一、企業(yè)簡(jiǎn)介

    山河智能裝備集團(tuán)創(chuàng)始于1999年，以上市公司山河智能裝備股份有限公司（證券簡(jiǎn)稱：山河智能；證券代碼：002097）為核心企業(yè)，以長(zhǎng)沙為總部，逐步形成了一個(gè)以工程機(jī)械為核心、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、在國(guó)內(nèi)外具有一定影響力的企業(yè)集團(tuán)，躋身于全球工程機(jī)械企業(yè)50強(qiáng)、世界挖掘機(jī)企業(yè)20強(qiáng)、世界支線飛機(jī)租賃前3強(qiáng)。

    在集團(tuán)創(chuàng)始人何清華教授的帶領(lǐng)下，以產(chǎn)學(xué)研一體化為典型特色，依靠“先導(dǎo)式創(chuàng)新”模式，以差異化競(jìng)爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。集團(tuán)總資產(chǎn)超140億元，2018年?duì)I收超55億元，員工4300余人，已在地下工程裝備、全系列挖掘機(jī)、現(xiàn)代鑿巖設(shè)備、礦業(yè)裝備、起重機(jī)械、液壓元器件、軍用工程機(jī)械和通用航空設(shè)備等十多個(gè)領(lǐng)域，成功研發(fā)出兩百多個(gè)規(guī)格型號(hào)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心競(jìng)爭(zhēng)力的高品質(zhì)、高性能工程裝備產(chǎn)品。公司立足自主創(chuàng)新，每年研發(fā)投入達(dá)到總銷售收入的百分之四以上，獲得專利技術(shù)800余項(xiàng)，承擔(dān)國(guó)家級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng)，其中“863”高科技計(jì)劃項(xiàng)目9項(xiàng)，獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)等各種獎(jiǎng)勵(lì)數(shù)十項(xiàng)。

    職業(yè)化的營(yíng)銷服務(wù)團(tuán)隊(duì)、遍布國(guó)內(nèi)外強(qiáng)大的營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)中心使集團(tuán)產(chǎn)品暢銷全國(guó)，批量出口全球100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。“SUNWARD”商標(biāo)已在全球數(shù)十個(gè)國(guó)家注冊(cè)。

圖1：山河智能裝備股份有限公司

    二、企業(yè)在智能制造方面的現(xiàn)狀

    1、數(shù)字化設(shè)計(jì)

    山河智能研發(fā)信息系統(tǒng)突破了設(shè)計(jì)的局限，以三維模型和PLM全生命周期為基礎(chǔ)，將企業(yè)產(chǎn)品模塊化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，建立最優(yōu)的設(shè)計(jì)流程，形成智能的知識(shí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，為企業(yè)提供面向工業(yè)4.0柔性化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，讓設(shè)計(jì)走入智能化時(shí)代。

    山河智能研發(fā)信息系統(tǒng)由三部分組成：

    1.1 基于MBD的三維CAD平臺(tái)

    研發(fā)設(shè)計(jì)：以Autodesk產(chǎn)品為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化分析、虛擬裝配及出版物制作的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程在統(tǒng)一研發(fā)工具平臺(tái)下進(jìn)行。借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)，山河智能的研發(fā)效率大大提升；通過(guò)改進(jìn)繪制方法和變型方法，減少了設(shè)計(jì)時(shí)間、提高了模型質(zhì)量；模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)將產(chǎn)品系列化模塊化，形成結(jié)構(gòu)和配置，融入計(jì)算、分析及優(yōu)化，并將企業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域數(shù)據(jù)或?qū)＜业漠a(chǎn)品知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)集中的管理在系統(tǒng)中。設(shè)計(jì)人員可利用專家的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓每個(gè)設(shè)計(jì)人員具備專家的知識(shí)水平，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具備專家級(jí)的水平，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量�；�于知識(shí)工程的模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以幫助我們企業(yè)實(shí)現(xiàn)：更快的響應(yīng)；更準(zhǔn)確的成本估計(jì)與合理報(bào)價(jià)；更快速的設(shè)計(jì)和制造；更短的交貨周期；更合適的成本；更高質(zhì)量和穩(wěn)定性。

    高端工程裝備所有零件均已建成三維模型，部分關(guān)鍵零件（行走架、動(dòng)臂、斗桿、鏟斗）示意圖如下。

 
              
