鄭州市中原區(qū)綜合信息指揮系統(tǒng)監(jiān)控大廳。
策劃人語“打造中國裝備制造與現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)工程設(shè)計第一強院,全面實施轉(zhuǎn)型升級,堅持開拓高端業(yè)務(wù)、搶占高端市場、引領(lǐng)高端技術(shù)、培養(yǎng)高端人才、打造高端品牌”。這是機械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司的戰(zhàn)略目標。這一目標如何才能實現(xiàn)?“智慧設(shè)計技術(shù)”的率先應(yīng)用成為中機六院的“撒手锏”。中機六院利用自身優(yōu)勢,不斷創(chuàng)新設(shè)計及建造技術(shù),并在設(shè)計對象中進行充分應(yīng)用,實現(xiàn)了信息化與工業(yè)化的深度融合,驅(qū)動企業(yè)超速發(fā)展。
在鄭州市中原中路191號,剛出校門的大學(xué)生魚貫而入,面帶微笑領(lǐng)取著各自的報到證。
7月的鄭州,悶熱與潮濕讓人有點透不過氣來,但這卻絲毫沒影響到這群年輕人即將步入工作崗位的熱情。
機械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司(以下簡稱中機六院),一個中部腹地的工程設(shè)計院,是如何吸引全國各大高校莘莘學(xué)子的?幾天的走訪,記者感受到了這個尊重人才、緊跟前沿技術(shù)、敢于先行先試的設(shè)計院的魅力。
碩果累累
中機六院是我國最早開展智能與信息化業(yè)務(wù)的單位之一,是以信息化為主導(dǎo),具備較高研發(fā)能力的科技型工程設(shè)計院。
憑借人才優(yōu)勢以及雄厚的研發(fā)實力,中機六院在數(shù)字化、智能化工廠的咨詢、設(shè)計方面居于國內(nèi)同行領(lǐng)先地位,其設(shè)計的沈陽機床集團數(shù)控產(chǎn)業(yè)園項目榮獲了目前國內(nèi)工業(yè)項目惟一的全國智能化設(shè)計一等獎。
近年來,在科技創(chuàng)新的推動下,中機六院設(shè)立了多個研究中心,并承接了國家多個重大專項課題的研發(fā)與實施,建設(shè)了省級工程實驗室及工程技術(shù)研究中心,在新興的PIM技術(shù)、數(shù)字化工廠、綠色咨詢等領(lǐng)域取得豐碩成果。
中機六院在PIM技術(shù)咨詢服務(wù)方面擁有雄厚的技術(shù)實力,在國內(nèi)最早提出了全生命周期的PIM解決方案,是國內(nèi)最早實施應(yīng)用PIM技術(shù)的單位之一,也是國內(nèi)PIM技術(shù)實施與研發(fā)的先行者。2009年,中機六院承接了當(dāng)時國內(nèi)制造業(yè)最大的PIM項目。
截至目前,中機六院在工業(yè)與民用領(lǐng)域先后開展了鄭州煤機、寧夏共享、陜西秦川、徐工科技、亞新科、南京邁瑞、北京石油、華晨寶馬、煙草行業(yè)、鄭州商品交易所技術(shù)中心、西安賽格國際大廈、三門峽傳媒大廈、鄭州期貨大廈、黃河迎賓館等100余項PIM項目,以全生命周期解決方案解決了工程建設(shè)及運營中的實際問題,真正實現(xiàn)了精益建造、高效運營,贏得了各方贊譽,確立了中機六院在PIM技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。
兩線并進
中機六院副總經(jīng)理朱愷真介紹,中機六院智慧技術(shù)研發(fā)分為兩條線:一是設(shè)計及建造新技術(shù)的研究;二是設(shè)計對象———數(shù)字化工廠技術(shù)研究。
中機六院致力于傳統(tǒng)設(shè)計及建造方式與信息技術(shù)的融合,從而實現(xiàn)設(shè)計及建造方式的革命。1990年,中機六院引進了8臺SGI工作站,開展三維設(shè)計;1992年,中機六院開發(fā)出《工廠設(shè)計機械車間工藝CAD軟件包》,用戶遍及全國100多家設(shè)計院。
