【智能制造】电机行业智能制造系统解决方案

2019 年 6 月 18 日 产业智能官

智能制造系统解决方案供应商联盟

《智能制造系统解决方案案例集》于2019年4月10日正式出版发行，涉及汽车、机械以及航空等多个领域下的智能制造生产管理、工业机器人、工业软件与信息化平台等各种类型的18个解决方案。参编单位从案例的需求、主要特点、总体设计、实施效果等不同方面进行了展示。这些案例是企业的实践集锦，是企业在提供系统解决方案的典型做法。鉴于此，联盟联合参编单位特将这些案例提炼成为精编版，给企业开展系统解决服务时提供的一些可借鉴的成功经验和模式。

第1章简介

1.1

项目背景

电机不仅是应用最广泛的工业设备，也是中国制造业的重要组成部分，是智能制造装备、新能源汽车、航空航天装备等高端装备制造业的核心装备。电机正在向高效节能、高可靠性、高性能、轻量化、小型化、智能自动化、集成一体化、专业定制化等更高目标发展。作为制造业自动化的核心上游重点行业，电机行业正在全面推进“智能制造”。

下面以江苏××电机股份有限公司的“超高效电机数字化车间建设”为例，介绍集智能制造关键技术与装备研发、关键工艺模型研究和信息管理与控制系统应用为一体的智能化数字化车间建设。

1.2

案例特点

江苏××电机股份有限公司（以下简称“江苏××电机”）的“超高效电机数字化车间建设”项目的实施，将打破电机传统生产中孤岛型的制造、离散化的物流、碎片式的管理等典型模式，实现产品设计数字化率100%、整体数控化率大于80%，降低产品研发成本、劳动力成本和设备运行成本，节能降耗，引领以手工方式、劳动密集型模式的传统电机制造企业向全面自动化、数字化、智能化转型。

1.3

项目实施情况

1.3.1 团队建设情况及具备的项目规划经验

电机工程中心拥有多年智能化装备研发设计制造项目实施能力，丰富的智能产线、数字化车间、智能工厂项目实施经验，本公司以客户需求为导向，稳步发展，着眼未来，引领智能制造的新方向，致力于成为集智能制造工程设计、方案咨询、技术服务和设备维护、运营服务为一体的“一流智能制造技术服务商和方案解决商”，为电机及离散制造企业提供“交钥匙”工程和总集成、总承包服务。

1.3.2 需求分析

1．江苏××电机基本情况

江苏××电机年生产能力为40万台，600万千瓦。主要产品有大、中型高压电机、直流电机、同步电机、防爆电机、船用电机以及各种交流电动机等（见图1），近年在行业内年产量排名前五。

图1 江苏××电机主要产品种类

2．电机制造的特殊性

电机制造典型工艺包括零部件金加工、定转子制造、绕组制造、总装等，复杂的电机制造工艺及多样化的生产类型也对制造设备提出了不同的要求。电机产品形态多、物料种类多、加工过程“离散”，导致设计图纸与实际生产、采购数据有差别，产品品种多、结构繁杂等问题使数据准备效率与质量很难保证，项目计划与工作落实难，整体信息化水平低，信息化工具接触少，缺乏既熟悉业务又熟悉信息化系统操作的员工。

第2章总体设计情况

2.1

项目目标

江苏××电机“超高效电机数字化车间建设”项目的总体目标为建设涵盖冲压、嵌线、金加工、总装多个工艺的电机制造数字化生产线，并融合PLM、MES、在线检测、WMS、ERP、能效管理、远程维护等信息系统，从而形成信息化、网络化、精益化、柔性化的电机生产制造新模式（见图2）。

图2 电机生产制造新模式

2.1.1 项目实施步骤

1．冲压车间建设方案

江苏XX电机按照不同产品规格和产能需求分成全自动级进模高速冲压系统、伺服偏摆一落二下料、伺服偏摆一落三下料等三类（见图3）：

图3 全自动级进模高速冲压系统和伺服偏摆落料系统

同时采用伺服送收理一体化机械手和定子全自动扣片机（见图4）全面替代手工作业。

图4 伺服送收理一体化机械手和定子全自动扣片机

3．金加工车间建设方案

金加工数字化生产线建设主要以电机机座、端盖、轴自动化加工单元为代表开展（见图5）。

图5 端盖及轴自动化加工单元布局实物图

4．嵌线车间建设方案

嵌线车间建设中根据不同产品规格的制造要求，并兼顾产能不同的需要开发了并排式、环形和U形等不同的自动化生产线（见图6）。

图6 嵌线车间自动化生产线

5．总装车间建设方案

根据江苏××电机工艺要求和产品种类，优化工艺流程，新增6条装配线，分为自动装配区域和人工装配区域。示范装配线布局如图7所示。

图7 示范装配线布局

6．信息化系统建设方案

通过引入MES、PLM、ERP等先进信息化管理系统并实施系统互联互通建设，实现统一业务流程、规范化管理、提高效率、改善组织架构的信息化目标。

以PLM系统为基础，构建企业级的协同产品开发环境，改善设计团队、部门之间的协作水平，有效缩短产品设计周期。MES系统实现装配车间和机加车间的生产排产、设备、物料、质量和人员的全面管理与控制，为企业上层ERP和底层工业控制系统架起桥梁。将ERP与PLM、MES等系统集成，达到全方位管理物流、人流、资金流、信息流等各类资源，实现供应链的快速业务协作与商务协同。

