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1　背景介紹

中國目前已是世界第二大經濟體和制造業大國，但自主創新能力薄弱、先進裝備貿易逆差嚴重、高端裝備與智能裝備嚴重依賴進口，嚴重制約我國制造產業健康發展。國務院下發《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》，將高端裝備制造業納入其中，全面開展智能制造技術研究將是發展高端裝備制造業的核心內容和促進我國從制造大國向制造強國轉變的必然。電力裝備被列入《中國制造2025》十大支持領域，輸配電裝備制造業作為電力裝備的核心，是為國家電力建設提供關鍵技術裝備的戰略性、基礎性產業。

輸變電裝備產品系列示意圖如圖1所示。

圖1 輸變電裝備產品系列示意圖

2　輸配電裝備行業現狀

輸配電裝備是智能電網建設中不可或缺的一部分，是保障用電設備和輸電線路的正常工作的核心關鍵設備。圍繞輸配電裝備行業存在的企業眾多、技術雷同、產品低端、重復投資、低水平建設、多數企業產業鏈不完整、產業發展協同性不夠、帶動性不強等共性問題。圍繞研發設計、工程設計、工藝、采購、制造和試驗等產品全生命周期的主要過程，建設以“集成化、精益化、數字化、互聯化、智能化”為特征的中低壓輸配電裝備智能化工廠，提升其制造過程的數字化、網絡化、智能化水平，縮短新產品研制周期、提高生產效率、產品質量與能源利用率，降低運營成本。

3　輸配電智能化工廠

輸配電裝備智能化工廠建設項目遵照“頂層設計、標準引領、精益為基、系統實施、集成應用”的指導方針，統籌推進智能制造體系建設和系統應用。

3.1　頂層設計

頂層設計構建起自底向上涵蓋數字化設備層、互聯化監測層、精益化生產執行層、集成化運營管理層和智能化決策支持層的智能工廠架構體系，實現數據自底向上的無縫對接和實時反饋，實現公司戰略、管理、執行的“自上而下與自下而上”的雙向無縫集成體系。其智能制造的總體功能框架如圖2所示。

圖2 中低壓輸配電裝備智能化工廠體系架構圖

根據企業及行業特征，借助信息技術、自動化技術、智能化技術打造以“管理信息化、研發及工藝設計數字化、生產制造管控精益化、設計協同及營銷采供網絡化、運營和決策分析智能化”為特征的中低壓輸配電智能化工廠。

3.2　標準引領

智能制造，標準先行，標準化工作是實現智能制造的重要技術基礎。

智能工廠標準用于規定智能工廠設計、制造和教輔等建設過程和工廠內設計、生產、管理、物流及其系統集成等業務活動，針對流程、工具、系統、接口等應滿足要求，確保智能工廠建設過程規范化、系統集成規范化、產品制造過程智能化，指導系統與業務的優化。為輸變電裝備行業內智能化示范工廠的建設及應用推廣提供標準指引。電力裝備制造業智能化工廠標準體系圖如圖3所示。

圖3 電力裝備制造業智能化工廠標準體系圖

3.3　精益為基

將全面推行精益管理作為智能制造的重要基礎，通過推進以“精益生產”為核心的精益管理體系，推動管理思維、管理模式、管理體系的深度變革；通過在虛擬環境中對車間布局、倉儲物流及生產過程進行虛擬仿真，指導物理環境下的車間布局、物流倉儲和生產裝配過程等的持續優化，減少生產過程與管理上的各種浪費，在精益工廠的基礎上全面打造數字化、智能化工廠。

3.4　系統實施

智能制造是典型的系統工程，具有周期長、涉及面廣、復雜度高等特征，從數字化單點應用到業務系統全價值鏈信息化貫通，需要進行大量的集成開發和適應性調整，若前期統籌規劃不足，則導致后期實效性差、投入成本劇增等。因此，項目以頂層設計為綱領，圍繞產品設計、工藝、采購、制造、試驗檢測等各環節系統性開展了業務流程和數據流向梳理，縱向打通“ERP、MES、設備監控、生產線控制”的主線，實現生產與控制指令的下達，以及生產實時狀態的采集，橫向打通“數字化設計、數字化工藝、數字化制造、數字化試驗”，將數字化模型貫穿于產品各生命周期階段。智能化工廠跨系統業務流圖如圖4所示。

圖4 智能化工廠跨系統業務流圖

3.5　集成應用

通過建立主數據管理平臺，打通研發設計平臺、主數據管理系統、三維工藝設計與仿真系統，虛擬監控及生產仿真平臺、設備運行狀態監測系統、ERP系統、MES系統及質量大數據分析系統等8個異構系統之間的主數據集成，統一數據口徑，為多系統集成應用奠定統一的數據基礎。

同時，通過對功能框架、功能特征及功能邊界的系統性梳理，明確智能化工廠各模塊間的數據集成、功能集成和業務集成要求，明確各系統之間的數據類型與數據流向，使各系統之間消除信息孤島，相互貫通。

