空调压缩机大规模定制生产智能制造新模式

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Innovation World Weekly | 63
一、实施背景
上海海立(集团)股份有限公司（简称“海立”）的产业领域涉及压缩机及核心部件、汽车零部件、冷暖关联产品，核心业务空调压缩机全球第三，年产能3000万台，产品销往165个国家和地区。

海立具备独立自主技术创新能力，建立了中国空调压缩机行业内唯一的“国家级企业技术中心”和“国家认可实验室”，成功闯出了一条“引进技术、消化吸收、联合开发、自主开发、自主创新”的发展路径。

公司产品涵盖了家用空调制冷领域，并跨越非家用空调领域，为热泵干衣机、热泵热水器、纯电汽车等绿色产品提供产品和服务支持。

近年来，根据客户差异化竞争和个性化产品需求，公司开发了8个产品系列1000多个机种。

一直以来，空调压缩机制造行业始终深受淡旺季差异、产能波动大的困扰。

如何攻克行业瓶颈，缩短产品的开发周期，打造更低成本、更高性
能、更大柔性的生产制造能力，实现大规模定制生产，成为海立智能工厂项目建设和数字化转型的主题。

二、主要目标
对海立现有的上海工厂、南昌工厂、绵阳工厂的A/D/L/TX/H/TH/TE 系列空调压缩机生产线导入工业机器人和信息技术，分工位逐段进行改造，同时建立采购、制造、销售信息化集成平台，实现供应链整体过程的数字化、可视化、实时信息采集、质量追溯和质量防错，提高压缩机生产线的自动化水平、信息化水平、智能化水平及系统集成和综合管控水平，提高生产效率、优化要素配置、提升制造质量稳定性、降低人工成本。

具体目标：
一是智能化生产布局，通过车间改造、生产线自动化改造，每万名工人拥有500台机器人，提高劳动生产率，针对能源高耗产线进行改造，采用节能装置，从而降低能源损耗。

二是智能生产信息系统建设和集
成，缩短客户订单大规模定制周期，缩短客户个性化产品研制周期。

配合工业机器人代替人工实现压缩机柔性化装配、实现离散型制造生产线的机器人连线工程，采用制造物联技术与信息技术，实施MES 系统、SCM 系统、CRM 系统、HCM 系统、ERP 系统等信息系统集成。

三是信息系统与生产检测设备数据集成，建立空调压缩机从客户需求到生产计划到采购计划到制造实施的智能管控系统，使生产过程可视化、数字化、智能化，提高制造过程信息化水平和系统集成能力，保证大批量生产过程质量稳定性，支持全球制造、敏捷制造、智能制造，引领家电行业新模式创新示范应用。

三、实施意义
用高新技术和先进工艺改造传统产业，加快工业机器人的推广应用和智能机器人柔性生产线的研发工作，对提升装备制造业重大装备和产业技术水平，增强企业的核心竞争力，具
空调压缩机大规模定制生产智能制造新模式
创造单位：上海海立（集团）股份有限公司主创人：李海滨　郑　敏
创造人：曹　进　沈海军　赵海冬　章　勇　孙跃军　沈　嘉
［摘　要］一直以来，空调压缩机制造行业发展深受淡旺季差异大、产能波动大的制约。

作为全球第三大空调压缩机生产制造企业，上海海立（集团）股份有限公司以数字化转型为契机，通过智能工厂建设，全面提高压缩机生产线的自动化、信息化、智能化及系统集成和综合管控水平，形成了空调压缩机大规模定制生产智能制造新模式，打造了更低成本、更高性能、更大柔性的生产制造能力，成功突破了行业发展瓶颈。

［关键词］空调压缩机制造；大规模定制生产；智能制造
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有十分重要的现实意义和战略意义。

