中国一拖：拖拉机智能制造新模式应用实践

一、企业简介

    中国一拖集团有限公司前身为第一拖拉机制造厂，是国家“一五”时期156个重点建设项目之一，1955年开工建设，1959年建成投产，新中国第一台拖拉机、第一辆军用越野载重汽车在这里诞生。中国一拖是中国农机行业唯一的特大型企业，1990年被国务院企业管理委员会评为“国家一级企业”。中国一拖拥有强大的拖拉机、柴油机等农业机械产品及其零部件研发、制造、装配和测试的全套生产能力，是中国农机行业的龙头企业。中国一拖凭借产品优势、技术优势一直保持着大轮拖、非道路动力机械产品国内市场第一位势，并成功销往全球140多个国家和地区，为中国农机工业、农业机械化和新农村建设做出了突出的贡献，中国一拖致力于为用户提供最有价值的农业装备成套解决方案。中国一拖已累计向社会提供了340余万台拖拉机和260余万台动力机械，为我国“三农”建设作出积极贡献。所属第一拖拉机股份有限公司在香港联交所和上海证交所上市，是中国唯一拥有“A+H”上市平台的农机企业。

    中国一拖拥有年产14万台拖拉机、20万台柴油机1.5万台收获机械的生产能力，并拥有中国拖拉机行业最完整的核心零部件制造体系。

图1 中国一拖集团有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

    2017年，中国一拖入选首批河南省企业双创基地、河南省制造业“双创”平台。

    建设自主可控的智能农机技术创新体系，面向第三代智能农机的发展趋势，从农机的控制技术、通信技术、计算技术进行突破，逐步实现“端网云用”四位一体的创新布局；建设国家智能农机产业大数据中心，形成国内用户最多和数据量最大的农机监控运维平台和智能农耕数据服务平台；在核心技术布局的基础上研发覆盖大中小马力的新能源动力“农业机器人”系列产品；积极开展本地化的农机装备人才培养，打造农机产业人才聚集高地；打造我国智能农机的技术企业聚集区，逐步形成国内规模第一的产业聚集。围绕突破主导产品技术瓶颈，通过模式创新、技术升级、基础建设等创新性工作，在实现自身产品结构调整、技术升级的同时，有力地促进行业技术产品的升级换代。

    深入开展管理提升，加快推动管理创新。

    中国一拖不断深化战略管理，积极探索模式创新，着力夯实基础管理。在战略管理方面，以“聚核铸强、创新驱动、发展成套”战略发展思路为指导，在法国、黑龙江、长春、新疆等地建立发展基地，构建起以洛阳本部为核心、外部基地为依托的战略发展布局。同时，积极践行“一带一路”国家战略，加快位于白俄罗斯明斯克“中白工业园”的中国一拖东欧研发中心的建设工作，将其打造成为“丝绸之路经济带”及沿线地区技术开发和市场进入的桥头堡。

    加快生产设备数字化、智能化、网络化改造，推进主要业务单元制造执行系统（MES）建设和应用，以传感器和传感器网络、RFID、工业大数据的应用为切入点，实施生产过程控制、制造供应链跟踪、质量追溯、服务理赔等应用，推行智能制造生产模式，提高精准制造、高端制造、敏捷制造能力，促进生产订单执行率提高、质量提升和节能减排，打造智慧工厂。

    利用互联网平台集聚共享市场需求、研发设计、供应商、用户、加工制造等资源，实现资源实时互动和按需配置，打造供应链协同、研发协同的新型生产组织模式。

    推动研发创新，提升自主创新能力、产品市场响应速度和效率。深化虚拟仿真、数字模型等信息化技术应用，提高产品的信息技术含量和附加值。应用PDM系统开展产品协同设计，推广集成产品研发（IPD）理念与模式,优化产品开发流程和标准,提高市场响应速度和研发质量。

    提升产品自动化、信息化、智能化水平，推进核心产品拖拉机及动力系统升级。加强高端拖拉机产品嵌入式信息技术应用，为营销服务、产品改进、品质提升、用户关怀，提供数据基础支撑。加强电控柴油机、动力换挡拖拉机系统研发和产品转化，研发实现动力机械电控系统、拖拉机电控系统。

    优化提升生产物流，降低生产成本，提高生产效率。推进ERP系统深化应用，扩大ERP系统的覆盖面，使ERP系统覆盖到公司主要业务价值链环节。在采购、库存、生产、销售、成本核算等环节夯实基础管理、优化业务流程。加强产销协同管理，提升供应链各环节订单履约能力， 努力实现满足市场需求和均衡生产的有机结合。贯彻精益生产理念，以不断消除浪费和减少库存为基本目标，持续提高生产运营管理的水平和效率。

    强化采购平台建设，发挥公司规模采购优势，加强与上游优势资源的战略合作，提升专业化和社会化服务能力，向内外部客户提供超值服务。

    深化采购管控，开展供应商全生命周期管理。通过潜在供应商管理、供应商进入评审、采购定价流程管理、供应商业绩评价与运用、供应商退出管理、供应商基础数据管理等，形成供应商进到退出的全过程管理；强化采购活动管理，通过供应商管理、采购定价管理、采购价格合理性评价、供货比例管理、采购基础数据管理、采购活动关键结果监控，形成覆盖采购管理与业务全过程有效管控；实现采购价格、供货比例、付款及时性等合规性管理的在线监控，实现阳光采购。完善供应商评价标准与流程。通过采购数据管理分析，加强采购成本、供货比例、采购金额等多维度数据统计分析应用，提升采购管控查询统计分析能力。

    供应商业务协同，建立SRM(供应商关系管理)平台，实现各单位与供应商采购计划与订单传递、交付、结算与库存信息的查询、供应商采购质量要素变动监控等业务合作过程的协同。

    应用CRM系统，发展B2B电子商务。实现与经销商、服务站的业务协同。实现要货申请、订单跟踪、发运管理、渠道管理、客户档案、渠道调拨等，并与服务管理系统、客户档案系统、信用管控、网上对账、驻外配件库管理等的集成。

    建立农机行业首个产品配件在线查询、交易平台，建立以服务BOM为核心的零件图册数据体系，实现主机产品的电子零件目录编制、上传，实现与PLM系统、MES系统、营销系统集成，快速响应用户服务和备件采购需要。

