太原市金属零部件加工行业中小企业数字化转型实践样本

太原市工业和信息化局2025年11月 目录 一、金属零部件加工行业中小企业发展情况....................-1- （一）金属零部件加工行业定义与范围....................-1-（二）金属零部件加工行业中小企业发展现状与趋势-1-（三）金属零部件加工行业中小企业业务痛点........-2- 二、金属零部件加工行业中小企业转型价值....................-3- 三、金属零部件加工行业中小企业数字化转型场景........-4- 1.工艺设计..............................................................-5- （二）生产执行数字化.................................................-8- 1.计划排程..............................................................-8-2.生产管控............................................................-11-3.安全生产............................................................-13-4.能耗管理............................................................-16- 1.仓储物流............................................................-18- （四）管理决策数字化...............................................-20- 1.决策支持............................................................-21- 一、金属零部件加工行业中小企业发展情况 （一）金属零部件加工行业定义与范围 金属零部件加工行业是指从事利用各种金属材料（如钢铁、铝、铜、锌、钛、镁合金等），通过铸造、锻造、冲压、切削、焊接、增材制造、粉末冶金、表面处理等多种工艺技术，设计和制造出具有特定几何形状、尺寸精度、机械性能和功能要求的单个或组合金属部件/零件的经济活动集合体。 （二）金属零部件加工行业中小企业发展现状与趋势 当前，我国金属零部件加工行业在高端装备等下游需求的强劲拉动下，保持稳定增长态势。行业以中小企业为主体，全国相关企业数量庞大，它们深度专注于精密机加、表面处理等专业环节，以其高度的灵活性和专业化技术，共同构成了我国制造业供应链中不可或缺的基础力量。伴随制造业转型升级的深入推进，金属零部件加工行业呈现出以下三大核心趋势。 一是智能化改造持续深化。行业正加速推进数字化转型，将物联网、大数据等数字技术深度融入生产、检测与管理全流程，旨在实现生产效率与产品质量的协同提升，推动生产模式向数字化、智能化变革。 二是绿色低碳转型加速。在“双碳”目标引领下，节能降耗技术、清洁生产工艺和环保设备在行业内得到广泛应用。企业正通过技术革新优化能源结构，降低生产过程中的能耗与排放，践行可持续发展。 三是高端化方向日益突出。下游市场对高精度、高可靠性、高附加值产品的需求持续增长，正倒逼零部件加工企业加大研发投入，提升工艺水平，从传统的劳动密集型模式向以技术创新为核心的技术密集型模式升级。 太原市作为全国重要的工业基地，其金属零部件加工行业的中小企业主要活跃于产业链中游的精密加工与制造环节，依托灵活生产机制和专业化技术能力，在细分领域形成差异化竞争优势。这类企业为下游整机制造商提供定制化配套服务，有效弥补大型企业规模化生产的局限性，成为产业链中承上启下的关键环节。 （三）金属零部件加工行业中小企业业务痛点 上述三大发展趋势共同推动金属零部件加工行业加速向高质量阶段转型，同时对行业内中小企业的精细化、数字化管理提出了更高要求，具体体现为研发设计、供应链、生产制造及质量管控等方面的业务痛点。 一是研发与技术协同难度增加。智能化改造持续深化与高端化方向日益突出，要求企业从被动加工向与客户协同设计、主动工艺创新转变。产品需求从标准图纸向定制化、轻量化、高强度的综合方案演进，技术指标更细、变更更频繁。研发与工艺部门必须在材料选型、结构设计、热处理工艺、精度控制及成本优化等多环节紧密协作，跨专业协同复杂度显著提升。 二是供应链精准管控要求提高。高端化与绿色化转型对原材料与外协质量提出了更严苛的标准。所需钢材、合金及特种材料 的种类与性能要求显著增加。同时，受市场价格波动与环保政策收紧影响，核心原材料的供应稳定性下降，替代材料认证与绿色采购需求凸显。中小企业在供应商管理、采购议价、需求波动应对及绿色供应链构建等方面面临较大压力。 三是生产制造过程精密化与闭环化需求凸显。为满足高端市场对产品一致性、可靠性的极致要求，生产制造需从依图加工向全过程可控、可溯的精密制造升级。生产流程需融合高精度机床、在线检测设备、数据采集系统与工艺反馈机制，实现加工、测量、补偿与优化的闭环控制。这涉及工装夹具优化、在机测量、工艺参数自适应等多个精细环节，对过程控制能力提出更高标准。 四是质量追溯与绿色合规管理复杂度提升。随着下游行业对零部件全生命周期质量与碳足迹的关注，除传统的尺寸、性能与可靠性要求外，新增了材料溯源、制造过程数据包、绿色认证及环保符合性等更高标准。这显著延长了企业的质量文件准备与合规认证周期，增加了质量数据管理与环境合规的管理难度与成本。 二、金属零部件加工行业中小企业转型价值 一是提高产品研发效率。通过集成三维建模、仿真分析及产品生命周期管理系统，重构研发流程。企业可实现研发数据与生产系统的实时互通，降低设计变更成本。虚拟调试技术能显著减少试错环节，AI算法辅助的拓扑优化则可提升材料利用率。数字化工具链打破传统研发孤岛，使中小企业能快速响应汽车、风电、轨道交通、3C电子精密化等细分市场需求，推动产品向高 附加值领域升级。 二是提升生产效率和柔性制造能力。物联网与边缘计算技术构建的智能工厂，实现设备互联与数据实时采集。智能仓储系统通过无人设备与管理系统集成，可大幅提升物料搬运效率与库存周转率。数字化产线能降低能耗，提高单位时间产量。AI驱动的动态排产系统可自动优化多品种小批量订单序列，显著提升设备利用率与订单交付准时率。这些技术通过消除信息孤岛、优化资源调度，增强产能利用率与柔性制造能力。 三是提高生产质量。整合检测、传感与大数据分析，实现全流程质量追溯。自动检测技术可覆盖材质、尺寸等关键参数，大幅提升产品合格率。机器视觉与深度学习技术能实时识别微米级表面缺陷，检测效率远超人工。区块链技术应用于供应链溯源，确保原材料来源可查、过程可控，有效降低合规成本。 三、金属零部件加工行业中小企业数字化转型场景 金属零部件加工行业正呈现出深度智能化、工艺精密化、系统集成化与供应链协同化的趋势，这对中小企业在工艺创新、供应链协同、高精度制造及质量一致性等方面提出了更高要求。为有效应对挑战、实现转型升级，中小企业重点围绕产品设计、计划排程、安全生产、能耗管理等核心环节，积极开展了诸多创新实践与数字化探索。 （一）产品生命周期数字化 1.工艺设计 痛点需求：依赖人工记录与管理CAM/CAPP生成的基础工艺文件，效率低且易出错，难以支撑单件小批量生产的灵活性需 求；引入PDM/PLM系统后，因技术能力与成本限制，常出现数据标准不统一、版本控制混乱、技术变更同步滞后等问题，制约中批量多品种生产的快速响应；构建工艺知识库及与MES集成的需求因资源有限难以落地，导致典型工艺复用率低、试制成本高；而高精度产品所需的仿真验证与质量－成本平衡优化，更因缺乏三维仿真技术积累及数据模型支撑，难以实现工艺设计的迭代优化。