工业机器人的深入应用，需要制造业信息化等相关配套。

项目的建设具有一定的挑战性，但也有极大示范效应。

通过信息化与工业化的深度融合，可以实现制造系统智能运行，对推动中国制造业转型升级具有重要战略意义。

通过实施设备、机器人、信息系统的联网和供应链的信息集成，提高智能制造能力，更快速、敏捷地对应客户需求，可以提高供应链效率，降低制造成本。

四、主要做法
（一）总体架构
空调压缩机大规模定制生产智能制造主要分为纵向四个层次和横向三个方面。

其中纵向四个层次主要包括设备层、工艺层、生产线层、工厂/车间层，横向主要从三个方面来与纵向四个层次依依相关联，三个方面包括智能制造的生产布局、智能制造新模式的应用和智能制造信息系统的高效协同与集成
（二）项目建设内容
空调压缩机大规模定制生产智能制造从纵向四个层次和横向三个方面展开新模式实施与应用，并最终实现面向客户订单的大规模定制新模式应用。

其中纵向四个层次主要包括设备层、工艺层、生产线层、工厂/车间层，横向主要从三个方面来与纵向四个层次依依相关联，三个方面包括智能制造的生产布局、智能制造新模式的应用和智能制造信息系统的高效协同与集成。

最终形成形成以装配线为核心，以PLM 为源头，产品数字化、装备智能化、物流自动化，供应链协同，增加产能爆发力，建设大规模定制智能制造。

具体研究见下：
1.面向客户订单的大规模定制新模式应用：实现产供销一体化的供应链协同，以客户需求为中心的个性化设计，制造与物流的数字化与智能化。

2.智能制造的生产布局，包括：智能设备和国产机器人、工艺流程布局、智能制造自动化生产线、车间总体设计。

3.智能制造新模式实施，调整现有的生产线布局增配工业机器人，实现柔性化压缩机生产模式，生产线包括装配线、电机线、机加工线等。

实施内容包括：设备层国产机器人应用、工艺层先进仿真技术应用、生产线层具备参数快速调整能力的控制系统应用、智能工厂/车间管理四个层级的智能制造内容。

4.智能制造信息系统高效协同与集成，配合生产线改造，梳理采购过程、生产过程、销售过程等价值链环节，完善整合现有计划、采购、生产、销售信息系统，提升生产线的信
息化综合管控水平。

包括：产品全生命周期管理系统（PLM ）建设、运营全过程信息化集成协同、基于通信网络及移动应用的数字化车间信息系统协同。

（三）以客户为中心的大规模定制新模式
压缩机是完全市场竞争行业，对产品设计制造与生产提出了以市场和客户为中心，满足多品种、高质量、大批量、高精度、高效率、低成本、跨地域以及低库存的要求。

海立作为世界最大的压缩机制造商之一，拥有行业中最多的客户群，根据客户差异化竞争和个性化产品需求，结合行业产品的制造特点和质量要求，确定JIT(Just In Time)生产体系。

根据空调
终端市场变化，按天响应客户需求，
图1　空调压缩机大规模定制生产新模式总体框架
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调整产供销计划。

本项目所提出的面向客户订单的大规模定制型模式，完成了以装配线为核心，以PLM 为源头，产品数字化、装备智能化、物流自动化，供应链协同，增加产能爆发力的大规模定制智能制造新模式。

1.供应链协同
实现产供销一体化的供应链，从接收并确认客户需求，经订单管理部、生产计划部、采购部，到从供应商采购，形成内外供应链协同。

供应链质量协同：采用原材料条码管理、原材料提前报检、自动获取供方质量信息。

供应商提前检验，入场免检，快速交付；统一质量管理标准，与供方达成质量协同，建立全面追溯链条，减少不良产品流出损失。

供应商生产支持产品条码、追溯信息、质保书、SSQC 检验、生产批次等质量信息；在供应商发货环节，进行PIQC 检验，检查条码质量状态，并提供送货单；在接收入库环节，接收
并管理送货单、IQC 检验、CPK 趋势、SSQC 检验并复查条码质量状态；在过程使用环节，再次审核条码质量状态和生产订单。

