一、企业简介

  湖南中车时代电动汽车股份有限公司(简称中车时代电动)成立于2007年7月,是中国中车株洲电力机车研究所有限公司联合曙光汽车集团、三一集团、清华大学等国内优势资源而组建的股份制公司。公司占地面积288亩,注册资本5.7亿元,经营范围为电动汽车整车集成设计、电气系统集成设计与整车制造、销售及技术服务;电动汽车关键零部件的设计开发、制造、销售及服务;传统客车的设计开发、制造、销售及服务等。

  截至2016年底,公司累计销售节能与新能源汽车近10000余辆,各类电传动系统及关键零部件逾20000(台)套,是国内最大的电动客车电驱动系统和关键零部件供应商之一。销售收入由2010年的4.1亿元增长至2016年的38.5亿元,年均复合增长率达40%。并且,2015年公司成功获批国家工信部新能源客车智能工厂,成为国家首批智能制造示范企业,全国新能源客车两家企业之一。

  

  图1 湖南中车时代电动汽车股份有限公司全景照

  

  图2 湖南中车时代电动汽车股份有限公司总装生产线

  二、企业信息化应用总体现状

  湖南中车时代电动汽车股份有限公司属于新能源客车制造企业。新能源客车制造和传统制造业相比拥有很多的不同点,主要体现在新能源客车制造为定制化、小批量的生产模式,生产周期短,交期紧,且生产工序复杂,工艺要求高,需要很多的控制和追踪手段。中车时代电动作为中车旗下新能源客车产业的打造者,积极推广应用信息技术,着眼于“深度融合、深化应用”,不断整合信息资源,消除信息孤岛,提高生产过程自动化和管理信息化水平。结合两化融合基本要素,信息化建设不断拓展,已构建了涵盖设计、制造、质量、销售、供应链、财务、售后等领域的系统平台。其中以MES系统为核心,实现对客车生产的精细化控制和生产数据的实时追踪、动态呈现;以售后服务系统为核心,QMS系统为支撑,实现了产品全生命周期的质量管理体系;建立了以SAP ERP系统为主,WMS、SRM、CRM、产品配置器、费控、投资系统平台为辅的物流、销售、供应链、财务系统的集成管理平台,在实现了公司核心业务信息化系统覆盖的同时,推广深化了基于工位制节拍化一个流的精益制造模式。

  十二五以来,中车时代电动积极响应国家两化融合的号召,继续大力推进信息化的进程, 结合“互联网+”的新生态、新思维,构建了“云智通”车联网平台,初步建立起车-X(X:车、路、人及互联网等)之间无线通讯和信息交换平台。通过该平台,可对公司销售的新能源客车进行全面的状况监控、实时的故障预警,同时利用先进的大数据分析技术对采集的海量数据进行提取、分析、建模,实时调整车辆的能源分配控制策略,让每一滴油、每一度电发挥最大的效率,拒绝无效的能量消耗。“云智通”还可对车辆运营全过程的驾驶员行为数据(例如,急加速、急减速、停车空调及空挡滑行等)进行测评、分析及总结,并以图形、报表等方式进行展现,让驾驶行为与能耗的关系一目了然的呈现,从而通过规范驾驶员行为降低能耗。通过“云智通”系统规范驾驶员行为,与应用“云智通”之前相比,平均油耗降低了约5%,平均一年节约油耗开支近6000元。

  2016年是“十三五”开局之年,中车时代电动着力推进“新能源客车智能化工厂”建设。通过本项目的实施,将实现生产半自动、流程信息化,在提升产能的同时,健全质量、工艺、设计、制造、物流管理体系,整体上实现“纵向集成,横向互联”,为公司打造一套工厂级别的设备自动化、生产透明化、物流智能化、管理移动化、决策数据化的全流程经营管控体系,为公司“十三五”战略规划的实现提供全面支撑。

  三、参评信息化项目详细情况介绍

  1.项目背景介绍

  在汽车制造行业,目前国外制造车间已实现从设计到制造过程的数字化,实现了加工和装配过程的集成智能管控。美国通用汽车公司应用数字制造技术,将轿车的开发周期由原来的48个月缩短到24个月,碰撞实验的次数由原来的几百次降到几十次,应用电子商务技术降低销售成本10%;美国UGS Tecnomatix.公司和达索Delmia公司等长期致力于虚拟制造的研究,开发出满足虚拟制造要求的数字化车间软件。如车间及生产线规划仿真、工艺规划、质量控制和生产工具等软件模块,可以满足不同需求的用户。德国正在开展研究的“工业4.0”即是以智能制造为主导,一是重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是主要研究生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等智能生产技术。使信息技术与自动化制造技术深度融合。国内方面,上海大众采用数字化车间软件成功进行了发动机生产线的设计并优化,一汽大众成功完成了其车身解决方案。

