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        2021 IAS展
        工業連接

        上海市智能工廠巡禮

          2021年04月22日  

          前言

          智能制造是我國加快建設制造強國的主攻方向,是上?!笆奈濉逼陂g強化高端產業引領,推動本市制造業高質量發展的重要路徑,是城市數字化轉型的重要抓手。智能工廠是推動智能制造的切入點和突破口,是智能制造能級和核心競爭力的重要體現,是制造業數字化轉型的重要載體。

          2020年9月,市經濟信息化委等6部門聯合發布《上海市建設100+智能工廠專項行動方案(2020-2022年)》(以下簡稱《行動方案》),計劃三年推動建設100家智能工廠,打造10家標桿性智能工廠,培育10家年營業收入超過10億元(1-2家超過100億元)具備行業一流水平的智能制造系統集成商,搭建10個垂直行業工業互聯網平臺,即“10030”工程。

          2020年12月,市經濟信息化認定授牌了首批20家上海市智能工廠,主要聚焦在汽車、電子信息、高端裝備、航空航天、生物醫藥、綠色化工和新材料、快消品和節能環保等7個行業領域。為了總結和分享智能工廠建設經驗,遵循“樹典型、強引導、立標桿”的原則,我們將分領域、分批次對20家首批上海市智能工廠從項目情況、項目亮點及項目成效等方面進行逐一介紹。

          一、上海電氣電站設備有限公司上海發電機廠大型汽輪發電機智能工廠

          1、項目簡介

          上海電氣電站設備有限公司上海發電機廠大型汽輪發電機智能工廠(以下簡稱“上發廠”)位于上海閔行,是上海電氣首個開展智能化建設的離散型制造工廠,國內首次開展電力裝備領域智能制造新模式研究。工廠依托國家工信部2015年首批智能制造專項項目開展智能工廠建設,2019年3月驗收通過并正式運營。工廠集數字化設計、智能制造和智能服務為一體,通過18個課題42個子項的深入研究,具備了離散型制造智能化應用的能力,形成智能化技術,提升了產品開發和制造效率,降低了工藝分散性、提高了產品質量,降低了人工工時和制造成本,使產品和服務更具競爭力。

          2、項目亮點

          上發廠離散型智能工廠建設以智能制造專項為載體,通過設計數字化、制造和服務智能化,逐步實現大型汽輪發電機制造的智能化轉型。

          (1)數字化設計:全流程數字化應用助力效率提升。

          上發廠離散型智能工廠采用基于模型設計的數字化技術,打造全三維工作環境,創建數字化樣機。以三維模型為基礎,電磁、通風、機械等計算分析實現在線協同。關鍵零部件以系列化、模塊化、標準化、數字化設計為基礎,實施工藝路徑規劃、三維工藝仿真,文件電子化等,實現新產品設計開發全面數字化,開發效率和質量大幅提高。通過數字化設計,集中開發了世界首創的300MVar雙水內冷調相機、1200MW級水氫氫發電機等新產品。

          (2)智能制造:先進智能裝備打破制造瓶頸。

          工廠針對工藝流程中的制造瓶頸,重點研究了3類9項智能設備。如:轉子槽加工刀具智能檢測系統等5項課題針對關鍵工序,采用自動化設備進行升級;端部形狀測量等2項課題應用激光掃描等先進測量技術;機器人焊接等2項課題采用先進機器人替代手工作業。轉子線圈銅排自動生產線為世界首創,定子鐵心自動生產線和定子線圈端部自動彎形設備等5項課題達到國內領先、國際先進水平。

          (3)智能服務:在線監測實現遠程診斷和無人值守。

          工廠打造了發電機遠程監測與診斷平臺,可實時采集和回傳發電機運行狀態的數據,通過平臺知識模型診斷,綜合專家評估,實現發電機遠程監測。平臺可實現全三維、全景仿真主機、油水系統、電氣系統及周圍環境,動態融合展示設備與環境的所有傳感數據,遠程監測與診斷平臺的實施實現了電廠無人值守的目標。