    利用社会平台，开展O2O电子商务。通过东方红E购商城、阿里巴巴东方红配件旗舰店，建立东方红品牌在线品牌专营店铺并实现在线交易，实现销售、服务一体化。加强CRM应用，实现与经销商、服务商业务协同。

    建立东方红官方易手车业务交易平台，延长东方红产品末端价值链，逐步打开东方红二手车估值、收购、维修、再制造、销售等一系列产业链通道，并促进新车销售。开展东方红易手车业务。

    充分利用物联网、卫星定位等技术，建设智能化农机平台，实现农机运转及工况数据的收集、传输、存储，作业统计、数据分析，促进实现产品的远程跟踪、监控、诊断、服务调度、提升公司智能化服务能力。

    构建云服务平台。深入贯彻“金色服务”理念，积极构建售前-售中-售后一体化服务体系，提升服务标准，持续强化一站式服务成效。

    实施和推进物流服务。整合公司销售和供应资源，构建新型物流体系，提高物流效率。建立物流平台，实现公司农机产品销售信息与物流信息对接；逐步实现公司其他货运信息对接，承接国机集团驻洛（周边）企业物流业务，实施承运车辆监控系统和服务质量管理系统；积极参与市场竞争，拓展社会物流业务，逐步提高外部物流业务量比例，车辆监控系统和服务质量管理系统上线运行。

    推进农机与现代农艺、农场融合，形成提供成套解决方案的能力。联合相关涉农机构，以全程农业机械服务为核心，延展农艺咨询、农资销售和农作物销售等，构建农业生态型综合大平台，为用户提供农业领域全价值链解决方案。适应我国土地规模化趋势、农业现代化要求，积极研究和探索“东方红”农业机械化示范园项目和拖拉机后市场的拓展。由提供产品向提供农业装备成套机组转变。提供产品全生命周期的专业化增值服务，形成提供成套解决方案的能力。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    1. 项目背景介绍

    1.1项目的重要性

    我国是世界第一的人口大国，农业机械作为装备制造业中直接与农业相关的机械产业，对保障国家粮食生产安全、促进农业增产增收起着至关重要的作用。《中国制造2025》将农机装备列入十大重点发展领域，提出“加快发展大型拖拉机”，“推进制造过程智能化。在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间”以及 “关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制”的战略要求，为我国农机工业快速发展，向高端智能制造转型升级带来了新的契机。

    大型轮式拖拉机是《中国制造2025》实施强国战略，行动纲领要求加快发展的高端农机装备。其产品种类繁多、结构复杂，市场多品种定制化需求显著，且产品技术性能、可靠性要求高。使得产品制造精度要求高，制造工艺复杂，制造难度大，物流与管理要求高，必须对产品制造过程的自动化、信息化和智能化水平提出更高的要求，从而实现高端拖拉机产品的高性能、高质量、高可靠性。

    目前国内设计制造的拖拉机产品大多技术含量低，产品性能一般，可靠性差，新技术和新设备应用推广缓慢。现农机行业的落后制造技术与低效生产现状，造成我国中低端拖拉机产能过剩，销售连年下降。中高端产品较为匮乏，高端拖拉机如动力换挡拖拉机等产品仍然需要大量进口。据统计，2015年1-11月，进口拖拉机总量1600多台，同比增长15.6%；在200-220马力大功率段动力换挡拖拉机进口增长达41.9%，保持较高的进口增长率。国外产品依旧因产品可靠性高、性能好、舒适度、作业效率高等因素得到用户的关注。

    我国高端拖拉机制造由于受工业基础能力薄弱、制造的数字化、信息化、智能化水平尚处在起步阶段的影响，目前产品质量及可靠性指标还远达不到发达国家的水平。中国一拖通过《大功率动力换挡拖拉机制造技术联合研发》项目的实施，虽然实现了动力换挡等高端技术水平新型拖拉机的批量生产，但由于制造数字化、信息化以及智能化水平低，造成制造精度的一致性以及可靠性等方面与发达国家存在一定差距，急需在制造水平方面向数字化、信息化、智能化方面转型升级，以保证制造精度的一致性以及可靠性。目前国内农机行业尚无具有自主知识产权的拖拉机智能制造工厂，无法以高精度、高质量、高可靠性的制造来满足动力换挡等高端技术水平新型拖拉机的产品技术要求，成为制约我国大型轮式拖拉机进一步向高端发展的主要制造技术瓶颈。所以，开展新型轮式拖拉机智能制造新模式的研究应用及推广，具有非常重要的意义：

    1）提高农机装备制造能力，满足市场需求，引领产业升级

    为满足农田耕作高效、节能以及农艺作业个性化、多样化方向发展的要求，近年来我国拖拉机产品技术追踪世界高端拖拉机产品主流技术，向大型、重型拖拉机及拖拉机的动力换挡、无级变速（CVT）与数字化、智能化的方向快速发展，其制造工艺的复杂性与制造工艺难度大大增加。对零部件加工精度，装配扭矩控制、间隙检测、控制，部件以及系统检验、试验，装配精度与效率等的要求大幅提高，新的产品技术提出新的材料、工艺、加工、装配、试验要求，使得拖拉机的毛坯制造、加工、装配、电控系统等环节的制造工艺技术越来越趋向复杂，拖拉机制造技术也必须结合数字化、信息化、智能化技术与制造工艺装备的发展，结合多品种定制化的市场需求，向制造模块化，自动化（加工、搬运、装配），柔性化，信息化，虚拟化等智能化方向发展，以满足各种高、中、低端不同产品技术水平，不同生产纲领拖拉机的高水平制造要求，提高拖拉机的产品质量、可靠性和生产效率，降低制造成本。

    通过建设新型拖拉机智能化制造工厂，采用数字化、信息化、智能化等制造手段，提高制造精度的一致性，提高新型轮拖从产品研发到制造、服务全过程的整体智能化技术水平，使新型拖拉机实现产业化智能制造，提高我国农机装备制造业的核心竞争力和可持续发展能力。在满足市场需求的同时，提升农机企业自主创新能力，提升农机装备的制造水平，完善农机产品的产业链，提升高端农机产品的配套能力和质量水平，实现向高端智能制造转型，促进我国农机装备制造水平的跨越式发展，从而实现产品的升级换代。在满足国内需求的基础上，进入国际市场。

