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中车戚墅堰所全面打造齿轮传动系统智能车间中车戚墅堰所全面打造齿轮传动系统“智能车间”，面对产品追溯、质量过程管控、生产过程管控、异常管理等典型的车间管理问题，处于计划层的ERP系统难以给出完善的解决手段，需要MES和WMS系统将ERP和现场管理之间衔接起来，传递信息使得从下单到完成品间的生产过程能够实现最佳化。通过智能制造执行系统的搭建，中车戚墅堰所齿轮传动系统的智能化项目实现了车间管理水平的全方位、多维度提升，企业的生产效率和产品质量得到了大幅度提高，具备更强的市场竞争力，提高了我国轨道交通装备在全球竞争中的地位，对于推动行业整体技术的发展和促进轨道交通关键核心技术的发展也有着重要意义。

关键词：MES系统 质量过程管控 智能车间 中车戚墅堰所

一、案例简介

项目主要围绕高速动车组齿轮传动系统搭建涵盖智能设计、智能运营和智能制造模块的智能装配车间；通过三维一体化、ERP和MES系统的集成，运用上下料机械手、AGV、立体化仓库等智能制造手段，实现产品研发、工艺设计、仿真验证、制造执行及物料配送的自动化、网络化和智能化，从产品全寿命周期内降低成本、提升生产效率和能源利用率。目前，高速动车组齿轮传动系统智能装配车间完成了基于整体箱齿轮传动系统的智能化装配线改造。

二、案例背景介绍

中国中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司主要从事轨道交通装备新材料、新工艺、新装备、新技术的研究开发及其科技成果的产业化，是我国机车车辆材料及制造工艺的专业研究机构，轨道交通装备关键零部件高科技产业化基地。公司在高速动车组齿轮箱组装方面已经积累了深厚的经验并取得了一系列研究成果，现已具备批量生产高速动车组CRH2型、CRH380A、CRH3型等齿轮箱的能力，生产制造水平在行业内处于优势地位，形成了标准的模块化装配工艺，生产状态稳定有序。

目前，随着公司企业信息化建设的不断深入，生产管控与信息化的结合需要持续完善和提高，急需建立一整套面向产品工艺与制造的智能制造执行系统管理平台支撑现场，全力保证产品的质量稳定，同时提高生产效率、降低制造成本、提升管控水平。

为有效解决以上问题，公司欲引入“智能制造”理念，针对动车组齿轮箱组装产生产线开展智能制造执行系统的建设工作，实现信息化、自动化、智能化与现场制造过程的无缝结合。

三、案例应用详情

1、总体应用框架

根据总体目标及具体要求，结合齿轮部现有的业务系统、生产特点、信息化水平，独立定制的MES系统总体架构已搭建完成，目前整体建设架构采用RS10/MES系统。

此次搭建的系统，主要以制造执行系统MES为管理的核心，该系统主要分为三个层次，最高层为控制层，即为软件管理的数据整合与命令发布层次，第二个层次为接口转换层，即为数据接口的转换层次，第三个层次为数据采集层次，即为各种硬件采集数据的层次。在应用过程中，我们通过台式电脑、笔记本电脑、触摸屏电脑等接入，收集车间制造单元（柔性制造系统、数控机床等）实时设备数据，结合工卡、智能测量装备等采集终端的数据，控制到作业工步细度的生产过程，并可以对生产过程信息、异常信息输出到看板进行可视化展示。

2、关键技术应用详情

1）质量过程管控水平提升

MES系统上线实施后，车间管理颗粒度不断精细，从工序的过程控制细化为工步的控制，并将生产过程数据进行数字化处理和收集，以达到质量过程管控水平提升的目标。

每个工位的工步都根据作业指导书中的作业标准进行了定制；系统数据库中根据技术标准设定有每项步骤的检测标准数据，如以确保不合格品不在工序间进行流转；在动车组齿轮箱装配车间的大轴承游隙调整、接地装置等组装、箱盖组装及清洗、试验后组装等10道工序采用了Atlas数控扳手，这10把数控扳手均具有扭矩和角度的实时监控和检测功能，通过购买的Toolsnet数据管理软件，并与现场MES进行数据对接，可以有效的实现关键螺栓的有效监控。

在所有的工位都新增了RFID芯片控制的智能工作台，在关键工步使用的工具上使用RFID芯片，同时在工作台台面下部固定RFID接收器，通过设定感应范围识别工量具取放，从而用程序严格卡控工人的关键操作。在工作台上方设计激光引导设备，通过目视化的手段，对每个工步的位置进行引导，从视觉、程序多方进行严格的装配控制。

2）产品追溯水平全面提升

MES目前系统针对不同产品提供不同的工艺模板，操作人员在装配产品时需要按照既定的工艺模板执行装配工艺，装配工作完成后，系统就会自动完成该工件产品的电子档案。每个产品的电子档案均包含有该产品的零部件序列号、组装工艺完成情况、工步流程执行时间、测量及装配参数、操作人员、操作日期与时间等；对于存在例外放行、问题返工的产品系统会按照轴号进行过程记录并形成台账，可用于后续进行生产过程追溯。通过装配过程标准操作，系统自动建立装配过程的跟踪树，生产过程的质量数据透明，同时当产品出现问题后，可以根据产品单件号或关键零部件二维码，追溯产品生产的工位信息、操作工信息、工步生产数据，工步检测数据等内容。所有生产产品的电子档案可以根据产品编号、生产日期、轴号、操作人员、故障数据等参数进行模糊查询，查询结果可导出EXCEL报表。

