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東方汽輪機以智能製造爲突破口，建成國內首個葉片加工無人車間及首條黑燈產線，引領能源裝備製造新潮流。依託5G全連接數字化工廠，融合MBD設計、柔性產線、數字孿生等技術，實現葉片加工全流程自動化，效率大幅提升，質量合格率達99%。項目突破傳統制造瓶頸，助力“雙碳”目標，推動高質量發展。

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企業簡介

東方電氣集團東方汽輪機有限公司（簡稱：東方汽輪機）隸屬於中國東方電氣集團有限公司，是我國研究、設計、製造大型發電設備的高新技術國有企業，是全國機械工業100強企業和我國三大汽輪機制造基地之一。

公司員工達4200餘人，近三年年營業額持續走高，2022年營業額超百億。產品涵蓋氣電、清潔高效煤電核電、工業透平、電站服務、新能源工程、儲能業務、特種裝備、新興產業等多個領域。主要產品產量累計超過5億千瓦，產品遍佈全國31個省、市、自治區，國內市場佔有率超過30%。同時積極響應國家“一帶一路”倡議，產品遠銷南亞、東南亞、非洲、南美、中東、歐洲等29個國家和地區，累計出口發電設備產量超過5000萬千瓦。

公司擁有行業一流的多層次研發平臺，聯合清華大學、上海交通大學、西北工業大學3所高校共建了清潔高效透平動力裝備全國重點實驗室，擁有加工設備2600餘臺。堅持以“數字轉型、綠色發展”爲驅動力，近兩年先後建成行業首個5G全連接數字化工廠，實現全領域數據互聯互通，建成國內首個葉片加工無人車間及首條黑燈產線、國內首個綠色低碳高效焊接數字化車間、總裝數字化車間與隔板數字化車間，依託新一代信息技術與先進製造技術深度融合，實現生產效率大幅提升、產品質量持續改善。

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企業在智能製造方面的現狀

在當前全球“ 退煤” 及國家“雙碳”背景下，能源體系面臨着變革求發展的困境，作爲國家支柱產業的能源動力裝備製造基地，東方汽輪機以數字轉型爲驅動力，致力於打造國內清潔高效能源動力裝備製造高地，實現公司邁向世界一流的高端能源裝備之路，助力公司高質量發展。

圍繞工廠建設、產品設計、工藝設計、計劃調度、生產作業、質量管控、設備管理、能源管理、倉儲物流、售後服務等多個方面開展自動化改造及數字化升級，建成了多個自動化產線，開展PLM、ERP、APS、MES、SCADA、QIS等多個系統的數據全面貫通及業務集成應用，構建各車間作業自動化及智能協同、平臺管控、設備層到協同層全量全要素數據互通及數據治理、生產製造集成控制，打造設計數字化、生產透明化、作業自動化及系統持續優化的智能製造工廠。公司於 2022 年底率先成爲四川省首家通過智能製造能力成熟度 3.0 級評估認證的企業。

2023年8月，東方汽輪機建成5G全連接數字化工廠。以27個宏基站和240個微基站構建5G專屬網絡，在園區部署30餘萬個數字測點，打造自主研製的工業互聯網平臺底座，搭建9個生產製造系統、5個研發設計系統、3個管理決策系統等63個工業應用系統，建設9個數字化車間共計21條數字化產線，建立供應商、企業、客戶相互協同的數字化供應鏈，開展產品遠程監測和智能運維服務，實時監控園區安全、能源、環境數據，賦能數字黨建，每日並行處理超500G數據，實現人員、技術、資源、製造、產品全領域數據互聯互通，使生產效率大幅提升、製造成本不斷降低、產品質量持續改善。

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參評智能製造項目詳細情況介紹

1. 項目背景介紹

葉片是汽輪機、燃氣輪機等能源及透平動力裝備的關鍵零件，又是最精細、最重要的零件之一，尤其作爲燃氣輪機的核心熱端運動部件，其研發和製造是一個國家工業的發展規模和技術水平的重要體現。葉片在極苛刻的條件下承受高溫、高壓及巨大離心力、蒸汽激振力等複雜交變應力的共同作用；其空氣動力學性能、加工幾何形狀、表面粗糙度、等因素均影響整體裝備的效率。因此葉片的研製不僅需要嚴苛的選材、縝密的設計，還需複雜、精細的工藝製造。

葉片的製造在航空發動機、能源及透平動力裝備等行業，前期大多仍採用傳統的數控五軸加工單元、人工上下料、下機檢測及人工過程管控等方式，存在整體制造效率低、質量不穩定、核心設備利用率不足等問題。作爲國內三大能源及透平動力裝備製造企業之一的東方汽輪機，同樣面臨着上述問題及市場的競爭壓力，公司主動求變，以智能製造爲突破口，開展自動化改造、數字化升級，打造國內首個葉片加工無人車間及首條黑燈產線，推動提質增效及製造能力提升，實現公司的高質量可持續發展。

2. 項目實施與應用情況詳細介紹

項目以重型燃氣輪機葉片加工製造爲對象，從產品結構及工藝設計、工廠及車間佈局、產線建設、過程管控、倉儲物流、質量檢測等貫穿產品製造的全過程開展自動化及數字化的升級建設，具體如下：

2.1 / 基於MBD的葉片數字化設計

採用數字化軟件工具，對產品進行分類設計，建立不同型號系列的產品模型庫、材料選型庫，建立基於核心產品複雜型線的參數化模型庫，通過參數化驅動表實現三維模型的快速創建與更新。搭建三維數字化設計標準體系，保證三維模型可完整表達產品設計、工藝設計邊界條件等信息，同時設計三維模型作爲單一數據源，將數據傳遞給工藝端，並開發工藝自動化設計工具，實現設計、工藝一體化。採用CFD、CAE數值仿真分析手段，開展產品設計階段的性能、可靠性迭代優化及加工仿真、自動編程、三維裝配仿真分析，實現新產品的快速研發。

