兩化融合管理體系貫標成果展特輯004：產品全生命周期一體化管控能力助力中鋼邢機四個戰略轉變
時間：2021-09-27
摘要：中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司（以下簡稱“中鋼邢機”）始建于1958年，是中國政府投資創建的國內第一家專業生產冶金軋輥和冶金成臺（套）設備的冶金機械及備件制造企業，軋輥產品國內市場綜合占有率50%，全球市場占有率達20%以上，是目前世界上引領行業發展、產銷規模最大、市場占有率最高、綜合實力最強的冶金軋輥專業研發制造企業。為滿足鋼鐵工業新的技術進步和轉型發展需求，促進國家基礎產業的健康發展，將中鋼邢機打造為鋼鐵工業提供系統化產品解決方案的服務商，中鋼邢機通過全面開展工序作業自動化自主改造、業務管理在線化的兩化融合創新實踐，打造了貫穿軋輥全生命周期的綜合集成系統，實現對軋輥生產過程工序作業操作質量、工藝執行、單件產品單工序成本、生產準時化、設備遠程運維等精細化管控，中鋼邢機精益化管理水平顯著提升，生產準時化保持在10分鐘以內，研發周期縮短20%，產品綜合成本降低3%，產品一級品99.37%，打造了企業獨具特色的核心競爭力。
圖1 中鋼邢機兩化融合管理體系貫標實踐
一、企業推進數字化轉型的需求分析
軋輥制造覆蓋完整的鑄造、鍛造、熱處理、機械加工，屬于典型的多品種、小批量、多批次、定制化的生產模式，軋輥品種規格繁多、制造工藝復雜、生產流程長，生產過程自動化流水線作業實現難度大，行業企業普通存在生產加工設備老舊、物聯網覆蓋程度低、底層數據缺乏有效的采集和集成、生產過程多數采取人工判讀和人工操作的方式，整體自動化、信息化水平不高等問題，在生產資源調度、過程標準化控制、質量成本精確管控、精益化生產等方面還存在很大的提升空間。
國內軋輥行業雖然經過上一輪的大規模投資建設熱潮，產能已基本能滿足國內軋鋼業需求并出口海外，但在產品結構、資源配置效率、生產技術水平等方面參差不齊，行業整體發展水平很不均衡，且由于整體產能過剩，惡性競爭日益蔓延，行業盛行的低成本競爭不僅拉低了行業整體制造水平，還使高端產品的推廣和應用速度受到影響，最終使產品用戶——鋼鐵企業的技術進步和發展也受到不良沖擊。
中鋼邢機作為為鋼鐵企業提供重要大宗消耗類備件——軋輥產品的研發和制造商，經過五十多年的創新發展，目前已成為國內軋輥行業的技術領先者和綜合競爭實力最強的行業龍頭企業，能夠為鋼鐵行業軋制新技術的推廣應用及產品結構調整提供創新型成果和技術支持。企業清晰地認識到，軋輥行業已從“規模擴張”轉變為“高質量發展”，傳統生產過程中非精確性操作模式和粗放式管理方式已不適應市場對產品交貨期、產品質量、產品使用成本、軋輥使用技術等方面的更高要求，需要依靠創新驅動助推企業高質量發展，依靠數字化、智能化手段，實現以數據驅動為核心的管理決策，支撐企業生產模式和管理方式的精益化、科學化和智能化變革。另外，傳統的單項業務應用系統各自為戰、單一業務系統缺乏有效的流程和數據整合的情況也已經無法滿足互聯網時代的發展需求，企業迫切需要基于信息化技術構建一套全新的價值創造平臺，使得企業的發展能夠擺脫低端競爭、減少資源浪費，打造為鋼鐵工業提供系統化產品解決方案和服務商，并引領國內軋輥行業實現健康發展。
二、新型能力識別和打造的方法和路徑
（一）新型能力識別的方法和路徑
質量、效率、效益的提升，成本的降低是制造企業恒久的主題，中鋼邢機緊握時代脈搏，以支撐企業生產模式和管理方式的精益化、科學化和智能化變革為目標，提出了四個轉變的戰略思想：
——由追求產量擴張向注重品種、質量、效益提高轉變；
——.企業經營方式由產品生產商向產品運營服務商轉變；
——產品研發與生產由注重產品本身向更加注重材料基礎研究、制造工藝基礎研究以及使用技術研究和產品適用性研究轉變；
