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西門子Opcenter助力燃氣輪機制造數字化轉型

發布日期:2020/07/08

一.摘要



西門子燃氣輪機設計緊湊而且堅固,其廣泛的應用于發電和機械傳動領域,在行業內擁有非常好的口碑。西門子能源集團旗下的英國林肯工廠(下文中都簡稱為林肯工廠)出品功率為5MW至15 MW的燃氣輪機,該產品已經銷售到全球超過90個 ,銷售數量超過3500臺套,在過去很長一段時間內,林肯工廠的產品可謂是 “皇帝的女兒不愁嫁”,但近年來隨著行業內競爭加劇,用戶對產品的要求提高了很多,與此同時吸收了先進技術的競爭對手也在不斷的壯大,在市場上展現出了強有力挑戰的態勢,林肯工廠因此感受到了嚴峻的挑戰,企業領導人意識到,已經到了非變不可的時候了。

 

謀定而后動,正確的決策,后續的改變才可能成功,而決策的前提是清楚的明白企業面對的挑戰是什么?企業變化的目標又是什么?筆者選擇林肯工廠制造過程面對三個主要挑戰和對應目標簡要分析:

  • 挑戰:交期的壓力

    目標:大幅度縮短交期的同時,仍然能夠保持客戶滿意度行業 的地位;

  • 挑戰:成本的壓力

    目標:消除或者 *小化過程中的浪費,提高全員工作效率和整體協同能力;

  • 挑戰:質量的壓力

    目標:大規模產品定制化制造模式下,交期比以往更短,成本控制的更加嚴格,企業要仍能保持產品和服務質量行業 。

基于挑戰和目標,林肯工廠工廠決定對其企業的產品制造過程實施全面的數字化轉型,期望借助數字化的手段提高過程的控制能力,工作效率和過程整體協同能力。 *終的目的是以全面數字化制造為抓手,達成其重要的戰略愿景,燃氣輪機產品上每一個零部件實現由設計到報廢全生命周期的管理。本文將介紹林肯工廠開展制造過程數字化轉型的策略和西門子工業軟件公司的MES和APS系統平臺是如何助力這個轉型的過程。

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二.系統平臺的選擇和建設策略


林肯工廠選擇了西門子工業軟件公司的產品Opcenter Execution Discrete 為其燃汽輪機數字化制造過程執行管理平臺,選擇Opcenter Advanced Planning & Scheduling 為其生產排程系統。另外MES系統與APS系統,還有林肯工廠現有的ERP和PLM系統都實現無縫集成以達到這四個重要的企業系統可以協同工作的目的。在這里筆者強調,企業的主要業務系統形成協同工作的局面,對解決制造過程管理的問題是至關重要的。

 

談到工廠過程管理系統建設策略, 首先,林肯工廠梳理了其制造相關的業務流程,這樣做的優點不僅僅可以使工廠的業務流程得到優化,而且在系統的建設中可以將系統二次開發的工作量壓縮到 *小的程度,從而達到有效控制系統建設成本這個目標。第二點,在系統建設的規劃階段,各相關部門的成員便深度介入進來,學習系統相關的基礎知識,結合自身的業務進行深入思考和討論,這樣在項目尚未開始的時候,所有人心中已經有數。第三點,系統建設不能急于求成,需要循序漸進,由小范圍試點開始,逐步擴大 *后直到試點方案完全成熟,再大規模在工廠或者集團推廣。例如林肯工廠制造過程數字化轉型不是一開始就全面鋪開的,工廠于2018年10月在其燃氣輪機葉片零件制造單元實施小范圍試點,為期三個月的試點項目結束之后,MES和APS系統逐步覆蓋到林肯工廠的其它制造單元。根據林肯工廠的計劃,未來系統將覆蓋到全廠和其零部件制造合作伙伴,從而達成林肯工廠重要的企業愿景,出產的燃氣輪機上每一個零部件從設計、制造、到維護、報廢的全生命周期透明化的管理。

 

三.實現無紙化生產制造車間

三.實現無紙化生產制造車間

回顧過去,林肯工廠生產過程信息以人工的方式記錄在紙質的過程卡片上,工人們給這種卡片起了一個有趣的昵稱叫做旅行者。那個時候生產車間里到處流轉的是這種旅行者卡片,每天生產作業人員花費大量時間以手工的方式把生產過程信息記錄到這些卡片上。另外每天流轉的幾百張旅行者卡片給車間造成了幾百個數據孤島,數據收集和統計人員要花費大量的時間從眾多的數據孤島中取得數據,更為嚴重的是人工從大量的數據孤島收集數據這種低效率的方式,破壞了數據的時效性,使數據喪失了其原有的價值,更無法起到避免不良趨勢的作用,無法及時控制問題的蔓延,時常造成本可以避免的損失。

 

MES和APS系統建設完成之后,林肯工廠的MES系統會自動接收來自于PLM系統的工藝數據, 結合來自于ERP系統生產訂單的信息,自動生成待制造執行的工單實例,然后該工單實例會被自動傳送到APS系統進行生產排程。APS系統會根據系統內所有待排程工單的制造優先級,工單的相關工藝參數,結合車間制造資源的實時信息等進行綜合運籌,算出一個 *優的工單執行隊列,然后該隊列會由APS系統傳送到MES系統,車間生產管理人員會對工單執行隊列進行 *終的評估和下發進行生產執行。生產作業人員通過操作PAD上的觸摸屏登入到MES系統,看到已經下發的工單之后,就可以馬上知道當前要做的工作是什么,生產作業人員在MES系統引導下快速完成生產準備,節約生產準備時間意味著昂貴數控設備的利用率得到了提高(說明:昂貴數控設備每浪費一分鐘運行時間都意味著經濟上不小的損失)。

