電機智能制造發(fā)展現狀及推進策略

于 偉， 黃先鋒， 劉建華

(1.上海電機系統節(jié)能工程技術研究中心有限公司，上海 200063；2.江蘇大中電機股份有限公司，江蘇 靖江 214523)

0 引 言

電機是工業(yè)生產的基礎動力元件。中國自1952年J、JO系列電機的研發(fā)始，至今研發(fā)了Y、YX2、Y2、Y2-E、Y3、YX3、YE2、YE3、YE4等系列電機[1]，效率等級逐漸提高。GB 18613—2020標準將于2021年6月實施，預計YE2電機將從標準上淘汰，YE3/YE4能效電機將是電機行業(yè)重點發(fā)展產品。

在電機性能和人力成本逐漸提高、傳統制造模式和設計的降耗提效幾乎已至極限的背景下，推進電機智能制造、開發(fā)適合電機智能制造的新工藝是目前提高電機產品性能和效率的重要途徑。

國內對電機智能制造的研究多集中在具體工序智能制造的實現，如趙勇[2]進行了電機軸智能制造加工工藝研究，趙輝[3]開展了端蓋自動生產線研究。部分研究還集中在智能制造改進趨勢和宏觀方向的改進策略，例如楊吉明[4]對民營電機制造企業(yè)轉型升級的困難及政策方向進行了分析。少有涉及輔助電機企業(yè)智能制造推進的內容。

本文在介紹電機制造現狀、智能制造推進誤區(qū)等的基礎上，以江蘇大中電機股份有限公司(簡稱“江蘇大中”)的“超高效節(jié)能電機智能制造新模式應用項目”(簡稱“江蘇大中項目”)為例，分析智能制造的推進情況、步驟和要點，闡述電機智能制造優(yōu)勢，進而為電機企業(yè)進行智能制造整體規(guī)劃提供參考。

1 電機智能制造現狀

1.1 電機制造現狀及發(fā)展趨勢

1.1.1 電機制造現狀

隨著電機性能和效率的提高，電機制造工藝要求逐步提高[5]。部分電機企業(yè)開始引入先進制造設備與工藝，但覆蓋面較窄。電機行業(yè)普遍處在傳統制造與先進制造并存的階段，仍屬于勞動密集型加工模式。圖1為目前電機制造企業(yè)各車間現狀示例，存在問題如下。

圖1 未實現智能制造的電機制造企業(yè)車間現狀

(1)電加工車間：以手工操作為主，效率低，質量一致性難以保證[6-7]。

(2)沖剪車間：鐵心生產從落料至理片均采用手工操作，工藝落后，存在極大安全隱患。

(3)金加工車間：具有批量加工、轉移的特點[8]，存在物流路線長、周轉次數多、工序倒流等缺點。

(4)總裝車間：物料集中配送，造成人力、物力、時間等的極大浪費；同時安裝過程缺少專用設備，效率低，質量一致性差[9]。

1.1.2 電機制造發(fā)展趨勢

電機市場競爭愈加激烈，多數電機廠根據自身市場定位，逐漸轉向多品種、小批量、個別規(guī)格大批量的發(fā)展模式。傳統的“人海”制造模式已不能滿足電機質量、產量、市場等需求。

推進智能制造可在實現電機生產高質量化、高效率化的基礎上，兼顧多規(guī)格、小批量的柔性化生產模式，幫助企業(yè)適應市場環(huán)境，滿足生產需求。因此由傳統制造模式向智能制造轉變是電機制造發(fā)展的必然趨勢。

1.2 電機智能制造推進情況及誤區(qū)

1.2.1 電機智能制造推進情況

隨著中國智能制造利好政策的出臺，越來越多的企業(yè)投身到智能制造領域中來[10]。但是除汽車等個別行業(yè)智能制造推進全而廣，其余行業(yè)特別是中小制造企業(yè)仍處于工業(yè)2.0(電氣化)的后期階段[11]。工業(yè)3.0(信息化)普及度較低，工業(yè)4.0(智能化)處于概念及示范階段，并未實際應用，且推進過程存在諸多問題[12]。

電機行業(yè)智能制造起步較晚，最早起始于2016年。隨后電機行業(yè)頭部企業(yè)逐步開始智能制造規(guī)劃，但為數眾多的中小電機企業(yè)僅進行高端設備的購置，旨在提升單點自動化程度，信息化、智能化均未涉及。行業(yè)智能制造整體推進效率低下，收效甚微。

1.2.2 電機智能制造推進誤區(qū)

企業(yè)進行智能制造改進時，往往易陷入以下4個誤區(qū)。

(1)由零推整。由于產能、人工等問題不得不進行自動化提升，是電機行業(yè)普遍存在的現象。但因改造信心、資金等因素，只進行局部改動，推進內容零散、周期長，沒有統一系統規(guī)劃，導致改進后的加工單元效果不理想，發(fā)揮不出智能單元應有能力。

(2)經驗主義。部分企業(yè)通過走訪設備廠商、智能制造相關案例企業(yè)，根據以往經驗開展相關工作。拘泥于智能設備，卻沒有把握智能制造核心——精益生產，導致智能制造推進困難。

(3)借鑒主義。復制智能制造標桿企業(yè)設備配置，以設備為主線進行智能制造改進，脫離了企業(yè)現狀，導致智能設備性能無法發(fā)揮，甚至被棄用，造成浪費。