供应链产能协同：启用供应商产线排程、供方系统连通信息共享、供方排产完工数据可视，建成生产进度实时跟踪、供应商产能管控、高效的需求管理、优化计划排产模型。

供应链物流协同：新增JIT 送货模式、按产线计算JIT 拉动需求、4H 为一个JIT 拉动周期。

建立展望期时长、供应链库容、物料库容、拉动周期、库存支撑时间、安全库存周期的精确管理。

供应链结算协同：推行投料结算模式、降低库存占用成本、减少库存积压风险。

2.个性化设计
以客户个性化需求为导向，以客户为中心，实现设计、工艺、制造一体化。

实施客户定制化需求、设计参
数化、设计3D 化、工艺结构化、产品数字化、过程可视化的从需求端到制造端的交付流程。

实现数据一体化，利用设计BOM 驱动制造BOM ，利用设计参数化完成工艺、产品需求；通过信息系统集成实现物料、BOM 、工艺路线的集成和工艺路线、工艺资
源、产品质量控制要求、作业指导和图纸的集成。

3.数字化制造
实现包括生产准备、生产作业、生产结束的制造整体业务流程的数字化，实现过程无纸化、生产标准化、数据报表化、生产智能化、质量自省化。

物流设备、生产设备自动化；物流设备、生产设备、机器人的高度集成；数字化的产品设计和工艺设计，以及单件流的产品数据采集，形成产品数字化；从计划到车间执行，以及生产管理全过程的无纸化；减少员工不必要的思考和体力，降低管理复杂度；3N 、4M 、5S 管理、精益七个零的系统性固化，实现人、机、料、法、
环相互配合。

（1）生产准备：包括生产派工、生产叫料、产前检验、作业指导、人员上岗，实现合格的人用合格的设备、准确的方法生产放心的产品。

（2）生产作业：包括生产投料、余料退回、完工下线、数据采集、单件标识、生产报废、不良下线、质量追溯、异常安灯、自动控制、过程监控，利用自动化集成系统，实现生产防呆防错、高效生产能力、节省人力成本。

（3）生产结束：包括生产看板、人员绩效、班组交接、质量文档，实时看板监控，建立全过程质量追溯体系。

4.自动化物流
原材料入库、配送发料和半成品的物流搬运均通过AGV 集成的方式实现了自动化物流。

（1）无纸化需求传递：实现现实
与物理映射的准确化，人为影响小，
图2　智能物流
图3　物流AGV 系统
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传递质量有保障；高效化，全流程高效运转，保证准时交付；数字化，无需纸张，减少人工和材料成本；简单化，避免单据遗失损坏，提高安全性。

（2）自动挑拣库配送：自动化高效配送，实现自动搬运入库、自动寻找空位、自动绑定库位，通过自动挑库、AGV 、提升机的协作实现智能生产物流。

（3）配送状态可视化：通过站点、站台和电子看板的系统，利用WMS 信息管理和物流指令管理，结合精准的WKC ，达到配送状态可视化，实现物流防呆防滞。

（四）智能制造新模式应用根据效率、质量、成本以及快速适应多产品切换等要求，开展空调压缩机智能制造生产线运行、控制和管理一体化技术研究，设计与实现具备快速参数调整能力的控制系统，研发基于数据接口的系统集成技术、制造执行系统、智能化排程方法与质量管理方法
海立大量使用搬运机器人和焊接机器人，每万名工人拥有500台机器人。

海立根据使用的工况，选择最合适的机器人形式，采用直角坐标机器
人，四轴机器人等方式，避免在应用中过度采用六轴机器人，提高投资效率；并在装配岗位上采用视觉机器人，提升装配线自动化率。

同时采用智能化产线减少产线人工成本，降低产线不良率。

（1）总装产线，自动壳盖安装系统和视觉检测系统
（2）机加工磨削产线，采用直角机器人和自动滑轨系统
（3）视觉化自动装箱，采用工业机器人和视觉系统
（4）焊接自动化，采用搬运机器人和自动焊接设备
（五）工艺层-先进的仿真技术应用
1.采用机器人仿真技术
随着工业机器人在海立生产现场的应用项目不断增多，应用的领域不断扩展，如何根据每个项目的不同需要，加快机器人项目的开发进度，提高开发效率，改善机器人的各项性能，成为项目实施中亟需解决的问题。