接下來,中機六院陸續(xù)開發(fā)出寬帶網(wǎng)資源管理系統(tǒng)、工程圖檔管理系統(tǒng)、工廠設(shè)施設(shè)備管理系統(tǒng)和二維協(xié)同設(shè)計平臺等。特別是近幾年,中機六院研發(fā)了工程圖紙遠程交付系統(tǒng)、三維模型綜合交付系統(tǒng)、設(shè)計成品交付遠程協(xié)同服務(wù)平臺、可視化項目管理系統(tǒng)、設(shè)施設(shè)備管理系統(tǒng)及工廠全生命周期集成平臺等,這些都為承接數(shù)字化工廠全生命周期服務(wù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
與此同時,在數(shù)字化工廠技術(shù)研究方面,中機六院以用戶需求為中心,不斷超越自己。1990年,中機六院率先在國內(nèi)獨立承擔(dān)世界銀行貸款的工業(yè)改造項目———沈陽機床技術(shù)改造項目。該項目奠定了中機六院在工廠計算機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方面的比較優(yōu)勢。
1993年,中機六院在林德—廈門叉車項目的智能化設(shè)計中多處創(chuàng)新:設(shè)計了國內(nèi)首個工廠交換式以太網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、國內(nèi)首個采用屏蔽雙絞線的工廠網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)等。該項目榮獲國家優(yōu)秀設(shè)計銀獎。
2011年,中機六院承接了煤礦機械行業(yè)第一個數(shù)字化工廠項目———鄭州煤礦機械集團高端液壓支架生產(chǎn)基地建設(shè)智能化工程項目。中機六院參照工廠信息模型,優(yōu)化了數(shù)字化工廠的設(shè)計和建設(shè)方案,提升了建設(shè)質(zhì)量。
朱愷真強調(diào):“傳統(tǒng)設(shè)計中諸多問題的發(fā)生、精益建造的迫切需求,推動著設(shè)計及建造技術(shù)的不斷創(chuàng)新,提升了工程設(shè)計企業(yè)的服務(wù)價值,促進了全生命周期的工廠數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,為客戶可持續(xù)發(fā)展及價值的提升奠定了基礎(chǔ)!
實力說話
記者采訪時了解到,中機六院讓同行折服的是其在全生命周期數(shù)字化工廠技術(shù)研發(fā)上的核心競爭力。
一是基于PIM的參數(shù)化工廠輔助設(shè)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)不斷豐富三維參數(shù)化工廠設(shè)施構(gòu)件庫,通過交互式規(guī)則選擇與參數(shù)設(shè)置,快速完成數(shù)字化工廠設(shè)計建模,并通過快速布圖、標注等輔助工具提升設(shè)計成品制作效率。其中,基于PIM的管線綜合輔助設(shè)計系統(tǒng)是一款功能強大而靈活的專用輔助設(shè)計工具,包含了快速管線排布、方案比較、安裝空間檢測、標高調(diào)整和綜合支吊架布置及結(jié)構(gòu)計算等功能,可充分滿足工廠內(nèi)部復(fù)雜管線的設(shè)計與建設(shè)安裝需要。
二是基于PIM的工藝仿真服務(wù)平臺。中機六院利用國際領(lǐng)先的數(shù)字化工廠仿真技術(shù)工具,開展可視化工藝布局、物流仿真分析、工藝過程模擬分析、人機工程分析等工藝仿真分析服務(wù),幫助制造業(yè)客戶改善生產(chǎn)現(xiàn)場,優(yōu)化工藝流程。
三是基于PIM的項目管理系統(tǒng)。中機六院實現(xiàn)了項目管理中信息、資源的共享與整合,解決了項目管理過程中不同單位內(nèi)部、不同單位之間以及不同層面上的分工、合作與交流問題;充分利用工廠模型可視化、數(shù)字化、可量化的特點,進行多級進度控制、成本動態(tài)控制、質(zhì)量控制和變更控制,從而全面增強客戶在工廠項目建設(shè)過程中對項目的控制力度,提升管理效率和管理水平。
