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西门子Opcenter助力燃气轮机制造数字化转型

发布日期:2020/07/08

一.摘要



西门子燃气轮机设计紧凑而且坚固,其广泛的应用于发电和机械传动领域,在行业内拥有非常好的口碑。西门子能源集团旗下的英国林肯工厂(下文中都简称为林肯工厂)出品功率为5MW至15 MW的燃气轮机,该产品已经销售到全球超过90个 ,销售数量超过3500台套,在过去很长一段时间内,林肯工厂的产品可谓是 “皇帝的女儿不愁嫁”,但近年来随着行业内竞争加剧,用户对产品的要求提高了很多,与此同时吸收了先进技术的竞争对手也在不断的壮大,在市场上展现出了强有力挑战的态势,林肯工厂因此感受到了严峻的挑战,企业领导人意识到,已经到了非变不可的时候了。

 

谋定而后动,正确的决策,后续的改变才可能成功,而决策的前提是清楚的明白企业面对的挑战是什么?企业变化的目标又是什么?笔者选择林肯工厂制造过程面对三个主要挑战和对应目标简要分析:

  • 挑战:交期的压力

    目标:大幅度缩短交期的同时,仍然能够保持客户满意度行业 的地位;

  • 挑战:成本的压力

    目标:消除或者 *小化过程中的浪费,提高全员工作效率和整体协同能力;

  • 挑战:质量的压力

    目标:大规模产品定制化制造模式下,交期比以往更短,成本控制的更加严格,企业要仍能保持产品和服务质量行业 。

基于挑战和目标,林肯工厂工厂决定对其企业的产品制造过程实施全面的数字化转型,期望借助数字化的手段提高过程的控制能力,工作效率和过程整体协同能力。 *终的目的是以全面数字化制造为抓手,达成其重要的战略愿景,燃气轮机产品上每一个零部件实现由设计到报废全生命周期的管理。本文将介绍林肯工厂开展制造过程数字化转型的策略和西门子工业软件公司的MES和APS系统平台是如何助力这个转型的过程。

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二.系统平台的选择和建设策略


林肯工厂选择了西门子工业软件公司的产品Opcenter Execution Discrete 为其燃汽轮机数字化制造过程执行管理平台,选择Opcenter Advanced Planning & Scheduling 为其生产排程系统。另外MES系统与APS系统,还有林肯工厂现有的ERP和PLM系统都实现无缝集成以达到这四个重要的企业系统可以协同工作的目的。在这里笔者强调,企业的主要业务系统形成协同工作的局面,对解决制造过程管理的问题是至关重要的。

 

谈到工厂过程管理系统建设策略, 首先,林肯工厂梳理了其制造相关的业务流程,这样做的优点不仅仅可以使工厂的业务流程得到优化,而且在系统的建设中可以将系统二次开发的工作量压缩到 *小的程度,从而达到有效控制系统建设成本这个目标。第二点,在系统建设的规划阶段,各相关部门的成员便深度介入进来,学习系统相关的基础知识,结合自身的业务进行深入思考和讨论,这样在项目尚未开始的时候,所有人心中已经有数。第三点,系统建设不能急于求成,需要循序渐进,由小范围试点开始,逐步扩大 *后直到试点方案完全成熟,再大规模在工厂或者集团推广。例如林肯工厂制造过程数字化转型不是一开始就全面铺开的,工厂于2018年10月在其燃气轮机叶片零件制造单元实施小范围试点,为期三个月的试点项目结束之后,MES和APS系统逐步覆盖到林肯工厂的其它制造单元。根据林肯工厂的计划,未来系统将覆盖到全厂和其零部件制造合作伙伴,从而达成林肯工厂重要的企业愿景,出产的燃气轮机上每一个零部件从设计、制造、到维护、报废的全生命周期透明化的管理。

 

三.实现无纸化生产制造车间

三.实现无纸化生产制造车间

回顾过去,林肯工厂生产过程信息以人工的方式记录在纸质的过程卡片上,工人们给这种卡片起了一个有趣的昵称叫做旅行者。那个时候生产车间里到处流转的是这种旅行者卡片,每天生产作业人员花费大量时间以手工的方式把生产过程信息记录到这些卡片上。另外每天流转的几百张旅行者卡片给车间造成了几百个数据孤岛,数据收集和统计人员要花费大量的时间从众多的数据孤岛中取得数据,更为严重的是人工从大量的数据孤岛收集数据这种低效率的方式,破坏了数据的时效性,使数据丧失了其原有的价值,更无法起到避免不良趋势的作用,无法及时控制问题的蔓延,时常造成本可以避免的损失。

 

MES和APS系统建设完成之后,林肯工厂的MES系统会自动接收来自于PLM系统的工艺数据, 结合来自于ERP系统生产订单的信息,自动生成待制造执行的工单实例,然后该工单实例会被自动传送到APS系统进行生产排程。APS系统会根据系统内所有待排程工单的制造优先级,工单的相关工艺参数,结合车间制造资源的实时信息等进行综合运筹,算出一个 *优的工单执行队列,然后该队列会由APS系统传送到MES系统,车间生产管理人员会对工单执行队列进行 *终的评估和下发进行生产执行。生产作业人员通过操作PAD上的触摸屏登入到MES系统,看到已经下发的工单之后,就可以马上知道当前要做的工作是什么,生产作业人员在MES系统引导下快速完成生产准备,节约生产准备时间意味着昂贵数控设备的利用率得到了提高(说明:昂贵数控设备每浪费一分钟运行时间都意味着经济上不小的损失)。

