02 数字压力校验装置智能制造试点示范——北京康斯特仪表科技股份有限公司
一、项目实施背景与状况
（一）项目实施背景
1.数字压力校验装置具有广阔的市场空间
我国仪器仪表行业呈稳定增长的态势，在市场中健康有序的发展。仪器仪表行业成为发展最快的行业之一，压力校验装置市场同样增长迅速。近年许多新兴产业的出现，环保节能、低碳等条件的倡导和要求，生产环境发生了改变，均成为仪器仪表的新的增长点。并且，随着国内创新意识和创新能力的加强，仪器仪表的产品更新周期也在逐步缩短，国际上常见的仪器仪表的更新周期在2～4年，随着我国生产力总体水平和设备投资的提高，以及我国仪器仪表出口额的增加，我国的压力检测仪器仪表的需求量年增长率一直保持在10%以上。
2.国内高精端仪器仪表相对薄弱
压力校验装置的生产按照技术的难易程度，呈现不同的发展态势。目前标准级以上压力检测仪器仪表的精密度、稳定度水平较高，对企业的生产技术、生产工艺均有较高要求。该类产品大部分的国内市场份额被国外的供应商占有。此类供应商有较长的生产历史，在客户中形成良好的口碑，主要占据某一或几种标准化压力检测产品的市场，实现了规模化生产。国内企业由于拥有人力成本低、价格低廉、服务优质及个性化产品的特点，国内优秀压力检测仪器仪表生产商发展前景广阔。
为了提升产品质量并实现国际化的战略，北京康斯特仪表科技股份有限公司（以下简称“康斯特”）于2014年在海淀区永丰产业基地着手建立智能制造生产线，通过两年多的努力，最终建成了数字化的加工中心、组装中心和发货中心。
（二）项目总体思路
本项目的总体思路是，建立一座集数字化、智能化、信息化于一体的数字压力校验装置智能制造工厂，根据加工中心、组装中心和发货中心各自需求和特点，打造生产全流程、产品全生命周期的数字化生产管理模式，实现智能制造的目标。
（三）项目实施预期目标
1.扩大产能，提高市场占有率
本项目利用自有厂房面积2 691.80平方米用于生产制造，通过对该厂房装修、设备购置及安装，实现产能的扩增。项目建成后，将新增产能数字精密压力表6 000台/年、智能压力校验仪2 150台/年、智能压力发生器200台/年及压力校验器3 000台/年。
2.降低成本、实现规模效应
康斯特产品的成本主要为原材料成本及人力成本。
（1）原材料成本。随着本项目的实施，一方面生产规模扩大，导致原材料采购规模相应扩大，从而提升本公司相对的市场地位，提高议价能力，保证采购质量的同时确保采购的价格优势；另一方面随着规模的扩大，可以根据不同系列、型号的产品对零配件质量的不同要求，分别进行采购，改变以往类似产品组按零配件的最高要求采购的一揽子采购方法，实现对产品成本的有效控制，进一步提高产品的竞争力。
（2）人力成本：目前康斯特的所有产品都已实现流程化生产，但由于场地有限，只有提早制订生产计划，把不同型号的产品在不同的时间段进行生产。因为产品型号较多，不同产品在量程、准确度等方面分类标准不同，为了满足市场需求经常需要对生产计划进行调整，频繁的生产计划调整容易导致人力成本的浪费。扩产后，将为主要产品设置专门的生产线，有利于产品生产效率的提高；专业化的生产设备也可以进一步降低人力成本。
3.提高产品品质
产品质量除了依靠核心生产技术，还与生产设备、生产环境、工人的熟练操作程度有关。目前康斯特的生产设备与业内的国际领先企业相比均存在一定差距，成为影响产品质量的重要因素之一。
本项目的建设，购置先进的设备，并建造稳定的防静电、防尘的工作环境，进而提升产品的生产效率和稳定水平。另外，康斯特将通过研发中心项目继续提升技术、工艺水平，并构建更加稳定及科学的质检环境，实现对产品质量的准确把握和严格把控。
4.提升国产产品竞争力
仪器仪表应用领域广泛，在国民经济建设各行各业的运行过程中承担着把关和指导者的任务。由于其地位特殊、作用大，对国民经济有倍增和拉动作用，有着良好的市场需求和巨大的发展潜力。“十二五”期间是我国仪器仪表行业发展最快的5年，迄今为止，我国已经成为国际仪器仪表行业规模最大的国家之一，也是发展中国家仪器仪表行业规模最大、产品品种最齐全的国家。但我国仪器仪表行业的国产产品稳定性和可靠性与国外同类产品相比，还有明显的差距。此外，还存在自主创新能力不足、集中度低、企业结构不合理等问题，致使我国高端仪器仪表领域严重依赖进口。
二、项目主要实施内容
（一）智能制造项目总体设计模型
数字压力校验装置智能制造项目是典型的多品种、小批量生产模式，主要分为加工中心、组装中心、发货中心。本项目总体设计模型如图2-1所示。
图2-1 本项目总体设计模型
（二）先进设计技术采用情况
1.数字化三维设计与工艺技术的应用情况
目前本项目采用SolidWorks进行产品结构三维设计。SolidWorks、UG、Pro/E、CATIA为机械结构设计领域主要的四款三维设计软件。相对于其他几款三维结构设计软件，SolidWorks是一款设计操作简单、功能齐全的设计软件。它包括齐全的设计标准件数据库、齐全的结构模拟功能、强大的二维图样制作功能和产品渲染功能。
2.产品数据管理（PDM）系统及主要功能