引入工业机器人仿真软件，通过3D 建模，对现有的需要自动化的设备、机器人相关布局位置等进行仿真及动画模拟。

通过接口与其他软件相
兼容，把设备的信息通过文件转变后，导入到仿真文件中，用来动画模拟，机器人离线编程与动态仿真。

通过电脑软件模拟，确认设备和机器人节拍，了解当前设备有无冗余，从而合理安排设备数量。

通过对设备尺寸测量后，电脑软件模拟实现几台机器人连线，对自动化项目可行性确认。

对机器人手爪抓取方式仿真，对机器人重合区域的可行性确认。

通过仿真软件，项目立项前实施预期效果评价,项目实施中对问题进行纠正,项目完成时指导验收标准。

2.物流仿真
采用手工计算、凭经验计算和使用二维布局等方法已经不能适应复杂的自动化工厂规划需要。

数字化工厂仿真技术，作为一种在工厂规划和工厂改善中使用的先进工具，能够有效提高规划人员对工厂设计和工厂改善的掌控能力。

通过工厂仿真，影响工厂运作的人力、设备、故障、生产订单、物料存储、物料配送、供线方式、安全库存等各种重要因素都可以在仿真过程中得到分析和验证，从而有效保证规划的效率和效果，提升效率、成本节约。

特点：①生产流程分析和瓶颈问题优化，通过仿真发现规划问题和提供改善对策；②资源投入和利用率分析，分析指标包括设备投入产出及设备利用率分析、确定最优的缓冲区大小、班组人力负荷和人员需求分析等；③工厂运行参数与优化分析，分析指标包括最优混产比例分析、生产Lead Time 分析、故障对生产系统的影响分析等。

3. 3D 建模
海立已经实现了从技术引进、消化吸收、联合开发到自主研发的过渡。

以前的研发机制基本上以二维图纸为标准进行技术信息的流转。

随着客户对产品差异化设计开发需求的不断增加，产品品种、类型的日益增多，在
研发以及后续的工程设计上继续沿用
图4　生产线自动化改造仿真
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确性和可能性，降低投入风险，提高实物的匹配度。

（六）生产层-成产过程采集与分析系统
导入制造物联技术与移动互联技术，在制造现场设立工控机、 PDA 等智能终端，配合视觉技术、二维码技术，采集人工、物料、产品质量等生产数据。

通过现场总线、设备控制系
统等将生产设备、检测设备、工业机器人联网，采集设备加工参数、加工及检测数据。

通过系统之间的互通与整合，根据需求将采集数据传递到不同的系统中进行整合、管理、分析，实现实时监控。

采用以太网技术并制订相关通讯协议，为智能装配生产线上的信息集成提供支撑平台，并通过相关软件的研发，实现智能装配线生产、质量、管理、状态监控等信息的集成、发布和运用。

（七）工厂/车间层-智能工厂/车间管理应用
1.离散型可视化监控中心为保障各信息系统稳定、高效运行，并深入挖掘业务数据中的管理价值，建立智能监控信息平台，同各系统对接，采集业务数据，通过对数据进行提取、汇总、整理、匹配形成企业智能制造数据仓库，以此为基础，制作日常数据统计、分析报表，展现在信息监控平台上，供日常管理使用，以减少人工数据分析工作量，提高人员效率。