整体呈现"数字化工具应用浅、系统集成能力弱、知识沉淀不足、质量成本把控难"的复合痛点，亟需低成本、易部署的解决方案突破效率瓶颈。 应用场景： 一级：零部件基础设计软件应用与人工管理。基于CAM、CAPP等设计软件，辅助转化产品设计数据为工艺方案，生成基础工艺文件（如工序卡、设备清单），依赖人工记录与管理。 二级：零部件设计应用PDM/PLM系统与流程标准化。通过PDM/PLM系统实现工艺设计全流程数字化管理，建立工艺方案、流程、文件、制造BOM等数据标准，支持版本控制与技术变更同步。 三级：零部件典型工艺知识库与三维模型的协同。构建典型工艺知识库（流程、参数、资源），支持新产品工艺设计时自动匹配与复用，并与MES系统集成实现设计-生产数据交互。针对加工、装配、锻造、焊接等工艺设计过程，以MBD设计模型为唯一数据源，进行基于特征的三维几何模型构建，建立工艺信息 与几何模型的关联，形成三维工艺模型，同时建立工序间三维工艺模型之间的关联关系，实现工艺信息在多工序工艺模型之间的传递。 四级：零部件仿真与智能算法驱动的优化决策。基于质量-成本数据模型，运用三维仿真技术（如加工、热处理、装配仿真）验证工艺设计，通过迭代优化实现质量（如CPK值）与成本（如材料利用率）的平衡提升。构建多专业领域工艺知识库、工艺知识图谱，通过特征识别，工艺知识搜索、匹配与重用。应用遗传算法、粒子群优化等工艺优化算法进行工艺设计的智能化决策，快速获得工艺规划和优化后的工艺参数。 典型案例：石伟达精工依托数字化工艺设计系统实现工艺路线精准配置 传统的金属零部件加工工艺设计难以快速响应市场变化，产品加工工艺管理复杂，依靠人工经验管理易出错，混乱，造成产品加工质量效率低。在工艺设计方面，根据山西石伟达精工科技股份有限公司需求及产品特性结合工序基础信息为产品生产配置相对应的工艺路线信息，为生产计划排产提供指导依据，设置管理权限进行新增、修改、删除等操作。企业数字化改造后，生产设备数字化率达到100%，每百元营业收入中综合能源消费量相比于改造前降低56%，产品合格率提升0.7个百分点。 （二）生产执行数字化 1.计划排程 痛点需求：初级阶段依赖Excel等管理订单与生产数据，存在信息孤岛、人工统筹效率低、无法应对复杂订单排产的问题；上线ERP/MES系统后，虽实现初步自动化，但系统选型成本高、与现有流程适配难，物料齐套性检查、设备状态跟踪仍需人工干预，多品种订单切换时计划调整耗时；引入APS系统后，虽能整合工艺交期与交付要求，但多维度约束条件配置复杂，中小批量订单的动态插单能力不足，系统维护与数据更新成本压力凸显；向智能排产转型时，受限于数据积累不足、AI模型训练难度大，实时生产数据与供应链动态因素融合困难，数字孪生技术应用门槛高，导致全流程动态调度与风险预警能力难以落地，最终制约企业向柔性化、智能化生产升级。 应用场景： 一级：利用工具编制零部件基础生产计划。通过电子表格（如 Excel）记录订单需求，结合云存储（如企业网盘）共享生产数据，人工统筹设备产能、物料库存等信息，辅助编制基础生产计划，满足小批量、简单工艺的生产组织需求。 二级：通过系统对零部件物料齐套性等进行生产准备检查。部署ERP或MES系统，基于销售订单自动生成初步生产计划，并通过系统对物料齐套性（如金属原料、外购件）、设备状态（如数控机床可用性）、模具准备等进行生产准备检查，实现计划编制与执行过程的规范化管理。 三级：依托APS的零部件产能协同。依托高级排产系统（APS），整合物料安全库存、采购周期、热处理/机加工等工艺交期、客户交付要求等多维度约束条件，自动计算最优生产计划，并通过系统直接下达工单至生产车间，同步跟踪计划执行进度，支撑中批量、多品种订单的高效生产。以ERP中MRP运算为核心，打造以敏捷制造、精益生产为导向，供应链统筹调度的数字化管理平台，通过项目计划驱动生产计划，生