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汽輪機裝配制造行業PLM解決案例

   東方汽輪機廠創建于 1966年,是我國研究、設計、制造大型電站汽輪機的高新技術國有骨干企業和四川省重大技術裝備制造基地的龍頭企業。工廠位于美麗富饒的四川成都平原西部、德陽市郊,占地137萬平方米。作為機械工業100強和全國三大汽輪機制造基地之一,企業現有總資產逾80億元和7000余名員工,專業技術人員2500余名,中高級人員占48%,主要生產設備2400余臺,其中大、精、稀設備和數控機床近400臺。

   經過30多年的建設發展,工廠現已具備了20萬、30萬、60萬以及百萬千瓦等級火電汽輪機、核電汽輪機開發研制和批量生產的綜合實力。自建廠以來,工廠已累計生產了500余臺各種類型汽輪機共6200余萬千瓦,國內市場占有率超過20%。其產品遍及全國各地并出口馬來西亞、印度尼西亞、伊朗、孟加拉、巴基斯坦等國家,其產品質量、技術水平和使用性能均受國內外用戶普遍好評。
 


 
 
   東汽堅持實施自主開發與引進技術相結合的高起點發展戰略,大力推進主導產品結構調整和升級換代。目前為止,東汽人自主開發研制的 30萬國產化機組已經形成第10代系列并成為省部級優質產品和名牌機組。


   東汽與日立公司聯合開發研制的亞臨界60萬機組已經形成批量生產能力,其國產化率達到80%。工廠正與美國 GE公司、法國ALSTOM公司和日本日立、三菱、東芝公司等國際著名大公司進行廣泛經濟技術合作,努力開發研制超臨界、超超臨界大功率汽輪機、核電汽輪機、重型燃氣輪機以及蒸汽燃氣聯合循環機組,從而使企業成為世界大型發電制造廠商與核電俱樂部的一個重要成員。


   如今,東汽與德國REpower公司又正式簽訂了技術轉讓合作協議,在國內率先進入了風電開發新領域。與此同時,東汽與三菱公司聯合研制的首臺高國產化率重型燃氣輪機已經試車成功,并已順利發貨交付用戶使用并已投入批量生產。


   東汽還本著一業為主,多種經營的發展戰略,其產品產業已經輻射到軍工、化工、環保、自動控制、表面工程、建筑、運輸等領域,進一步提高了生產規模和經濟效益并實現企業的做大做強。
 
 
 
   近年來,東汽始終堅持以改革為動力,以市場為導向,努力開拓,銳意創新,在產品開發、技術進步、生產組織、經營管理等方面打造了一片新天地,為企業的可持續和跨越發展提供了可靠保障,并實現了汽輪機產量的連年翻番。


   2004年工廠汽輪機產量又邁過千萬千瓦大關,已經達到1477萬千瓦,實現了歷史性重大突破。這標志著東汽的綜合實力和生產建設登上了更高臺階,東汽人有志氣并有能力為祖國電力事業做出更大的貢獻。
 




一、東汽信息化總體規劃
 
   隨著經濟發展和科技進步,東汽加強信息化建設,堅持以信息化帶動工業化、以工業化促進信息化,有效促進了企業的快速發展。在此期間,工廠先后配備了 SGI工作站、各種PC機及企業服務器,在企業內部廣泛應用CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM技術,以提高研發質量并縮短產品生產制造周期。


   同時將計算機及信息技術廣泛應用于財務、人事、采購、產品研發、生產制造和經營管理,工廠獨立自主開發出了具有自主版權的產品數據管理系統(PDM)。


   為了應對入世挑戰并堅持與國際慣例接軌,工廠積極實施企業資源計劃(ERP)工程,進一步推進了企業內部物流、信息流、資金流的全面管理,之后實施了plm系統,對設計與工藝管理系統進行全面整合,形成了統一的設計管理平臺,提高了企業快速反應能力,增強了企業核心競爭力。


   企業先后被國家科技部評為“全國CAD應用工程示范企業”、“國家863計劃CIMS應用示范企業”、“國家首批十三家制造業信息化示范工程(MIE)重點建設試點企業”和“四川省制造業信息化示范企業”。
 

   通過PLM系統的實施,整合東汽原有的工程BOM管理系統、部套目錄管理系統、數據集成PDM系統、信息共享平臺系統,最終替代現有工藝系統,實現東汽設計與工藝一體化管理的系統平臺,大力提升信息系統的集成度,PLM系統與ERP系統將作為東汽主要的兩大信息系統,是構建大東汽的總體信息化規劃藍圖。
 