建立交互式的仪表盘和信息看板，管理人员可自助对业务数据进行多维度、多条件地分析研究。

建立预警机制，根据经验指定预警阀值，监控平台自动识别业务过程中的异常情况，及时通知业务人员进行应对处理。

将监控信息向移动终端推广，便于管理人员随时掌握业务运行情况。

整合各系统相关数据，提供更完整、全面的视角分析整个业务链条，
协助发掘业务数据的价值。

图
5 物流仿真
图6　3D 建模
传统的2维设计图很难进一步提升新产品开发和投向市场的速度和质量。

为适用快速研发的要求，实现设计要素的驱动，做到快速面向工艺的设计，进一步提高新产品开发能力和市场竞争能力，需要引入新的机制和技术。

三维CAD 系统具有可视化程度高、形象直观、设计效率高，以及能为企业数字化的各类应用环节提供完整的设计、工艺和制造信息等优势。

三维CAD/CAE 的数字化设计环境，可实现产品的三维建模、运动仿真、有限元分析，以保证产品从设计、工程分析、工艺分析、产品制造过程中的数据一致性，并通过产品信息的数字化、结构化，总结参数化设计模板，加快系列化设计速度，从而真正实现产品的数字化设计和制造，大幅度提高产品的设计效率和质量以及工程变更效率。

导入三维设计体系，采用3D CAD 设计工具、制造标注数据是关键技术。

通过该技术，有效管理产品
和制造信息（PMI ）的数据和管理流程：零部件设计，充分考虑关键零部件的尺寸驱动；整机设计，充分考虑零部件的尺寸关联；产品的系列化设计，充分考虑产品配置原理，实现定制设计和小变更设计。

4. 3D 辅助设计、工艺设计公司购入3D 打印机，在新产品设计、工艺技术等方面发挥着辅助、促进、验证、预实现等作用。

其优点：在新产品设计方面，第一时间将设计好的图纸通过3D 打印成实物，能更直观的测试、体验；不同的部件打印后能第一时间进行组装、测试；更好地进行设计改良，加快设计试做周期，降低试制成本；同时专用设备的设计、制造。

对于机构、装置的适用性、功能性、实际效果方面予以预先确认。

从3D 设计确认，到部分关键部位的实体确认，从而缩短设计开发周期，降低投入风险，为新技术的应用提供有效支持；最后在工艺技术方面，通过打印出的实物，测试加工工艺的正
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海立集团离散化可视监控中心不仅通过大屏幕对车间的重要产线进行监控，同时可以对上海两个厂区以及南昌厂区目前各工位的生产情况进行实时监控。

2.产供销全程智能跟踪一体化结合海立集团大批量多品种机械加工零部件、钣金、铁芯冲压零件以及电机和压缩机装配的工艺特点，自行研发了基于约束的计划系统。

通过计划系统，可以制定包括销售计划、生产计划、采购计划等在内的计划任务。

销售计划：根据实际销售订单及销售预测，完成跨制造基地的订单分配，明确各制造基地的销售客户、数量、时间。

生产计划：HCM 系统中按订单计划模式要求从装配到零件的离散制造要有订单树进行跟踪，同时每个订单要被安置在确切的生产线上，并符合生产线能力约束，对应到生产线日历又要符合生产线时间约束，并且，订单树、订单之间有简单直观的界面和便利的操作性，采用了甘特图模式。

DO 来源于客户订单，对客户订单进行评审后导入系统作为生产需求来源。

MO 是制造订单，排产的主要对象，MO 由DO 拆分自动产生，建立MO 的需求逻辑。

生产计划的发布就是一条生产线上MO 投放到实际生产的过程，并且只有下达的MO ，现场才能制造，在MES 中得到体现，这种模式使得计划对于实际制造过程进行了有效的控制。

采购计划：SCM 系统中计划平台和备料平台负责采购计划相关的计算与下达，与HCM 集成获取相关需求，作为需求来源，由于HCM 基于约束排产的优势，需求可以明确到时分秒，同时MES 中包含了物料的所有出入库业务，所以库存数据能方便、准确的获取，再加上采购分配比例、供应商到货提前期、到货处理周期、经济批量等约束信息，就能自动计算出应
供货的时间和数量：送货通知，采购计划通过PSI 监控，可以方便获取每个物料过量与不足的信息。