——產品的生產過程由傳統方式向更加依靠數字化、智能化手段和信息化管理方式轉變。
通過SWOT（態勢分析法）及波特五力分析法，就企業戰略優勢、劣勢、機會、威脅、客戶及供應商、替代產品、競爭對手等分析，企業當前需要獲取差異化可持續競爭優勢應重點考慮生產成本、精益化生產、新產品研發、人力成本等方面。根據企業的四個轉變戰略，將國家法律法規、政策、企業現狀、客戶需求、市場態勢、競爭對手實力、技術發展新趨勢等作為輸入，識別出與企業戰略相匹配的可持續競爭優勢為：保持并提升企業在全球市場開發、核心技術研發、精益化生產管控、降本增效能力方面的可持續競爭優勢。
基于可持續競爭優勢的需求和依靠數字化、智能化手段實現以數據驅動為核心的管理決策，企業提出了建立產品全生命周期一體化管控系統，采用大數據分析、數據驅動等技術實現精益化管理和智能化決策的發展需求，將先進制造技術、新一代信息技術與公司管理要求相融合，打造中鋼邢機獨有的“基于產品全生命周期的一體化管控”新型能力，推動企業向“制造+服務”的模式轉型升級。
產品全生命周期一體化管控能力旨在構建軋輥全生命周期一體化管控系統，以實時生產數據自動采集為基礎，以生產、業務數據充分融合為路徑，實現產品設計與研發、生產制造、產供銷協同的一體化集成應用，發展面向用戶需求的產品監測追溯、遠程診斷、在線服務新模式，實現產品全生命周期信息的互聯互通、上下游企業信息共享與協同，進而提升企業產品創新能力、工藝技術、產品質量和服務水平，打造企業獨具特色的核心競爭力。通過新型能力的建設主要實現以下量化指標:
表1 新型能力建設量化指標表
量化指標 | 目標值 | 單位 |
新品研發 | 5-10 | 項/年 |
綜合廢品損失率 | 1以下 | % |
生產準時化率 | 95 | % |
設備OEE綜合效率 | 85 | % |
產品交貨期縮短 | 15 | % |
產品使用問題處置速度提高 | 35 | % |
差旅費減少 | 10 | % |
——基于用戶現場使用數據，加快新產品研發，提升創新能力，工藝改進增加5-10項/年。
——通過對生產過程的數據采集與精準控制，達到主要工序質量與成本的100%受控，綜合廢品損失率降至1%以下。
——通過自動排產系統建設，生產準時化率提升至95%，設備OEE綜合效率提升至85%，產品交貨期平均縮短15%。
——軋輥產品使用問題處置速度提高35%以上，差旅費減少10%。
（二）新型能力打造過程的方法和路徑
1. 實施方案策劃
中鋼邢機采用“整體設計、分步實施”的兩化融合建設思路，以打造新型能力為目標，搶占行業的制高點，率先提出通過建立產品全生命周期一體化綜合管理系統的方式，實現企業的精益化管控和生產服務型轉型升級。具體策劃如下：
（1）升級原有的單機系統數據庫環境，構建企業數據存儲中心。通過數據接口實現實時數據和關系型數據的交互集成，為打通業務間業務流程融合奠定基礎。
（2）推動公司應用系統的業務和數據集成，打通訂單接收、物資采購、生產計劃、生產執行情況、用戶使用現場的數據及業務流程，實現各業務對公司的經營管理要求的即時響應和統一協調。
（3）通過軋輥全生命周期的一體化管控，打造以數據驅動為基礎的管理模式，實現數字化產品研發及工藝設計，全工序自動計劃排程，生產過程關鍵工序工藝、質量、成本的100%受控。
2. 業務流程優化
（1）產品設計方面，引入模擬仿真軟件和構建工藝知識庫，通過虛擬仿真模型驗證研發工藝參數代替原有靠實物生產新產品進行驗證的方式，極大地提升效率和降低成本。
（2）生產計劃資源調度方面，搭建適合軋輥生產過程的自動排產系統，實現效率、產能、成本多維度的自動排程及滾動優化，計劃排程的效率、科學性大幅提升。
