压力容器数字化车间解决方案.docx
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1、压力容器数字化车间解决方案1引言压力容器是一种能够承受压力的密闭容器,其用途极为广泛,在工业、民 用及军工等许多部门,以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用。大 型及特种材质压力容器还广泛应用于炼油、石化及电力等领域,主要用于传 热、传质及反应等工艺过程,以及贮存、运输有压力的气体或液化气体;在其 他工业与民用领域亦有广泛的应用,如各类专用压缩机及制冷压缩机的辅机 (冷却器、油水分离器、贮气罐、蒸发器及液体冷却剂贮罐等)均属压力容器。压力容器的主要生产制造特点:产品按订单设计、生产,定制化程度 高,且为多品种小批量生产或单件制造,按照工作(项目)令的管理方式进行 生产组织的难度较大,按期
2、交付的压力大。质量合规的市场准入门槛,需适 应不同国家的质量标准体系;焊接生产的质量控制要求严、规程多,焊接生产 工艺对焊接的质量、效率、成本有直接影响。焊接等关键工序对技工技能的 依赖性较强,人工参与度高;作为重型装备,原材料成本占比较高;企业普遍 存在成本控制压力。压力容器行业作为一种传统的装备制造行业,因为其项目制J、定制化的特 点,生产制造环节的信息化、数字化、智能化水平普遍较低。主要表现在: 信息系统建设及应用方面,多数企业已经应用ERP (Enterprise Resource Planni ng,企业资源计划)、PLM (Product Lifecycle Management,
3、产品生命周期管理 系统),但多数没有MES (Manufacturing Execution System,制造执行系统)或 MOM (Manufacturing Operation Management,制造运营管理)系统,生产管 理的信息化程度低。设备数字化及联网方面,主要工艺设备焊机的数字化程 度较高2,新购置焊机绝大多数具有数字化接口,但设备联网率不高。数据 要素利用方面,生产计划、技术文件等以人工传递为主,生产过程的各类人 员、设备、物料、工艺参数及检验等数据主要依靠纸质记录,生产过程数据难 以进行综合分析利用。数字化车间建设方面,极少数龙头企业建设了压力容 器数字化车间,多数企业尚
4、未建设,数字化车间的行业整体覆盖率低。可以看出,压力容器设备作为一种安全性要求很高的复杂装备,其设计过 程基本已使用PLMPDM (Product Data Management,产品数据管理)等系统进行管理;作为一种重型装备,压力容器制造企业的规模普遍较大,ERP系统 已普遍应用。而作为主要工艺设备的焊机多数具备数字化接口。总体上,压力 容器制造企业具备了较好的数字化基础,但生产制造环节的数字化水平低,具 有很大的提升空间。2压力容器数字化车间方案关键点压力容器对安全性要求高,因此,生产过程中焊缝的工艺执行合规性管 控、受压元件的物料信息全过程跟踪记录、质量报告的完整性是压力容器数字 化车间
5、建设首先要满足的需求4。同时,压力容器作为一种复杂装备,生产过 程中的计划排产、作业调度,以及不同车间之间的计划协同、物流协同等也是 压力容器数字化车间的建设重点。2.1 焊缝焊接过程工艺执行合规性监控压力容器主要由板材、管材等原材料通过焊接工艺装配形成,焊缝的焊接 质量决定了压力容器的性能和安全性。因此,焊接工艺对于A类和B类焊缝 (即主要的纵缝和环缝)的每道焊缝每个焊层的人员资质、焊机、焊材焊剂及工 艺参数等均有明确的要求5,焊缝的质量取决于焊接过程中是否严格按照工艺 要求执行,合规性管控要点如图1所示。容规也要求对焊接实际执行过程中的 执行人员及所用的焊机、焊材焊剂及工艺参数等有完整的数
6、据记录。施理前的悻工资质 炸机及坪林等防普 映乏桧查控制F段评按过程人.机及参数等 数据人.记录,*后难以 进行统计、分析及追溯焊接过程中炸舞的工艺 参数招差难以实时发现井管控.室后燃以迫潮图I压力容器焊接过程工艺执行合规性管控要点实际执行过程中,由于缺少有效的数字化手段,对于实际执行焊接作业的 工人的资质管控、焊接过程中工艺参数是否存在超差等问题无法进行实时有效 的监控,存在人员资质与工艺要求不符,焊接工艺参数超差等问题,对焊缝的质量带来重大隐患。焊接过程的参数记录也以纸质手工记录为主,后续形成质 量报告需要再次转录,不仅效率低,而且容易出错。因此,焊接过程工艺执行合规性管控是压力容器焊接数
7、字化车间建设的重 点之一。将结构化后的焊接工艺进入MOM系统,在焊缝的每个焊层作为工步 进行管理,每个工步在MoM中进行开工及完工报工操作,开工前MoM系统 根据工艺要求进行人员资质检查,对焊机、焊材进行扫码记录并由系统进行防 错检查;焊接作业过程中,通过MoM与焊接设备的集成实现电流、电压及气 体流量等焊机参数的数据采集,并通过MoM实现与工艺参数的实时比对,对 出现超差的情况进行记录及报警。焊接完成后可以对系统记录的全过程工艺参 数进行查看及统计分析。以此,实现对于焊接作业执行过程的事前、事中、事 后的工艺执行合规性监控如图2所示。焊接过程中炸按完成后图2焊接作业过程的事前/事中/事后管控
8、2.2 受压元件全生产过程数字化跟踪受压元件是指压力容器中按几何形状划分的基本承压单元,其设计强度取 决于介质压力,例如壳体、封头、接管、法兰、螺栓和管板等6。该类元件的 强度直接关系到压力容器的安全性,一旦破坏或失效会造成很大危害。按照容 规要求,每一个受压元件的原材料批次信息都要进行记录,并体现在压力容器 的质量报告中。压力容器的受压元件大部分是由板材剪切/切割下料而成,因此受压元件的 批次记录及跟踪需要从板材入库开始记录,并在生产领料、毛坯下料、转运和 焊接装配等环节能够记录每个受压元件的批次信息。目前全过程物料批次数据 均需要手工纸质记录,数据量大且繁琐、易错,事后也不便于质量问题的追
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