圖2： 上，行走架；左一，動(dòng)臂；右一，斗桿

圖3：鏟斗

    工藝設(shè)計(jì)：以Autodesk產(chǎn)品為基礎(chǔ)自動(dòng)承接設(shè)計(jì)來(lái)源，構(gòu)建了設(shè)計(jì)工藝一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全三維、結(jié)構(gòu)化、可視化的工藝設(shè)計(jì)模式。通過(guò)PLM系統(tǒng)建立工藝設(shè)計(jì)及管理環(huán)境，構(gòu)建以工藝BOM結(jié)構(gòu)為核心的管理模式，每個(gè)零部件會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)總工藝節(jié)點(diǎn)，在總工藝下建立零件所需要的工藝對(duì)象，比如裝配工藝、毛坯工藝、機(jī)加工藝、數(shù)控工藝等，在工藝中建立工序，在工序下添加設(shè)備、工裝、輔料等物料對(duì)象。工藝與工廠結(jié)構(gòu)中的車間關(guān)聯(lián)，工序與車間的工作中心或工位關(guān)聯(lián)。

    1.2 PLM產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)

    PLM產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品從創(chuàng)建到使用，到最終報(bào)廢等全生命周期的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的管理。通過(guò)PLM系統(tǒng)集中統(tǒng)一管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)，整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)安全有效地共享產(chǎn)品信息和協(xié)同設(shè)計(jì)；構(gòu)建了單一數(shù)據(jù)源，提高重用，集團(tuán)采購(gòu)，減少庫(kù)存；建設(shè)了標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、通用件庫(kù)和知識(shí)庫(kù)管理，構(gòu)建了集團(tuán)子公司產(chǎn)品數(shù)據(jù)的模塊化，系列化和組合化管理，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

圖4： PLM產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)

    PLM是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，是CAD、CAPP、CAM集成平臺(tái)；利用PLM數(shù)據(jù)平臺(tái)將設(shè)計(jì)、工藝、變更信息傳遞進(jìn)ERP系統(tǒng)，ERP系統(tǒng)充分共享這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)數(shù)據(jù)流的閉環(huán)管理與企業(yè)范圍內(nèi)的信息集成要求。

    2、智能裝備、工藝及關(guān)鍵智能技術(shù)應(yīng)用

    2.1 車間模型建立及智能生產(chǎn)線規(guī)劃

    為了科學(xué)地解決評(píng)估制造系統(tǒng)的合理性，2016年山河智能引進(jìn)數(shù)字化工廠理念，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)和建模仿真手段，對(duì)生產(chǎn)線工藝布局、物流方案、生產(chǎn)計(jì)劃等進(jìn)行仿真驗(yàn)證，形成“先工藝仿真后廠房投建”、“同步規(guī)劃車間信息化”兩大指導(dǎo)原則。

    根據(jù)高端工程裝備生產(chǎn)線要生產(chǎn)的產(chǎn)品族、產(chǎn)能和生產(chǎn)節(jié)拍，山河智能采用價(jià)值流圖等方法來(lái)合理規(guī)劃智能生產(chǎn)線。智能生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了在生產(chǎn)和裝配的過(guò)程中，能夠通過(guò)傳感器、數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)、質(zhì)量、能耗、設(shè)備績(jī)效等數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)電子看板顯示實(shí)時(shí)的生產(chǎn)狀態(tài)，能夠防呆防錯(cuò)；通過(guò)安燈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工序之間的協(xié)作；生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)快速換模，實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化；能夠支持多種相似產(chǎn)品的混線生產(chǎn)和裝配，靈活調(diào)整工藝，適應(yīng)小批量、多品種的生產(chǎn)模式；如果生產(chǎn)線上有設(shè)備出現(xiàn)故障，能夠調(diào)整到其他設(shè)備生產(chǎn)；針對(duì)人工操作的工位，能夠給予智能的提示，并充分利用人機(jī)協(xié)作。

    在后續(xù)的幾年，所有新建廠房都應(yīng)用了數(shù)字化工廠預(yù)驗(yàn)證和智能產(chǎn)線規(guī)劃。

    2.2 工藝流程及布局

    在新工廠建設(shè)時(shí)，山河智能根據(jù)企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈的定位，擬生產(chǎn)的主要產(chǎn)品、生產(chǎn)類型（單件、小批量多品種、大批量少品種等）、生產(chǎn)模式、核心工藝（例如焊接、機(jī)加工、裝配等），結(jié)合生產(chǎn)綱領(lǐng)，對(duì)加工、裝配、調(diào)試、檢測(cè)等工藝進(jìn)行了分析與優(yōu)化。充分考慮智能裝備、智能產(chǎn)線、新材料和新工藝的應(yīng)用對(duì)制造工藝帶來(lái)的優(yōu)化。同時(shí)，基于綠色制造和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，通過(guò)工藝改進(jìn)節(jié)能降耗、減少污染排放；還應(yīng)用了工藝仿真軟件，來(lái)對(duì)制造工藝進(jìn)行分析與優(yōu)化。