 

MES系统取代人控制生产车间整个生产过程,流转在车间的几百张旅行者卡片消失了,车间里几百个数据孤岛也消失了,整个车间看不到一片纸。大量的生产相关数据,一旦生成,就会被以几乎实时的速度收集进MES系统,由强大的数字化引擎进行分类、汇总、生成生产管理所需要的指导信息,以报表和看板的方式呈现除了。另外一旦生产过程中的不良趋势被MES系统发现,警告信息立即就会生成并通知到车间生产管理者,问题如果能早一分钟得到解决,意味着就能避免很多过程中的浪费。

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四.告别纸质图纸全面进入电子图纸时代


西门子Opcenter Execution Discrete MES 系统带给了林肯工厂无纸化的生产环境,生产车间停止使用所有的纸质图纸而开始使用电子图纸。这项措施的 个优点是,一旦图纸发生变更,新版图纸会由PLM系统实时同步到MES系统中,从而可以有效的规避图纸用错事故的发生。另外一个优点是,基于电子图纸,生产作业人员可以很方便和快速的制作生产过程质量问题报告,只有要在电子图纸上做简单的注释说明,问题报告就会快速生成,该报告可以由MES发送到PLM系统,由研发人员对问题进行进一步的分析。

 

五.助力林肯工厂降低制造成本


基于MES系统实时准确的生产过程数据,林肯工厂的销售业务人员可以更加准确对产品的交期进行预测,从而消除了因交期预测过长或者过短而造成的浪费。第二个措施,MES系统自动监控生产过程中很多关键KPI指标,例如产量、良率和质量指标等,一旦某些关键指标出现异常,系统马上就会报警,相关人员就会介入排查和解决,从而 *大程度的将问题解决于萌芽状态,避免损失的扩大化。第三个措施,MES系统将生产作业过程中每一个生产任务所消耗的时间都 的记录了下来,这样生产过程中所有的工时损失事件都无处藏身,从而使车间工作效率得到提高。

 

除了以上三个措施,林肯工厂希望可以尽可能重复利用那些仍然具有使用价值的零件,例如在燃汽轮机装配单元,建设了一个庞大的零件库,其管理着机壳、定子、转子、燃烧嘴等零部件,其中有些零件是新制造的,有的零部件是二次利用的。林肯工厂将利用MES系统逐步对所有的零件进行透明化的管理,而且还可以全程跟踪那些送去供应商处实施修理的零部件。有了 * 的零件信息支持,林肯工厂可以 *大化零件的利用率,从而达到避免不必要损失的目的,同时也有利于优化林肯工厂的外购件采购策略,从而释放部分因零件库存而占用的现金流。

 

六.更高的质量管理水平和更快速的产品交付


在过去林肯工厂经常受各种生产过程中问题的困扰,例如一个燃气轮机叶片零件的加工批次原本计划加工100个零件,但直到该批次制造结束后,清点后发现零件成品流转箱内中只有98个成品,这意味着有2个零件要么是没有按照规定放在指定的流转箱内或者被随意的报废掉了,该问题显然给企业造成了损失。另一个例子,当一台汽轮机所有叶片零件装配完毕后,发现多出来了几个叶片零件,没有安装位置了,这意味着有非当前制造批次的零件混了进来,作业人员不得不花费大量的时间,进行逐一排查甚至返工,这种问题也会造成大的损失。

 

MES 系统解决了这些的问题,在生产的每一个区段,MES系统中定义了清晰的工序模型和相关生产任务,生产相关的零部件和其它原材料都实施了条形码标识管理。当生产作业人员使用PAD扫描任何一个条形码,该物料的料号、制造批次信息和其它详细的信息就会被显示出来。特别是在装配一台燃汽轮机的过程中,需要安装非常多的叶片零件,如果在众多的叶片零件中某一个零件按工艺要求是不允许被安装在当前设备上的,这在以前是件费事费力的工作,但现在通过借助MES系统的物料防错功能,用错物料的问题可以轻松的避免。需要另外说明的是,在林肯工厂物料核对的过程中,叶片零件采用了点阵打码的方式,取代了原先在叶片零件上刻数字的方式,因为作业人员读数字的方式不但对生产效率会有很大的影响,而且叶片零件上空间非常的小,容易造成数字串刻不全而造成读数错误的事故发生。

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结束语


林肯工厂制造过程数字化转型成功经验也在深刻的影响着其姐妹工厂,目前林肯工厂的姐妹工厂,西门子瑞典燃气轮机厂,也在积极学习林肯工厂的成功经验,积极的准备实施制造过程全面数字化转型。可以预见在不远的将来,全面数字化制造的愿景必将在西门子燃气轮机制造领域实现,这一天离我们已经很近了。