【案例分享】中車浦鎮(zhèn)車輛的數字化工廠實踐
中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司（下文簡稱，中車浦鎮(zhèn)公司），是中國中車核心企業(yè)，主要從事城市軌道車輛、城際動車組、現代有軌電車、單軌車、空鐵以及鐵路客車、重大核心部件等產品制造，是我國鐵路客運和城市軌道交通裝備專業(yè)化研制企業(yè)、集成供應商及方案解決者。
作者：中車浦鎮(zhèn)車輛 e-works整理
公司始建廠于1908年，坐落于歷史文化名城南京，擁有南京高新區(qū)、廣東江門、杭州蕭山和安徽合肥、安徽蕪湖、蘇州、常州等12個子公司、7大產業(yè)基地，現有員工7000人，其中工程技術人員1600余人。
擁有全系列產業(yè)研發(fā)制造平臺。公司先后研制了“兩動一拖”動車組、160km/h內燃觀光動車組、200km/h軌道檢測車、200-250km/h城際動車組，以及具有國際一流水平的城市軌道車輛和現代有軌電車及跨座式單軌車。同時，公司擁有完整的產業(yè)鏈，包括不銹鋼、鋁合金以及碳鋼結構的A型和B型地鐵列車，70%和100%的現代有軌電車、140km/h至250km/h的CRH6型城際動車組、懸掛式空中軌道列車、25型鐵路客車以及各種類型轉向架、各個速度等級制動機。
圖1中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司
企業(yè)在智能制造方面的現狀
中車浦鎮(zhèn)公司數字化工廠目前已經進行智能化升級的領域有：倉儲物流配送、生產制造、質量檢測、供應商管理、循環(huán)取料與共享包裝等廠外物流。
除了統一的ERP管理軟件之外，在各領域內應用了自主研發(fā)的產品，包括智能物流MES系統、智能制造MES系統、供應鏈協同平臺、循環(huán)取料系統、智能質量Qmis系統、WMS智能微庫控制系統、L-NEURE硬件標準通訊協議以及WCS硬件控制系統等信息化管理系統，以及各類智能硬件設備，包括智能微庫、SLP智能物流平臺、智能料箱、智能工具箱、AGV等。
物流MES系統與智能微庫、SLP的聯合應用，提升倉儲空間60%、降低作業(yè)人員40%、減少異常發(fā)生達90%，實現了由生產拉動式的JIT物流配送模式，提高了對生產現場的物料保證，物流現場整潔有序。循環(huán)取料系統在供應商之間已上線應用，定置化的工裝減少了木制包裝成本浪費，統一的運輸調度，節(jié)省了各供應商的運輸費用，按主機廠生產計劃取料的模式，減少倉儲現場的堆積。智能制造MES系統在總裝車間的上線，實現了全新的工藝設計平臺，結構化的設計直接指導著生產現場人員的作業(yè)。MES系統的部署成功將A2303工位打造成為“數智工位”。通過L-N 盒子接入的智能扭力扳手、焊機等設備更是進一步實現了生產線的智能化。浦鎮(zhèn)公司每年在現有的數字化改造的基礎之上，設立更多的課題，規(guī)劃通過幾年的建設，實現整個工廠的全面數字化推廣。
智能制造項目詳細情況介紹
1.項目背景及目標介紹
在進行精益化改善之前，浦鎮(zhèn)公司與其他很多大型國有制造型企業(yè)一樣面臨著傳統轉型的陣痛。傳統的生產模式與物流管理方式多以人為主，人的管理弊端經過長年累月的積累，很多問題已經積壓形成了一個管理的梗節(jié)。傳統作業(yè)模式具有的車不動人動，人無規(guī)則動；變動性太大，作業(yè)管理混亂、生產效率低；各項管理無法落地且追溯性差等弊端。與此同時不斷增長的市場需求，讓本已捉襟見肘的生產變得更加首尾難以兼顧、生產組織愈發(fā)困難。據統計，截止2016年底，我國已有42個城市經國家批準建設軌道交通，規(guī)劃里程超過6680公里。預計到2020年，我國的城市建設軌道交通，通車8000公里以上。生產改造，迫在眉睫。