圖1 葉片產品參數化設計

圖2 葉片參數化結構工藝

2.2 / 基於產能最大化的工廠優化設計

針對透平動力裝備葉片製造車間的複雜離散場景，採用了三維設計工具和仿真軟件對車間的系統建設效果以及生產節拍情況進行建模仿真分析，支撐車間整體規劃佈局方案。搭建的車間系統邏輯仿真模型，以產能最大化爲目標詳細測算立庫庫位數量，確定立庫位置、線邊貨位的緩存數量等。開展車間全尺寸三維模型的建立，基於工廠三維模型完成了佈局空間的干涉分析和物流優化佈置。

圖3 葉片製造車間系統邏輯仿真模型與仿真

同時以重型燃氣輪機核心產品葉片爲實施對象，構建以法拉利、德瑪吉、哈米勒車銑複合中心和多關節工業機器人等關鍵設備的黑燈產線數字孿生模型，探索全場景數字孿生在葉片柔性加工產線的應用。

圖4 基於數字孿生的葉片黑燈產線

2.3 / 離散製造混線生產的葉片柔性產線

將葉片加工製造現有的15臺C.B.Ferrari五軸加工中心、6臺DMG車銑複合中心、2臺HAMUEL車銑複合中心進行自動化改造，建設成自動化加工產線羣，主要進行中小葉片型面、裝配面的綜合銑削加工。該產線羣是一個全數字化、自動化的生產單元，能夠在無人干預的情況下，精準完成葉片的加工，實現刀具幾何參數機牀內測量並自動更新至機牀刀具參數表，在線測量工件並自動補償再加工至產品合格的整套自動化生產流程，與MES系統和物流、AGV系統集成，實現訂單下發至加工完成入庫全流程無人干預。同時針對葉片不同結構，統一裝夾夾具，根據任務負荷和產出節拍自動匹配設備任務，建成行業首個葉片自動化柔性加工產線。

圖5 15臺法拉利加工中心組線

圖6 葉片黑燈產線生產現場

2.4 / 複合作業模式下的精準動態管控

搭建多系統集成的數字化生產管控系統，以MES爲主線，通過其承接APS的生產計劃任務並下達執行，同時與三維設計工藝一體化平臺（PLM）集成，實現基於工序級的精確作業計劃與人員績效管理，將生產信息反饋至APS及ERP，並對質量數據進行實時記錄，同時通過對異常流程的相關的數據和規則進行配置化建模，以便於進行作業計劃優化和調整。基於工藝的結構化數據，實現開工物料需求與工具動態需求反饋和齊套性檢查。依託MES系統，基於大數據、動態調度、知識庫建模等技術，實現了複雜工藝條件下生產流程無人化、動態調度實時化，有效提升了車間生產的效率和資源利用率，最終實現計劃排程、生產執行、質量反饋、人員管理一體化。

圖7 多系統集成的數據交互

圖8 MES管控下的任務動態監測

2.5 / 多系統集成的立體倉儲及物料精準配送

通過智能倉儲物流系統建設，建立統一物料箱、智能立體庫、AGV小車，應用二維碼標識和導航技術，與WMS系統和WCS、RCS、FSS系統集成，實現物料從MES訂單-立庫-機牀工位間的自動化精準高效流轉，同時將物流數據、信息系統數據、實物採集數據通過信息化系統進行匯聚，解決信息傳遞流轉不暢問題，大幅提升倉儲管理人員工作效率。

圖9 葉片車間智能立體倉儲

圖10 5G+AGV物料配送生產應用

2.6 / 基於數字模型的葉片在線檢測

搭建實時在線自動化檢測系統，圍繞三座標測量機配置了環形自動上下料系統、測量夾具、開發專用自動化檢測軟件等。自動化檢測方案採用環形輸送線進行工件自動傳輸，人工對托盤進行掃碼再對工件進行二維碼掃碼獲取產品信息後人工裝夾至工裝夾具，實現工件與托盤信息綁定。針對二維碼信息未能直接獲取的工件，通過手動選擇工件類型進行托盤信息綁定，檢測完畢自動關聯工件二維碼信息和檢測時間等信息生成定製測量報告及檢測數據，自動生成檢測報告。針對型線測量，通過開發的型線分析軟件進行型線尺寸參數匹配，軟件計算後給出測量分析結果。

圖11 葉片三座標自動檢測平臺

3. 效益分析

針對重型燃氣輪機制造建成國內首個葉片加工無人車間及首條黑燈產線，首次實現葉片加工設備大規模集羣控制。集成19臺五軸加工中心、8臺高精度雙驅五軸數控加工中心以及4臺六軸機器人的黑燈產線，在產線柔性控制系統的指令下，機器人自動抓取物料、柔性裝夾，加工中心協同運轉，實現全自動加工。黑燈產線、立體倉庫、三座標檢測平臺等構成的葉片加工無人車間通過MES與WMS、AGV、自動化立庫的協同，實現原材料按需自動配送到機臺、成品自動入庫。該無人車間突破了葉片加工設備單元式控制侷限，減少物料在工序間的流轉次數和頻繁的上下料，取消線邊庫存、減少空間佔用，實現了無人化作業，大幅降低管理成本。

項目基於離散型超高精度葉片加工，在產品及工藝設計一體化、多品種小批量混線控制、自動化物料管理配送、數字化生產運營管控等方面取得重要突破，實現重型燃氣輪機葉片 24 小時無人干預連續加工，質量合格率達 99%，項目成果達到同類製造技術國際先進水平。

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