7．仓库管理系统（WMS）建设情况

江苏××电机通过仓库管理系统系统的建设（见图8），将实现仓储数据采集及时、过程精准管理、全自动化智能导向，提高工作效率。

图8 仓库管理系统仿真设计与实物图

第3章实施效果

3.1

项目实施效果

3.1.1 经济效益

实现了总体生产效率提升35.75%，生产运营成本降低26.21%，产品不良率降低75.84%，产品研制周期缩短45.8%等目标。

3.1.2 关键环节改进

本项目关键工艺环节改进主要集中在铁心自动收集、理片、扣压系统、数字化全自动分相嵌线单元工艺、数字化电机总装自动喷涂工艺等方面。

3.1.3 数字化能力提升

1．数字化车间虚拟模型

基于电机数字孪生车间（如图9所示），目前，已分别建设了基于电机数字化金加工车间、嵌线车间、总装车间的虚拟金加工车间、虚拟嵌线车间和虚拟总装车间，详见图10、图11和图12，通过MES实时数据在电机数字化车间、虚拟车间的交互，为电机数字化车间提供仿真分析、运行监测与优化服务。

图9 基于数字孪生的数字化车间

图10 虚拟金加工车间仿真模型

图11 虚拟嵌线车间仿真模型

图12 虚拟总装车间仿真模型

2．数字化质量追溯

质量追溯系统借助MES控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统地在统一平台上集成质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式，从而实现实时化的EPR/MES/PCS（过程控制系统）的集成一体化，搭建一座信息交换的桥梁，使企业管理者能够实时掌握生产信息，进行生产决策（图13）。

图13 质量追溯系统功能框架图

3.2

复制推广情况

3.2.1 电机智能制造复制推广情况

电机智能制造经验已经成功复制到表5的企业及项目中。

表5 电机智能制造经验复制及推广项目

序号	企业	项目名称	地区
1	××电气集团股份有限公司	新能源汽车电机智能制造新模式	浙江
2	江西××电机股份有限公司	新能源汽车驱动电机数字化车间建设	江西
3	××电机有限公司	超高效永磁电机及控制系统智能制造新模式	福建
4	山东××电机集团股份有限公司	基于磁悬浮技术的稀土永磁高速电动机智能制造新模式	山东
5	××电机股份有限公司	基于个性化定制的大中型高效智能化电机数字化车间建设	甘肃
6	××电气××防爆集团股份有限公司	高端大中型节能电机智能制造车间	河南

3.2.2 对行业或地区产业智能转型的带动作用

项目建设中形成的自主核心装备将在电机行业内进行快速复制和辐射，有助于促进电机行业智能制造新模式进程推进，把我国电机制造水平提升到一个新的层次。推广和复制的技术成果体现在两个方面：一是以硬件建设为依托，带动我国机械智能制造核心装备产业的发展；二是通过建立互联互通的统一应用平台，打通制造信息化系统中的信息流转，带动信息集成产业的发展。

3.2.3 复制推广经验总结

分析并结合电机行业的技术和产业发展方向，从新产品突破角度，从新工艺突破角度，从电机与控制的系统性角度，从产业链协同发展的角度，从行业的标准化推进角度等有针对性的开展新型电机产品和工艺流程的智能制造新模式项目研究与应用。

先进制造业+工业互联网

产业智能官 AI-CPS

加入知识星球“产业智能研究院”：先进制造业OT（自动化+机器人+工艺+精益）技术和工业互联网IT技术（云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能）深度融合，在场景中构建“状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升”的机器智能、认知计算系统；实现产业转型升级、DT驱动业务、价值创新创造的产业互联生态链。

云、大、物、链、智等工业互联网IT技术分支用来的今天，制造业者必须了解如何将“技术”全面渗入整个公司、产品、业务等商业场景中， 利用工业互联网形成数字化、网络化和智能化力量，实现行业的重新布局、企业的重新构建和焕然新生。

深度融合的先进OT技术和工业互联网IT技术作为第四次工业革命的核心驱动力，将进一步释放历次科技革命和产业变革积蓄的巨大能量，并创造新的强大引擎。重构生产、分配、交换、消费等经济活动各环节，形成从宏观到微观各领域的智能化新需求，催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式。引发经济结构重大变革，深刻改变人类生产生活方式和思维模式，实现社会生产力的整体跃升。