中建八局第二建设有限公司

一、基本情况

（一）案例简介

　　本生产线应用制造执行管理系统(MES系统)和自动化技术，优化整个车间制造过程，实时收集每个工序原材料用量、目标产品产量、合格率、损耗率等制造过程数据，并进行自动分析和处理，强化计划层与控制层的信息交互，提升各项制造数据传递的时效性、准确性，达到“制造数据即产即报、自动分析、信息共享、指导生产”的管理目标，实现部品部件的智能生产和降本增效。

（二）申报单位简介

　　中建八局第二建设有限公司是中国建筑股份有限公司的三级子公司，公司具备建筑工程施工总承包特级、市政公用工程施工总承包特级、市政行业设计甲级、建筑工程设计甲级、人防工程设计甲级资质。公司总部位于山东济南，下辖15个分公司、6个专业公司、1个设计研究院和7家法人公司及参控股单位。

二、案例应用场景和技术产品特点

（一）技术方案要点

1.智能化生产。定制打造自动化智能生产线，解决了传统离散型制造业的生产效率低、人工成本高、产品质量难以控制等问题

　　图1产业园区外景 图2 综合生产车间内

　　图3 7S管理看板图4 综合生产车间内景

　　图5智能门窗生产线图6智能幕墙生产线

　　2.智慧化管理。与专业软件公司合作、创新研发贯穿订单、设计、设备、生产、仓储物流、项目现场管理、安全、环保等全生产链条的智慧工厂管理系统，打造智能化生产管理体系。通过与设备联机实现无纸化办公，全面提升生产管理的高效性、精确性，并由大数据分析辅助决策管理。施工现场通过手机APP与智慧工厂管理系统链接，从现场尺寸复核到原料进场盘点及施工质量、进度管理等进行全面把控。

　　图7 生产车间总管理看板 图8 生产线管理看板

（二）适用条件及范围

　　1.适用条件。本技术适用于具有数据通信宽带及移动通信信号覆盖的生产车间，配备自动化程度较高的生产设备。并且要求生产人员能够熟练掌握智能化生产设备和系统的使用。

　　2.适用范围。本技术适用于物料变更频繁、生产作业计划调整多、制造工艺复杂、产品质量难以保证的门窗、幕墙、木制作等离散型制造企业。

（三）与国内外同类技术产品比较

　　本技术借鉴国外先进技术经验，结合国内体量大、工期紧的现状，打造了适用于自身的智能生产技术，提高了离散型制造业的生产效率、产品质量，降低了生产成本。

（四）工程应用情况

　　本技术已成功应用于中建八局建筑科技(山东)有限公司产业园的框架式幕墙、单元式幕墙生产线和铝合金门窗、塑钢门窗生产线，产生直接经济效益900余万元，推动了部品部件智能生产，提高了产品质量和生产效率。

三、案例实施情况

（一）案例概述

　　本项目应用于中建八局建筑科技(山东)有限公司，定制打造2条铝合金门窗智能生产线，配备各种先进自动化生产设备，辅以智能生产MES系统，实现生产流程自动化、生产数据可视化，人机高度协同，整个生产过程自动高效。

（二）案例详情

　　1.智能生产线。铝合金门窗智能生产线由数控自动锯切中心、数控自动钻铣中心、工业机器人、移动料仓系统、数控四头组角机生产线、铝合金门窗组装流水线等设备组成。数控自动锯切中心与数控自动钻铣中心之间通过工业机器人完成型材的自动周转。

　　图9智能生产线主要部分简图

工业机器人采用SR50E型六轴工业机器人，有效载荷50㎏，臂展2124㎜，并配置行程4.5m地轨系统。工业机器人布局于数控自动锯切中心右后侧，在MES系统的管控下负责数控自动锯切中心与数控自动钻铣中心之间的物料自动周转。锯切完成后的型材从出料台送出时，MES系统将自动判断该型材上是否有需要钻铣加工的孔槽，如需钻铣加工则立即驱动工业机器人完成型材的自动抓取，并准确放入数控自动钻铣中心，由数控自动钻铣中心自动调用加工程序完成自动铣削，铣削后的型材再由机器人取出放置到钻铣出料平台。整个操作过程为MES实时管控，无需人工干预。如型材上无铣削工艺，则数控自动锯切中心完成自动出料，机器人不参与作业。

