軌道交通裝備企業(yè)的智能制造生產(chǎn)管理模式探討

榮豪 袁博

（中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東青島 266111）

0.引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù)的騰飛，促進(jìn)了融合信息技術(shù)的新一輪工業(yè)革命的興起，制造業(yè)的發(fā)展順應(yīng)時代的大潮，深度融合新一代信息和通信技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)制造技術(shù)，在時間、產(chǎn)品、邏輯三重維度上展開了涵蓋制造過程的全產(chǎn)品譜系、全生命周期以及全制造環(huán)節(jié)的深度優(yōu)化，以期實現(xiàn)對市場的快速響應(yīng)和產(chǎn)品規(guī)?；ㄖ频哪繕?biāo)，以此誕生了新一代的智能制造技術(shù)。智能制造涉及兩大主體：（1）硬件，即實施智能制造的基礎(chǔ)和框架，其重點在于數(shù)字化智能化生產(chǎn)系統(tǒng)的搭建，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)。（2）智能生產(chǎn)模式的構(gòu)建，包括整個企業(yè)的生產(chǎn)組織、物流配送、設(shè)備維保、質(zhì)量管控等方面的實施和應(yīng)用。

作為一種全新的生產(chǎn)模式，智能制造將人機關(guān)系重新定義為人機協(xié)同模式，將制造行為的主體從人轉(zhuǎn)化為自動化的設(shè)備。同時為了匹配精益、敏捷和柔性的要求，制造管理模式需要從設(shè)計、規(guī)劃、采購、生產(chǎn)、物流、售后等全過程的管理模式上進(jìn)行精細(xì)化和系統(tǒng)化的同步提升。本文將針對中車青島四方機車車輛股份有限公司（以下簡稱四方股份公司）在智能制造深化改造過程中生產(chǎn)管理模式的轉(zhuǎn)變展開分析，探索智能制造生產(chǎn)管理的新模式。

1.生產(chǎn)管理模式的分析和探討

軌道交通裝備企業(yè)通過智能裝備、數(shù)字化系統(tǒng)開發(fā)和集成應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)組織、作業(yè)執(zhí)行、質(zhì)量管控、物流控制的制造方式，生產(chǎn)過程大量采用機器識別和系統(tǒng)判定、控制技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)換人，以人為主體的制造模式變革為以系統(tǒng)控制為主體的制造模式。以四方股份公司為例，通過搭平臺、建產(chǎn)線、通數(shù)據(jù)的方式進(jìn)一步探索數(shù)據(jù)驅(qū)動型企業(yè)建設(shè)。下文從現(xiàn)場生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量管控、人員薪酬激勵、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等4個方面對轉(zhuǎn)向架智能工廠生產(chǎn)管理模式的變化和調(diào)整進(jìn)行分析和探討。

1.1 現(xiàn)場生產(chǎn)管理

四方股份公司建成了MES車間運行數(shù)字化制造平臺，打通了數(shù)字化設(shè)計與數(shù)字化制造信息鏈路，建立了從工藝設(shè)計、產(chǎn)品制造到過程檢驗的閉環(huán)數(shù)字反饋體系，實現(xiàn)了車間作業(yè)管理數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化。在應(yīng)用MES制造執(zhí)行系統(tǒng)，并和其他系統(tǒng)的連接和協(xié)同貫通之后，于現(xiàn)場生產(chǎn)管理上產(chǎn)生的主要提升有：

（1）通過讀取生產(chǎn)計劃、采購計劃和其他的現(xiàn)實計劃的相關(guān)約束，結(jié)合企業(yè)資源計劃ERP系統(tǒng)，利用MES系統(tǒng)中的自動排產(chǎn)功能模塊，實現(xiàn)了連接項目管理、采購、物流到現(xiàn)場的三日計劃的自動排產(chǎn)。相比于人工排產(chǎn)方式，自動排產(chǎn)具備幾個優(yōu)點：一是計算效率更高，排產(chǎn)結(jié)果更加準(zhǔn)確合理；二是可處理的數(shù)據(jù)規(guī)模更大，可計劃的時間跨度更長；三是處理突發(fā)事件的能力更強。（2）實現(xiàn)了工單與生產(chǎn)計劃從口頭、紙面?zhèn)鬟_(dá)方式向線上自動下達(dá)模式的轉(zhuǎn)變，在各種終端設(shè)備如移動工程電腦、手持終端甚至手機等以及其他固定設(shè)備上實現(xiàn)了移動化、多平臺的實時連通。（3）通過實時傳達(dá)反饋現(xiàn)場生產(chǎn)進(jìn)度和物料消耗情況，結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)計劃對交付日期、物料消耗進(jìn)行及時的提前預(yù)測，結(jié)合訂單需求調(diào)整規(guī)劃提前期和物料配送時間，實現(xiàn)了以最小制造單元為單位在最小時間模塊上的物料拉動，提升了生產(chǎn)柔性，使現(xiàn)場生產(chǎn)過程精準(zhǔn)可控[1]。

