
图3发电机数字样机
（2）工艺数字化设计
传统发电机装配工艺以二维图纸为依据来编制工艺规划，需要工艺开发人员依据二维图纸去理解产品的装配关系、工装的使用方式，并构想产品的装配顺序。工艺设计过程需要耗费大量的时间，其结果的优劣取决于工艺人员的水平和经验。许多工艺设计问题只有在生产现场才能发现，导致了生产现场的工程更改工作量巨大，生产周期长，生产成本高。
针对工艺开发的重点工序，如定子线圈嵌线、并连环装配和总装等，已通过基于产品、工模具等三维模型的工艺数字化设计，在装配制造模型下进行装配工装的验证，仿真夹具的动作，仿真产品的装配流程，验证产品装配的工艺性。实现对装配工艺的充分验证，在投入制造以前尽早的发现问题，减少制造过程中的工程更改，提高了新产品研制的快速应变能力，降低了样机试制的开发成本，加快了研制周期，提高产品设计开发的能力，全面提升制造企业的核心竞争能力。同时通过三维工艺规划和仿真输出动态三维装配过程，使现场操作人员能快速理解和掌握装配过程，有利于缩短装配周期，提高装配质量。
图4 定子线圈嵌线装配仿真
同时还完成了焊接人因工程仿真等课题，在工艺布局和工位布置时通过虚拟的制造环境和装配工艺模拟，优化工艺流程，检验和验证工位布置的合理性。通过人因工程，实现产品设计的人机交互过程，检验产品制造的可视性和可达性问题，减少产品在维护过程中出现的设计不合理。
图5弹簧板焊接仿真
（3）产品设计系列化、模块化
在已建成的全三维工作环境中，我们可以高效的对各容量等级发电机产品的所有零部件进行梳理、分析和比较，利用三维软件的各类“块、表、族”等功能，实现全参数化，根据设计工作标准，对各级零部件的设计过程进行参数化封装并开发相应的设计界面，已逐步形成各个零部件数字化设计的子系统，多层级组合构架成为整个发电机产品的数字化设计系统。
图6发电机转子装配模型
（4）发电机数字化样机库
上海发电机厂已逐步建立了全面的发电机数字化产品库，正逐步开展工作将CAD-CAE-CAPP-CAM-PDM这些发电机产品设计、工艺、制造、检验等全过程中的各个系统打通，实现信息流的集成、共享和科学管理。
2.智能制造
制造领域的智能化建设是核心工作，聚焦了三大板块，推进了十二个具体科研项目。
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为树立典型、宣传推广先进经验，上海市经济和信息化委员会组织相关单位，对本市智能制造新模式、新机制应用以及高端智能装备首台突破情况进行了梳理，将相关企业的先进做法和成功经验汇编成书，为企业开展智能制造、高端智能装备研制与应用提供借鉴与参考。本案例集共分为四个部分，第一部分为本市智能制造新模式、新机制应用典型案例，第二部分为本市智能制造系统解决方案供应商典型案例，第三部分为本市具有代表性的高端智能装备首台突破案例，第四部分为本市支持智能制造和高端装备发展的相关产业政策。
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第一部分 智能制造新模式机制应用典型案例
案例一 汽车全业务链智能制造集成创新与应用
上汽通用汽车有限公司
案例二 智能机床网络协同制造集成创新与应用
智能云科信息科技有限公司
案例三 大型汽轮发电机智能制造集成创新与应用
上海电气电站设备有限公司
案例四 高压输配电产品智能制造集成创新与应用
正泰电气股份有限公司
案例五 电梯远程运维集成创新与应用
上海三菱电梯有限公司
案例六 大功率船用柴油机关键件智能制造集成创新与应用
沪东重机有限公司
案例七 大型商用飞机智能制造集成创新与应用
上海飞机制造有限公司
案例八 冶金工业设备远程运维集成创新与应用
上海宝钢工业技术服务有限公司
案例九 光明乳业华东工厂智能制造集成创新与应用
光明乳业股份有限公司
案例十 移动通讯终端智能制造集成创新与应用
上海晨兴希姆通电子科技有限公司
案例十一 商用航空发动机总装智能制造集成创新与应用
中国航发上海商用航空发动机制造有限公司
案例十二 超精密复杂集成电路专用装备智能制造集成创新与应用
上海微电子装备有限公司
案例十三 半导体芯片智能制造集成创新与应用
中芯国际集成电路制造（上海）有限公司
案例十四 液晶显示面板彩色滤光片智能制造集成创新与应用
上海仪电显示材料有限公司
案例十五 双离合变速器智能制造集成创新与应用
柯马（上海）工程有限公司
案例十六 电机行业智能制造集成创新与应用
上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司
案例十七 动力电池装配智能制造集成创新与应用
上海君屹工业自动化股份有限公司
案例十八 新能源汽车永磁电机智能制造集成创新与应用
上海浩野智能科技有限公司
案例十九 电梯轿体金属件智能制造集成创新与应用
上海新时达机器人有限公司
案例二十 慧程全产业链网络协同集成创新与应用
上海慧程工程技术服务有限公司
第二部分 智能制造系统解决方案供应商典型案例
一、上海工业自动化仪表研究院有限公司
二、上海明匠智能系统有限公司
三、上海宝信软件股份有限公司
四、上海电器科学研究所（集团）有限公司
五、上海德梅柯汽车装备制造有限公司
六、上海宝钢工业技术服务有限公司
七、科大智能科技股份有限公司
八、中科新松有限公司
九、上海拓璞数控科技股份有限公司
十、上海天永智能装备股份有限公司
十一、上海东富龙科技股份有限公司
十二、航天智造（上海）科技有限责任公司
十三、上海晓奥享荣汽车工业装备有限公司
十四、鼎捷软件股份有限公司
十五、上海玑智自动化科技有限公司
十六、柯马（上海）工程有限公司
十七、上海科致电气自动化股份有限公司
十八、上海君屹工业自动化股份有限公司
十九、伟本智能机电（上海）股份有限公司
二十、上海九高节能技术股份有限公司
第三部分 高端智能装备首台（套）突破典型案例
一、火箭贮箱滚弯壁板高效等厚铣削装备取得首台突破
二、世界首台36000吨超大六向模锻压机开机运行
三、我国高端半导体晶圆级封装装备“WMB型晶圆级微球植球机”实现量产
四、世界最大类矩形全断面隧道掘进机——“阳明号”盾构机研制成功并投入应用
五、国际首台采用光梭成像技术的3.0T超导磁共振研制成功并交付使用
六、国产高档数控曲轴磨床在一线汽车品牌主机厂产线成功应用
七、基于智能机器人应用的发动机自动化柔性总装线取得突破
八、我国大型金属构件“机器人型同轴送粉激光3D打印装备”实现自主研发并实现应用
九、我国首套第三代核电站专项监测系统研制成功并达到国际先进水平
十、太阳能热发电关键设备高温双罐熔盐储热系统研制成功
十一、“高效智能动力包系统”成功推向市场实现产业化
十二、有轨电车防撞预警系统取得首台突破
第四部分 附录
1. 上海市政府办公厅转发市经济信息化委
《关于上海加快发展智能制造助推全球科技创新中心建设的实施意见》的通知
2.上海市经济信息化委关于印发
《关于上海创新智能制造应用新模式和机制的实施意见》的通知
3.上海市经济信息化委
《关于组织开展上海智能制造系统解决方案供应商推荐目录编制工作》的通知
4.上海市经济信息化委
《关于组织实施2018年度上海市高端智能装备首台突破和示范应用专项》的通知
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