數字化改造不僅僅是業(yè)務的電子化、信息化。必須對業(yè)務進行流程再造、精益化管理。中車浦鎮(zhèn)公司自2008年起在全公司內推行精益管理模式，以節(jié)拍式拉動、看板式管理、流水化作業(yè)和標準化工位為核心的精益生產模式，全面改善了管理，大幅提升生產效率和品質，而精益管理正是數字化工廠建設的基礎。當精益管理讓“車不動人動”的生產作業(yè)模式變?yōu)椤叭瞬粍榆噭印钡墓の恢屏魉€生產，呈現出管理固化；作業(yè)區(qū)域、作業(yè)內容、作業(yè)時間、作業(yè)動作標準化；異常問題快速暴露，快速處理等優(yōu)勢。經過精益數字化生產的改造，浦鎮(zhèn)公司的制造能力和生產效率得到顯著提高，使公司每年的營業(yè)收入大幅度增長。在人員、廠地基本不變情況下收入較上線前提升了近5倍，生產效率由2輛/天，提高到14輛/天，月度計劃兌現率100%。
在生產的整個過程相對較為明朗的時候，公司意識到，變革必須要全面，然而當時與生產息息相關的物流管理局面卻是無法言表。于是對物流再進行精益改革，實行了項目制管理、工位制存儲、節(jié)拍化套餐式配送的物流管理模式。經過生產、物流的成功實踐，公司制定了未來數字化工廠建設的原則：生產要圍繞市場需要，設計、工藝、采購、物流、生產、成本等都必須圍繞工位的一個同心圓管理原則。在該原則之下，各領域內逐步有所建樹，形成了在循環(huán)取料平臺、工位制存儲的模式、供應商協同合作的良性生產作業(yè)組織環(huán)境下，達到了減少倉儲人員40%，異常發(fā)生率降低90%，節(jié)約倉儲空間23%、減少了包裝成本、管理秩序非常流暢，大大提高了公司數字化、智能化水平的目標。
圖2 中車浦鎮(zhèn)公司圍繞現場工位的同心圓管理
當內部基礎夯實之后，浦鎮(zhèn)公司瞄準智能工廠的宏大目標，在工業(yè)化的基礎之上，開始進行信息化的深入與擴展，逐步形成了數字化工廠，并在長達近七年的建設過程中，向整個公司，中車集團內部展示了兩化融合建設的成果，并在此智能制造領域扎根，形成了產業(yè)，承擔著國有企業(yè)的推動制造業(yè)轉型升級，踐行中國制造2025的使命，向社會廣大企業(yè)輸入經驗和成果，并繼續(xù)前行。
2.項目目標與實施原則
浦鎮(zhèn)公司的數字化工廠項目遵循大目標、分步走的建設原則。一個大目標就是最終要實現智能化工廠，分步走是指將與生產相關的物流、質量、供應鏈等分步同時實施。在進行數字化工廠建設的難點是員工的思想轉變，如何將“精益化的管理思想”深入人心，流程再造，徹底打破傳統的作業(yè)、管理模式。而數字化工廠建設的重點是生產，一切以服務生產、配合生產、保證生產為基本目標。為了解決以上兩大難點，首先在公司內部進行精益管理理念的導入，對生產現場的作業(yè)模式進行變革，基于生產作業(yè)方式的改變，對圍繞著生產相關的物流、質量、供應鏈管理、工藝設計等精益化管理變革。當業(yè)務流程梳理完畢之后，數字化工廠之路正式開啟，并不斷深入。
圖3 數字化工廠建設規(guī)劃圖
3.項目實施與應用情況詳細介紹
3.1生產環(huán)節(jié)的數字化建設
面向生產的數字化變革包括兩個方面，一是作業(yè)生產管理模式的變革，二是基于工位制節(jié)拍化的智能制造MES系統的建設與智能化設備的接入。
圖4傳統班組式作業(yè)管理
圖5工位制節(jié)拍化作業(yè)管理
智能制造MES系統采用全國首創(chuàng)的基于“動作編碼+資源”的工藝設計原理，遵從碎片化、數字化、信息化、智能化建設步驟，通過對生產相關數據的高度結構化，從而實現對生產現場作業(yè)的直接驅動。