  在新能源客车制造领域,受到行业发展历程以及产品本身市场规模的限制,新能源客车制造企业在产品设计数字化、生产基础设备自动化、管理信息化水平等诸多方面均与乘用车生产企业有较大的差距。企业生产制造模式与管理模式尚处于借鉴传统客车或乘用车模式,并在此基础上加以探索性改造和提升的初级发展阶段。随着近年来新能源汽车市场的井喷式发展,国内外新能源客车产品的市场规模出现了跳跃式发展,市场前景广阔,产品已经发展成熟并逐渐形成规模。用户对产品的动力性、经济性、可靠性要求越来越高,对产品质量的诉求也逐渐成为影响产品本身市场占有率的关键因素。新能源客车行业正由国家产业政策驱动向客户全生命周期价值与品牌驱动转型,由科研小批量示范向大规模市场应用转型的过程,新能源客车的批量制造能力和水平整体上尚处于亟待提升的阶段。

  在该背景下,中车时代电动急需转型升级,提升新能源客车“多品种、小批量”的研发、制造能力,以打造高质量、高效率、短交期的新能源客车柔性、混流定制化制造体系。结合RFID射频技术,集成应用PLM、MES、ERP等系统,实现企业从设计、工艺到管理、制造、物流等环节的集成优化,全面提升企业的资源配置优化、操作自动化、生产管理精细化,大幅提升新能源客车的研发、制造水平。

  2.项目目标与实施原则

  2020 年,公司力争成为国内新能源客车行业领导品牌,新能源客车市场全国覆盖,整车产品在一线城市有一定的市场占有率;公司海外市场业务占销售收入比重达到 10%;总体生产能力达到 1.5万台/年,总营业收入超100亿元。为完成此宏伟战略,需不断优化企业资源,迅速建立科学高效的管理体系,来支撑公司的快速发展,从原来的经营组织模式向智能化工厂转型。通过本项目建设,应用自动化和信息化相结合的方式,全面分析企业经营过程中的困难和短板,提高全流程管理效率,快速支撑公司高速发展,为实现公司“十三五”战略目标提供坚实保障。结合中车“提质增效”管理要求,公司在推进精益管理中,一直致力于“减少浪费,缩短周期”的目标。规模化、智能化生产是降低产品成本、提高产品质量的主要途径,也是企业建立核心优势的必要条件。

  通过本项目的实施,快速提升产品开发与设计效率、生产效率、产品质量、交付周期与交付能力水平,打造以用户订单为基础的柔性化生产体系和多种车型的任意顺序的混流智能化生产,高效协同的新能源客车制造供应体系,整体上达到国内相关行业智能制造的先进水平。

  本项目采用一次规划、分步实施的策略。确保项目的科学性和合理性,把握好项目建设过程中的各个关键环节,使其发挥最大的效益。

  3.项目实施与应用情况详细介绍

  (1)PLM系统拓展和深化实施与应用

  中车时代电动新能源客车的主营业务主要为两大类型:一是预判市场需求及趋势进行基础车型研发设计;二是基于客户需求定制化订单,在基础车型的基础上进行订单车变形设计及生产交付。

  

  图3 产品生命周期管理流程

  为解决原PLM系统产品设计BOM与工艺BOM管理脱节、设计变更流程复杂、设计周期时间短等问题,我们在下面几方面对PLM系统进行优化和完善。

  (2)整体架构

  中车时代电动采用Windchill作为PLM系统的管理平台,用来管理新能源客车产品的整个生命周期,为产品开发团队提供数据共享和协同开发服务平台,Windchill为系统提供了一种应用软件基础,能优化产品的创新和设计环境,以缩短从概念到设计所用的时间,提高产品开发小组的协作能力。其系统拓扑结构图如下:

  

  图4 PLM系统拓扑结构

  (3)系统功能优化

  产品数据管理优化

  Windchill系统为公司提供完整的产品数据和文档资料管理解决方案,提供统一的产品数据管理平台,同时也为工程师提供丰富的数据查询和共享功能。平台能帮助工程师获取和重用设计信息、能改善相互间的交流,产品开发团队能够在并行工程环境下进行协同设计,更好地进行产品的创新设计和数据维护。通过SPM平台,将产品数据发布到ERP和MES系统,实现数据共享,为智能制造提供支撑。