四是基于PIM的綜合交付及服務(wù)系統(tǒng)。中機六院結(jié)合多年來工廠設(shè)計的經(jīng)驗,從改善客戶工程建設(shè)資料管理角度出發(fā),以數(shù)字資產(chǎn)理念為核心,開發(fā)形成了跨網(wǎng)絡(luò)的工廠信息模型和工程文檔交付與現(xiàn)場服務(wù)系統(tǒng),為工程項目各參與方提供統(tǒng)一的設(shè)計成品及現(xiàn)場變更資料集中管理平臺,全面提升了客戶對中機六院技術(shù)服務(wù)的滿意度。
五是全生命周期集成平臺。中機六院以工廠參數(shù)化三維模型為信息載體,全面整合工廠從設(shè)計建造到運營階段的各類數(shù)據(jù)和資料,實現(xiàn)了工廠全生命周期的管理。
最讓朱愷真自豪的是中機六院創(chuàng)新了工程設(shè)計院所的服務(wù)模式:“我們搭建了建造+運營的創(chuàng)新服務(wù)模式,延伸了設(shè)計院原有的業(yè)務(wù)鏈,為業(yè)主提供了更多的增值服務(wù),這也為中機六院未來的發(fā)展提供了無限可能性!
中機六院技術(shù)沿革
1980年,結(jié)構(gòu)計算催生了中機六院計算機室。
1986年,上海機床行業(yè)技術(shù)改造項目中,中機六院計算機室初顯身手,在計算機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、城域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計中發(fā)揮了重要作用。
1990年,在世界銀行貸款的沈陽機床技術(shù)改造項目中,中機六院采取了計算機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(MRPII、CAD、CAPP、CAM、CIMS)、綜合布線系統(tǒng)設(shè)計,提出了小型機的C/S架構(gòu)模型。該項目奠定了中機六院在計算機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方面的比較優(yōu)勢。
1992年,中機六院自主開發(fā)了工廠設(shè)計機械車間工藝CAD軟件包,這是國內(nèi)首個計算機輔助機械工廠工藝設(shè)計方面的軟件包,用戶遍及全國幾乎所有的從事機械工廠設(shè)計的設(shè)計院。
1993年,在亞洲最大的叉車生產(chǎn)基地林德廈門叉車有限公司項目中,中機六院設(shè)計了國內(nèi)首個工廠交換式以太網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、國內(nèi)首個視頻監(jiān)控系統(tǒng)和國內(nèi)首個采用屏蔽雙絞線的工廠網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)等。
2003年,中機六院參與設(shè)計了鄭州國際會展中心,該項目是建國以來河南省投資規(guī)模最大的建筑智能化項目。
2006年,中機六院承接陜西秦川機械發(fā)展股份有限公司恒溫車間改造項目。該項目是國內(nèi)機床行業(yè)最大的恒溫車間,在設(shè)計中采用了仿真和PIM技術(shù),優(yōu)化了設(shè)計方案;在實施過程中成功研制了基于恒溫車間智能生成執(zhí)行系統(tǒng)與基于生產(chǎn)過程的空調(diào)集成監(jiān)控系統(tǒng),解決了空調(diào)控制與生產(chǎn)作業(yè)計劃的匹配問題,節(jié)能效果明顯。
2009年,中機六院憑借PIM技術(shù)擊敗眾多國際知名企業(yè),中標了當(dāng)時國內(nèi)制造業(yè)最大的三維工廠信息模型項目——浙江某公司杭州制造部“十一五”易地技術(shù)改造PIM項目。該項目是國內(nèi)第一個按三星級標準(國家綠色節(jié)能工廠最高級)進行設(shè)計的工廠,智能與信息化系統(tǒng)投資近4億元。