 

MES系統取代人控制生產車間整個生產過程,流轉在車間的幾百張旅行者卡片消失了,車間里幾百個數據孤島也消失了,整個車間看不到一片紙。大量的生產相關數據,一旦生成,就會被以幾乎實時的速度收集進MES系統,由強大的數字化引擎進行分類、匯總、生成生產管理所需要的指導信息,以報表和看板的方式呈現除了。另外一旦生產過程中的不良趨勢被MES系統發現,警告信息立即就會生成并通知到車間生產管理者,問題如果能早一分鐘得到解決,意味著就能避免很多過程中的浪費。

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四.告別紙質圖紙全面進入電子圖紙時代


西門子Opcenter Execution Discrete MES 系統帶給了林肯工廠無紙化的生產環境,生產車間停止使用所有的紙質圖紙而開始使用電子圖紙。這項措施的 個優點是,一旦圖紙發生變更,新版圖紙會由PLM系統實時同步到MES系統中,從而可以有效的規避圖紙用錯事故的發生。另外一個優點是,基于電子圖紙,生產作業人員可以很方便和快速的制作生產過程質量問題報告,只有要在電子圖紙上做簡單的注釋說明,問題報告就會快速生成,該報告可以由MES發送到PLM系統,由研發人員對問題進行進一步的分析。

 

五.助力林肯工廠降低制造成本


基于MES系統實時準確的生產過程數據,林肯工廠的銷售業務人員可以更加準確對產品的交期進行預測,從而消除了因交期預測過長或者過短而造成的浪費。第二個措施,MES系統自動監控生產過程中很多關鍵KPI指標,例如產量、良率和質量指標等,一旦某些關鍵指標出現異常,系統馬上就會報警,相關人員就會介入排查和解決,從而 *大程度的將問題解決于萌芽狀態,避免損失的擴大化。第三個措施,MES系統將生產作業過程中每一個生產任務所消耗的時間都 的記錄了下來,這樣生產過程中所有的工時損失事件都無處藏身,從而使車間工作效率得到提高。

 

除了以上三個措施,林肯工廠希望可以盡可能重復利用那些仍然具有使用價值的零件,例如在燃汽輪機裝配單元,建設了一個龐大的零件庫,其管理著機殼、定子、轉子、燃燒嘴等零部件,其中有些零件是新制造的,有的零部件是二次利用的。林肯工廠將利用MES系統逐步對所有的零件進行透明化的管理,而且還可以全程跟蹤那些送去供應商處實施修理的零部件。有了 * 的零件信息支持,林肯工廠可以 *大化零件的利用率,從而達到避免不必要損失的目的,同時也有利于優化林肯工廠的外購件采購策略,從而釋放部分因零件庫存而占用的現金流。

 

六.更高的質量管理水平和更快速的產品交付


在過去林肯工廠經常受各種生產過程中問題的困擾,例如一個燃氣輪機葉片零件的加工批次原本計劃加工100個零件,但直到該批次制造結束后,清點后發現零件成品流轉箱內中只有98個成品,這意味著有2個零件要么是沒有按照規定放在指定的流轉箱內或者被隨意的報廢掉了,該問題顯然給企業造成了損失。另一個例子,當一臺汽輪機所有葉片零件裝配完畢后,發現多出來了幾個葉片零件,沒有安裝位置了,這意味著有非當前制造批次的零件混了進來,作業人員不得不花費大量的時間,進行逐一排查甚至返工,這種問題也會造成大的損失。

 

MES 系統解決了這些的問題,在生產的每一個區段,MES系統中定義了清晰的工序模型和相關生產任務,生產相關的零部件和其它原材料都實施了條形碼標識管理。當生產作業人員使用PAD掃描任何一個條形碼,該物料的料號、制造批次信息和其它詳細的信息就會被顯示出來。特別是在裝配一臺燃汽輪機的過程中,需要安裝非常多的葉片零件,如果在眾多的葉片零件中某一個零件按工藝要求是不允許被安裝在當前設備上的,這在以前是件費事費力的工作,但現在通過借助MES系統的物料防錯功能,用錯物料的問題可以輕松的避免。需要另外說明的是,在林肯工廠物料核對的過程中,葉片零件采用了點陣打碼的方式,取代了原先在葉片零件上刻數字的方式,因為作業人員讀數字的方式不但對生產效率會有很大的影響,而且葉片零件上空間非常的小,容易造成數字串刻不全而造成讀數錯誤的事故發生。

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結束語


林肯工廠制造過程數字化轉型成功經驗也在深刻的影響著其姐妹工廠,目前林肯工廠的姐妹工廠,西門子瑞典燃氣輪機廠,也在積極學習林肯工廠的成功經驗,積極的準備實施制造過程全面數字化轉型??梢灶A見在不遠的將來,全面數字化制造的愿景必將在西門子燃氣輪機制造領域實現,這一天離我們已經很近了。

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