制造MES體統具有工藝設計、資源管理、計劃管理、生產調度、過程管理、質量管理、人力資源管理、數據采集、文檔管理、數智工位、統計分析等功能。通過制造MES的運行，直接從ERP獲取生產計劃，根據計劃自動生成生產任務并下發(fā)至對應的工位長。由工位長配備相應的資源（人機料法環(huán)測）后，啟動工序，作業(yè)人員收到任務指令，根據終端顯示的工藝指導書，逐步完成任務。制造的數字化建設給浦鎮(zhèn)公司帶來了提高生產效率近200%，訂單準時交付率達100%，有序的生產作業(yè)組織等成果。
中車浦鎮(zhèn)公司為逐步實現由傳統制造向智能制造的轉型升級，實現信息技術與制造業(yè)的有機融合，運用精益思想梳理業(yè)務，結合信息化手段固化流程，進行了以實現智能制造為目標，以選定工位為試點，以結構化工藝設計為驅動，以物理信息技術為手段的智能制造探索和實踐，成功打造獨具特色的數智工位，推動了工藝設計輸出結構化數據化，實現了生產工藝可控、生產資源網格化、生產數據可視化、生產過程透明化的制造全過程動態(tài)管控，建立了適應軌道交通裝備行業(yè)特點、具有浦鎮(zhèn)特色的智能制造新模式。
圖6 生產現場
3.2 物流環(huán)節(jié)的數字化建設
面向物流環(huán)節(jié)的數字化建設主要包含兩個方面，一是倉儲作業(yè)模式的變革，二是基于工位制、節(jié)拍化、套餐式配送的智能物流MES系統的建設以及與智能化倉儲設備的高度集成。
傳統企業(yè)都是“重生產、輕物流”，浦鎮(zhèn)公司認識到物流對生產的重要性，大膽地對物流管理方式進行顛覆性變革。由原來的按屬性存儲升級為按項目、按工位制存儲。由原來的領料制升級為配送制?；诠の恢?、節(jié)拍化、套餐式的物流MES系統的成功上線，更是從生產計劃開始，實現了生產計劃、配送計劃、備料計劃環(huán)環(huán)倒推、拉動式的作業(yè)組織模式，達到了與生產節(jié)拍的高度契合。此外，浦鎮(zhèn)公司又引入了十個垂直立體貨柜，使用定制開發(fā)的WMS系統和SLP智能物流平臺，實現了物料的自動化存儲、高效分揀、準時化配送。智能系統和智能設備的應用，為浦鎮(zhèn)公司節(jié)省了60%的倉儲空間、降低異常發(fā)生率達90%、減少作業(yè)人員40%左右。
圖7物流MES系統架構圖
3.3 質量環(huán)節(jié)的數字化建設
質量作為對生產過程及產品售后的質量檢測與監(jiān)控，在公司發(fā)揮著舉足輕重的作用。但是傳統的質檢是人工的、紙質的，缺少靈活性，且不利于質量存檔和跟蹤追溯管理，更無法形成具有分析價值的數據庫。浦鎮(zhèn)公司仍然以工位為中心，與生產工序相匹配，為各工序的檢測進行質量策劃、質量檢驗、異常處置等，確保質量活動事前有策劃，執(zhí)行有監(jiān)控。實現了信息的實時、便捷管理，加速了PDCA循環(huán)，提升了質量效益。從質量數據的處理流程的角度，系統覆蓋從質量數據的策劃、質量數據的收集以及質量數據的后期分析與控制，同時也包括質量工作開展過程中的不合格品處理、質量分析、售后質量信息處置等工作，也包括配合質量工作的基礎管理統計分析改進等工作，實現了信息的實時、便捷管理，解決了原始方式帶來的傳遞、存儲、檢索等問題，大大提高了工作效率。
隨著檢測工具的多樣化、智能化，系統正逐步研究接入各種智能檢測設備，如當前研究的無線游標卡尺、非接觸測量平臺、圖像比對技術等，最終實現由生產計劃驅動質檢任務，由Qmis質量管理系統直接調度檢測設備，將檢測結果快速上傳并進行智能化判別，實現對質量數據的存檔、分析與追溯。
圖8 質量管理體系規(guī)劃
3.4 供應鏈環(huán)節(jié)的數字化建設