数字化工厂看板是计划员在现场的触角，实时反馈进货、发货、仓库、制造现场的信息，达到异地监控、实时监控的目的。

（八）智能制造信息系统的高效协同与集成
本项目信息化应用系统方面，通过建设产供销计划一体化系统、建设HQE 质量系统、升级优化PLM 系统实现参数化设计，MES 系统、SCM 系统、HCM 系统、ERP 系统等信息系统进行集成，采购、生产、销售过程产生的数据均集成到ERP 系统，实现运营全过程信息集成和财务的集中管控，通过光缆链接实现全球化布局下四地五厂的同步联动。

数字化工厂信息构架，包含从客户需求预测到计划平衡、厂内仓储及
物流管理、生产制造执行、采购执行、销售执行等在内的供应链一体化解决方案，实现客户、工厂内部、供应商的并行工程。

主要通过HCM 系统、MES 系统、SCM 系统等系统集成优化及与生产设备集成联动，采集过程数据并汇总到同一数据平台进行控制、决策，实现生产过程与信息系统、生产线控制系统之间的无缝衔接。

以产供销一体化计划为核心，对产品实现全过程进行端到端一体化管理，实现空调压缩机从客户需求到销售订单、采购计划、制造计划、制造执行、采购执行、销售执行的实时联动管控，提高客户订单的响应速度、精细化管控能力和供应链协作能力。

项目实施，既包括生产线的自动化改造建设，也包括基于该生产线的信息系统升级与集成。

统筹安排销售订单、销售预测以及由此产生的物料需求，与库存、车间任务相平衡，使生产任务能在系统中及时产生。

利用计算机强大的运算能力，根据产品结构、生产线能力，分析客户需求量与时间要求，运行最佳生产计划、辅以人工调整，适应频繁的客户需求变化，提高客户交货准确率和库存周转率。

采购生产制造销售全过程跟踪和管理系统(MES)。

通过条码、与设备集成等采集数据，实时跟踪与反馈制
造过程信息，提升对制造过程的掌控、调度能力，实现敏捷制造；整合采购、制造、销售全过程物料信息，形成完整的产品追溯链，提升产品质量追溯能力；关键质量控制点的质量检测数据与MES 系统实时集成，通过前后关联与验证功能，提高生产过程的防错能力。

供应商管理门户（SCM ），管理供应链物流、资金流和信息流。

订单、库存、质量信息共享，提高供应链响应的准确性和及时性。

质量管理系统（HQE ），围绕产品实物形态有原材料及外协件的IQC 控制，生产过程的PQC 控制以及产
成品的IQC 控制子系统。

通过集成计划、采购、生产、发货等过程中的产品检测数据和信息的处理、分析、优化、整合、存储、发布，实现了产品质量的实时过程控制和质量信息的透明化。

工厂网络化配置，所有使用信息系统区域实现有线和无线网络全覆盖，采用高可用性的网络结构，配置冗余设备、链路保障网络可靠性。

建立了可视化管理，提高传递效率。

集成监控信息，综合应用电子化看板、移动终端等，查询、监控跨地
域的生产、工时、质量、物料等信息。

1.基于通信网络及移动应用数字化车间信息系统协同
工厂内部有线和无线网络全覆盖，采用高可用性的网络结构，配置冗余设备、链路。

集成监控信息，综合应用电子化看板、移动智能终端等，实现在PC 、手机、平板电视等查询、监控。

2.产品全生命周期管理系统（PLM ）建设
建立自主创新体系、支持产品开发和市场推广，实施以SIEMES/UGS 的产品全生命周期管理系统PLM 系统为核心的研发流程管理，建立完整的从客户需求引出的概念设计、产品
研发、工艺开发、客户认可到批量投放市场的企业级协同设计流程，采用3D CAD 设计工具，实现三维建模、运动仿真等数字化设计，提高研发效率。

3.生产过程信息化
结合工艺流程和设备数据采集，将生产过程中重要的工艺数据和设备数据实时上传至scada 系统并接入MES 系统。

实时掌握生产动态，对瓶颈工序，原材料供应，设备故障等各种问题实时掌握。

并在后期可以对各项收集的数据进行分析，预测设备状况和各种问题发生点并予以解决。

4.质量信息集成与追溯
通过MES 和SPC 系统对质量相关信息进行有效管理。