二、東汽PLM系統建設
 
1. 找準癥結
 
   在實施PLM系統之前,東汽已經實施oracle EPR系統多年,并自主研發的多個信息系統,已經具備較高的信息化管理水平,但自主研發的信息系統是根據當時的條件和管理要求進行自主研發,存在相應的局限性,不適應東汽在新時期、新條件下的發展,其弊端主要體現在以下方面:
 

   1) 基礎數據管理:手工管理方式,紙質圖紙成為企業最權威、最有效的數據,電子數據有效性無法保證,版本控制力度低,數據查詢、共享與備份煩瑣,不利于知識積累和管理效率的提升,已經不能跟進工廠新的發展要求,質量、效率得不到有效保證。亟待提升電子化管理水平,推行并行作業電子化流程,提高過程無紙化管理的程度。
 

   2) 核心問題BOM:零件與文檔,設計BOM與制造BOM在技術與制造部門間存在理解差異,必須統一東汽各部門對BOM的理解并做好BOM在各部門的傳遞,為生產系統提供有效、正確的BOM數據,是保障生產計劃正常運行的重要前提。
 

   3) 多工藝路線管理:針對汽輪機產品龐大、結構復雜、單件單臺份多場地生產特點,根據汽輪機制造業務及管理現狀,解決臺份化多工藝路線的管理難題。
 

   4) 項目管理流程管理:總師辦技術準備計劃采用人工項目管理,流程采用制度規定,項目管理難度大,效率低,對績效考核要素不能進行實時、動態的管控。
 

   5) 信息系統管理與集成:東汽信息化建設各模塊與各部門之間存在集成孤島,維護和開發工作量大,信息集成度較低,數據的準確性、完整性和實時性不能得到有效保證,系統間數據傳遞效率低。同時,業務部門之間不能形成順暢的業務流程,數據更改無法保證一致。
 

   正視現實問題,東汽廠06年初成立PLM項目選型小組,經多方實地考察和論證,工廠高層站在務實,切實的角度考慮,最終于07年6月引進TiPLM系統,依托此契機,建立東汽廠設計與制造技術統一技術管理平臺,提高管理水平。
 

2. 明確目標
 
   針對東汽廠的現實問題,總體方針是通過PLM系統實施與開發,在東汽建立高效的產品全生命周期管理集成平臺,統一管理產品全生命周期各過程以及過程中產生的數據,實現設計、工藝、制造過程的并行,實現設計、工藝、制造數據的流轉與管理,實現產品工藝編制、工藝數據與工藝資源的管理,實現與東汽ERP系統的集成。主要目標為:
 
 
   1) 建立產品研發及制造技術統一集中的產品數據管理框架,解決東汽電子數據安全管理、數據備份及數據容災問題;
 

   2) 建立產品圖紙、文件、BOM及相關數據的電子化共享環境,提高電子數據的權威性和繼承性,實現知識庫的管理;
 

   3) 優化數據變更管理,保證電子數據的完整性,電子數據與紙質數據的一致性,減少藍圖發放數量,最終實現圖、文檔及BOM管理過程的無紙化;
 

   4) 加強新增物料控制,在統一的資源管理基礎上,逐步減少物料種類,控制和避免一物多碼問題;
 

   5) 實現東汽數據歸檔評審、變更控制與數據發布電子化流程管理,優化業務流程,推進并行工程,提高流程管理效率;
 

   6) 優化東汽設計BOM與制造BOM管理管理,減少設計BOM到制造BOM轉換過程中的人工干預,提高BOM轉換效率并減少轉換差錯率,提高設計BOM到制造BOM轉換與變更時基礎信息的可繼承性,最終實現設計BOM與制造BOM流程的貫通,完成PLM與ERP在制造BOM基礎上的集成應用;
 

   7) 搭建東汽工程項目管理平臺,建立項目管理機制,提高項目管理與水平;
 

   8) 實現多工藝路線管理;
 

   9) 解決裝箱BOM管理問題;
 

   10) 優化信息系統管理框架,減少多個異構系統數據集成、系統開發與系統維護問題,實現東汽設計與工藝一體化管理。
 

3. 鎖定范圍
 
   東汽PLM項目實施范圍主要包括產品開發處、制造技術處、物質管理處、生產協作處、檔案管、各分廠及子公司。其中產品開發處主要管理各專業室產生的圖紙文檔電子數據、設計BOM結構、設計審簽、變更與發布業務流程以及產品開發工程項目等;制造技術處主要管理工藝圖紙文檔、制造BOM結構、毛坯及材料定額、工藝路線及流程等。前期主要以產品開發處和制造技術處為中心,逐步輻射到其它業務部門及子公司,包括風電事業部、自控公司、表面工程公司。
 