          3、項目成效

          智能工廠專項延續和深化了上發廠智能化建設,通過對設計、工藝、制造、物流進行全流程分析評估,對產品開發、核心零部件加工制造、產品服務等重點領域立項攻關,解決核心技術難題,突破瓶頸,縮短研發制造周期、提升效率、提高質量,降低成本。

          在數字化設計方面,基于模型的設計開發,實現多專業、全三維的在線協同,模塊化設計實現數據重用,三維工藝仿真實現虛擬裝配、制造人因工程,數字化模型實現檢修過程仿真,提高設計開發效率,縮短開發周期。

          在智能制造方面,打通了研發數據與生產制造系統之間的瓶頸,通過MBOM(制造物料清單)優化,在產品設計、制造中全面應用BOM結構,提高了數據管理信息化水平;通過智能裝備開發和應用,大幅提升了生產效率。轉子線圈銅排流水線配置了輸送機、高速銑床、視覺檢測等設備,從工廠MES系統中獲取訂單信息,自動調度、加工和檢測,實現了無人化生產,產品質量可靠性高,生產效率提高25%以上。定子鐵心柔性生產平臺包括智能立體堆料庫、激光導航AGV、自動傳輸線系統及沖片自動疊裝機器人系統,四個模塊間無縫對接和協同工作,實現了定子鐵心段智能柔性生產。

          在智能服務方面,遠程監測與診斷系統為客戶提供現場集成、離線診斷和遠程監測服務,提高機組運行安全性和經濟性。通過自主開發膛內檢測機器人,集成了膛內可視化檢測、定子鐵心絕緣檢測和定子槽楔緊度檢測,可實現不抽轉子,評估發電機健康狀態,可縮短檢修周期20天以上,風險小、成本低。

          智能工廠建設實際投資額近7000萬,涉及領域范圍廣,多學科深度交叉。建設成果顯著,提高了產品質量,產品不良品率降低31%,工廠運營成本降低25%,生產效率提升21%,能源利用率提高9%。

          經中科院上??萍疾樵冏稍冎行恼J定,上發廠離散型智能工廠項目具有新穎性、綜合技術達到國際先進水平。智能工廠解決方案推進了智能制造產業的發展進程,為先進制造技術提供關鍵技術支持,對離散型制造企業具有顯著示范作用。

          二、上海外高橋造船有限公司薄板智能工廠

          1、項目簡介

          上海外高橋造船有限公司智能薄板生產車間位于上海浦東新區,2020年5月正式投產,是中國船舶集團首個專為大型豪華郵輪平面薄板分段生產而全新建造的車間。薄板生產車間配置多條先進生產線,實現激光焊接、機器人焊接等國際先進技術首次在船舶制造領域工程化應用,是中國造船業第一個技術先進、智能高端的智能薄板生產車間。

          2、項目亮點

          上海外高橋造船智能制造以智能薄板生產車間項目為載體,通過各智能設備建設、工業生產元素數字化互聯互通、數據驅動智能決策,逐步實現制造的智能化轉型。

          (1)智能裝備:多項先進技術在船舶制造領域工程化應用助力車間提質增效。

          薄板車間片段線首次采用國際最先進大功率激光復合焊工藝,可以有效控制薄板拼版變形和分段精度,主要應用于拼板焊接工位和激光縱骨角焊工位。薄板車間分段線首次將機器人焊接技術應用到船舶中組立生產過程中,實現平角焊、立角焊、仰角焊、對接焊等多種形式焊接,大幅提升薄板平面分段建造過程中的自動化焊接覆蓋率,有效控制焊縫質量。與傳統生產方式相比,薄板車間大量配備自動化裝備,以流水線的方式組織生產,是生產過程更加連續,大幅提高了薄板分段的制作效率。