PDM系统可根据批量导入的产品三维图样或二维图样信息，生成具体零部件结构关系的产品结构树，如图2-2所示。PDM系统与企业资源计划（ERP）系统对接，PDM系统可读取ERP系统中已存在零件的物料信息，将已有零件的物料编码写入结构树零件属性栏。同时，PDM系统可根据产品结构树可直接生成产品零部件的物料清单（BOM），对新增物料申请ERP系统物料编码后，生成的产品零部件BOM即可直接用于生产或用于生成和校对ERP的BOM。实现技术文档的物联网管理。
在PDM系统中产品结构树对应文档树，文档树中存储相应的项目过程文件、源文件、工艺文件等。查询具体产品结构信息时，就能快速定位到相应的技术过程文件、工艺文件、说明书、维修包等，可对产品技术文件实现集中、高效的管理。
图2-2 PDM系统产品结构树
（三）关键技术装备应用情况
1.ConST 9000压力测试标定系统
康斯特自主研发了Meter生产管理系统软件和自动生产设备ConST 9000压力测试标定系统，用于数字压力表的老化测试。ConST 9000压力测试标定系统可以提供从微压60Pa到高压280MPa的全自动压力源，可同时进行应力老化和高低温老化的测试，这也是数字压力仪表生产过程中的核心工艺。此外，ConST 9000压力测试标定系统还可以自动完成传感器筛选、压力标定、数据自动存储等功能，保存每台数字压力仪表生产过程数据的原始记录。
压力传感器和压力仪表的老化、筛选、测试工作是压力校验装置的核心工作，它是保证计量标准准确度和可靠性的重要手段。目前，我国还没有企业可以生产和销售压力校验仪表的全自动测试标定系统。ConST 9000压力测试标定系统集成了康斯特多年的技术经验，使压力仪表的测试标定工作变得简单可靠。
2.ConST 800全自动检定校准系统
由于压力校验装置主要作为计量标准器使用，这就要求产品在出厂时需要进行校准，并出具校准证书。如果传统采用人工校准方式，就需要大量专业计量人员和设备，校准效率低下，容易出错。
本项目采用ConST 800全自动检定校准系统（见图2-3），全智能压力控制，可快速准确地输出设定的压力值。该系统充分考虑了实验室的使用环境，在压力源、连接管、转接头、过滤器及被检表的快速连接都经过周到且专业设计，可帮助工作人员快速、高质地完成指针类压力仪表、压力变送器、压力传感器、数字压力计等仪表的测试和检定工作。
图2-3 ConST 800全自动检定校准系统
ConST 800全自动检定校准系统的特点如下：
（1）包括液压、气压和微差压3款全自动压力检定校准子系统。
（2）压力量程为 40Pa～60MPa。
（3）准确度为0.01级、0.02级、0.05级。
（4）可以检定校准正负表压、差压和绝压等不同类型的仪表。
（四）制造执行系统（MES）与企业资源计划（ERP）系统
图2-4为康斯特的制造执行系统架构，本期MES应用的主要目的是机加车间生产过程的加工任务、质检信息、图样工艺等实现数字化管理，提高生产执行和管理效率。流程主要包括计划模块、过程管理模块、质检模块、配料模块、看板功能和集成功能。
图2-4 康斯特的制造执行系统架构
图2-5为用友U8系统架构，其子系统主要包括销售管理、售后管理、供应商管理、无线条形码等系统。
图2-5 用友U8系统架构
三、实施成效
（1）提高产能效率。康斯特是典型的多品种、小批量生产模式，生产过程中工件更换较多，这就需要企业减少换线时间，提高设备利用率，充分发挥现有产能。项目建成后，改变了原有粗放的生产方式，年产能从原来的1.1亿元提高到2亿元。随着国际市场的拓展，只需增加生产设备，即可实现年产值3亿元。
（2）提高人均产值。康斯特压力校验装置不仅在国内销售，还远销美、德、英、法等国际市场，面临与国外顶尖企业竞争。通过项目的实施，康斯特生产人员人均产值从100万人民币提升至400万人民币，达到国际先进水平。项目建成后，如果销售额大幅度增加，只需增加生产设备即可满足要求，人均产值还能继续提升。
项目实施以前，在2013年康斯特的生产人员多达90人，每台数控机床均需人工值守。项目实施以后，大幅度减员，以便招聘更多的研发人员进行产品研发设计。
（3）提高竞争力。为康斯特建成世界三甲的压力温度校准集团打下基础，帮助美国子公司Additel迅速占领国际市场，进而在NASDAQ上市。
智能制造实施前后成效对比见表2-1。
表2-1 智能制造实施前后成效对比
四、实施经验
（1）康斯特自行研制了部分适用于校验装置智能制造的设备，投入超过60%的研发工程师用于生产设备的研制和改造，为生产系统提供了全面的智能制造设备，仪表生产过程中的核心工艺处理和测试能力处于仪器仪表行业智能制造的领先地位。
（2）加工中心在国内首次采用数码大方公司的CAXA智能制造解决方案，完美地结合了CAXA产品数据管理系统，并成功投产。
（3）组装中心采用U形生产线生产，更适合多品种、小批量的生产模式，并实现个性化定制。
（4）物料全部采用二维码进行标记，实现物流的数字化管理。原材料二维码信息包括ERP编码、来料批次和供应商等信息，成品二维码信息包括产品型号、生产批次、测试记录和校准记录等信息。
（叶炎、王震 供稿）