（3）生產過程質量管控方面，構建生產過程三級預報警系統，通過生產過程數據與標準值的實時對標即時發現生產異常，并根據系統判定的問題級別觸發班組、車間、公司三級報警和處置流程，改變原來僅由車間或分廠技術科進行管理的模式，形成問題分級別報警、處置、驗證、優化的動態管理。
（4）成本管控方面，改變軋輥行業幾十年來以品種、重量進行成本分攤的核算模式，革命性的創建了以單件產品、單個工序為核算對象的單件成本核算管理系統。通過系統實現每支產品、每個工序的成本數據歸集，并采取產前預算、產中控制和產后分析的三層管控體系，細化成本管控，促進了公司成本會計由核算型向管理型轉變。
（5）在產品售后服務方面，構建面向客戶現場的遠程運維云服務平臺，生產現場技術人員和外部專家可隨時隨地通過移動終端，接收用戶現場服務人員發起的視頻會議、技術文檔、產品檢測圖像視頻等，提供遠程技術服務，提高了現場的服務效率和水平。
3. 組織結構變革
中鋼邢機建立兩化融合領導組、管理組和實施組三級管理組織，實行逐級“一把手”負責制，確保兩化融合在企業戰略層面得到安排和部署，在業務層面得到落實和保障，保證兩化融合目標的有效落地。
中鋼邢機在二級生產單位成立由制造工藝、信息化、設備自動化三方面技術人員構成的，以數據挖掘和兩化融合的應用推進及系統的管理維護為主要職責的數據管理科，強化對生產車間兩化融合具體實施過程的監督、考評和過程的管控。
4. 技術實現
（1）通過對設備的自主升級改造，構建具有軋輥生產特點的企業物聯網
中鋼邢機通過自主設備工控系統改造、增加傳感器、引入先進的視覺識別技術等，實現產品生產全過程數據采集：通過工控系統PLC自主開發，實現冷、熱加工設備運行參數的實時采集和動態監控；通過RFID、條形碼、二維碼等掃碼方式，追蹤軋輥在生產過程中工序執行和物流情況，記錄設備點巡檢數據；通過實現對生產現場產成品、在制品、原料、工具等的位置信息采集。
（2）構建基于企業私有云的統一數據中臺
中鋼邢機為解決現場系統異構、數據庫異構且分散、數據格式多樣等問題，建立了企業私有云計算、云存儲數據中臺，部署PI實時數據庫、ORACLE關系型數據庫，滿足海量實時生產數據和業務運行管理數據的統一處理、統一存儲。數據中臺采用面向服務的技術架構，通過Web服務、API接口等松耦合方式，將異構系統、平臺、數據進行整合，實現各種應用系統跨數據庫、跨系統平臺的無縫接入和集成，支撐個性化業務應用的高效開發、集成、部署與管理。
5. 數據開發利用
中鋼邢機構建軋輥產品全生命周期一體化集成管理系統，形成不同數據維度的全生命周期數據驅動管理模型，通過不同業務系統整合，實現數據共享、數據驅動、業務協同。
（1）數字化產品研發及工藝設計系統
中鋼邢機大力推動數字化產品研發，引進國際一流熱模擬機和仿真模擬軟件，包括ANSYS、DEFORM、PROCAST等熔煉澆注、鍛造過程和熱處理過程模擬仿真軟件及Gleeble金屬受熱及變形過程模擬試驗機，可以模擬不同材料配比、不同工藝參數在軋輥鑄造、熱處理、鍛造等工序中，材料組織性能的變化情況，高效率、低成本的驗證并優化產品制造工藝參數，縮短產品研發周期，降低研發成本。
建立數字工藝設計體系，基于每支軋輥的生產過程數據、設備運行參數、質量性能檢測數據、鋼廠用戶的使用反饋等產品全生命周期數據，構建軋輥工藝核心知識庫，計算出成本、質量、生產效率的最佳平衡點，為不同客戶需求智能化提供最優的產品工藝設計依據，提升產品市場競爭力。
（2）生產過程精益化管理
①生產工序智能化自動控制
中鋼邢機實施數字驅動戰略，大力推動生產工序和加工設備的“一鍵式操作、無人化工序、集成式作業”，對造型、冶煉、澆注、熱處理、鍛造、機械加工等全過程生產工序，進行設備自動化、智能化升級改造，集成工藝、物料、設備運行等數據，構建了各生產工序的智能化自動控制模型。