　　图10六轴工业机器人

　　铝型材数控自动锯切中心配备全套西门子数控系统，采用高精度齿轮齿条传动，保证送料精度。采用电机直联锯片，出料机械手伺服驱动，可实现快速出料和快速定位功能，并配置工业计算机，可与MES系统的工业机器人实现联网加工。一次上料最多可达9支，可自动完成型材识别、长度测量、送料、切割、出料，自动化程度高，效率高。配备自动打码机，及时快捷标注型材，为后继工序提供解决方案。

　　图11铝型材自动锯切中心

　　数控自动钻铣中心采用意大利高速自动换刀电主轴，可旋转工作台能在±90°和0°之间自动转换，一次装夹可完成全部的铣削加工;夹具位置自动优化自动摆放，可实现自动化钻铣操作，由MES系统实时管控，自动调用加工程序，确定钻铣位置和尺寸等。适用于型材的安装孔、流水槽、锁孔、异形孔、端铣等加工工序。

　　图12自动化数控钻铣中心

　　2.智能生产MES系统

　　数字化车间将信息、网络、自动化、现代管理与制造技术相结合，形成数字化制造平台，改善车间的管理和生产等各环节，从而实现了智能生产。MES系统是数字化车间的核心。MES系统通过数字化生产过程控制，借助自动化和智能化技术手段，实现车间制造控制智能化、生产过程透明化、制造装备数控化和生产信息集成化。智能生产MES系统主要包括车间管理系统、质量管理系统、资源管理系统及数据采集和分析系统等，由技术平台层、网络层以及设备层实现。

　　MES作为生产现场综合管理的系统，具有很强的行业特性。相对于流程型制造，离散型制造产品由众多零部件经过一系列并不连续的工序加工组合最终装配而成，尤其是加工和装配都涉及的门窗、幕墙企业，业务复杂度更高。

　　中建八局建筑科技(山东)有限公司定制化打造的铝合金门窗智能生产MES系统集成作业计划排程、生产过程监控、质量管理、人员管理、设备管理、物料拉动、仓库管理、能源管理等功能模块，根据实际需求定制工艺流程和管理流程，大幅简化管理工作流程，有效提升订单响应速度和生产效率，提升产品质量。

　　图13智能生产MES系统

　　铝合金门窗智能生产MES系统主要功能包括：

　　(1)设备数据采集。数据采集作为MES系统的支撑，是构建MES的基石，为MES提供及时、详细的现场信息，为生产决策、调度、设备监控提供可靠的依据。MES需要采集的数据包括工业现场的数据和数控设备的数据。工业现场的数据主要包括人员数据、物料数据、质量数据、工票数据(如包括工票号、产品编号、工人序号、设备序号、开票日期、开始日期、定额工时、检查结果等)、工位检测与生产异常数据等。数控设备的数据主要来源于机床的电器电路和数控系统内部，主要包括机床的开关量信息(即运行参数信息，如主轴的起停、刀具的更换、冷却液开停、液压、润滑系统的电路信息等)、机床的模拟量信息(运行状态信息，如温度、压力、主轴电流、主轴电压、主轴转速、点击转矩、主轴功率)、机床报警信息、加工相关的信息(如当前加工的程序号、刀具号、坐标信息等)。

　　(2)质量追溯。智能生产MES系统可实现高效的质量信息管理，具体信息内容主要包括产品出库信息(产品出库过程中，订单号所涉及的产品批号等一系列出库信息均可以通过系统呈现出来)、产品质检信息(产品过程质量控制、制造过程最终检查验证、成品出厂检验等检验报告信息)、产品制造过程信息(关键检测/生产设备号、重点工序作业人员、养护环境温度、湿度等数据)、产品物料信息(物料批次号、供应物料进货检验报告等)。