2010年,承接鄭州煤礦機械集團有限責(zé)任公司高端液壓支架生產(chǎn)基地建設(shè)智能化工程項目,該項目是煤機行業(yè)第一個數(shù)字化工廠。
經(jīng)典案例
沈陽機床集團數(shù)控機床及成套裝備技改項目
沈陽機床集團數(shù)控機床及成套裝備技改項目,占地面積1123畝,建筑面積約74萬平方米,總投資34億元,其中智能化與信息化總投資約10231萬元。項目實施后,數(shù)控機床制造基地成為全球規(guī)模最大的(單體)數(shù)控機床現(xiàn)代化制造基地。該項目智能與信息設(shè)計功能完善,覆蓋車間各角落的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),將帶有通信接口的數(shù)控機床、車間現(xiàn)場調(diào)度工作站、CAD、CAPP等工作站聯(lián)為一體,實現(xiàn)了全新的機床制造概念,即加工過程高度柔性化、復(fù)合化、精益化,制造及管理過程網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化,被譽為“中國最大的智能化、網(wǎng)絡(luò)化工廠”。該項目榮獲中國勘察設(shè)計協(xié)會智能化設(shè)計一等獎,是國內(nèi)惟一獲此殊榮的工業(yè)項目。
鄭煤機高端液壓支架生產(chǎn)基地
鄭州煤礦機械集團高端液壓支架生產(chǎn)基地建設(shè)項目建筑面積23萬平方米,年產(chǎn)各類高端液壓支架15000架,是亞洲最大的液壓支架生產(chǎn)基地。該項目采用PIM技術(shù),有效提高了車間的空間利用率,并采用動態(tài)沖突碰撞檢測方法,消除了設(shè)計中的靜態(tài)及動態(tài)碰撞現(xiàn)象,建筑性能仿真技術(shù)優(yōu)化了車間內(nèi)的氣流組織,減少了煙塵排放造成的環(huán)境污染;采用物流仿真技術(shù)優(yōu)化物流系統(tǒng),減少了廠區(qū)50%的物流量。該項目還將計算機網(wǎng)絡(luò)、機床聯(lián)網(wǎng)、RFID、AGV、看板管理及MES系統(tǒng)有效集成,使工廠運營實現(xiàn)數(shù)字化、智能化。本項目是工業(yè)化、信息化、智能化三化融合的經(jīng)典案例。
寧夏共享數(shù)字化鑄造車間
寧夏共享裝備有限公司數(shù)字化鑄造車間項目占地面積22665平方米,建筑面積為24948平方米,年生產(chǎn)能力2萬噸關(guān)鍵高端鑄件。
針對企業(yè)多品種、小批量生產(chǎn)要求,該項目利用先進鑄造理念和先進的制造技術(shù)及智能鑄造裝備,建成了數(shù)字化鑄造車間;采用先進的鑄造工藝、鑄造設(shè)備和管理手段,實現(xiàn)了車間生產(chǎn)的均衡化混流生產(chǎn),提高了生產(chǎn)響應(yīng)速度;利用自動導(dǎo)引小車、上料機械手、翻箱機械手與精整機械手,實現(xiàn)模樣工部、熔煉工部、造型工部的自動上下料;利用智能傳感器、識別設(shè)備、智能生產(chǎn)設(shè)備和在線檢測系統(tǒng),實現(xiàn)了車間生產(chǎn)的實時監(jiān)控與車間物流的實時追蹤;為了提高設(shè)備的維護水平,利用智能傳感器、智能設(shè)備的自檢功能,采集設(shè)備運行狀態(tài),建立設(shè)備管理專家系統(tǒng),實現(xiàn)了設(shè)備故障的自動預(yù)警。
秦川機械恒溫車間改造項目
陜西秦川機械發(fā)展股份有限公司恒溫車間改造項目是國內(nèi)機床行業(yè)恒溫車間規(guī)模最大的項目;首次采用仿真模式優(yōu)化設(shè)計;車間溫控精度高,較之常規(guī)設(shè)計節(jié)能30%;集成工廠MES系統(tǒng),實現(xiàn)了生產(chǎn)作業(yè)與環(huán)境控制的隨動;利用專業(yè)軟件對分層空調(diào)方案、空調(diào)自控系統(tǒng)等進行模擬仿真,實現(xiàn)了溫度精控與節(jié)能運行。
