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电器行业智能工厂的产品全生命周期平台公司全面使用 Pro/E、CAD/CAE 等主流设计软件，实现了产品设计、工艺设计、工装设计、零件加工、装配与检测的高度信息集成、并行协同和融合，开创了低压电器三维数字化设计制造的崭新模式，从而大幅度提高了公司的研制能力，确保了新产品的研制周期和质量。运用仿真与 PLM 系统集成技术实现产品设计全生命周期管理，产品设计数字化率达 100%。

一、案例简介

本案例通过 PLM 平台集成不同格式的 3D 数字模型，自动生成产品数据结构，积累形成企业产品数据库，以产品图号为唯一标识，将相关各类型资源信息与产品模型自动产生关联，实现产品信息的统一管理与利用。运用产品生命周期管理（PLM）、制造执行系统（MES）、智能物流仓储、能效管理系统等一体化的数字化车间系统，并与企业资源计划(ERP)系统的高度集成，建立生产过程数据采集分析系统和车间级工业通信网络，充分采集制造进度、现场操作、质量检验、装配、检验、物流等系统数据，实现关键加工工序数控化率 100%。如车间执行系统集成 APS高级自动排产工具，支持多种高级自动排产算法，具有按交货期、生产周期、最优库存、最优换型方式、正反向排产等多种排产方式，可基于车间现有人员、设备、物料、产能等进行动态调整。车间智能仓储系统集成 MES 及 AGV 调度系统，通过与自动物流设备之间的互联互通，运用拉式供料作业调度、成品/半成品下线作业调度算法，实现自动入库和自动发料。

二、案例背景介绍

低压电器是指用于交流 50Hz，交流额定电压 1000V 及以下和直流额定电压 1500V 及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器元件或组件。电力系统中的电能主要通过低压配电网络传输到终端用户，其完整性和可靠性直接影响终端用户的用电可靠性质量，直接关系电路中重要设备的可靠运行和人身的安全保障。近年来，尽管国内低压电器行业的技术进步很快，但与国外同行业相比，国内低压电器行业在技术原理、原材料和核心部件等方面的创新能力比较薄弱，与此同时，由于行业产品类型繁多、生产流程复杂、零部件种类较多，装配环节仍对人工依赖严重，产品一致性和可靠性成为行业诟病。国际压电器行业领先企业，如施耐德、ABB 等，垄断着我国低压电器行业的高市场。国内众多中小型企业则围绕产品价格进行竞争，以销售同质化、技术含量低的低端低压电器产品为主，市场竞争激烈。当前，我国大力推动智能电网建设，加快实现发电到用电所有环节信息的智能交流，系统优化电力生产、输送和使用过程。

该企业围绕高端低压电器行业生产过程智能化、企业提质增效和战略型需求，利用企业现有厂房，重点建设基于物联网的小型断路器、继电器等自动化生产线与数字化车间，购置小型断路器冲焊一体化、继电器自动线、AGV、加工中心等自动化设备，充分采集制造进度、设备状态、质量检测等生产现场数据，通过工业物联网实现与 MES、WMS 等系统衔接，集成数字化设计、产品全生命周期管理（PLM)、制造过程管理（MES)、供应链管理、物流仓储、订单交付系统等一体化企业数字化平台，打造智能制造示范工厂，形成年产 26500 万台低压电器。智能工厂建设后有助于提升国产低压电器产品一致性和可靠性水平，推动我国低压电器行业的高端化发展，增强企业竞争力的同时推动国有智能装备制造、信息技术应用和新材料研发等众多产业的互动发展。

三、案例应用详情

1、总体应用框架

该项目是智能工厂总体项目的子项目，该智能工厂基于车间物联网，打造制造过程（MES）、仓储管理（WMS）、质量检测等一体化的数字化车间控制系统及人、财、物共享管理系统，实现全链路数字化车间解决方案。智能工厂控制系统分为协同层、企业层、车间层、控制层和设备层五个层面。