    高端工程裝備中的關(guān)鍵件流程復(fù)雜，主要涉及到下料、成型、焊接、機(jī)加、表面處理、涂裝、裝配、調(diào)試等工藝，所有零件都建立了穩(wěn)定的工藝流程，并根據(jù)工藝流程編制了價(jià)值流程圖，部分關(guān)鍵件下料、成型后的工序價(jià)值流程圖如下圖:

    2.3 設(shè)備聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)采集

    山河智能積極推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)MES應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)，建立了工廠網(wǎng)絡(luò)。充分考慮了設(shè)備與設(shè)備之間互聯(lián)方式和通信方式、通信協(xié)議和接口方式以及數(shù)據(jù)處理方式。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)DNC（分布式數(shù)控）應(yīng)用。

    生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了及時(shí)對(duì)產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗、加工精度和設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并與訂單、工序、人員進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的全程追溯。出現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)報(bào)警，并追溯到生產(chǎn)的批次、零部件和原材料的供應(yīng)商。

    設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)了山河智能建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)程。

    2.4 原材料 (板材)入庫(kù)與出庫(kù)智能管理

    ①原材料入庫(kù)卸車配置80t龍門行車，行車帶計(jì)量器和庫(kù)位跟蹤器、電子吸盤，每個(gè)庫(kù)位鏈接MES掃描與ERP，以免原材料混存并保證材料庫(kù)存量可控。

    ②鋼材管理采用色標(biāo)，不同顏色對(duì)應(yīng)不同材質(zhì)，做到材質(zhì)可視化管理。設(shè)置鋼板預(yù)留位置，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)先出功能，避免鋼材大量銹蝕。

    ③原材料出庫(kù)由計(jì)劃下達(dá)倉(cāng)庫(kù)和生產(chǎn)，通過(guò)MES系統(tǒng)向庫(kù)房下達(dá)指令，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向龍門行車下達(dá)需求指令，龍門行車將自動(dòng)尋庫(kù)抓取材料，同時(shí)轉(zhuǎn)序小車向龍門行車發(fā)出信號(hào)，報(bào)告自己�？课恢�，龍門行車根據(jù)指令將原材料送到轉(zhuǎn)序小車上，轉(zhuǎn)序小車顯示下料區(qū)所需工位，直接送到所需工位。

    2.5 下料工藝智能化

    ①下料設(shè)備配置激光切割機(jī)、精細(xì)等離子坡口切割一體機(jī)、坡口機(jī)器人，提升了產(chǎn)品切割效率及切割質(zhì)量，通過(guò)全面取消人工坡口等落后工藝，減少了搬運(yùn)距離，實(shí)現(xiàn)了少人化。

    ②自動(dòng)上料、自動(dòng)清渣切割臺(tái)逐步使用，火焰切割自動(dòng)噴水裝置應(yīng)用。異型切板件檢查均使用模板、原材料色標(biāo)應(yīng)用和管理得到實(shí)施。

    ③切割下料工藝?yán)�用軟件功能建立零件�?kù)，將每個(gè)零件的參數(shù)進(jìn)行了保存；產(chǎn)品設(shè)計(jì)更改時(shí)，及時(shí)更新零件庫(kù)。

    ④共邊切割、共孔切割技術(shù)得到推廣應(yīng)用。

    ⑤下料區(qū)所有下料設(shè)備DNC集成管理，按板材厚度排序設(shè)備。下料編程用FASTCAM軟件排版，切割程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直傳到設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)指令提取程序開始下料作業(yè)。

    ⑥對(duì)易損件進(jìn)行有效管理，待切割設(shè)備易損件作業(yè)一段時(shí)間后，當(dāng)不能達(dá)到作業(yè)要求，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒員工更換易損件。

    ⑦下料完成后，清料到物流小車，進(jìn)行掃描(MES)，配送到每個(gè)制作工位。

    2.6 成型工藝智能化

    ①大型的高強(qiáng)鋼中厚板關(guān)鍵部件成型工藝好，在行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先，模壓工藝普遍，減少了多刀折彎情況，提升了效率，保證了成型質(zhì)量；局部應(yīng)用了輥壓、冷擠壓等先進(jìn)工藝，產(chǎn)品成型質(zhì)量好。

    ②板件經(jīng)過(guò)校平，校平設(shè)備根據(jù)工單掃描，自動(dòng)調(diào)整校平參數(shù)，同時(shí)進(jìn)行激光檢測(cè)平整度檢測(cè)，達(dá)到要求后，物流小車轉(zhuǎn)序卷板、折彎區(qū)或油壓區(qū)。

    ③折彎前對(duì)工件進(jìn)行成型掃描與工藝BOM連接，自動(dòng)夾取成型，設(shè)備對(duì)成型結(jié)果在線監(jiān)測(cè)，達(dá)到工藝要求后停止折彎，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)作業(yè)。