智能化工廠信息流圖如圖5所示。

圖5 智能化工廠信息流圖

4　建設案例成效分析

通過輸配電領域智能制造試點示范項目建設，全方位增強了輸配電裝備制造企業的研發能力、制造效率、質量管控水平及接單按期交付等運營能力，以下是企業建成后各項綜合指標統計結果。

（1）運營成本降低20%以上：主要實現途徑包括通過鈑金、開關柜總裝、斷路器分裝生產線的智能柔性升級、自動化物流設施及裝備降低人力成本、通過高效率質檢手段和質量分析與改進措施降低質量損失、通過精益生產降低在制品庫存積壓以及通過智慧能源管理降低能耗成本等；

（2）產品研制周期縮短20%以上：主要實現途徑包括構建協同研發平臺降低新品研發周期、通過數字化試驗系統縮短產品型試驗周期等；

（3）生產效率提高20%以上：主要實現途徑包括通過引入“智能柔性生產線+制造執行系統”提升產能、通過對關鍵檢測工序的數字化改造來減少生產過程瓶頸、通過優化排程和同步物流縮短生產節拍以及通過精益生產管理來提升生產效率等；

（4）產品不良品率降低10%以上：主要實現途徑包括通過智能物料識別和精準物料配送來降低誤裝率、通過智能化檢測手段（如視覺檢測）來降低缺陷品漏檢率、通過嚴格的供應商管理來提升原料供應質量以及通過大數據質量分析與過程持續改進來提升產品設計與制造質量等；

（5）能源利用率提高6%以上：主要實現途徑包括通過智慧能源管理來降低車間能耗、通過優化排程與調度減少設備空閑運轉導致的能源浪費等。

5　輸配電智能工廠建設要點

全方位構建“產品技術領先、制造技術領先和試驗檢測技術領先”的輸配電裝備智能制造新模式，具體體現在以下方面：

（1）建立支持異地協同的數字化研發設計平臺，實現研發、設計、仿真與制造之間的協同。創新研發基地研發系統負責新產品的原始設計、仿真優化，智能制造基地的設計系統負責在產品原始設計基礎上進行變更設計、工程仿真和工藝設計，并為制造系統提供最終設計模型。數字化協同研發平臺業務框圖如圖6所示。

圖6 數字化協同研發平臺業務框圖

（2）建立數據標準體系，統一數據口徑；建立了主數據管理平臺，實現主數據的統一管理和集中分發；建立基于ESB企業服務總線的集成平臺，實現異構系統間的數據互聯互通。基于ESB的系統集成應用效果圖如圖7所示。

圖7 基于ESB的系統集成應用效果圖

（3）建立與物理車間相一致的三維虛擬模型，通過集成底層設備的運行數據，實現對生產的可視化監控；通過建立仿真數學模型，實現對計劃、裝配過程及物流配送的仿真及優化。虛擬工廠仿真效果圖如圖8所示。

圖8 虛擬工廠仿真效果圖

（4）通過面向精益管理的MES系統建設，建立從銷售、采購、生產、到物流多業務協同的多級計劃協同體系；實現數據采集、生產監控和異常處理等全過程數字化管控；實現從來料檢、過程檢、到成品測試的全過程質量采集與管理。基于APS的多級計劃協同體系效果圖如圖9所示。

圖9 基于APS的多級計劃協同體系效果圖

（5）通過分析某型號斷路器裝配和試驗過程的質量數據，建立質量關聯關系模型，揭示質量問題的影響因素并為質量追溯提供決策支持，提升企業的質量管理水平。

質量大數據分析系統效果圖如圖10所示。

圖10 質量大數據分析系統效果圖

6　下一步建設思路及推廣目標

建設智能工廠是輸配電制造企業轉型升級的重要方式，當前電力裝備行業在智能制造方面已經具備了良好的產業環境，骨干企業具備了較為良好的技術基礎和條件，智能制造技術服務與支撐體系有了良好的前期布局和基礎。
為加快推進行業智能制造并邁進國際先進水平行列。針對電力裝備行業智能工廠建設需求，圍繞智能制造標準與關鍵技術研究、開展智能化裝置研發、工業通訊網關及SCADA系統開發、大數據分析平臺及技術應用研究、人工智能技術研發，并通過整合上述智能制造核心裝備的研發成果，構建工業互聯網平臺，逐步在試點企業進行試探性應用。

這些智能制造關鍵技術裝備的研發，不僅可以對前期智能制造項目實踐知識和經驗進行固化，而且將極大地支持后續智能制造經驗的推廣和快速復制。

作者簡介：

史亞斌（1982-），男，陜西永壽人，高級工程師，碩士，現任中國西電中央研究院智能制造工程設計所所長，并兼任國家智能制造標準化總體組單位成員、中國通信工業協會專家委員、中國電機工程學會人工智能委員會委員、中國智能制造百人會專家委員。主持完成多項國家智能制造裝備發展專項、國家智能制造標準化和新模式等專項，主持制定多項行業智能制造應用標準，參與多個行業智能制造產業規劃和陜西省及西安市裝備制造業發展規劃，具有豐富的企業數字化轉型和智能制造實踐經驗。

摘自《自動化博覽》2019年1月刊