中車戚墅堰所全面打造齒輪傳動系統智能車間

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中車戚墅堰所全面打造齒輪傳動系統智能車間中車戚墅堰所全面打造齒輪傳動系統「智能車間」，面對產品追溯、質量過程管控、生產過程管控、異常管理等典型的車間管理問題，處於計劃層的ERP系統難以給出完善的解決手段，需要MES和WMS系統將ERP和現場管理之間銜接起來，傳遞信息使得從下單到完成品間的生產過程能夠實現最佳化。通過智能製造執行系統的搭建，中車戚墅堰所齒輪傳動系統的智能化項目實現了車間管理水平的全方位、多維度提升，企業的生產效率和產品質量得到了大幅度提高，具備更強的市場競爭力，提高了我國軌道交通裝備在全球競爭中的地位，對於推動行業整體技術的發展和促進軌道交通關鍵核心技術的發展也有着重要意義。

關鍵詞：MES系統 質量過程管控 智能車間 中車戚墅堰所

目錄

一、案例簡介

項目主要圍繞高速動車組齒輪傳動系統搭建涵蓋智能設計、智能運營和智能製造模塊的智能裝配車間；通過三維一體化、ERP和MES系統的集成，運用上下料機械手、AGV、立體化倉庫等智能製造手段，實現產品研發、工藝設計、仿真驗證、製造執行及物料配送的自動化、網絡化和智能化，從產品全壽命周期內降低成本、提升生產效率和能源利用率。目前，高速動車組齒輪傳動系統智能裝配車間完成了基於整體箱齒輪傳動系統的智能化裝配線改造。

二、案例背景介紹

中國中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司主要從事軌道交通裝備新材料、新工藝、新裝備、新技術的研究開發及其科技成果的產業化，是我國機車車輛材料及製造工藝的專業研究機構，軌道交通裝備關鍵零部件高科技產業化基地。公司在高速動車組齒輪箱組裝方面已經積累了深厚的經驗並取得了一系列研究成果，現已具備批量生產高速動車組CRH2型、CRH380A、CRH3型等齒輪箱的能力，生產製造水平在行業內處於優勢地位，形成了標準的模塊化裝配工藝，生產狀態穩定有序。

目前，隨着公司企業信息化建設的不斷深入，生產管控與信息化的結合需要持續完善和提高，急需建立一整套面向產品工藝與製造的智能製造執行系統管理平台支撐現場，全力保證產品的質量穩定，同時提高生產效率、降低製造成本、提升管控水平。

為有效解決以上問題，公司欲引入「智能製造」理念，針對動車組齒輪箱組裝產生產線開展智能製造執行系統的建設工作，實現信息化、自動化、智能化與現場製造過程的無縫結合。

三、案例應用詳情

1、總體應用框架

根據總體目標及具體要求，結合齒輪部現有的業務系統、生產特點、信息化水平，獨立定製的MES系統總體架構已搭建完成，目前整體建設架構採用RS10/MES系統。

此次搭建的系統，主要以製造執行系統MES為管理的核心，該系統主要分為三個層次，最高層為控制層，即為軟件管理的數據整合與命令發布層次，第二個層次為接口轉換層，即為數據接口的轉換層次，第三個層次為數據採集層次，即為各種硬件採集數據的層次。在應用過程中，我們通過台式電腦、筆記本電腦、觸摸屏電腦等接入，收集車間製造單元（柔性製造系統、數控機床等）實時設備數據，結合工卡、智能測量裝備等採集終端的數據，控制到作業工步細度的生產過程，並可以對生產過程信息、異常信息輸出到看板進行可視化展示。