    ④油壓前，掃描工單與模具二維碼，兩者匹配方可進(jìn)行油壓，系統(tǒng)可對(duì)模具使用周期進(jìn)行評(píng)估，提醒員工對(duì)模具進(jìn)行維護(hù)，模具基本配置了專用模具。

    ⑤設(shè)計(jì)人員可通過(guò)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)模具信息調(diào)取，設(shè)計(jì)人員從源頭設(shè)計(jì)符合客戶要求同時(shí)兼具符合工藝性要求的產(chǎn)品，降低產(chǎn)品制造成本，縮短制造周期。

    2.7 焊接工藝智能化

    ①焊接機(jī)器人的大幅使用提升了焊接自動(dòng)化率，少量機(jī)器人難以焊接的部位采用人工補(bǔ)焊，人工補(bǔ)焊工位全面配置變位機(jī)，實(shí)現(xiàn)焊接水平化（船型焊），極大提升了焊接質(zhì)量；

    ②液壓自動(dòng)鉚焊工裝逐步投入使用，工裝自動(dòng)化率進(jìn)一步得到提升，高端工程裝備產(chǎn)品的工裝全面覆蓋，特種數(shù)字化焊機(jī)也得到引進(jìn)，同時(shí)配置了許多先進(jìn)的焊縫性能檢測(cè)設(shè)備與儀器。

    ③鉚焊作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化覆蓋率100%，工藝評(píng)定完善，各項(xiàng)作業(yè)有據(jù)可依。鉚接工裝覆蓋率100%，鉚接工位配備液壓工藝裝備，定位精準(zhǔn)，裝卸夾緊快速完成。所有吊裝設(shè)備kbk全覆蓋，工序之間轉(zhuǎn)序采用自動(dòng)滾動(dòng)線或智能小車輸送到指定的下道工序。

    ④鉚焊產(chǎn)品按工件類別劃分區(qū)域（如：挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件按底架、平臺(tái)、動(dòng)臂、斗桿四大件規(guī)劃），即基于工藝共性的柔性化生產(chǎn)模式，鉚焊作業(yè)的來(lái)料通過(guò)系統(tǒng)指令，智能小車齊套輸送到工位，通過(guò)掃碼識(shí)別工單信息，各工位根據(jù)作業(yè)指令，在現(xiàn)場(chǎng)可查閱對(duì)應(yīng)作業(yè)指導(dǎo)書等相關(guān)的工藝文件。

    ⑤每道工序完工后，通過(guò)AGV小車輸送到下道工序位置后，機(jī)器人通過(guò)掃描工件工單信息，自動(dòng)啟用相應(yīng)焊接程序進(jìn)行焊接作業(yè)。

    2.8 機(jī)械加工數(shù)控化及DNC管理

    ①機(jī)加工藝裝備升級(jí)見(jiàn)成效，引進(jìn)了多條柔性生產(chǎn)線、專業(yè)機(jī)加設(shè)備；設(shè)備數(shù)控化率達(dá)到70%，且所有設(shè)備數(shù)控設(shè)備DNC集成管理，程序在生效前均經(jīng)過(guò)虛擬加工驗(yàn)證，加工時(shí)在服務(wù)器端一覽所有加工動(dòng)態(tài)，設(shè)備運(yùn)行動(dòng)態(tài)（可視化）、加工工件，運(yùn)行程序號(hào)，加工時(shí)間，完工時(shí)間等等。

    ②專業(yè)工裝夾具和先進(jìn)刀具的逐步使用，設(shè)備效率大幅度提升。先進(jìn)的機(jī)加工藝得到試點(diǎn)并取得良好效益。

    ③智能刀具管理，促使工藝逐步優(yōu)化，制造成本降低。

    ④加工時(shí)，工件由AGV小車輸送到機(jī)加區(qū)位置進(jìn)行工件掃描，相應(yīng)機(jī)加設(shè)備將自動(dòng)啟用相應(yīng)機(jī)加程序進(jìn)行加工。機(jī)械加工配置了在線檢測(cè)手段，自動(dòng)對(duì)刀儀，刀具破損檢測(cè)裝置，可有效的提升機(jī)械加工的效率和質(zhì)量。

    ⑤針對(duì)結(jié)構(gòu)件配置了專業(yè)機(jī)加工裝，通過(guò)工裝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)找正，節(jié)約對(duì)刀時(shí)間，縮短加工周期。機(jī)加工刀具全面采用涂層機(jī)加刀片，且配置了刀具管理子系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀具消耗用量，評(píng)估刀具合理性，提升刀具利用水平。

    ⑥自動(dòng)上料系統(tǒng)、自動(dòng)進(jìn)料系統(tǒng)、機(jī)械手等配置，提升了上下料效率、智能化及安全性。