    2）建立新型拖拉机智能制造新模式应用示范平台，为农机行业技术改造指出数字化、信息化、智能化的方向

    本项目建设的新型拖拉机智能制造工厂，融合了先进互联网技术、信息技术、制造技术和精益生产等技术、管理理念，实现生产现场的“物联网”，实时采集、分析生产过程中产生的数据，协助制造企业及时进行生产决策和生产能力预测；在物料管理、生产制造、产品质量三个环节形成有效闭环，依靠工业互联网和大数据应用，将人、机、料、法、环、测等要素更加透明化，从而大幅提高产品质量、提升生产效率、降低生产成本，满足了新型拖拉机7大系列800多种机型柔性化制造需求，掌握的新型轮拖加工、装配的智能化制造关键共性技术，提高了我国新型轮拖制造水平和质量水平，增强了农业装备支撑农业发展的保障能力，提升了农机装备制造业的国际竞争力。

    通过原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，以标志性的高效、绿色、节能、环保，高端核心智能制造装备的创新应用为突破重点，提高制造精度的一致性，并使智能制造装备的创新应用与信息化技术的应用深度融合。从产品参数化三维设计与工艺仿真，到车间总体设计、工艺流程及布局参数化建模，以及车间互联互通网络架构与信息模型，并通过车间制造执行系统（MES）、产品全生命周期管理（PLM）、企业资源计划（ERP）等信息化技术的高效协同与集成应用，实现关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制,提高产品质量和生产效率，降低成本；并充分应用数字化、柔性化、信息化技术解决了农机行业特有的淡旺季产量不均衡以及产品多品种定制需求对产品设计与制造过程的不利影响。适应农机装备多品种定制化复杂制造过程的智能化要求，满足市场对多品种定制化新型轮式拖拉机的旺盛需求，为农机行业技术改造指出了数字化、信息化、智能化的方向。项目的实施可大幅推进数字化、智能化制造技术在农机行业的集成应用，为我国农机行业提供智能制造工厂范例。

    通过智能制造工厂的示范平台，实现产业链供给侧改革，实现企业间及企业内部的高效协同，带动行业高档数控机床与工业机器人、增材制造装备、智能传感与设备、智能检测与装备、智能仓储与物流以及软件及网络装备等智能制造装备的创新应用。为新型拖拉机缩小与国际先进水平差距，填补国内空白、替代进口，提供智能制造技术支撑，具有广阔的产业应用前景。

    1.2项目的迫切性

    1）农机制造业产品结构调整，满足市场需求

    在农机行业，除少数品种以外，由于价格、备件、服务等因素，国产农机产品特别是拖拉机的产销量一直稳固的占有主导地位。

    目前，我国农机市场面临的问题是中低端产品供给过剩，中高端产品较为匮乏。其中大型、重型与高端动力换挡拖拉机等新型拖拉机的市场需求呈爆发性增长的态势，已成为“十二五”时期乃至“十三五”期间最突出的特征。面对市场的发展趋势，国内农机行业只有顺应市场的变化，快速进行战略转移和产品结构调整，向中高端产品发展，才能渡过转型期，满足国内市场需求，增加国际市场份额。

    据统计，2015年1-11月，我国进口拖拉机总量1600多台，同比增长15.6%。其中220马力以上大功率段动力换挡拖拉机进口增长达143%，保持很高的进口增长率。国内农机市场已开始被世界农机巨头企业蚕食瓜分。

    高端的农机产品需要高水平的制造，才能保证农机产品的质量、可靠性和生产效率，降低制造成本。发达国家的农机巨头已经采用数字化、信息化、智能制造技术实现各种中高端拖拉机产品的制造，以高质量、高性能、高水平的拖拉机产品快速扩大其在中国市场的占有率，并稳固和拓展国际市场。

    由于我国的农机行业的制造装备、检测装备的数控化、智能化水平低，智能物流与仓储装备、信息采集分析技术集成应用水平低等因素，我国农机行业虽然有一些高档数控设备与工业机器人以及其他智能化装备的应用，但都处在孤岛型独立应用状态，智能化制造装备的综合效能不能有效发挥，智能制造关键技术装备和信息化、智能化集成的技术尚未真正掌握，造成我国农机行业现有传统的制造模式已无法满足高端拖拉机产品的高精度、高一致性、高可靠性的制造要求，成为制约我国大型轮式拖拉机进一步向高端发展的主要制造技术瓶颈。

    近年来，国际农机巨头生产的高端大功率动力换挡拖拉机以年增长40%以上的速率迅速抢占国内市场。若不加快信息化、智能化的产业升级，我们在高端拖拉机产品的整机质量与可靠性等指标与发达国家农机产品将产生更大的差距，不但会造成国际市场丢失，甚至还会失去国内市场。

    面对严峻竞争形势，如果不加速我国农机制造行业的转型升级，势必会进一步降低国产农机装备的市场占有率，进而影响到我国农机制造行业的生存和发展，最终会威胁到我国粮食生产的战略安全。

    2）推进行业制造转型升级，提高核心竞争力

    进入21世纪以后，世界发达国家纷纷推出本国的智能化发展战略与目标，加速工业信息化、智能化发展进程。我国在《中国制造2025》的战略指引下，全面推进企业的“两化深度融合”，立足农机行业实际需求和战略发展，推进形成面向农机行业的信息化整体解决方案。

    在工业4.0时代，智能制造是大势所趋，迅速提高企业的智能化水平，是企业满足市场需求，创新发展的需要，也是落实“推动两化深度融合、促进产业转型升级”政策的迫切要求。

    发达国家农机巨头普遍采用数字化、信息化、智能制造技术实现各种中高端拖拉机产品的制造，生产高质量、高性能、高水平的拖拉机。我国农机行业与发达国家存在较大差距，急需在制造水平方面向数字化、信息化、智能化方面转型升级，以保证产品制造精度的一致性以及可靠性，打造和提高农机行业的核心竞争力。

    新型拖拉机提出新的材料、制造技术等要求，使得拖拉机的毛坯制造、加工、装配、电控系统等环节的制造工艺技术越来越趋向复杂，质量要求越来越严格。目前，我国农机行业的制造水平难以满足多品种定制化新型轮拖的制造要求，必须在加大产品研发与产品结构调整力度的同时，推进智能制造战略实施，加快制造过程以及产品全生命周期等信息管理技术的应用，进行制造技术转型升级。