為繼續(xù)貫通產(chǎn)線和業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提高作業(yè)效率，提升生產(chǎn)線整體效能，企業(yè)將利用數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)持續(xù)實施數(shù)字賦能，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的集中可視化和各工序的有序銜接，根據(jù)需要在當(dāng)前現(xiàn)場管理的基礎(chǔ)上繼續(xù)提升：通過采集現(xiàn)場人員、設(shè)備、產(chǎn)線等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，利用工業(yè)總線和5G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實時反饋至相應(yīng)的工業(yè)App中進(jìn)行對照反饋，對生產(chǎn)過程進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷、分析，進(jìn)而進(jìn)行及時的預(yù)警和管理。將持續(xù)優(yōu)化MES系統(tǒng)，延伸MES系統(tǒng)的管理觸角，打破MES和自動化產(chǎn)線的數(shù)據(jù)壁壘，實現(xiàn)與柔性生產(chǎn)線的深度集成，使其適應(yīng)敏捷柔性制造的管理需求。提升MES對產(chǎn)品批量、種類變化、變更量大的適應(yīng)能力，全面支撐制造執(zhí)行業(yè)務(wù)，為企業(yè)數(shù)據(jù)驅(qū)動平臺建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

1.2 人員薪酬激勵

在制造型企業(yè)智能化升級過程中，企業(yè)作業(yè)人員的組織架構(gòu)和作業(yè)任務(wù)發(fā)生了變化，相應(yīng)的薪酬分配與激勵政策也應(yīng)隨之發(fā)生變化。

（1）組織結(jié)構(gòu)變化。四方股份公司建立了以指標(biāo)為核心的產(chǎn)品全生命周期要素透明化的三級制造指揮中心。在分廠級指揮中心中，以班組為單位將制造過程中人員的工作狀態(tài)以指標(biāo)的形式進(jìn)行了數(shù)字化的實時展示。分管廠長和區(qū)長通過分廠級制造指揮中心直接把控各班組的工作進(jìn)度和異常狀態(tài)，使得過程狀態(tài)上傳迅速，對應(yīng)指令下達(dá)快捷，實現(xiàn)了自下而上的信息透明，使得組織結(jié)構(gòu)更加扁平，作業(yè)調(diào)整更加精細(xì)化。而結(jié)合四方股份公司目前采用的以分廠為利潤中心進(jìn)行的分廠工人的財務(wù)分配，利潤中心和分配主體距離縮短，進(jìn)一步保障薪酬合理分配和績效精準(zhǔn)化判定。（2）作業(yè)任務(wù)變化。隨著自動化裝備的更新和升級，作業(yè)人員的主要作業(yè)任務(wù)和崗位職責(zé)發(fā)生變化，同時作業(yè)人員數(shù)量減少，人員勞動強度大幅降低，使得部分工作崗位對作業(yè)人員素質(zhì)的要求提高。以轉(zhuǎn)向架智能工廠為例，構(gòu)架焊接生產(chǎn)線采用人機數(shù)字化交互、機器人自動焊接打磨；在加載、轉(zhuǎn)運過程中利用自動化機械手和AGV車輛接收后臺自動規(guī)劃程序?qū)崿F(xiàn)側(cè)梁、橫梁臺位和工位的自動轉(zhuǎn)運。作業(yè)人員的作業(yè)任務(wù)從人工半自動焊接轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)備監(jiān)控，通過攝像監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集反饋對焊接過程進(jìn)行實時監(jiān)控，從重復(fù)性勞動轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰欢夹g(shù)專業(yè)能力的現(xiàn)場問題改善和過程質(zhì)量控制，作業(yè)人員不僅需要掌握數(shù)控技術(shù)、焊接設(shè)備操作能力以及一定的設(shè)備編程能力，同時需要熟練掌握焊接工藝和焊接技能，屬于能力和素質(zhì)要求較高的復(fù)合型技能人才。

