智能制造典型案例|沪东重机：大功率船用柴油机关键件智能制造集成创新与应用
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该企业面向大功率船用柴油机制造全流程，构建多个以智能制造装备与智能传感相融合的车间智能单元，进而构建以虚拟制造与物理制造融合为主要特征的智能制造车间，实现横向、纵向、端到端的数据集成、闭环管控和自适应反馈，提高制造效率和质量稳定性。
一企业背景
沪东重机有限公司（简称“沪东重机”）是中国船舶工业集团公司下属的全资子公司，是集研发、制造、服务三位于一体的动力装备企业，是目前国内最大的大功率船用柴油机研制和生产基地，国内市场占有率达70%。
二智能制造发展背景
海洋工程装备及高技术船舶是《中国制造2025》确定的十大重点领域之一，其中，“掌握重点配套设备集成化、智能化、模块化设计制造核心技术”是主要发展方向。船用柴油机是船舶的“心脏”，也是最核心的船舶配套设备之一，占船舶总价值的10%以上。
通过大功率船用柴油机智能制造新模式应用项目的实施，建成面向大功率船用柴油机关键零部件焊接、数控加工及整机装配与调试等制造工艺环节的数字化车间示范基地，形成大功率船用柴油机智能制造新模式，打造信息化与工业化深度融合的船舶柴油机基础能力，可以实现大功率船用柴油机研制周期大幅缩短、生产制造成本大幅降低、产品质量得到显著提高、能源资源消耗明显降低，进一步满足船用柴油机产业化发展需求以及快速响应需求。
沪东重机在2015年通过国家工信部两化融合管理体系贯标，但是相对于国外先进的船用柴油机研制企业在数字化、网络化及 36 41166 36 14943 0 0 2014 0 0:00:20 0:00:07 0:00:13 2851智能化制造能力建设方面仍存在一定差距，主要不足体现在：
1、制造装备智能化程度低，使得生产成本高
船用柴油机制造企业现阶段机械化、自动化单台套设备与大量的手工、半自动生产方式并存。如焊接、装配、喷涂与打磨等生产过程中仍以手工作业为主，而且大多是单台独立作业。这些生产方式下产品质量一致性很难保证，而船用柴油机制造产品对质量和可靠性的要求非常苛刻。同时，关键工序手动作业，单台设备独立加工，无法控制生产节拍，造成许多生产瓶颈。由于流程受阻，致使排产变动大、生产效率低、制造成本居高不下。
2、传统生产模式精益化生产水平不高
船用柴油机制造车间主要生产模式是混线生产模式，存在多品种、多型号、变批量生产特征。存在的共性问题有：（1）工艺流程分散，如车间内工艺布局未能实现科学、合理的优化，此外产品生产涉及较多的跨部门协作导致精益化生产管理水平遭遇瓶颈；（2）生产资源配置存在冲突，以具体型号产品为中心的串行生产模式，很容易导致生产资源冲突，同时资源利用率也不高；（3）生产排产以人工经验为主，沿袭调度式生产排产模式，导致核心设备潜能发挥不足、技术状态控制困难。
3、管控信息孤立使得资源配置不合理
过去生产车间的计划排产、资源调配主要依靠管理人员知识经验，为保证决策正确往往需要进行大量人工的信息收集与整理、统计分析工作，难以做到准确、高效、经济。
未来船用柴油机制造领域的市场竞争将进一步加剧，无论是国内竞争还是国际竞争。所以，实现信息化与制造端深度融合，走向智能制造发展方向，保证产品生产计划进度，降低船用柴油机制造成本，是船用柴油机制造企业竞争力的关键所在。沪东重机作为大功率船用柴油机行业的领先者，面对新一轮产业革命和技术革命，大力开展智能化制造装备，建立和应用大功率船用柴油机智能制造，增强企业竞争力，保障国家战略型号产品研制任务顺利进展、面向市场持续保持竞争力，实现向“智能造机”的改造升级都具有重要意义。
三智能制造应用新模式新机制
1、船用柴油机关重件智能焊接单元
主要通过对焊接参数、变形量等的实时采集以及焊接参数的优化控制，实现大功率船用柴油机的高精度、高效率、高质量焊接制造，实现整个制造过程的自动化和智能化。
（1）运用焊接工艺仿真技术对机架完成焊接装配工艺的模拟，模拟焊接导致的热变形、应力集中等问题，优化装配焊接顺序，保证装配焊接质量，智能得到最佳焊接工艺，实现高精度焊接；同时，在焊接过程中，搭建焊机联网智能监控平台，实现对所有焊机的统一管理，达到焊机实时监控的效果，并在焊接参数超标的情况下智能调整参数，达到可控的效果。
（2）自动化执行环节，通过构建柔性焊接智能工装平台，完成机架横梁部件自动化装配，智能控制整体装配间隙均匀，提高装配精度，保证机架焊接质量；同时，构建研制焊接专机开展高精度自动化焊接工作，利用对焊接坡口的3D扫描，智能生成最佳焊接方案，并使用3D扫描焊接机器人对机架实现自动化焊接，以此减少焊接变形。
（3）质量检测环节，搭建焊接缺陷智能检测评定系统，利用磁粉探伤实现外观缺陷智能检测与评定，同时使用超声探伤实现内部缺陷的智能检测与评定，有效地将缺陷控制在柴油机制作阶段，便于返修方案与返修工艺的实施，从侧面保证了柴油机的质量。
▲图1机架自动化焊接及焊接质量控制技术框架
2、船用柴油机关重件智能数控加工单元
从基于切削工艺数据库的智能工艺规划、面向全流程关键结构尺寸在线测量和智能误差补偿为切入点，对现有工艺流程进行改造升级。
（1）针对船用柴油机关键件精度高、尺寸大、种类多、结构复杂等特点，构建基于加工特征与加工工艺的切削工艺专家数据库，基于粗糙集理论计算零件相似度与工艺相似度一致性的方法开发加工特征与加工工艺方案的自动匹配技术。针对特定加工特征，基于加工过程信息的海量历史数据构建“加工工艺—加工过程状态—加工质量”映射模型，并开发切削工艺数据库中加工工艺方案的持续优化策略。最终大幅降低了生产准备时间，简化工艺流程，降低工艺设计人员的劳动强度，显著提高生产效率。
（2）采用关键结构尺寸的在位测量与智能误差补偿技术替代了传统加工工艺流程中测量手段，实现了数控加工过程的自动化与智能，在显著提高生产效率的同时，通过零件质量的过程监控和误差补偿，显著减低了生产风险、减少零件报废，并持续优化加工工艺。
图2 船用柴油机关键件智能数控加工总体技术框架
3、智能软件平台
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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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