    拖拉机制造技术必须结合数字化、信息化、智能化技术与制造工艺装备的发展，实现“关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制”，减少人为因素的影响，保证产品质量的可靠性。

    推进数字化、智能化制造技术在农机行业的集成应用，打造我国农机行业智能制造的示范平台，符合世界技术进步和发展的潮流。是市场的迫切需求，是提升核心竞争力、保证农机行业生存发展的迫切需求，是制造装备业发展的迫切需求，是满足我国农业规模化、机械化、信息化、产业化发展的迫切需求，是我国工业发展的迫切需求，也是保障我国粮食供给战略安全的迫切需求。

    2. 项目实施与应用情况详细介绍

    项目围绕“在我国农机行业建设新型轮式拖拉机智能制造工厂，引领我国农机产品制造向高端智能制造的转型升级，提升我国农机制造的综合技术实力和国际竞争力”目标，搭建了智能工厂系统体系结构图。

    新型轮式拖拉机智能制造工厂可实现生产管理信息、制造过程信息的高效协同、互联互通。数字化车间的数控装备、工业机器人、刀具管理系统、数字化测量设备、条码设备等能够完成制造生命周期中的信息传递，使制造过程的效率和效能最大化，使作业及物流浪费降低到最小程度。充分利用计算机网路，通过人机交互界面将数字化的生产指令和作业指导书向操作者传递真实的制造作业，制造作业信息现状及时采集并反馈至智能化工厂相关单位，形成从虚拟到现实再回到虚拟的完整的数字化信息传递链。

图2 智能工厂/数字化车间系统体系结构图

    构建生产管理信息数据融合的、异构数控系统高效协同集成的数字化制造系统集成平台，实现计划输入、任务分配、数控程序管理、工艺信息文件处理等任务，实现管理系统之间的信息数据共享互联互通，分布式异构数控系统高效协同集成、刀具管理及车间物流数字化集成。

    构建数字化制造系统在线监测平台，实现机床状态检测、刀具状态检测及制造过程状态检测。在制造系统平台上开展刀具在线管理技术研发、数控机床组合工艺优化。

图3 项目研究总技术路线

    2.1核心智能制造手段

    核心智能制造手段研究内容主要包括以下方面：

    1）在互联互通网络架构下，开展三维设计技术、仿真分析及可视化技术，完成产品研发、工艺设计、车间布局及物流分析、车间三维可视化等。

    ①产品参数化三维设计及仿真

    项目在产品研发设计阶段实现了产品参数化设计和管理。产品设计通过三维参数化设计软件进行产品设计，产品数据由产品数据管理系统（PDM系统）管理。通过构建产品参数化设计系统集成应用平台，统一管理产品设计过程中的产品数据信息，建立产品零部件参数化三维实体模型、三维设计资料库、参数库，保证产品开发周期过程中产品数据的统一性、一致性。提高研发创新能力，缩短产品开发周期，降低产品开发成本，提升产品研发核心竞争力。

    本项目产品参数化设计系统应用框架图如下：

图4 产品参数化设计系统应用框架图

    a.产品参数化三维设计

    产品设计利用三维软件的参数化技术、直接建模技术和三维可视化技术，针对不同的任务需求，从根本上实现了零部件三维参数化数模设计、产品装配设计、干涉检查、虚拟样机、可视化造型设计、基于三维模型的二维工程图应用等方面设计任务。

图5 拖拉机总装设计流程

    b.产品数据管理

    本项目为了有效对产品数据进行管理，系统采用PDM管理系统。该系统基于Web的产品数据管理平台，利用Java技术，以授权控制为基础，管理从产品概念设计、产品图设计到生产制造各个阶段产生的各类数据。通过把数据管理集成到设计过程当中，极大地推进设计人员之间的信息共享与协作水平；同时采取数据集中存储、集中管理的方式，最大程度地保障数据安全。

图6 PDM系统用户界面

    产品设计完成后，通过审签，保障数据一致性。集中管理产品交付的二维图纸与三维模型，强化对设计过程中图纸模型的版本管理，建立产品数据生命周期管理模型，通过规范化的电子审签流程保证数据演进中的正确性。结合产品电子数据更改管理控制模型，确保PDM内的电子文件为最新状态；对各签署环节签名信息自动记录，确保产品数据的审签发布过程可追溯；基于产品结构，实现三维模型和图纸成套审批管理，确保相关数据的一致性与齐套性。

    c.CAE技术应用

    在拖拉机关键零部件设计过程中，项目组利用CAE分析工具对其进行机械强度、相关结合面密封性、传动系效率及齿轮强度校核等方面的分析及优化，解决了材料开裂、结合面漏油、齿轮断齿等方面的问题，为产品的优化设计提供了仿真依据。

图7 拖拉机的传动箱体强度分析

    ②制造工艺仿真分析

    构建基于三维建模和仿真的虚拟设计模型，应用铸造CAE软件对铸造过程进行模拟凝固分析，避免铸件缺陷；应用有限元分析软件进行加工受力及变形分析，指导定位、夹紧等工艺设计，保证加工精度。实现在复杂虚拟环境下对产品制造效果进行仿真分析和验证，以达到产品开发周期和成本的最低化、产品设计质量的最优化和生产效率的最高化，增强企业的竞争能力。

图8 箱体浇铸流体分析图         

图9 轴承支座结构应力分析

    ③工厂布局可视化

    轮式拖拉机加工及装配过程复杂，目前的两维仿真难以真实直观的反映呈现，产品的工艺评审不直观，容易出现差错。构建生产线三维设计平台，建立新型轮拖工厂设计仿真系统和工厂布局可视化分析系统；采用计算机仿真与虚拟现实技术对制造过程进行建模，生成逼真的三维虚拟环境，实现产品的工艺规划与仿真验证。在虚拟制造环境中进行可行性评估，增强制造过程概念阶段的决策与控制能力，减少工艺规划的盲目性、缩短投产周期、降低制造成本。