企業(yè)人員的績效和薪酬分配通常是和企業(yè)組織架構(gòu)和人員作業(yè)任務(wù)相匹配的。當(dāng)前企業(yè)內(nèi)基層員工的薪酬制度主要采用根據(jù)工種工區(qū)確定工時薪資的方式，薪酬分化不明顯，而囿于過去基層作業(yè)人員的技術(shù)力要求不高，崗位工資上下浮動不明顯，薪酬級差很小，使得員工對于未來工資的漲幅期望不高。隨著企業(yè)智能制造模式的逐步推進(jìn)，技能人才比例提高、技能崗位類別增多，應(yīng)從崗位本身要求和人才職業(yè)技能進(jìn)行綜合考查，制定合理的績效制度，并對薪酬激勵進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整[2]。

1.3 產(chǎn)品質(zhì)量管控

四方股份公司過去的質(zhì)量檢測模式是通過人工測量尺寸、溫度等數(shù)據(jù)，生成紙面表單，采用自檢、互檢、專檢模式，實行多人質(zhì)量責(zé)任制；進(jìn)行數(shù)字化改造后，通過加工、裝配、探傷、試驗等工序多臺檢測設(shè)備聯(lián)網(wǎng)集成，構(gòu)建了SCADA數(shù)據(jù)采集平臺，結(jié)合RFID識別錄入在制品型號，在線采集檢測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動研判，自動上傳QMS系統(tǒng)，自動形成產(chǎn)品質(zhì)量履歷。質(zhì)量數(shù)據(jù)收集至后臺，利用可視化技術(shù)進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)圖表化展示和趨勢分析，便于對質(zhì)量趨勢進(jìn)行及時的修正和客觀的評價。此外，系統(tǒng)通過對質(zhì)量歷史大數(shù)據(jù)、質(zhì)量表單、產(chǎn)品質(zhì)量履歷等進(jìn)行記錄和管理，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期關(guān)鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)追溯。

現(xiàn)有的質(zhì)量分析和維護(hù)模式，主要是事后檢測模式，通過人工比對質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對已有的加工條件和產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)整和補償，但質(zhì)量數(shù)據(jù)往往僅局限于本工位，容易形成信息“孤島”；并且質(zhì)量數(shù)據(jù)生成后對人員依賴性較強，復(fù)雜數(shù)據(jù)仍未實現(xiàn)自動判斷。在持續(xù)推進(jìn)智能化信息化改造過程中，企業(yè)將基于現(xiàn)有基礎(chǔ)提升質(zhì)量管控能力，預(yù)期實現(xiàn)系統(tǒng)自動分析工序能力指數(shù)CPK，通過閾值設(shè)置，系統(tǒng)自動預(yù)警指導(dǎo)技術(shù)人員執(zhí)行工藝改進(jìn)；利用各類工業(yè)傳感器、自動測量設(shè)備，將設(shè)備的加工狀態(tài)和關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)實時傳遞到后臺系統(tǒng)；通過設(shè)備和后臺系統(tǒng)對過程質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，可以對系統(tǒng)誤差進(jìn)行及時的修正，最終實現(xiàn)預(yù)測性的質(zhì)量維護(hù)。

1.4 設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)

在數(shù)字化智能工廠中，大量工作以自動化設(shè)備代替人的重復(fù)性勞動，設(shè)備在整個制造環(huán)節(jié)的比重也越來越高?？傮w來看，設(shè)備維保經(jīng)歷了從事后維修，到定期預(yù)防性維修，逐漸到構(gòu)建數(shù)據(jù)預(yù)測模型維修的演化，而伴隨著信息通信技術(shù)的深入發(fā)展，通過對設(shè)備主控電流、加工參數(shù)等的監(jiān)控，設(shè)備健康變得相對透明可控。

四方股份公司利用設(shè)備管理系統(tǒng)對制造設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行了平臺的管理，并對關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化升級，在原有定期性預(yù)防維護(hù)策略的基礎(chǔ)上，結(jié)合自動采集和手動錄入的設(shè)備數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全生產(chǎn)邊界內(nèi)的設(shè)備管控。當(dāng)前難點在于設(shè)備種類駁雜，部分設(shè)備相對落后，設(shè)備關(guān)鍵健康參數(shù)采集困難，實現(xiàn)智能化預(yù)測性維保的難度較高。