　　图14智能生产MES系统质量追溯

　　(3)生产数据显示。生产车间在主入口内处设置液晶显示屏，显示整个综合生产车间所有在产业务生产情况(在产项目名称、总数量;已生产总数量、待生产数量;生产计划、超期提醒)。各生产线各环节上空悬挂生产线情况统计显示屏，对本生产线生产内容、进度、质量进行展示(本生产线生产项目名称、生产内容及班组;生产总数、已生产数量、剩余生产数量;生产各环节进度，同比产量增减情况;生产进度计划，超期提醒;生产质量合格率)。车间管理人员会根据系统软件显示的实时状态及超期预警做出通报及解决措施，确保合格产品出厂的时间节点。超期预警原因必须落实清楚后实时上报。在生产过程中，质检人员采取不间断的巡检制度，对各个环节的半成品及成品各批次进行随机抽检，根据检测制度发现不合格半成品及成品的产品批次进行全面检测，落实实际情况后录入管理系统。

　　图15车间总看板及生产线管理看板

　　(4)车间无纸化。无纸化生产环境下，现场生产所需要的信息在计算机内进行高度集成管理，主要体现在车间计划管理(接收ERP下达的订单，将其分解为工序作业计划并分配到指定作业班组)、生产准备管理(对工装工具、车间二级库存和在制品进行管理，根据工序作业计划和派工的要求，将生产资源协调配送到现场)、工人现场作业管理(工人在电脑操作台接收工作指导书，报工序开完工，填写加工和检测记录)、设备运行管理(管理设备维修和保养过程，完整记录设备运行状态，掌握设备可用性以支持排产)、质量作业管理(管理现场检验过程，采集检验数据以及不合格品的处理过程)、可视化看板管理(用于生产现场的各类大屏幕看板并为管理提供可视化查询功能)、工时管理(管理定额工时和工人的实际加工工时，自动生成工时报表)、例外管理(处理各类例外事件及其对生产计划造成的影响，提高系统对生产例外事件的适应能力和处理能力)。

　　(5)ANDON呼叫系统。根据生产订单和现场实时生产进度，实现仓储自主预配送和现场紧急配送，保证物料及时到位。针对现场发生异常情况(设备、质量、工艺、安全、模具等)进行快速求助、快速响应、快速处理机制，减少停线等待浪费。

　　图16智能生产MES系统主要功能

　　本套智能生产MES系统特点包括：

　　(1)支持多种生产模式的优化排产，排产规则高度配置化;

　　(2)支持多种设备的生产过程可视化，包括车间大屏、工位电子看板、现场人机界面互动等;

　　(3)与生产线集成的生产过程控制，支持工作分解、产品分解等环节的自动路由控制;

　　(4)灵活多样的物料配送管理，支持排序、配料、自动拣选、看板、小票、物料呼叫等方式;

　　(5)系统架构轻量化，支持多种数据库且业务组件成熟，方便重用和多系统间集成;

　　(6)支持集团级的分布式部署，生产运营指标等数据分析结果统一汇总至门户，进行决策辅助。

四、应用成效

（一）智能生产线

　　传统铝合金门窗生产中型材锯切需要人工搬运，由于型材较长、重量较大，最少需要两人同时配合，人工上料效率低、劳动强度大、质量不稳定，且容易发生工伤事故。传统锯切工序中，需要人工调整锯切尺寸，调锯过程耗时较长，精度较低且容易出错，一次只能完成一根型材的加工。当锯切尺寸变动较多时，生产效率极低。传统钻铣中心功能较为单一，加工前需要人工调整设置加工数据，不同型材的不同钻铣作业中，需频繁调整加工位置和加工尺寸等，人工更换钻头费时费力。