  ②产品开发文档和流程规范管理

  为适应新能源客车业务和APQP管理流程,实施过程中将对PLM系统中现有文档及签审流程进行规范和优化,实现产品开发过程文档的有效管理和控制,支持从需求分析到方案设计到详细设计整个项目过程中文件生成过程的有效管理和控制,实现工作任务分配、任务提交,对任务的完成情况可进行有效的监督,达到规范产品设计和工艺开发过程的目的。

  主要优化的内容包括:根据公司管理体系交付要求进行文档类型完善;根据需求进行文档自动编码规则的调整和完善;根据公司的管理体系规范对各种类型的文档签审管理流程进行调整或补充。

  ③产品结构与配置管理优化

  围绕产品结构展开参数化产品配置管理和工艺管理是PLM系统优化的核心功能。开展“三化”工程,优化产品结构模块设计,通过参数化产品配置管理,提高产品BOM配置效率,从而提升客户定制订单报价准确性和产品设计效率。基于参数化结构化工艺管理,推进工艺管理的精细化、模块化,打通设计—工艺—制造数据信息化流转通道,对精益智能制造提供有效支撑。

  ④设计变更管理优化

  Windchill具备设计变更管理功能,设计变更过程包括影响范围的分析、审批环节的控制、历史数据的追溯、版本控制等。变更管理的目标是规范公司的技术更改行为,使更改在授权下进行,更改后的结果被管理,版本的进化被记录,版本有效性得以保持。通过与OA系统集成,设计变更操作流程得以进一步优化,在创建变更通知时通过增加“资格审查”活动,在技术质控人员校验后变更信息通过OA系统自动发送给相关人员。

  (4)PLM与ERP的集成

  通过定制开发对应的系统接口,实现PLM与ERP系统的集成,全面拉通PLM与SAP的物料、工艺数据传递,实现物料、MBOM、工艺路线、组件分配等数据的创建、变更实时传递。有效消除了信息孤岛,保证系统高效互联。具体实现形式如下图所示:

  

  图5 PLM与ERP、MES的集成

  (5)MES系统优化升级助推生产过程智能管控

  为适应产能提升要求,满足新能源客车制造所特有的高品质、短交期、低成本、小批量、定制化的市场需求,结合公司精益物流、精益研发、精益质量的管理需求,构建以MES为平台的新能源客车的数字化精益制造管理体系, 及时、准确的采集信息,指导、启动、响应并记录管理工厂的生产活动,实现基于工位制节拍化流水线生产方式条件下,从生产订单到产品交付的全部生产活动管理优化。

  (6)生产过程智能管理结构及流程优化

  MES系统分为二个层面:

  ①上层为MES管理层,一方面,通过MES系统的数据分析功能,将生产过程数据进行统计、分析后展示给公司管理者;另一方面,通过系统接口,从ERP系统获取生产订单、BOM、库存、工艺路线等基础数据,又将生产过程数据传输给ERP系统;

  ②底层为MES车间执行层,采用RFID技术,由车间员工通过数字终端如一体机、平板机、数据资源终端刷卡终获取任务,现场操作完成后刷卡报工,将数据录入MES界面,MES系统通过车间无线网络存入MES后台数据表。

  

  图6 MES系统架构

  系统主要流程如下图所示:

  

  图7 MES系统主要流程

  (7)系统模块组成

  ①工艺流程模块

  为进一步细化车间管理,结合ERP系统功能,在工艺路线的制定上,对新车型的工艺路线进行了细化。将工艺操作说明内容维护到ERP系统中的长文本字段中,针对原工艺路线中存在分装情况的工序配置了并行工序,实现同一订单,组装和分装同步进行的生产模式。MES系统通过接口程序,获取长文本内容指导车间操作,操作工在MES终端按工序报工。同时兼顾ERP系统的整体性和稳定性,在ERP系统中保持原来的工作中心,增加临时工单和小件自制订单用的小件自制工作中心。另外,在MES系统开发图纸查看链接功能,实现操作工直接在现场可以查看电子图纸。取消纸质图纸打印和下发的流程。

  ②生产计划模块

  在ERP计划指导下,MES系统紧密结合车间的人员、设备、物料等实时情况,对计划进行分解和优化排产,制定出详细、均衡和优化的作业计划,并下达进行生产线执行。同时,通过制订计划和监督计划的执行,与物料、生产等模块交互。