    本项目在工艺规划基础上，对数字化车间进行仿真分析优化。主要包括：传动箱壳体加工线、减速器壳体加工线、盘类零件自动化生产线、异构件FMS线、总装线等。

    a.工艺规划

    在规划设计阶段，对数字化车间进行总体工艺规划。

图10 变速箱体制造工艺规划

    根据数字化车间的制造工艺、生产数量，输送方式、生产节拍等资料，研究数字化车间的设备布局和生产工艺。

    b.建立数字化车间三维模型

    工艺规划完成后，利用搭建的数字化工厂仿真系统中的数字化工厂软件对整个工厂制造工艺设备进行并行工程设计，以生产大纲为基础，迅速简便地建立、分析和展示可视化的工厂模型。在构建的虚拟生产线平台基础上，将设备三维布局、生产物流路径及物料管理数据集成，生成有关节拍、品种、物流、设备、人员和安全的图表，提供数字化仿真分析报告，科学判断分析各种方案的优劣势，便于多方会签和评审确定优化方案。

图11 数字化工厂设计软件流程

    利用工厂设计软件和物流仿真分析软件为该车间构建设备三维模型、车间三维设备布局模型等。

图12 加工车间三维设备布局模型

    通过车间整体三维设备布局模型，可以直观地检查设备之间是否存在干涉，设备布局、占地面积等是否合理。

    c.建立数字化车间物流仿真优化

    本项目利用工厂物流仿真软件对加工车间进行可视化仿真优化，构建加工车间的物流仿真分析模型，优化车间所需转运车数量、成品缓存区的大小等内容。

    依据对车间物流仿真分析的结果，对车间的物流、缓存区现状进行评估，并结合产量、零件输送方式、车间的设备布局等各方面因素，对车间的物流输送提供优化建议。

图13 工艺设计模拟仿真总体系统架构

    建立数字化车间物流仿真模型，实现一次建模就可在产品的全生命周期中使用，不仅在新建工厂时可以仿真优化，投产以后随着产品产能和品种的改变，只要导入改变的数据，对原建模型进行仿真分析，即可得出优化的数字化工厂方案，以最短的时间，科学高效的指导技改和生产。

    在加工车间规划初期利用物流仿真分析软件，依照新型轮拖传动系核心零件智能加工车间和原有加工车间设备及设备布局状况构建该车间物流仿真分析模型，对机加车间差速器轴承座加工线、制动器活塞等加工线进行仿真分析。

图14 新型加工车间物流仿真分析模型

图15 原加工车间物流仿真分析模型

    通过对加工车间进行全局物流仿真分析，验证了不同设备布局的情况下，新建、原机加车间的产量及各个零件输送时间，并验证了各个零件生产线在满足装配线需要的前提下所需缓存零件的数量和缓存区的大小、规划物流转运的路线和人工转运的方式，为车间制定生产计划提供依据;以80马力传动箱壳体加工生产线为例，原车间需要15台设备才能完成实际生产的需要，而新建车间仅需要10台设备就能完成实际生产的要求，和原有车间相比，新建车间的占地面积减少约15%，而产量提高约12%。

图16 新建车间和原有车间日产对比表

图17 新建车间和原有车间单个零件输送时间

    通过对车间的全局物流仿真分析，新机加车间采用新的布局形式和输送方式后，相对老机加车间的零件日产量提高约12%左右，单个零件的输送时间降低约20%左右。

    在装配车间规划时，依照装配车间的平面布局图，对装配线进行仿真分析优化。

图18 轮拖装配物流仿真分析模型

图19  60-130马力轮拖装配线物流仿真分析模型

图20  140马力以上轮拖装配线物流仿真分析模型

    通过对新型轮拖装配车间的物流仿真分析，检验装配车间整体物物流输送的是否顺畅、是否存在瓶颈，生产节拍与工艺时间是否匹配。在仿真模型中，真实再现装配线转运系统相互间物流状态。通过分析与模拟，得出装配线的人员配置最佳方案和产品的最优缓存区大小，检验各个生产线之间物流输送是否存在瓶颈，并分析得出现有工况下工艺对装配车间的工艺规划方案进行验证、调整、更新和优化，时间与生产节拍的最优匹配度。

    ④车间三维可视化实景渲染

    运用三维造型、三维动画及实景渲染等功能，将生产车间通过三维图形逼真地表现出来，通过工艺动画可以在三维环境下再现设备工艺动作、物流过程，在虚拟环境下通过交互方式置身于生产现场，有身临其境的感觉。

    2）采用核心智能制造装备，组建智能制造工厂

    ①高档数控机床与工业机器人的应用

    2.2相关技术在装配车间应用

•  装配线采用条码识别、PLC控制技术

    装配线在主要工位设置关重件扫描点，对主机所装配的关键零部件进行记录，形成车辆装配档案，满足质量追溯方面的要求，实现了通过主机号查询关重件物料号、供应商、批次号，以及通过物料号反查其装配到的主机等查询功能，提高了车间质量管理水平。

图21 装配线关键件跟踪流程

    装配线输送、检测台、试验台、非标装配设备等广泛采用PLC进行控制，一方面可以实现设备的自动运行，另一方面具有通讯接口，便于系统的高效集成。

    ②智能检测与装配装备

    a.智能检测

    差速器轴承座线配备综合测量机及SPC计算机；在线测量仪器的内外径测量，采用无线或有线便携式电子卡规及塞规。大于12mm的内孔直径测量采用无线便携式电子塞规、卡规方式，数据可以通过无线方式传输到现场的计算机中进行数据的存储和SPC分析；小于12mm的内孔采用有线电子塞规测量方式，传输到现场的计算机中进行数据的存储和SPC分析。SPC检测工作站可以提供测量数据联网功能，可以通过局域网远程访问已经测量的数据。采用三坐标数字化测量机测量箱体、壳体等形状与位置精度。

    研发应用底盘加载试验台对装配完成的底盘100%进行加载试验。以最大限度地将产品的缺陷及早暴露，并针对暴露出来的问题进行及时整改，从而降低人工修理成本和整机故障风险，提高传动系一次下线合格率。底盘加载试验台研发应用填补了国内轮式拖拉机传动系带负荷试验的空白,对提高拖拉机传动系的工作可靠性提供了有力保障。

图22 底盘加载试验台

    b.可视化柔性装配

    本项目已在装配线操作终端触摸屏上实现以二维装配作业指导操作的装配过程可视化，拟将三维可视化装配作业指导应用到装配线，替代传统的不直观、易出错的二维装配工艺文件，达到提高装配质量和效率的目的。