浦鎮(zhèn)公司的供應商眾多，傳統的供應鏈管理，供需雙方之間沒有有效載體將雙方的信息連接在一起，溝通多是通過電話、短信、郵件等形式進行，信息傳遞不及時、不準確，整體效率低下。為解決以上問題，2016年3月，浦鎮(zhèn)公司內部立項，研發(fā)供應鏈協同平臺。通過平臺，將買賣雙方間的信息連接在一起，實現對市場需求的快速響應，有效的提高和利用供應鏈資源，更好的抵御和應對各種風險，提高企業(yè)的競爭能力。該系統具有合同管理、模擬配套、訂單管理、售后管理、變更協同、發(fā)票管理、供應商績效管理、支付管理等幾大功能模塊。
圖9 供應鏈協同云平臺
3.5 廠外物流環(huán)節(jié)的數字化建設
浦鎮(zhèn)公司的廠外物流建設起步較早，成果較為明顯，目前以共享包裝、循環(huán)取料為基礎的“智慧物流”項目，將在2018年從浦鎮(zhèn)公司走向整個中車集團。浦鎮(zhèn)公司在內部物流精益化成功之后，發(fā)現必須內外物流協同管理，否則信息不對稱、庫存控制不精確的物流現場仍然是物料堆積如山。浦鎮(zhèn)公司的70%物料屬于外購件，供應商眾多，存在大量的木制包裝浪費、運輸資源浪費現象。于是浦鎮(zhèn)公司與幾家主要供應商進行升級協同管理，即供應商按照浦鎮(zhèn)公司的四日生產計劃，根據BOM清單準備相應的物料，并放置在浦鎮(zhèn)公司提供的定制工裝車上，等待浦鎮(zhèn)公司派車前來托運即可。浦鎮(zhèn)公司的循環(huán)取料是指200公里范圍以內的供應商供貨，由浦鎮(zhèn)公司的運輸車隊按照“Milk-run”的方式取貨，取貨的過程中的車輛位置信息、物料信息實時傳送至平臺，由平臺統一跟蹤、調度。此模式的應用不僅節(jié)省了供應商的包裝成本、運輸費用，更是為浦鎮(zhèn)公司的現場減少了拆卸作業(yè)、提高了生產計劃的可控性和兌現率。
圖10 廠外物流環(huán)節(jié)的數字化建設
4. 效益分析
浦鎮(zhèn)公司通過數字化工廠建設，取得了如下效益：
（1）管理效益
管理者不再因為現場混亂的秩序而煩惱，也不必為異常發(fā)生的源頭在哪而擔憂。數字化下的工廠運轉模式是，作業(yè)數據系統可抓取，實時跟蹤作業(yè)過程的進度、異常發(fā)生情況，數據直觀、系統、多維度分析，為管理者減少現場重復的檢查工作、提高了管理效率。管理系統的應用、智能化設備的應用，更是減少了一線人員的工作強度，加強了企業(yè)人員的協作，幫助企業(yè)實現“開源節(jié)流”的目標。
（2）經濟效益
數字化工廠建設為浦鎮(zhèn)公司帶來的經濟效益顯眼易見。最直觀地體現在了生產效率的提升和訂單交付的及時率。在人員、廠地基本不變情況下收入較上線前提升了近5倍，生產效率由2輛/天，提高到14輛/天，月度計劃兌現率100%，提高了客戶滿意度。在循環(huán)取料平臺、工位制存儲的模式、供應商協同合作條件下，減少倉儲人員達40%，異常發(fā)生率降低達90%，節(jié)約倉儲空間23%、減少了包裝成本、管理秩序非常流暢。
（3）運營效益
浦鎮(zhèn)公司打造的數字化工廠，被知名培訓機構當成標桿每年進行超過10批500人次的培訓，每年接待300余批4000余人次的參觀。開放式的數字化工廠建設經驗的分享、成果交流，不僅向社會展示了浦鎮(zhèn)公司先進的作業(yè)管理模式，更是彰顯了浦鎮(zhèn)公司乃至整個中車集團的品牌形象，有助于在軌道交通行業(yè)市場份額的提升。企業(yè)當兩化融合逐步深入后，衍生出了第三產業(yè)，將浦鎮(zhèn)公司數字化工廠建設的成果對外輸出，增加了公司整體的運營效益。
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