　　智能铝合金门窗生产线通过采用智能化的生产设备，有效解决了以上问题。将生产工序中劳动强度高、用工数量大的环节以及危险程度高的环节采用自动化设备代替。同时，针对门窗加工规格尺寸多的特点，采用自动化测量、自动化更换锯片和钻头的方式，提高加工效率，降低生产成本，保证产品品质。

（二）智能生产MES系统

　　传统离散型制造企业在生产过程中通常存在物料清单变更频繁、生产作业计划频繁调整、制造工艺复杂、生产过程中的临时插单、设备利用率低、产品质量难以保证等问题。

　　中建八局建筑科技(山东)有限公司打造的智能生产MES系统，反馈的数据不仅包括每台设备、每个工序和每个操作人员的数据，还包括加工过程中的状态数据。由于采用自动化数据采集技术，使状态数据可实时采集。采集的数据经过层层汇总，最后可得到整个工厂的生产现场数据。

　　应用成效主要体现在以下几个方面：

　　1.车间资源管理。车间资源管理主要对车间人员、设备、工装、物料和工时等进行管理，保证生产正常进行，并提供资源使用情况的历史记录和实时状态信息。

　　2.库存管理。库房管理针对车间内的所有库存物资进行管理。通过库存管理实现库房存贮物资检索，查询当前库存情况及历史记录;提供库存盘点与库房调拨功能，对于原材料、刀具和工装等库存量不足时，设置告警;提供库房零部件的出入库操作，包括刀具/工装的借入、归还、报修和报废等操作。

　　3.生产过程管理。实现生产过程的闭环可视化控制，以减少等待时间、库存和过量生产等浪费。生产过程中采用条码、触摸屏和机床数据采集等多种方式实时跟踪计划生产进度。生产过程管理旨在控制生产，实施并执行生产调度，追踪车间里工作和工件的状态，可通过看板实时显示车间现场信息以及任务进展信息等。

　　4.生产任务管理。生产任务管理包括生产任务接收与管理、任务进度展示和任务查询等功能。提供所有项目信息，查询指定项目，并展示项目的全部生产周期及完成情况。提供生产进度展示，以日、周和月等展示本日、本周和本月的任务，并以颜色区分任务所处阶段，对项目任务实施跟踪。

　　5.计划与排产管理。生产计划是车间生产管理的重点和难点。提高计划员排产效率和生产计划准确性是优化生产流程以及改进生产管理水平的重要手段。车间接收主生产计划，根据当前的生产状况(能力、生产准备和在制任务等)、生产准备条件(图纸、工装和材料等)以及项目的优先级别及计划完成时间等要求，合理制订生产加工计划，监督生产进度和执行状态。结合车间资源实时负荷情况和现有计划执行进度，能力平衡后形成优化的详细排产计划。充分考虑到每台设备的加工能力，并根据现场实际情况随时调整。在完成自动排产后，进行计划评估与人工调整。在小批量、多品种和多工序的生产环境中，可以迅速应对紧急插单的复杂情况。

　　6.系统物料跟踪管理。通过条码技术对生产过程中的物料进行管理和追踪。物料在生产过程中，通过条码扫描跟踪物料在线状态，监控物料流转过程，保证物料在车间生产过程中快速高效流转，并可随时查询。

　　7.质量过程管理。生产制造过程的工序检验与产品质量管理，能够实现对工序检验与产品质量过程追溯，对不合格品以及整改过程进行严格控制。实现生产过程关键要素的全面记录以及完备的质量追溯，准确统计产品的合格率和不合格率，为质量改进提供量化指标。根据产品质量分析结果，对出厂产品进行预防性维护。

　　综上，智能生产MES系统可缩短规划和制造周期、减少图纸报表的浪费、降低物料进生产线的时间、减少在制品滞留数量、消除转换间文书工作、提高制造效率和质量。

　　图17智能生产MES系统应用效益

　　执笔人:

　　中建八局第二建设有限公司(胡国锐、孙铭)

　　审核专家：

　　韩彦军(河北新大地机电制造有限公司，副总经理)

　　任成传(北京市燕通建筑构件有限公司，总经理)