• 二维装配作业指导在装配线可视化作业中的应用

    目前通过在装配线设置操作终端触摸屏和LED电子看板已实现二维可视化的管理，传递各工位或生产线的实时状态信息，建立透明化的生产现场。管理人员实时监控装配线工作的运转状况，并在异常情况（例如，设备停机，出现质量问题，工装故障，操作员的延误，以及材料短缺等）时发出信号，提示监督人员立即找出发生故障的地方以及故障的原因，实时解决生产问题，及时调整各项生产资源，缩短生产节拍，减少线边零件的堆积、在制品资金的积压，减低单车的制造成本，提高产品的价格优势，并通过系统汇总统计合理调度，实现可视化、精益化生产。应用Andon系统实时反应和解决设备、生产问题，及时调整生产资源，有效提升装配线数字化制造能力。

    现场触摸屏客户端主要进行系统客户端录入，包括条码扫描、上线确认、Andon二级呼叫等。LED屏主要用于显示来自于MES系统实时主要生产指标信息。Andon板主要用于显示一级呼叫装配工位，以及二级呼叫上一级部门等。

图23  Andon拉环主要用于装配工位报警

图24  LED屏显示主要生产指标信息

• 三维装配作业指导可视化

    拟将优化后的装配工艺和装配动作固化形成三维可视化作业指导书传送至装配现场工位信息终端机，以无纸化终端的模型运动动画的形式进行查看浏览并指导现场的装配过程。三维作业指导书为装配过程提供清晰的装配次序、装配路径、装配手段、装配质量技术要求，最终实现优化、规范装配工艺的目的，提高了装配质量和效率。

图25 三维装配作业指导书技术路线图

    c.设备生命周期管理

    车间数控设备进行生命周期健康检测诊断智能化管理：平衡维护维修及生产时间、成本的矛盾，制定最佳的维护方案，实现精准维护，降低维护成本，同时保证设备的利用率，防止设备非正常磨损，避免突发故障。结合日常维护保养，可使设备保持良好的技术状态，延缓劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而保证安全运行。

    主要功能包括：

    设备档案管理：设备类别、名称、规格、型号、设备故障类别、设备维修项目、设备保养项目和周期、设备维护所用到的备品备件，以及设备的设计数据、制造数据等，为设备状态管理、运维管理、故障管理等提供基础信息；

    设备验收信息：包括设备的入厂验收、调试过程数据以及试运行过程数据等；

    设备状态管理：设备使用中的运行状态监控与运行数据管理；

    故障事故管理：维修档案（维修记录、故障类型、维修过程及结果）；

    维修管理：维修人员分类、维修人员职责、运维信息推送、通知及结果回馈；

    故障数据采集与分析：将采集到设备运行状态信息与设备的基本信息进行比较、分析，提出维护计划，并推送给设备维护者；将采集的设备故障信息和维修档案数据进行对比、分析、提出维修方案、方法，并推送给维修者；

    备件管理：维修备件库存及流水账管理。

    通过设备生命周期健康检测诊断智能化管理，实现设备全寿命周期数据集成化与网络化、设备状态监测自动化、故障预警智能化、数据挖掘分析程序化、设备管理精准化和协同化。

图26 设备日常维护

    d.基于大数据的在线故障诊断与分析系统

    开发基于大数据的在线故障诊断系统：基于B/S的架构实现机床监测数据的现场采集系统、多源监测信息的远程传播和共享、监测数据智能处理和信息挖掘、诊断系统软硬件联调和完善等服务。基于大数据的在线故障诊断系统的结构示意图如图1-48所示。

图27 基于大数据的在线故障在线诊断系统的结构示意图

    具体工作分为：

• 机床监测数据的现场采集

    在智能制造工厂的后箱加工线中选取典型数控铣削加工中心，在加工中心的刀具、工作台、夹具等重要部位布置振动传感器；根据零件加工工艺优化传感器布置位置、调整动态信号采集参数以获得监测信息；对数据调理设备的软件接口进行二次开发，通过缓存刷新和数据保存同步进行的模式实现动态信号无遗漏、无冗余、不等间隔的连续存储（保存于服务器的数据库中）。

• 多源监测信息的远程传播和共享

    基于智能制造工厂的局域网和DNC平台进行服务器数据库和监控图形化接口开发。基于关系型数据库开发机床监测数据的存储平台，实现现场监测信息的远程传输和可靠保存；通过工厂的DNC获取加工过程的其它必要工艺信息（主轴转速等）；对原始振动数据进行智能预处理，去除机床刀具空载移动阶段的振动数据；在主控计算机上实现两种大数据视图：一是个体零件加工时隔工步获得对应的唯一切削振动数据，另一个是批次零件加工时同一个工步对应的历史切削振动数据。

• 监测数据智能处理和信息挖掘模块

    研究监测信号的降噪方法，排除现场其它机床振动对本机工作的影响；研究监测信号的多尺度分解方法，对监测信号中机床内多个振源耦合的结果进行分解，得到核心零部件的独立振动信号；开发振动信号的无量纲、有量纲统计特征指标计算模块，快速地评估加工过程的过程状态量；研究基于机器视觉方法的振动谱成分识别算法，对振动信号在频域、时频域上的振动谱几何特征量进行分析，准确提取机床主轴、轴承、齿轮的微弱故障特征（算法的实施和运行无需人工值守和干预）；研究刀具发生颤振的智能识别算法，对批次零件加工过程中刀具因磨损、机床动态特性变化、不合理加工工艺参数造成的强烈振动现象进行自动化识别。

• 诊断系统软硬件联调和完善

    进行“主控计算机-网络和DNC传输通道-机床配套监测系统”的总体联调，避免传感器不合理布置对正常生产任务的影响；对系统进行维护和完善，确保系统上电后不发生意外地稳定运行时间不低于8小时，数据库可以存储机床连续加工的动态数据超过12小时。

    ③智能物流与仓储装备

    a.机械加工

• 采用桁架机械手进行工序间物料转运的自动化

    新建的盘类自动生产线及异构壳体件自动加工线等采用桁架机械手，解决新型轮拖传动系一些核心零件品种少、批量大，要求机械加工具有一定柔性、要求高效率、高度自动化的问题。