  作业计划编制。根据ERP生产订单,分别编制装配生产线和加工生产线的日班次作业计划,通过能力平衡合理安排各条生产线的在制品数量,实现均衡投产。主要功能包括ERP生产订单接收、生产线作业计划分解、批次合并/拆分、批次作业排序、缓冲区流量预估、作业计划分发下达、作业计划统计等。

  业计划下达与调度。包括下达备料及物料配送指令,生产作业指令下达,支持计划取消、计划调整等生产计划的临时调整,现场呼叫管理等。

  ③车间管理模块

  受车间环境和操作工水平的限制,简化现场系统操作,所有操作以刷卡方式实现。操作工开工时,先进行设备点检,并在系统中进行点检结果录入操作。然后根据所流转到本道工序上的车的产品批次卡,在系统中刷卡取的工作任务,进行组装工作。待组装完成,对本台车进行刷卡报工,转到下道工序,同时获取下一台车的工作任务。

  ④全面质量管理与追溯

  质量管理主要包括三个层面,操作上涉及互检、自检、专检、巡检和终检。第一个层面是操作工在收到上道工序流转下来的车时,先进行互检,若发现质量问题可当场退回给上道工序返工,以保证不收不良品。第二个层面是自检和巡检,即组装过程中进行质量检验,发现问题马上修正,从而做到不做不良品。第三个层面是专检,在关键控制点上设置专检项,必须通过检验并合格,才可以进行转序,以保证不交不良品。而在车子下线后,必须进行整台车质量问题全面检验,方可进行入库发车。

  可以根据车间现场实时的质量信息,跟踪和分析产品加工和装配过程的质量,以保证产品的质量控制。

  依据生产过程中采集到的实时数据,可准确、及时的对质量进行监控,尽可能早的发现加工装配质量问题,及时向现场人员报警;发生质量问题时,可追溯到设备所用零部件的批次及相关责任人员信息。

  根据加工装配过程的历史记录,可进行计算辅助质量分析,找出影响产品质量的原因,进行装配过程的改进;

  实现产品与其试车性能数据的集成,并对设备整机性能进行分析;

  废品管理。发生废品时,记录废品物料数量、原因及操作人员信息;

  ⑤装配作业管理

  装配管控功能:需实现正向管理与反向追溯,对整车或关键件进行现场实时管理与事后全面追溯,做到各个物料与工位上信息的全面覆盖(5M1E、5W2H),对装配现场的每道工序进行操作步骤和用料管理,全面实现标准作业和物料监控。

  变化点管理:根据ERP中BOM和工艺路线标准,设置每批车的装配工序和用料情况,一旦出现与标准不一致的现象,即需停线处理,待异常解决后再开工。

  ⑥物流管理模块

  收货环节,仓管员接到供应商的送货清单,MES系统通过接口自动生成“来料送检单”,并通知质量管理部,质检员检验后刷卡确认,自动过账到ERP系统。

  对于配送料的发料,根据生产计划员生产订单下达情况,MES系统通过接口程序自动获取订单所需配送物料清单,生成生产领料单。仓管员根据生产领料单,按生产节拍和物料数量,拣配物料,并绑定物料卡。配送员将物料车配送到相应工序库,工序库责任人、操作工等检查物料与配送员刷卡交接,然后MES通过接口完成SAP自动过账生成SAP出库单,配送员回收物料卡和物料车。

  而对于反冲料和散装料的发料,车间查看工序库看板,发现有反冲、散装料领用需求,则在MES终端上选择看板、库位、物料并填写需求量提交。若为反冲料,则自动生成物料调拨单;若为散装料,则自动生成发料出库单,向对应的成本中心发料。

  对于在产品的跟踪,每台车绑定一张卡,记录生产过程中所有用料情况、工序流转、质量缺陷、工时统计、完工下线、异常处理等信息。在总装下线时,通过远距离读卡器,自动刷卡收集到MES系统,然后通过触摸显示屏展现出来。

  整个MES物流体系,取消纸质来料报检、入库单、生产领料单、调拨单,全部实现电子化表单流转;简化人工报检、打单环节,实现现场操作刷卡即时过账。此方案优化了人力资源,加强了公司物料配送的精准度,加快了物料流转速度,为提高公司库存周转率提供了有力的支撑。

  ⑦设备管理

  通过对设备的使用、日常维护、检修、运行与报表统计分析的全面管理,提高设备妥善率,为合理利用设备产能,编制工序作业计划,保证生产运行通畅发挥着重要的保障作用。设备管理的主要功能包括:设备档案管理、设备定检计划管理、设备维修管理、设备状态实时监控、设备故障与事故管理、设备OEE分析、工装夹具管理。重点内容如下:

  生产设备运维管理,实现TPM管理、点巡检管理、设备标准文档管理等内容。系统在实现运维流程管理的基础上能够进行多种维修KPI分析,比如故障停机率、平均故障间隔期等,在设备维护策略、高效安全运行等方面提供数据支撑。

  关键设备状态监测与分析,重点针对生产线中的关键设备,建设设备状态监测和分析系统,掌握其关键零部件运行状态,合理安排保养和维修备品备件,对于降低企业维修成本和维修资金占用。

  测试台架状态监测与分析,试车台架是执行新能源客车出厂试验的关键设备,针对测试台架,建设测试台架状态监测与分析系统,掌握测试台架运行状态。

  ⑧生产过程跟踪

  通过监视产品在任意时刻的位置和状态来获取每一个产品的历史纪录,该记录向用户提供产品组及每个最终产品使用情况的可追溯性。

  在制品管理。根据备料、计划执行和成品下线等信息,实现车间在制品的跟踪和统计管理;

  产品档案管理。为每个上线的产品建立出生档案,综合利用生产过程数据、物料的消耗、性能检测数据等信息,在进行数据整合和分析的基础上,建立每辆客车全过程的历史档案。

  ⑨异常报障

  MES系统对异常从六个方面进行了分类,包括:物料、设备、质量、工艺、技术、其他,并在每一列下进行了细分。为了各级人员及时响应异常问题,并到现场解决,系统采用四级响应机制。

  现场操作工申报故障时,通过手机短信平台即时发出短信给第一级响应者,即异常责任人和生产管理基层人员,要求其在十五分钟内到现场签到。否则,短信上发给第一级响应者的直接主管,若短信发出半小时后仍无人签到,则继续发部门负责人。而在申报发送短信开始两小时内仍无人到现场签到,则短信平台将发送给异常类型对应的分管领导。

  处理人员一旦接到短信提示需在第一时间内赶到现场,并在MES系统中刷卡签到,启动处理程序。处理完成后,刷卡关闭问题,并经现场人员刷卡确认关闭。系统将记录每一步操作的延续时长,可按异常次数和异常持续时间进行柏拉图显示,每月分析异常处理对生产造成的影响。

  ⑩基础数据管理

  物料主数据管理:对产品、半成品、原材料进行分类管理,定义和维护生成单品物料唯一标示(条码/RFID)的编码规则。

  生产线基础数据管理:工段、工位、在制品料位、工班、人员等基础信息和编码管理。

  工艺数据管理:建立和维护产品加工和装配的制造BOM、工艺路线所需要的各种基础信息。

  (8)MES系统与PLM、ERP系统集成

  车间MES位于企业ERP、PLM系统和底层设备之间,在经营计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁,填补了两者之间的空隙。一方面,MES可以对来自ERP软件的生产管理信息进行细化、分解,将来自计划层操作指令传递给底层控制层;另一方面,MES可以采集设备、仪表的状态数据,以实时监控底层设备的运行状态,再经过分析、计算与处理,从而方便、可靠地将控制系统与信息系统整合在一起,并将生产状况及时反馈给计划层。MES与ERP、PLM的信息接口主要包括:

  与ERP管理系统的接口:生产计划及执行信息、物料配送计划及执行信息;

  与PLM系统的接口:产品及工艺设计信息、产品质量标准信息;

  与采集终端的接口:在制品物流信息;

  与自动化设备的接口:设备工艺信息;

  

  图8 车间MES集成

  4.效益分析

  (1) 通过建设和完善产品设计(CAD)、产品生命周期管理(PLM)、企业资源计划(ERP)、车间制造执行系统(MES),实现企业从设计、工艺到管理、制造、物流等全生命周期环节的集成优化,全面提升企业的资源配置优化、生产管理精细化和智能决策科学化水平。

  (2)通过PLM的拓展和深化实施与应用,缩短新产品工艺研发周期,实现关键制造过程的优化,综合运用机械产品智能化设计技术,打通产品设计、工艺、制造过程,缩短新产品研制周期20%以上。通过历史批次车变化点数据,进行标准化、模块化定义,促进设计周期从4天,减至3天左右。

  (3)通过对涂装、焊接和装配生产线的工序节拍化、智能化改造,实现生产线的智能、协调运作和集成管控,提高生产效率,实现多品种新能源客车的均衡化混流生产和装配,生产效率提高20%以上,降低不良品率20%以上,运营成本降低20%以上。

  

  图9 时代电动智能工厂体系

产品创新数字化最权威的微媒体

长按二维码即可识别

微信号:PLMgod