2、關鍵技術應用詳情

1）質量過程管控水平提升

MES系統上線實施後，車間管理顆粒度不斷精細，從工序的過程控制細化為工步的控制，並將生產過程數據進行數字化處理和收集，以達到質量過程管控水平提升的目標。

每個工位的工步都根據作業指導書中的作業標準進行了定製；系統數據庫中根據技術標準設定有每項步驟的檢測標準數據，如以確保不合格品不在工序間進行流轉；在動車組齒輪箱裝配車間的大軸承游隙調整、接地裝置等組裝、箱蓋組裝及清洗、試驗後組裝等10道工序採用了Atlas數控扳手，這10把數控扳手均具有扭矩和角度的實時監控和檢測功能，通過購買的Toolsnet數據管理軟件，並與現場MES進行數據對接，可以有效的實現關鍵螺栓的有效監控。

在所有的工位都新增了RFID芯片控制的智能工作檯，在關鍵工步使用的工具上使用RFID芯片，同時在工作檯台面下部固定RFID接收器，通過設定感應範圍識別工量具取放，從而用程序嚴格卡控工人的關鍵操作。在工作檯上方設計激光引導設備，通過目視化的手段，對每個工步的位置進行引導，從視覺、程序多方進行嚴格的裝配控制。

2）產品追溯水平全面提升

MES目前系統針對不同產品提供不同的工藝模板，操作人員在裝配產品時需要按照既定的工藝模板執行裝配工藝，裝配工作完成後，系統就會自動完成該工件產品的電子檔案。每個產品的電子檔案均包含有該產品的零部件序列號、組裝工藝完成情況、工步流程執行時間、測量及裝配參數、操作人員、操作日期與時間等；對於存在例外放行、問題返工的產品系統會按照軸號進行過程記錄並形成台賬，可用於後續進行生產過程追溯。通過裝配過程標準操作，系統自動建立裝配過程的跟蹤樹，生產過程的質量數據透明，同時當產品出現問題後，可以根據產品單件號或關鍵零部件二維碼，追溯產品生產的工位信息、操作工信息、工步生產數據，工步檢測數據等內容。所有生產產品的電子檔案可以根據產品編號、生產日期、軸號、操作人員、故障數據等參數進行模糊查詢，查詢結果可導出EXCEL報表。

在數據採集方面，項目組重新規劃了動車產品自製小件的管理模式，從原來的批量管理轉化為單件管理，並將零件的生產關鍵數據以二維碼的形式刻打在工件上，方便後期的讀入與查詢。

除錄入零件的信息外，每個工位都進行了檢測工具的升級，工步檢測數據進行自動化採集，同時工步檢測形成的結構化數據、文件、照片、視頻都按照工步進行統一歸檔，並形成了每個工步完整的質量數據，為後續質量的大數據分析提供了數據基礎。

3） 設備管理水平全面提升

實現組裝線加工設備的信息採集評估及實時監控，並且對設備的異常信息進行提示及報警。車間管理人員可定期回顧設備歷史信息，基於歷史數據對設備的可用性及利用率進行分析。記錄設備運行維護狀態，每月還可制定設備維護保養計劃，對其活動實時進行跟蹤。（如提供電動工具和電子量具的數據分析，給出維護保養提示和質檢提示）

4） 生產過程管控水平全面提升

（1）生產計劃管控柔性增強

通過MES系統的全面應用，特別是在柔性計劃編制的模塊上，齒輪部先後實現對工位計劃的精細化管控，同時在系統上能夠對生產計劃進行自動編排，編制混流計劃，下達工位計劃，隨時調整生產計劃，完全實現了生產線的柔性計劃體系的建設。

○1計劃自動編排

MES系統自動進行單件計劃、工位生產計劃、領送料計劃的編排，取消了以前手工編制生產線計劃的方式，計劃的編排計算由系統負責，大大降低了計劃員的工作難度和工作量。

○2編制混流計劃

MES系統實現了同一個生產線多種產品混流生產的計劃模式，目前支持CRH380A、CRH2統型車、CRH380A國產化等多種整體式動車組齒輪箱產品的混流生產，生產線計劃的管理具有很強的擴展性，可以根據需求繼續增加對多種產品計劃的支持。