通過造型工具智能噴涂、冶煉工序自動配料、爐群智能化控制、智能化鍛造、機械加工智能生產等工序及生產單元的自動化、智能化升級實現了軋輥生產過程的一鍵式自動執行、無人化參與生產模式的大力推進，大幅度提升了操作過程的精準性和標準化。
②軋輥生產計劃自動排程
中鋼邢機為了更好的優化生產節拍、協調生產資源、提高設備利用率、降低資源庫存占用，自主設計和打造軋輥行業中首個APS高級排產系統，綜合訂單、工裝、設備、工藝、產品、生產流程等約束條件，搭建面向冶煉、鍛造、熱處理、機械加工全過程生產工序的協同排產算法，實現設備利用率最大、交貨期最短、成本最優、重點產品優先等不同排產模型，通過接收生產作業反饋信息實現滾動排產和動態調整。同時以生產計劃為核心，自動產生物料采購計劃、工具準備計劃等輔助性計劃，實現計劃調度的統一性、一致性。
③冶煉過程動態監控和預警
中鋼邢機對熔煉設備進行自主改造，建立邏輯判斷數字模型，通過冶煉設備運行參數、工藝執行數據、各類傳感器等數據的實時采集、監控和對比分析，自動判斷熔煉過程的用時、用能及質量情況，針對生產異常自動報警，管理者可即時、準確地掌握每一熔煉爐次的完整生產數據，找出熔煉操作工步中的不合理、不規范、不標準的環節，針對性制定熔煉操作步驟和工藝優化改進方案，熔煉用時大幅度縮短，生產效率得到極大提升。
④熱加工能源監控與智能調度
中鋼邢機建立了集能源管理、能源調度為一體的能源管控中心，覆蓋了企業冶煉、鍛造、熱處理三大工序300余臺重點耗能設備，生產、工藝、技術、能耗2萬余個數據的實時監控，實現了風、氧、電、氣等能源從生產、儲存到使用的全過程監控與優化平衡調度，建立能源調度的可視化管理和精益化控制，為企業穩定生產、節能減排提供依據。
（3）單件軋輥成本核算管理系統
中鋼邢機充分應用信息技術，將生產過程中每一道工序的能源、物料消耗等數據的進行實時采集，自主設計構建了單件產品成本核算管理系統，實現了核算對象由一直沿用的“產品類別”到“每件產品、每一生產工序”的軋輥成本管理的革命性轉變。系統通過成本預測、成本控制和分析改進實現了成本閉環管理，為成本的精細化管控提供了有力的支撐，推動成本會計由核算型向管理型的轉變。
（4）軋輥產品移動遠程云服務平臺
為了給用戶提供更周到、更全面、更及時的服務，中鋼邢機構建了基于用戶使用現場的移動遠程云服務系統，通過不受時空限制的移動遠程視訊方式，搭起了生產廠家與用戶現場技術支持與服務實時互動的橋梁，實現了異地技術專家對鋼企使用現場的使用技術指導、產品超聲波檢測及金相檢測、遠程視頻技術交流、遠程緊急技術征詢與調查等，有效提升了技術服務的效率和水平。
三、實施效果和主要作用
在軋輥行業整體處于錯綜復雜的市場形勢下，中鋼邢機通過兩化深度融合，打造并保持了企業新型能力的有效發展，有力支撐了中鋼邢機“四個轉變”發展戰略的落地。產品全生命周期一體化管控能力進一步促進企業綠色、可持續生產，中鋼邢機已發展為一家資源集約型和環境友好型的綠色制造企業，經濟效益和社會效益得到進一步提升，為本地區和行業企業提供了有益的參考和示范作用，彰顯了中央企業的良好風范。
（一）實施成效
1. 研發創新能力大幅提升
依托計算機輔助研發技術和工藝設計系統，構建了軋輥工藝核心知識庫，形成研發、生產、改進的閉環模式，新技術、新工藝、新方法的研發與應用全面提升了企業自主創新能力，保持了軋輥首研首發的領先地位。2017年以來，公司工藝改進223項，新獲授權專利167項，新產品研發20項，研發周期平均縮短20%。
2. 生產精益化水平和降本增效能力逐年提升
通過生產過程三級監控預報警系統和單件產品成本核算管理系統的實施，改變了原本主要依靠人工的粗放式生產管理模式，實現生產過程操作、工藝、質量、成本等全面受控，企業精益化水平和降本增效能力逐年提升，生產制造過程主要工序質量、成本100%受控，噸產品綜合成本降低3%。在軋輥行業普遍不景氣甚至虧損的狀態下，中鋼邢機實現了連續18年的盈利。