          (2)工業元素數字協同:工業互聯助力生產監控、數據模型驅動分段生產。

          智能薄板生產車間通過搭建工業互聯平臺,提供自動化設備數據采集及分析的統一解決方案,幫助車間實現95%以上的工業設備互聯,對切割、焊接、運輸、預處理等重要工序進行全過程數據采集和分析,實現對各關鍵工位生產進度、設備健康狀態、工藝參數、中間產品質量精度等的全面監控。在海量數據驅動下,薄板車間實現了流水線各管理對象間的互聯互通,減少生產過程中的人為介入,助力車間智能自動化運轉。

          (3)智能生產管理:實時掌控生產執行狀態。

          智能薄板車間制造執行系統(MES),是國內船舶行業首套工程化應用的制造執行系統。該系統與設計系統充分集成,實現了設計、生產、管理的一體化;結合歷史生產數據,形成薄板車間專屬的自動化排程規則,實現從分段計劃到工序計劃的自動分解,使計劃真正下沉到工位,細化到分鐘;結合物聯網、5G等新興技術,各工序完成進度能夠實時自動反饋,輔助管理者進行快速、高效、柔性決策。

          (4)智慧物流管理:面向物流過程全要素的物流管理方案。

          大型郵輪結構復雜,涉及到的零件數目龐大。智能薄板生產車間年度有超過25萬個零件需要在各個工位上陸續進行生產和流轉配送。通過零部件物流系統,生產管理員可以對各個零部件及其所在的托盤進行實時跟蹤,明確其所在的階段狀態和擺放位置,降低由于零件丟失導致的零件重制的額外材料成本以及工時成本,大幅提升分段零部件配齊完整性。車間同時實施生產車輛智慧調度系統,通過派單、搶單等多種創新模式,調動運輸車輛司機積極性,提升車間內外部物資配送效率。

          (5)新興技術探索:5G網絡助力車間實現虛實融合。

          公司通過在車間中搭建了5G基站和邊緣計算服務器等硬件設備,使5G網絡全面覆蓋智能薄板生產車間。5G網絡高速度、低時延、廣連接的特性,使增強現實技術、機器視覺技術等在車間實際生產中應用成為可能。

          3、項目成效

          在智能薄板生產車間片段線,借助銑邊拼板自動化設備以及縱骨自動裝焊技術,實時高效控制縱骨裝配精度、焊接質量以及片段變形量,保質保量完成片段建造的同時,節約5個以上的高級焊接工人。在智能薄板生產車間分段線,應用機器人焊接離線編程技術,實現分段T-Beam焊接工序中全類型焊縫覆蓋,可節約8個以上的焊接技術工人。通過在智能薄板生產車間配置智能裝備,極大限度地降低了船舶分段建造過程中對稀缺優秀技術工人的依賴。

          在工業元素數據協同方面,借助工業互聯平臺,賦能數據采集、制造過程監控和質量控制,更好地優化提升生產制造、運營管理的資源配置利用率以及異常事件處理效率,保證郵輪平面薄板分段的連續節拍化生產。

          在智能生產管理方面,智能薄板生產車間制造執行系統實時控制車間各產線生產狀態,輔助管理者智能決策,從而對生產條件的變化做出迅速反應,減少非增值活動,提高車間運營效率,從根源提高管理水平,實現精益生產,縮減無效待機、降低能源損耗,減少庫存,降低成本。

          在智慧物流管理方面,以全過程物流管控為目標,在零部件物流和車輛智慧調度系統指導下,實現分段零部件配齊率提升3%,車輛運輸準時率提升3%。

          在節能環保方面,智能薄板生產車間通過余熱回收、有害氣體處理、焊接煙塵收集、設備能源管控等10余項節能環保措施,打造上海外高橋造船環境最優車間,不斷向美麗造船的目標邁進。

          上海外高橋造船有限公司智能薄板生產車間,通過配置先進的智能裝備,結合5G網絡構建輔助車間運營管理的數字化平臺,最終實現車間整體的數字化、網絡化、智能化,構成執行及控制決策的管理閉環,力爭建設成為船舶行業智能制造的標桿。公司未來將進一步深化數字技術在智能薄板生產車間實際生產中應用,助力國產大型豪華郵輪順利建造。

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