    自动化生产线通过桁架机械手等进行工序间物料自动化转运，减少磕碰伤、提高生产效率，改变传统的靠大量在制品和零部件储备来维持均衡生产保证生产任务完成的模式。

• 采用智能立体刀库实现刀具的自动化存储

    刀具存放采用自动化立体刀具库进行自动化存储，一方面减少占地面积，另外通过采用刀具管理软件组成的智能刀具管理系统，实现对刀具进出站、立体刀库、刀具预调仪、数控机床的协调管理。

    采用智能立体刀库结合其他软、硬件实现刀具的自动化存储与管理，与传统人工管理刀具库比，能够提高刀具准备速度，降低产品制造成本和刀具管理成本。

    项目刀具系统由垂直升降货柜与刀具预调测量仪和刀具管理软件等组成，具备刀具芯片信息读写系统。主要用于储存和管理多品种、中小批量数控刀具、工具、备件等物料，所有的物料信息通过刀具管理系统平台来统一管理，能够提供详细的刀具信息、严密的管理流程、直观的统计报表，从而实现刀具的科学、高效管理。

    在数控设备上设置专用刀库及管理系统。如在NBH630设置有5台具备刀具椎柄清洁系统的匣式刀库，其配置的刀具管理系统可以实现刀具有效性检查、基本刀具数据管理、数控基本程序数据管理、各种刀具差异清单等管理功能。借助其强大的数据库检索功能，可以实现立体仓库中平均每次存取45秒的作业频率；同时还可以通过DNC系统，将刀具预调参数传输至机床，改变常规的纸质文档传送的方式。

b.装配

    为合理组织车间装配作业，提高自动化运输水平，主要部件的装配和总装配采用流水生产线，其它部件和总成的装配采用固定式作业。零部件在装配线之间的转运，广泛采用程控自行小车等机械化运输设备。拖拉机传动系总成与发动机合装后，采用AGV小车把合装好的总成运往总装线。

图28 程控自行小车

    如：拖拉机轮胎采用空中自行小车将分装后的总成输送到总装线装轮胎工位的两侧。装配好的传动机构总成，通过自行小车，直接转运到试验台。

    3）实现产品全生命周期的管理，推进MES、PLM、ERP等信息系统的集成与应用

    新型轮拖项目通过MES、PLM、ERP等信息系统的建设与融合，完成研、产、人、财、物等核心业务流程的优化重组，从传统的人工化、自由化向系统化、流程化、制度化转变，进一步加快企业两化融合速度，发挥信息化集成系统对生产组织、质量改进、采购管理等管理系统的支撑作用，为业务发展策略的落地提供支撑。

图29 新型轮拖MES、PLM、ERP信息化平台

    ①应用现代信息技术，提高产品研发效率和产品智能化水平

    建设PLM产品研发协同设计信息化集成应用平台，通过互联网专线实现产品研发异地协同设计，实施研发、供应链管理和营销服务等系统的横向集成，实现与上下游企业间设计、制造、商务和资源协同，提高效率，降低成本。提升产品研发核心竞争力，参与国际市场竞争。

    在PLM中建立设计EBOM信息搭建，通过流程进行设计EBOM校对、工艺PBOM转换工作，完成MBOM结构创建，传入ERP系统。通过PLM系统进行BOM数据维护，减少BOM建立过程中的重复工作及过多人工参与，在ERP中管理及调用完整的产品制造BOM。目前系统共有60余种基本机型，14946个整机BOM,产品明细表1302个。

图30 已创建的整机EBOM结构

图31  EBOM清单目录

图32  PLM文档分发流程

    ②实施智能绿色的生产运营创新

    在加快生产设备数字化、智能化、网络化改造的基础上，推进MES系统的建设和应用，以传感器和传感器网络、RFID、工业大数据的应用为切入点，实施生产过程控制、制造供应链跟踪、质量追溯、服务理赔等应用，促进生产订单执行率提高，实现质量提升和节能减排，打造智慧工厂。

图33 新型轮拖装配线MES系统的基本架构

图34 生产线生产跟踪页面（反应全线车辆队列状况）

    实现物流数据采集、分析自动化。运用RFID、条码技术，提升物资分拣、存库、收发准确率和效率，支撑智能化制造需要。细化物流管控、促进账实相符；优化主机收发库存管理，实现下发报工、误发报警、先进先出等管理策略。

图35 ANDON系统架构原理图

    ③实现资源共享协同的生产组织创新

    利用工业网络互联互通平台集聚共享市场需求、研发设计、供应商、用户、加工制造等资源，实现资源实时互动和按需配置，打造供应链协同、研发协同的新型生产组织模式。

    搭建移动互联的供应商服务平台，形成覆盖供应商生命周期的信息化与规范化管理；拓展采购物资询报价、竞价、采购需求传递、收货信息查询、挂账结算信息查询等业务，实现各单位与供应商采购计划与订单传递、交付、结算与库存信息的查询、供应商采购质量要素变动监控等业务合作过程的协同。

图36 新型轮拖ERP采购管控功能架构

    建设物流信息化平台，实现采购、营销系统与物流信息系统集成，提升全程透明可视化管理能力，增强面向供应链协同需求的物流响应能力，支撑物流和供应链服务。

    ④创新发展电子商务，打造智能服务平台

    利用电子商务创新营销模式，将移动商城、微信作为拓展业务范围的重要手段，实现产品展示、产品答疑、技术指导和订单下达等在线服务。 

    发挥移动互联网无缝衔接用户和市场的优势，利用社会化电子商务平台，建设东方红产品网上营销门户，逐步开展配件及主机的网络营销，借助电子商务与传统营销模式的结合，推动营销能力的提升。制定符合一拖实际情况的移动营销信息化方案，展开微推送、微活动、微提醒等方面的应用，实现智能产品、产品溯源、虚拟体验、社交营销等，形成线上线下微互动的营销方式。利用互联网进行产品和营销模式创新，深化应用CRM系统，紧密围绕客户需求和市场形式，增加管理细粒度，强化用户体验，了解用户需求，实现精准营销。

    推进备配件电子商务系统应用。实现主机产品的电子零件目录编制、上传，有效管理零备件等数据；服务商和服务站通过互联网实时查询备配件并下达订单，快速响应用户服务和备件采购需要。