○3工位計劃下達

MES系統上線後，生產計劃編制完成後，自動下達到生產線各個工位，工人進入系統後，就可以看到當天的計劃，工位計劃的開、完工時間精確到了分鐘，一方面對工人工作安排加強指導，另一方面對實現精準的物料配送提供的需求信息。

○4計劃異常調整

MES系統排產計劃，能夠對生產插單、拖期調整、異常下線、返工等生產異常情況作出響應，採用計劃員人工部分干預的方式，保證了生產計劃能夠根據現場實際生產現狀作出調整，為指導工人生產和物料配送提供最準確的計劃信息。

（2）生產過程透明化程度進一步增強

MES系統成功實施後，齒輪箱組裝線的生產過程更加透明，車間管理人員可以第一時間了解生產進度，及時監督、抽查操作人員作業，操作人員的作業規範性進一步提高。具體主要體現在：

○1工藝過程透明

目前在車間的每個裝配工位的工作檯上均配備有觸摸顯示屏，系統的看板管理平台中的工步引導模塊能夠通過圖形展現裝配技術標準並將當前工件的生產工序順序顯示在觸摸看板上，從而控制操作工嚴格按照工步順序執行裝配，大大提高了操作規範性與標準性。

○2生產過程透明

MES系統實施前，管理人員只能掌握齒輪箱入庫情況，對生產過程進度的了解只能通過現場或者班組反饋，管理信息嚴重滯後。MES系統上線應用後，工位工人開工，每個工步操作、完工等信息管理人員可以實時掌握，全面了解生產過程中的各項管理要素，對於生產管理的提升改進提供了強大的管理工具。如下圖所示，管理人員可以在任意一個時間點在系統登陸查看，能夠獲取當前時間點上某一個工位，已經完工產品的數量，正在操作的人員，當前開工的工步信息等，甚至能查詢到完成該工序的實際工時。

○3現場作業視頻監控

每個工位配備了視頻監控，管理人員可以在辦公室遠程實時查看某個工位的裝配過程，也可以按照時間段回放裝配視頻。車間管理人員可以隨時掌握工位的裝配情況，對操作工的操作進行監督和指導，及時發現裝配現場的問題，最大限度防止問題的發生。

5） 異常管控水平全面提升

每個工位的操作台的控制系統可以根據系統記錄的各項數據與預先設定參數數據自動比對，如果不符合要求，系統可以自動進行聲光報警,例如自動扳手擰緊數據異常、單件號識別異常、物料編碼異常等；操作人員如果在操作中發現有異常信息，也可在看板上的異常匯報功能區中手工上報異常情況，自動異常匯報和人工異常匯報數據均會自動存儲在數據庫中，同時發生異常匯報時系統會自動將異常信息傳遞給「車間級安東系統」（註：通過與安東系統接口實現），該數據會立即通過看板展現給各級生產管理人員。管理人員也可根據異常數據、操作員id、異常時間等參數通過數據查詢系統查詢異常記錄並形成EXCEL報表，從而對現場的異常管理形成有效控制。

四、創新性與優勢

以創新驅動，實施智能製造工程，是企業構建未來競爭力的務實舉措，通過先行先試，將為我國高端裝備製造業實施「智能轉型」提供經驗參考，發揮重點領域核心企業標杆示範作用，提高我國軌道交通裝備製造業的整體數字化水平，為我國軌道交通裝備製造業技術進步提供助力，促進產業持續穩定發展，為高端裝備製造業樹立一個可複製的數字化生產線建設模式，推動我國高端裝備製造業整體向數字化高精尖方向邁進。

通過高速動車組齒輪傳動系統智能裝配車間的建設的示範帶動，中車戚墅堰所還在基礎制動、汽車零部件領域建設了2條智能產線，支撐公司轉型升級。其中汽車零部件公司的智能製造產線還獲得江蘇省智能製造車間的認證。