该平台在原有产品设计平台 CAX，以及 ERP、MES建设的基础上，打造基于数字化产品模型的一体化研发设计平台 PLM。

实施 PLM系统，建立一个从概念、开发、生产到维护服务的整个产品生命周期动作的管理体系，支持产品数据的描述、传递和共享，解决产品数据集成、共享问题。同时，面向全生命周期的产品模型有助于实现产品的设计兼容性分析及以此为基础的面向装配的设计，大大节省产品试制的资金投入。在产品全生命周期管理中，充分运用分布在 ERP、CRM、SRM等系统中的产品数据和生产数据。

2、关键技术应用详情

（1）构建贯穿产品生命周期的研发项目管理 PLM借鉴 IPD（集成产品研发）业务模型，建立基于流程驱动的项目过程管理。将流程、数据、资源、计划集成在一起，使项目的执行情况真实、及时、准确。

（2）可关联与追溯的单一数据源（BOM）管理： 从市场需求出发进行产品的配置设计，针对客户个性化需求进行设计。整合已有产品模型基础上，利用现有设计资源，对已有资源进行配置或者修改，进行快速产品配置，从而支持产品创新，满足产品多样化需求。从产品构型视图管理出发，对产品的全生命周期的需求 BOM、工 程 BOM、数字验证数据、工艺规划 BOM、制造 BOM和维护服务 BOM的单一数据源的建立、跟踪和追溯管理，利于变更控制，确保各模型技术状态有效管控。

（3）异构数据的产品协同设计通过平台集成来自各类不同格式的 2D\3D数字模型数据，自动生成产品数据结构，积累形成企业产品数据库，以产品图号为唯一标识，将相关各类型资源信息与产品模型自动产生关联，便于产品信息的统一管理与利用。利用存在的数字模型资源，进行完全数字化产品定义，在三维模型中不仅包含三维标注、属性、约束、注释等信息，还将生产技术、模具设计与生产、部件加工、部件与产品检验等工序所必需的信息添加定义进来，并能将各类定义信息按不同用户的需要，授权轻量化视图给予利用。

四、创新性与优势

1）构建产品生命周期基础平台，实现标准化设计业务及相关电子流程，三维及电子设计数据管理，制造过程数据管理，基础库的建设，打通设计与制造业务信息数据流。

2)通过平台轻量化 JT视图，实现数字化三维产品数据在产品生命周期各阶段的实时、可视化传递，促进各业务环节过程和数据的有效协同。

3)利用平台流程机制，实现从市场需求、产品研发到制造层面的高度互联，在整个价值链中实现产品全生命周期的数字化研发、采购、制造、售后服务。

五、案例应用效益分析

公司全面使用 Pro/E、CAD/CAE 等主流设计软件，实现了产品设计、工艺设计、工装设计、零件加工、装配与检测的高度信息集成、并行协同和融合，开创了低压电器三维数字化设计制造的崭新模式，从而大幅度提高了公司的研制能力，确保了新产品的研制周期和质量。建立了数字化虚拟仿真与优化平台，实现小型断路器、接触器以及直流、新能源电器、大容量 ACB 等新型、大型产品研发的机械、电磁、强度等多场耦合问题的求解。运用仿真与 PLM 系统集成技术实现产品设计全生命周期管理，产品设计数字化率达 100%。

整体智能工厂建设后，公司的运营成本、产品不良率、生产效率和能源利用率等方面都有了显著的优化。生产运营成本降低 43%，生产效率提高 335%，产品研制周期缩短 22%，能源利用率提高 8%，产品设计数字化率达 100%，关键加工工序数控化率达 100%。通过项目的实施，共节省人力 759 人，年经济效益 3467.38 万元；交流接触器、小型断路器全制程自动化线在项目实施后实现年产值分别为 3.9亿元和 2.4亿元。根据公司十三五智能制造发展规划要求，截止至 2020年，小型断路器、交流接触器、继电器等全制程自动化生产线将推广至 17 条，自动线生产产品年产值 14亿元，直接省人效益约为年 1.73亿元。