在企業(yè)的智能化改造過程中，設(shè)備健康檢查和維護(hù)策略需要因設(shè)備而異、因條件而異，需要同時計算設(shè)備停機損失和預(yù)防停機成本以及維修成本，針對不同設(shè)備采取相應(yīng)策略，提高設(shè)備資產(chǎn)應(yīng)用水平，實現(xiàn)維修成本精細(xì)化核算，根據(jù)具體需求和現(xiàn)實條件以及需要達(dá)成的目標(biāo)確定維保策略。

（1）針對停機損失大、維修成本高的關(guān)鍵設(shè)備，例如各類數(shù)控加工中心、機械手、自動焊接裝備等，通過各種傳感器將設(shè)備的各個關(guān)鍵參數(shù)如電流、溫度等進(jìn)行實時監(jiān)控，采用高清視頻采集、5G傳輸?shù)认冗M(jìn)通信技術(shù)，結(jié)合MES系統(tǒng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)反饋至管理系統(tǒng)中，并通過圖像識別、數(shù)據(jù)分析、邊緣計算等方法對設(shè)備健康進(jìn)行分析，建立設(shè)備健康數(shù)據(jù)模型，針對當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測判斷，并采取可用措施。（2）對于停機損失較大、停機故障頻率較低的重要設(shè)備，例如天車等，增加關(guān)鍵部件數(shù)據(jù)傳感器，定期對健康參數(shù)進(jìn)行采集分析，建立設(shè)備健康數(shù)據(jù)模型進(jìn)行預(yù)測，結(jié)合定期項點檢查維護(hù)的方式，將設(shè)備的故障停機概率降至最低。（3）對于停機損失小、故障修復(fù)時間和成本較少的一般設(shè)備，例如各類電焊機等，采取定期項點檢查維護(hù)加獨立數(shù)據(jù)模型管理的方式，并制定快速修復(fù)策略，降低設(shè)備不可修復(fù)性損壞的概率。

四方股份公司利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息化集成平臺等手段，將總體設(shè)備維保方向逐步提升到精細(xì)化設(shè)備健康數(shù)據(jù)采集、精準(zhǔn)化大數(shù)據(jù)分析及預(yù)測、集成化平臺管理的智能維保策略上來，進(jìn)而減少停機損失，降低維護(hù)成本，實現(xiàn)效益效率最優(yōu)。

2.總結(jié)

通過分析企業(yè)自身的特點和現(xiàn)狀尋找自身的發(fā)展需求和改革痛點，四方股份公司根據(jù)實際生產(chǎn)需求，在保證硬件和技術(shù)智能化數(shù)字化的同時，提升生產(chǎn)組織方式，去除冗余工作，形成現(xiàn)場和上游的雙向反饋，提高工作效率。結(jié)合制造執(zhí)行系統(tǒng)打造基于現(xiàn)場的信息化柔性化系統(tǒng)，提高物料管理、進(jìn)度管理和異常管理水平。調(diào)整人員管理組織形式，優(yōu)化人員配置，改善人員激勵政策，結(jié)合現(xiàn)有機制激發(fā)員工動力，保證制度上的先進(jìn)性。跟進(jìn)質(zhì)量管控模式，分析過程質(zhì)量并進(jìn)行預(yù)測調(diào)整，同時形成產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量追溯，將產(chǎn)品質(zhì)量涵蓋的時間和空間范圍進(jìn)一步擴大。對設(shè)備健康進(jìn)行精細(xì)化平臺化管控，抓取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，改進(jìn)設(shè)備維保策略，減少設(shè)備停機損失。與傳統(tǒng)制造模式相比，智能制造在宏觀上進(jìn)行了拓展，即注重產(chǎn)品全生命周期和全生產(chǎn)要素的管控，包括設(shè)備維保、供應(yīng)商管理、售后管理等；在微觀上進(jìn)行了拓深，即更加注重過程管控，包括過程質(zhì)量、加工節(jié)拍、人員狀態(tài)等生產(chǎn)過程中的要素狀態(tài)。制造企業(yè)通過利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能算法等手段和精益管理、價值流等方法，高效精準(zhǔn)地提升本身的質(zhì)量、效益和核心競爭力。傳統(tǒng)制造模式與智能制造模式對比如表1所示。

表1 傳統(tǒng)制造模式與智能制造模式對比

可以預(yù)見的是，新型的智能制造模式在未來將大有可為。面對信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用和快速進(jìn)步，越來越多的新技術(shù)將進(jìn)入制造領(lǐng)域，對制造企業(yè)既是機遇，也是挑戰(zhàn)。