(4)傳統制造思維慣性。難以跳脫出傳統制造模式，拘泥于常規(guī)、常見的形式，無法適應智能制造及逐步提升的電機制造要求。

2 電機智能制造推進策略

2.1 智能制造核心理念

智能制造包含智能制造技術和智能制造系統，而實現智能制造的前提是精益生產[13-14]。在進行智能制造改造時應綜合考慮整體規(guī)劃、智能物流、設備協同等，并結合智能制造新工藝、信息化等，協調工廠各組成部分(如生產車間、倉庫等)的相互關系，解決廠區(qū)痛點，擺脫傳統制造現狀，提高制造質量、管理水平、效率等。

2.2 智能制造推進內容及策略

目前國內已有多家大型電機企業(yè)率先完成智能制造升級，如江蘇大中、臥龍電氣南陽防爆集團股份有限公司、山東華力電機集團股份有限公司和蘭州電機股份有限公司等。根據相關項目經驗對智能制造項目推進原則、流程、內容進行總結。

電機智能制造推進原則如下。

(1)工廠整體規(guī)劃、車間布局、物流規(guī)劃原則：滿足生產要求；打破各車間、各工序的生產孤島；物流線路短捷順直；設備布置形式合理；實行定置管理，確保工作環(huán)境整潔、安全；生產區(qū)域和儲存區(qū)域合理配置，充分有效地利用空間。

(2)智能制造新工藝設計原則：著眼于高效、高性能化，開發(fā)新的智能制造工藝方案，滿足高效電機的生產需求。

(3)產線設計原則：具有柔性加工功能，滿足多規(guī)格小批量、少規(guī)格大批量等產品加工結構，減少換型等待時間；實現少人化生產；在制品運動路線最短。

(4)設備開發(fā)原則：根據智能制造工藝要求，開發(fā)專用設備。

(5)信息化設計原則：關鍵參數實時采集、反饋，與報警系統組成閉環(huán)系統，實現及時糾錯功能；數據采集分類化處理。

電機智能制造推進流程如圖2所示。信息化系統實施流程如圖3所示。

圖2 電機智能制造推進流程

圖3 信息化系統實施流程

電機智能制造推進的主要內容如圖4所示。

圖4 電機智能制造推進內容

智能制造項目建成后，各企業(yè)均實現不同程度的提升。某電機公司驗收資料顯示指標平均提升情況如表1所示。

表1 智能制造成果(平均值) %

3 案例分析

以江蘇大中項目為例，具體分析電機智能制造推進策略。江蘇大中主要產品包括H80～H355的電機，具有規(guī)格多、部分批量大的特點。制造模式屬于傳統勞動密集型，信息化普及度低，效率低下，質量不一。

江蘇大中在2016年開始進行智能制造整體規(guī)劃，并于2019年5月18日正式建成電機數字化制造工廠。

3.1 智能制造建設情況

江蘇大中智能制造從沖壓、金加工、電加工、總裝和信息化等部分進行規(guī)劃和設計。推進內容簡述如下。

(1)智能制造整體規(guī)劃。江蘇大中智能制造整體規(guī)劃中綜合考慮：內外部物流距離短、交叉少、連續(xù)性強；各車間配合緊密，前后工序連貫性強，擺脫制造、信息孤島。江蘇大中智能制造整體布局如圖5所示。

圖5 江蘇大中智能制造整體布局及物流流向

(2)工藝、產線及關鍵設備設計。對傳統工藝進行優(yōu)化設計，提出智能制造新工藝，滿足電機高性能高精度精益生產要求。金加工和電加工產線設計如圖6所示。

圖6 產線設計

在進行金加工、電加工、總裝、沖壓產線設計時，以高風險區(qū)無人化、整體加工少人化、數據采集處理實時化等為目標，綜合考慮安全、便利、模仿人手等因素，聯合下游企業(yè)開發(fā)了滾漆設備、自動嵌線設備、沖壓機機械手和臥式壓機等電機行業(yè)專用設備。其中臥式入殼壓裝設備及工裝[15-16]如圖7所示。

圖7 臥式入殼壓裝機

(3)信息化建設。信息化建設包括綜合管理可視化系統、產品生命周期管理(PLM)系統、制造執(zhí)行系統(MES)、倉庫管理系統(WMS)等。打造以MES為核心，貫通PLM系統、WMS等系統和工具的精益生產管理平臺，提高電機生產管理水平，實現數控自動化設備間的互聯互通。

3.2 取得成果

江蘇大中在解決人員老齡化、效率低、工藝落后等問題的基礎上，根據自身產品特點、工藝習慣、產能分布等，開展智能制造整體規(guī)劃。建成前后各指標對比如表2所示。

表2 項目實施前后指標及提升情況

現場環(huán)境和操作模式得到不同程度的改善。現場環(huán)境如圖8所示。

智能制造帶來的優(yōu)勢如下。

(1)企業(yè)管理：數字化系統使“毛坯進廠—制造—發(fā)貨”過程數據化、透明化，提高管理運營和生產效率。現場5S管理，提升企業(yè)形象。

(2)持續(xù)改善：對設備加工數據、故障次數等進行分析，現場工程師根據異常數據進行持續(xù)改善，提升生產流暢度。

(3)專用、自動化設備：操作人員少，加工效率高，質量一致性好，降低人工成本。

4 結 語

傳統電機企業(yè)在進行智能制造改造時，應充分結合現場工藝、操作習慣、產品特點等實際情況，規(guī)避推進誤區(qū)，明確推進目標，制定符合自身需求的智能制造方案，進而整體規(guī)劃、分步實施、重點突破。

智能制造推進步驟及策略可概括為：(1)自身情況評估，把握制造瓶頸問題；(2)整體規(guī)劃，避免生產和管理孤島；(3)智能制造工藝設計，滿足電機性能要求；(4)智能產線設計，提升自動化水平，考慮人因；(5)專用設備開發(fā)，滿足個性化要求；(6)車間具體布局，物流短捷順直；(7)針對管理痛點，引入信息管理系統。