煙草業(yè)PIM應(yīng)用開拓者
中機六院是煙草行業(yè)PIM技術(shù)實施應(yīng)用的開拓者,先后承接了國內(nèi)制造業(yè)BIM首個項目——浙江中煙杭州卷煙廠。煙草行業(yè)項目包括:上海煙草集團公司浦東科技創(chuàng)新園區(qū)建設(shè)項目、安徽中煙合肥卷煙廠、湖南中煙四平卷煙廠、河南中煙許昌卷煙廠、甘肅中煙天水卷煙廠、浙江中煙寧波卷煙廠、川渝中煙涪陵卷煙廠。中機六院還承接了國內(nèi)煙草行業(yè)首個基于PIM的總承包項目——貴州中煙興義卷煙廠總承包項目,PIM技術(shù)在此項目的施工與項目管理中的應(yīng)用,拓展了PIM技術(shù)的實施范圍。
概念解讀
智慧技術(shù):指將計算機、信息網(wǎng)絡(luò)和人工智慧及物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)融合在一起,以形成機器“智慧”的綜合技術(shù)。
PIM(Plant Information Modeling):即工廠信息建模,指以工廠全面的真實數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立能夠被計算機感知、集成、仿真和計算的虛擬化工廠。
數(shù)字化工廠:是指以工廠全生命周期(從工廠設(shè)計、建造、移交、運營一直到拆除)和產(chǎn)品全生命周期(從產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、產(chǎn)品制造、銷售一直到后期服務(wù))的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),在計算機虛擬環(huán)境中,對整個工廠建造過程和生產(chǎn)過程進行設(shè)計規(guī)劃、模擬仿真和管理,形成一個虛擬工廠信息平臺,并和實際工廠進行集成,從而使整個工廠的建造和生產(chǎn)信息可以全部覆蓋和可控,使得各個環(huán)節(jié)都處于最優(yōu)狀態(tài),以保證企業(yè)的核心競爭能力。
工廠智慧化:主要體現(xiàn)在工廠全生命周期的“六化”,即:互聯(lián)化、物聯(lián)化、智能化、模型化、信息化、集成化。
現(xiàn)代制造業(yè)云服務(wù):以虛擬工廠為基礎(chǔ),利用網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)平臺,實時收集整個工廠的運行數(shù)據(jù),形成網(wǎng)上服務(wù)能力(服務(wù)云),并提供工廠生產(chǎn)過程和工廠使用過程的遠程服務(wù)。它可將收集到的各種制造數(shù)據(jù)資源進行統(tǒng)一、集中的智能化管理,為其它用戶提供一系列標準、規(guī)范及可共享的制造咨詢服務(wù)。
工廠數(shù)字資產(chǎn):以工廠信息模型為載體,從工廠建設(shè)初期就建立統(tǒng)一的材料等級編碼和資產(chǎn)空間編碼,采集工廠建設(shè)全過程的數(shù)據(jù)信息,并對其進行加工處理,實現(xiàn)工廠工程數(shù)據(jù)的全面數(shù)字化,使有價值的工廠工程信息無衰減地傳遞到運營階段,并在生產(chǎn)運營階段集成生產(chǎn)相關(guān)的實時數(shù)據(jù),形成具有企業(yè)獨特性的工廠數(shù)字資產(chǎn)庫,為工廠全面數(shù)字化管理奠定基礎(chǔ)。
背景素描
數(shù)字化工廠的“前世今生”
數(shù)字化工廠技術(shù)現(xiàn)已在航空航天、汽車、造船以及電子等行業(yè)得到了較為廣泛的應(yīng)用,特別是在復(fù)雜產(chǎn)品制造企業(yè)取得了良好的效益,據(jù)統(tǒng)計,采用數(shù)字化工廠技術(shù)后,企業(yè)能夠減少30%產(chǎn)品上市時間;減少65%的設(shè)計修改;減少40%的生產(chǎn)工藝規(guī)劃時間;提高15%的生產(chǎn)產(chǎn)能;降低13%的生產(chǎn)費用。