4. 謀劃策略
 
   系統實施遵循總體規劃分布實施原則,實施周期12個月,主要分為四個階段:系統調研與總體規劃、系統建模與聯調、系統試運行與總體評估、系統全面上線。
 

       系統總體規劃階段:07年9月-07年11月 ,主要開展:
 

        1) 系統詳細需求調研;
       

       2) 系統測試環境部署;
 

       3) 系統工作原理與基本功能培訓;
   

       4) 信息系統整合規劃及系統集成方案討論與評審;
 

       5) 關鍵業務方案討論與評審;


       6) 總體規劃方案評審;
 

   系統建模與聯調階段:07年11月-08年1月底 主要開展:
 

       1) PLM系統基礎運行模型搭建與測試;
 

       2) 基礎資源的建立;
 

       3) 基礎物料信息梳理;
 

       4) 設計BOM與制造BOM應用模型驗證;
 

       5) 根據圖檔數據整理預案進行圖檔數據歸集和整理;
 

       6) To be業務流程模板建立;
 

       7) 開展系統用戶及關鍵用戶培訓;
 

       8) 啟動系統二次開發人員培訓及二次開發程序編寫。
 

       系統試運行與總體評估:08年3月-08年7月
 

   按照分布實施原則,采用典型產品驗證方法,試運行階段主要選擇了具有典型意義的30萬千瓦和60萬千瓦兩臺機組進行試點運行, 按照PLM項目總體實施方案和上線運行辦法,PLM系統實施應用重點以圖文檔管理、設計BOM與制造BOM管理、業務流程管理、技術準備計劃管理、CAPP\ERP集成管理為主線, 通過兩臺機組真實全面的業務和流程檢驗系統功能和項目方案,在試運行過程中對公司業務、相關流程、管理模型進行不斷優化,從而形成符合東汽實際的技術開發管理、制造工藝管理、業務流程管理及系統集成的一體化集成平臺,并將這種管理模式推廣到其它機組項目上進行應用試運行,主要展開工作為:
 

       1) 對客戶化系統應用聯調測試與評估;
 

       2) 組織客戶化系統培訓;
 

       3) 制定系統應用規范與用戶化操作手冊編制,操作AVI的錄制;
 

       4) 按數據整理預案跟進數據整理,充實系統資源;
 

       5) 試運行上線技術蹲點支持;
 

       6) 試運行總體評估,啟動上線切換方案及上線動員。
 

       系統全面上線:08年8月15日
 

   根據公司PLM系統上線切換要求,通過試運行的總體評估,自切換通知之日起,所以新開工機組數據全面納入PL系統運行,包含主要業務為:
 

       1) 總師辦技術準備計劃全面納入PLM系統管理;
 

       2) 產品開發處新設計相關圖紙、文件、總部套目錄、子部套目錄、設計BOM、業務單據、數據審會簽流程、數據變更流程、圖檔與設計BOM發布全面納入PLM系統;
 

       3) 制造技術處制造BOM、工藝圖紙、工藝路線、材料定額及兩級工藝任務管理、工藝數據審會簽、變更及發布流程全面納入PLM系統;
 

       4) 開放各業務部門新設計相關機組業務數據查詢及報表權限,統一使用PLM系統發布的設計數據,各相關業務部門數據審會簽流程、變更會簽與發布流程全面納入PLM系統管理;
 

       5) 東汽各子公司與總廠相關圖紙、文件、設計BOM、業務單據、數據審會簽流程、數據變更流程、圖檔與設計BOM發布全面納入PLM系統;
 

       6) 通過專門接口,基于制造BOM對ERP系統、CAPP系統進行數據傳遞。
 

       到目前為止,已經有38臺機組數據及作業流程全面進行PLM系統。包括風電事業部、自控公司、表面工程公司。
 

5. 突出重點
 
   汽輪機企業PLM系統實施是一個復雜工程,通過PLM系統的實施實現工廠電子數據權限管理、信息共享查詢、圖紙電子化管理、BOM管理、ERP集成等基本目標,實施總體目標中明確提出通過PLM系統的實施需要重點解決以下四個方面的問題:
 