图37 新型轮拖备配件电子商务系统架构

图38 新型轮拖备配件电子商务系统应用

    利用移动互联网、物联网、计算机电信集成（CTI）技术，建立农机行业领先的用户服务平台。实现与销售服务等业务系统的集成，提高数据质量，为服务和销售决策提供数据支持。深化应用基于移动互联网、物联网、GPS系统、传感器技术、总线技术等的产品远程跟踪、远程诊断、远程服务、远程培训、远程保修、专家支持，快速解决设备故障。

图39 新型轮拖综合指挥中心系统架构

    运用移动互联网技术，提升产品服务能力；梳理服务流程和服务品质，完善产品故障知识库；持续提升顾客满意度，强力监督服务报表验证，提高服务水平和能力，形成中国一拖在农机行业领先的服务模式和服务品牌。

3. 效益分析

    1）经济效益分析

    推进新型拖拉机多品种定制化的智能制造,满足农机产品对高质量、高可靠性的需求，尤其是解决研究解决新型拖拉机的智能制造关键共性技术问题，提升产品开发、智能化制造水平，推动新型轮拖产品研发和智能制造新模式应用，树立中国一拖在全国乃至国际农机制造业中的形象，巩固国内市场竞争优势和能力，提升进入国际市场的竞争力，为创造更好的经济效益提供制造基础。

    根据主要生产设备折旧年限和加速技术进步的原则。本项目财务评价确定计算期为12年，其中建设期为4年。第5年达到设计生产纲领。

    2）综合效益：

    减少用工100人，生产效率提高25%，运营成本降低25%，产品研制周期降低35%，产品不良品率降低25%，能源利用率提高15%。

    提升精细化管理水平：实时掌控库存情况，应用ERP提高采购计划的准确性，大幅减少采购缺件影响生产或存货积压现象，从源头上遏制缓动存货的形成，存货资金占用降低29%-50%，存货周转率提高7次，毛利率增加4%。通过ERP、MES、条码系统的有效集成，实现企业生产业务环节的有效衔接，实时追踪产品生产数据，计划准确率提升90%；通过条码技术与物联网技术应用，实现质量问题源头追溯。

    通过智能制造，实现系统集成和联动，降低材料磨损及库存，物力成本节约10-30%。通过数据实时反馈和资源管理直接和间接改善劳动效益，节约15-20%的人力成本。通过较好的利用设备，实现物料配送协调和生产能力改善，资金开支节约10-50%。通过完善的生产准备满足客户订单，加快响应速度和准确及时的状态信息反馈，客户服务改善25%

    3)社会效益分析

    通过建设新型轮拖智能制造工厂,优化企业间的资源配置，对农机行业及装备制造业将产生良好的示范效应。大幅度提升农机行业数字化、智能化制造水平，促进两化深度融合。支持农机行业与智能装备行业互相协同，优化企业间的资源配置。通过该项目实施与农机行业示范作用，可对核心智能制造装备制造水平提升、供给以及集成应用，提供农机行业智能制造解决方案，并产生智能制造解决方案的服务商，促进智能制造新模式应用与推广。形成一种全新的制造模式，能有效解决农机行业现有制造水平提升问题，指导农机行业发展方向，提升国内智能装备制造与服务能力，并辐射到其它相关行业,对振兴民族装备制造业具有强大的推进作用，其社会效益明显。体现为：

    ①提高农机装备制造水平，满足高端农机市场需求

    通过建设新型拖拉机智能化制造工厂，采用数字化、信息化、智能化等制造手段，使无级变速、动力换挡等高端新型拖拉机实现产业化智能制造，提高新型轮拖从产品研发、制造全过程的整体智能化技术水平。

    新型拖拉机智能化制造工厂以高精度、高质量、高可靠性的制造，来满足现代农机装备高质量、高性能、高水平的发展要求，满足7大系列拖拉机、800多种机型柔性化制造需求，满足市场对多品种、定制化新型轮式拖拉机的旺盛需求，提升农机企业自主创新能力，提升农机装备的制造水平，完善农机产品的产业链，提升高端农机产品的配套能力和和质量水平，实现向高端智能制造转型。通过产品的升级换代，促进我国农机装备制造水平的跨越式发展，在满足国内需求的基础上，扩大农业装备的国际市场份额。

    ②促进产业升级，带动核心智能制造装备行业的发展

    本项目实施，提出的对核心智能制造装备的要求，将带动核心智能制造装备向数字化、智能化发展，其装备运用国内领先的伺服电机及驱动、传感器、工业机器人、AGV 无轨自导航搬运机器人等智能测控部件 10余 个种类，可以有效带动核心智能制造装备行业的发展，促使核心智能制造装备行业整体技术水平的提高。

    ③建立新型拖拉机智能制造新模式应用示范平台，促进行业转型升级

    本项目建立的新型拖拉机智能化制造工厂，为今后农机行业技术改造指出数字化、智能化的方向。智能化工厂不但引领我国农机智能制造新模式应用，推动行业转型升级，实现高质量、高可靠性的智能化制造。还可最大限度地提高设备的有效利用率，对于节能降耗，建设“资源节约型、环境友好型”社会也具有极大促进意义和示范意义。

    项目建立的智能工厂可实现MES、PLM、ERP等信息化技术的高效协同与集成应用，推进数字化、智能化制造技术在农机行业的集成应用，为我国农机行业提供一个智能制造工厂的典型范例，具有广阔的产业应用前景。同时通过新型拖拉机智能化制造工厂的运行，可探索出适宜智能工厂的整套管理制度及运行平台，为中国农机装备制造业提供了一系列可复制推广的智能工厂运行经验。促进行业转型升级。

    ④开展全流程智能制造的集成创新，拉动相关行业的供给侧需求

    在低端农机装备需求乏力、成本上涨、市场饱和、外资农机巨头冲击等多种市场竞争挑战的行业大环境下，通过新型轮式拖拉机智能制造新模式应用，发挥智能制造对企业生产经营各环节的持续渗透与影响作用。利用互联网平台集聚消费终端市场需求的技术特性，可使企业获得创新驱动的动力。从供给角度看，就是产品创新，服务创新，技术创新，制度创新。通过创新引导需求,重构传统研发设计、供应商、加工制造、销售服务等业务流程和资源，可以实现资源实时互动和按需配置，打造研发协同、供应链协同、资源共享协同的新型生产组织模式，在制造商、设计者、销售者、消费者和服务者之间产生了全新的连接，提升企业生产效率和决策水平。