在三維模型的數(shù)字化協(xié)同研制方面,美國波音公司在波音777和洛克希德·馬丁公司在F35的研制過程中,基于三維模型的數(shù)字化協(xié)同研制和虛擬制造技術(shù),縮短了2/3的研制周期,降低研制成本50%。國內(nèi)方面,中航工業(yè)第一飛機設(shè)計研究院2000年在“飛豹”飛機研制中已全面采用了數(shù)字化設(shè)計、制造和管理技術(shù)。新支線飛機ARJ21的研制100%采用三維數(shù)字化定義、數(shù)字化預(yù)裝配和數(shù)字化樣機。上海商飛公司利用數(shù)字化設(shè)計、分析、仿真等技術(shù)手段,實現(xiàn)了設(shè)計、零件制造以及裝配一次成功。上述應(yīng)用目前已開始推廣至工程機械、造船等其他領(lǐng)域。
在數(shù)字化模擬工廠方面,韓國三星重工利用DELMIA軟件建立了完整的數(shù)字化造船系統(tǒng),建立了虛擬船廠,可在虛擬環(huán)境下模擬整個造船過程。這套系統(tǒng)預(yù)計每年為企業(yè)減少730萬美元的開支。國內(nèi)方面,2011年,國內(nèi)各工程設(shè)計院已逐步開始采用數(shù)字化工程設(shè)計及規(guī)劃技術(shù)來輔助規(guī)劃和建設(shè)新工廠,降低工程設(shè)計與規(guī)劃風(fēng)險,如中機六院在鄭煤機裝配車間項目、陜西同力重工廠區(qū)規(guī)劃等項目中運用了該方面技術(shù)。
在數(shù)字化車間方面,日本Moriseiki的最新機床產(chǎn)品上安裝了MAPPS操作系統(tǒng),該系統(tǒng)內(nèi)置了森精機的操作編程維修軟件,具有三維切削模擬和維修指導(dǎo)畫面,可提供遠程監(jiān)控功能方便維修服務(wù),并且可以直接進行切削仿真。MAZAK公司在單機的智能化、網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上,開發(fā)了智能生產(chǎn)中心(CPC)管理軟件,一套軟件便可管理多達250臺的數(shù)控機床,該軟件使生產(chǎn)過程控制由車間級細化到每臺數(shù)控機床。
記者手記
中機六院的“大智慧”
從30多年前幾個年輕人開始鼓搗新鮮玩意“計算機”開始,中機六院就注定要走上智慧設(shè)計這條路。
從1992年的第一個軟件包、1993年第一個工廠交換式以太網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),到2005年設(shè)計出工業(yè)化與信息化融合的經(jīng)典數(shù)字化工廠———沈陽機床項目?梢哉f,中機六院在智慧技術(shù)設(shè)計這條路上越走越寬廣。更難能可貴的是,在大力倡導(dǎo)信息化與工業(yè)化“兩化融合”的今天,這條路的前景無限光明。
中機六院將先進的信息技術(shù)率先應(yīng)用到了傳統(tǒng)的工程設(shè)計領(lǐng)域,不僅有效地提升了中國工廠的整體設(shè)計和建造水平,還將為中國工業(yè)實現(xiàn)“兩化融合”奠定基礎(chǔ)。與此同時,中機六院自身也在創(chuàng)新中,找到新的經(jīng)濟增長點,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
在傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計市場開始萎縮的當(dāng)下,智慧設(shè)計技術(shù)已經(jīng)為中機六院打開了另一扇門。從這個角度上看,中機六院發(fā)展智慧設(shè)計技術(shù)本身就是最大的智慧。
鄭州市寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工程。
管線綜合技術(shù)-模擬與真實。
浙江中煙杭州制造部三維綜合信息系統(tǒng)——聯(lián)合工房各專業(yè)系統(tǒng)模型。