   1)促進新的產品設計體系建立,適應新的數據管理模式;
 

   通過PLM系統的實施,建立產品設計工作平臺,在新的平臺系統上產品開發處及制造技術設計體系要適應產品數據無紙化、電子化管理、數據存儲以及產品設計流程電子化管理的管理要求。新圖紙體系的基本原則是“圖紙與明細分離”。


   不僅裝配圖紙的圖面,將不出現明細信息,零件圖也不再出現材料等信息,加強外流數據保密性管理要求,實現圖、物料及材料的分離。即使舊版圖紙電子化后原圖面上的明細信息只作為參考,無論是在公司技術、質量方面,還是在公司制造、生產、服務方面,明細數據一律以PLM系統中BOM數據為準。
 

   新體系基于PLM系統平臺,要求產品設計由“新圖紙設計”轉到以“新物料的設計”為中心的設計體系,推行基于標準骨架體系的設計BOM構建思想,產品設計必須把保證“物料BOM準確性”的重要性提高到與保證“圖紙上的尺寸外形技術條件等數據準確性”相同的高度。


   在PLM系統平臺上,產品設計工作流程進行無紙化、電子化管理,所有產品圖紙、BOM數據形成的所有流程,包括設計、校對、審核、會簽、審定、審批、批準及發布全部進行電子化管理、電子化簽名,產品設計圖紙、BOM數據一律以PLM電子信息為準,取消所有管理部門藍圖發放,車間采用白圖發放,取消人工改圖,更改采用直接收換,充分發揮電子數據的作用,推進工廠知識庫管理目標。
 

   2) 基于標準骨架體系的設計BOM管理與制造BOM自動銜接;
 

   汽輪機設計與制造過程十分復雜,在進行產品研發的過程中,研發部門需要根據不同專業將產品劃分成不同的部套目錄,然后再由各個專業室進行部套的詳細設計,進而產生整個產品的設計BOM。


   在工藝和制造的過程中,制造技術部門,則根據產品的裝配結構對設計產生的部套進行歸類和劃分,從而區分出需要分屬于主體、附件和不參加總裝的子部套,這樣做可以方便加工、轉運、裝配工作的組織。因此,在每臺新產品研發完成之后,設計人員需要花費大量精力將面向設計的BOM轉換成面向制造的BOM,產生各種管理問題。
 

   基于標準骨架體系的設計制造BOM轉換方案,是實現從設計BOM向制造BOM轉換的關鍵一步, 在PLM系統上建立起來的新設計體系促使產品設計數據扁平化,滿足了實現“零件管理”要求。


   產品設計數據“裝配層物料BOM”采用“PBOM轉換代碼”、“模塊歸屬”代碼設計信息,滿足“設計BOM”向“面向制造的BOM”自動轉換要求。 產品設計新圖紙體系中物料(產品設計的不同存在狀態)的“衍生演變”過程標準化。


   產品設計數據BOM增加“上傳關系代碼”,使物料“衍生演變”過程數字化。產品設計數據“裝配層物料BOM ”增加包裝屬性“發運方式代碼”,PLM系統計算,實現產品自動裝箱,生成設計原始裝箱清單。轉換方案分成三步:
 

       首先,根據機型骨架模板產生臺分化的制造BOM;
 

       然后,設計人員在部套設計BOM中填寫轉換代碼;
 

       最后,借助自動轉換工具完成從設計制造BOM的轉換。
 

   在第一步中,設計人員事先根據制造結構將通用的制造骨架模板進行實例BOM模板的自動展開。例如:對于指定機型的機組必須包含指定數目的隔板組件。這一骨架模板描述了每臺汽輪機必定包含的基本模塊。
 

   在第二步中,每當設計人員完成新大部套的設計之后,會在該部套到下層子部套之間的關系上輸入轉換代碼,描述下層子部套哪些安裝在主體上、哪些安裝在附件上以及哪些是屬于不參加總裝的子部套,并指定拆分以后的結果如何分配到骨架的所屬的模塊上。完成轉換代碼工作之后通過審計流程將設計完工的部套傳遞到下游數據組,從而進入第三步。
 

   在第三步中,數據組借助設計制造BOM轉換工具,對已經補充轉換信息的設計BOM部套結構進行拆分,從而區分出主體、附件和不參加總裝的部分。再根據設計人員填寫的模塊信息將拆分之后的代碼放到臺分化骨架上。
 

   通過上述三步,實現設計制造BOM的自動轉換。


 
 
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