3. 產品質量穩定受控
廣泛應用物聯網、工業數據分析、自動化控制等技術，自主對重點工序和關鍵設備進行數字化改造，推進實施“一鍵式操作、無人化工序、集成式作業”項目，國內率先實現了程序自動控制的自由鍛，進一步提高了鍛件的精度和效率。設備自動化程度的提升進一步提高了生產作業的標準化和一致性，進而提升產品質量的穩定性，企業綜合廢品損失率降至1%以下，在全球同行業中處于領先水平。
4. 生產效率進一步提升
在軋輥行業建立首家APS自動排程系統，實現冷、熱加工工序的全流程排程，在滿足合同和交貨期的前提下，綜合考慮設備利用率、成本和產量最大化等要求，建立動態排程模型，代替原有的人工排產，將產品生產按小時、分鐘具體排到工序、設備、人員上，實現設備利用率最優、生產成本最低、產量最大的最優化排程，從而提高排程的效率、減少生產等待時間、提高設備利用率，生產準時化率提升至96%，設備OEE綜合效率提升至87%，產品交貨期平均縮短20%。
5.“互聯網+”服務新模式促進企業轉型升級
應用“互聯網+”模式建立的軋輥可視化遠程運維云服務平臺，實現生產現場與產品使用現場的有效對接，實現了用戶服務需求的及時響應、快速分析和迅速處理。兩個現場的數據共享，使得軋輥使用現場問題處置速度提高40%以上，差旅費用支出減少超過15%，功能計價模式的承包軋線在4年內增加20余條，產品技術服務收入占比逐年上升。
表2 新型能力建設實施成效表
序號 | 目標值 | 完成值 |
1 | 工藝改進增加5-10項/年。 | 2017年以來，公司工藝改進223項，新獲授權專利167項，新產品研發20項，研發周期平均縮短20%。 |
2 | 主要工序質量與成本的100%受控，綜合廢品損失率降至1%以下。 | 生產制造過程主要工序質量、成本100%受控，噸產品綜合成本降低3%。 |
3 | 生產準時化率提升至95%。 | 生產準時化率提升至96%。 |
4 | 設備OEE綜合效率提升至85%。 | 設備OEE綜合效率提升至87%。 |
5 | 產品交貨期平均縮短15%。 | 產品交貨期平均縮短20%。 |
6 | 軋輥產品使用問題處置速度提高35%以上。 | 軋輥使用現場問題處置速度提高40%以上。 |
7 | 差旅費減少10%。 | 差旅費用支出減少超過15%。 |
（二）主要作用
1. 促進企業的管理變革和流程優化
中鋼邢機將“深耕細作”管理思想和“深、細、嚴、穩、準、精”工作要求，具體融入、落實和固化到產品全生命周期一體化管理系統中，改變原來只有在生產出現問題后的事后分析為產前預測、產中控制、產后分析總結的三級管控機制和班組、車間、分廠（部室）三級監控報警機制，提高管理效率和水平。進一步優化業務流程，削減過程不增值環節，進一步提高企業精細化管理和精確化操作水平，保證了產品質量的提升和成本的降低，進而提高了企業在激烈市場中的競爭力。
2. 提高企業技術創新能力
企業立足材料、工藝、制造前沿技術，基于產品全生命周期大數據資源，開展軋輥復合材料研究，不斷開發高性能、低成本、綠色環保新型產品，引領全球軋輥研發方向，為全世界現代化軋機提供最新、最優產品和滿意服務，將企業建設成為世界鋼鐵生產最重要的依靠力量，軋輥和冶金設備研發與制造領域主導型企業、世界上最優秀的專業供應商。
3. 創新企業數據驅動管理新模式
產品全生命周期一體化管理系統的構建支撐了中鋼邢機敏捷、高效的數字管理模式，通過對各流程環節及上下游的大數據分析，推進了以數據為核心驅動力的管理新模式，實現了以數據為支撐的智能化輔助決策、數據驅動業務數字化、智能化管理，提高了企業的業務運行效率和管理水平。
中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司材料執筆人：薛靈虎 王敬軍 李風剛
來源：交流合作處