在数据采集方面，项目组重新规划了动车产品自制小件的管理模式，从原来的批量管理转化为单件管理，并将零件的生产关键数据以二维码的形式刻打在工件上，方便后期的读入与查询。

除录入零件的信息外，每个工位都进行了检测工具的升级，工步检测数据进行自动化采集，同时工步检测形成的结构化数据、文件、照片、视频都按照工步进行统一归档，并形成了每个工步完整的质量数据，为后续质量的大数据分析提供了数据基础。

3） 设备管理水平全面提升

实现组装线加工设备的信息采集评估及实时监控，并且对设备的异常信息进行提示及报警。车间管理人员可定期回顾设备历史信息，基于历史数据对设备的可用性及利用率进行分析。记录设备运行维护状态，每月还可制定设备维护保养计划，对其活动实时进行跟踪。（如提供电动工具和电子量具的数据分析，给出维护保养提示和质检提示）

4） 生产过程管控水平全面提升

（1）生产计划管控柔性增强

通过MES系统的全面应用，特别是在柔性计划编制的模块上，齿轮部先后实现对工位计划的精细化管控，同时在系统上能够对生产计划进行自动编排，编制混流计划，下达工位计划，随时调整生产计划，完全实现了生产线的柔性计划体系的建设。

○1计划自动编排

MES系统自动进行单件计划、工位生产计划、领送料计划的编排，取消了以前手工编制生产线计划的方式，计划的编排计算由系统负责，大大降低了计划员的工作难度和工作量。

○2编制混流计划

MES系统实现了同一个生产线多种产品混流生产的计划模式，目前支持CRH380A、CRH2统型车、CRH380A国产化等多种整体式动车组齿轮箱产品的混流生产，生产线计划的管理具有很强的扩展性，可以根据需求继续增加对多种产品计划的支持。

○3工位计划下达

MES系统上线后，生产计划编制完成后，自动下达到生产线各个工位，工人进入系统后，就可以看到当天的计划，工位计划的开、完工时间精确到了分钟，一方面对工人工作安排加强指导，另一方面对实现精准的物料配送提供的需求信息。

○4计划异常调整

MES系统排产计划，能够对生产插单、拖期调整、异常下线、返工等生产异常情况作出响应，采用计划员人工部分干预的方式，保证了生产计划能够根据现场实际生产现状作出调整，为指导工人生产和物料配送提供最准确的计划信息。

（2）生产过程透明化程度进一步增强

MES系统成功实施后，齿轮箱组装线的生产过程更加透明，车间管理人员可以第一时间了解生产进度，及时监督、抽查操作人员作业，操作人员的作业规范性进一步提高。具体主要体现在：

○1工艺过程透明

目前在车间的每个装配工位的工作台上均配备有触摸显示屏，系统的看板管理平台中的工步引导模块能够通过图形展现装配技术标准并将当前工件的生产工序顺序显示在触摸看板上，从而控制操作工严格按照工步顺序执行装配，大大提高了操作规范性与标准性。

○2生产过程透明

MES系统实施前，管理人员只能掌握齿轮箱入库情况，对生产过程进度的了解只能通过现场或者班组反馈，管理信息严重滞后。MES系统上线应用后，工位工人开工，每个工步操作、完工等信息管理人员可以实时掌握，全面了解生产过程中的各项管理要素，对于生产管理的提升改进提供了强大的管理工具。如下图所示，管理人员可以在任意一个时间点在系统登陆查看，能够获取当前时间点上某一个工位，已经完工产品的数量，正在操作的人员，当前开工的工步信息等，甚至能查询到完成该工序的实际工时。

○3现场作业视频监控

每个工位配备了视频监控，管理人员可以在办公室远程实时查看某个工位的装配过程，也可以按照时间段回放装配视频。车间管理人员可以随时掌握工位的装配情况，对操作工的操作进行监督和指导，及时发现装配现场的问题，最大限度防止问题的发生。

5） 异常管控水平全面提升

每个工位的操作台的控制系统可以根据系统记录的各项数据与预先设定参数数据自动比对，如果不符合要求，系统可以自动进行声光报警,例如自动扳手拧紧数据异常、单件号识别异常、物料编码异常等；操作人员如果在操作中发现有异常信息，也可在看板上的异常汇报功能区中手工上报异常情况，自动异常汇报和人工异常汇报数据均会自动存储在数据库中，同时发生异常汇报时系统会自动将异常信息传递给“车间级安东系统”（注：通过与安东系统接口实现），该数据会立即通过看板展现给各级生产管理人员。管理人员也可根据异常数据、操作员id、异常时间等参数通过数据查询系统查询异常记录并形成EXCEL报表，从而对现场的异常管理形成有效控制。

四、创新性与优势

以创新驱动，实施智能制造工程，是企业构建未来竞争力的务实举措，通过先行先试，将为我国高端装备制造业实施“智能转型”提供经验参考，发挥重点领域核心企业标杆示范作用，提高我国轨道交通装备制造业的整体数字化水平，为我国轨道交通装备制造业技术进步提供助力，促进产业持续稳定发展，为高端装备制造业树立一个可复制的数字化生产线建设模式，推动我国高端装备制造业整体向数字化高精尖方向迈进。

通过高速动车组齿轮传动系统智能装配车间的建设的示范带动，中车戚墅堰所还在基础制动、汽车零部件领域建设了2条智能产线，支撑公司转型升级。其中汽车零部件公司的智能制造产线还获得江苏省智能制造车间的认证。