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胜利精密:探索电子产品结构模组精加工智造新模式

2019/1/21    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:智能制造案例  e-works年度盘点  智能制造  胜利精密  
本文为“2018年度中国两化融合暨智能制造应用领先暨最佳实践奖”参评案例。本次活动将评选出2018年度,为中国两化融合暨智能制造领域带来突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业推进两化融合或者智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,供广大制造业行业企业学习供鉴。

一、企业简介

    苏州胜利精密制造科技股份有限公司(下文简称,胜利精密)于2003年在苏州高新区成立,是苏州民营科技型企业集团。公司在中国、波兰、芬兰、爱沙尼亚、美国、日本等地拥有60多家全资、控股和参股子公司,产品涉及精密制造、智能制造、新能源等领域,名列2017中国民营企业500强。

    胜利精密是智能制造整体解决方案的领跑者,是产量和技术水平领先的湿法工艺锂电池隔膜生产商,是中国最大的3C行业结构模组提供商之一。公司先后被授予科技部“国家火炬计划重点高新技术企业”、商务部和海关总署“加工贸易转型升级示范企业”、中国模具工业协会“中国精密模具重点骨干企业”、“全国机械行业校企合作与人才培养优秀企业”、 “江苏省优秀民营企业” 、“江苏省企业技术中心”、“江苏省智能制造先进企业”等荣誉。

    胜利精密将继续弘扬“主动、沟通、透明、创新”的企业文化和“为客户创造新价值”的价值观,在一个基石(精密制造)两个驱动(智能制造,新能源)的业务战略布局下持续发展、全心投入、追求卓越,实现“全球领先的科技服务型企业集团”这一愿景,打造使命与责任共融合、企业与员工共成长、企业与社会共和谐的胜利精密。

苏州胜利精密制造科技股份有限公司

图1 苏州胜利精密制造科技股份有限公司

二、企业两化融合暨智能制造应用总体现状

    胜利精密坚持实践“胜利智造未来”的发展战略,经过内生式成长与外延式并购的多年积累,形成了以“智能制造能力”为核心的竞争优势,在智能制造业务领域一直坚持并重视技术研发的投入,努力促进产品与服务技术的创新与升级,拓展产品的子行业穿透性,致力于持续强化技术品质的高门槛和高壁垒。为确保智能制造业务的领先布局,胜利精密密切关注智能制造产业链的上下游前沿趋势和优质资产,通过合作、并购和技术转让等多种模式,不断强化公司科技服务的差异化竞争优势。

    目前胜利精密拥有两个省级智能制造示范车间和一个市级智能制造示范车间,其中“便携式电子产品结构模组精密加工智能制造新模式”,入选2018年工信部智能制造试点示范项目。该项目以“三国六化一核心”为指导,以国产装备,国产数控系统,国产工业软件,搭建云数据平台,高度集成和融合硬件和软件, 实现数字化,网络化,智能化的国家智能制造示范工厂,引领制造转型升级。

三、参评两化融合暨智能制造项目详细情况介绍

    1.项目背景介绍

    随着消费者对便携式电子产品的小型化、外观等方面的要求,以苹果等高端品牌为首的厂商,越来越多地采用金属结构件,使得便携式电子产品金属结构件精密加工发展迅速。但是,目前我国便携式电子产品的金属结构件的智能制造装备与生产数字化、信息化管理系统相对落后,加工效率低、质量不稳定、生产成本较高,不能完全满足客户的期望和公司发展的要求。

    为了面向未来产品升级快、多品种、高品质、快速交付的市场要求,胜利精密需要进一步提升产品质量稳定性、提升产品加工效率、降低产品成本。因此需要通过本项目尽快提升企业的智能制造水平,并通过项目的成果,带动我国高精金属加工行业的智能制造水平的总体提升。

    胜利精密计划通过数字化智能制造系统的应用,提升公司信息化、智能化、协同化水平,实现基于自动化调度的实时制造数据集成,实现全制造过程数据透明化,数据一致性;建设适合便携式电子产品结构模组金属加工制造的智能化制造系统,改善生产效率,提高产品质量,降低制造成本,以应对未来的挑战。

    本项目目标是打造高度柔性化自动生产线系统,在国产CAPP、PLM、MES、云数控系统等工业软件支持下,实现便携式电子产品结构模组在批量定制环境下的高质量、规模化、柔性化生产。项目整体目标如下:

  •     采用国产钻攻加工中心及数控系统,节省设备采购和维护成本;
  •     采用机器人技术,可以节省人力60%以上,提高工作效率25%以上,大幅缓解企业用工紧缺状况;
  •     通过作业计划优化和实时生产响应技术,减少设备空转时间,设备能源利用率提升10%以上;
  •     通过对产品制造过程中质量状态及趋势的实时监控,产品不良率降低20%以上, 降低生产成本,提升企业的盈利水平;
  •     应用PLM技术建立便携式电子产品结构模组的全生命周期数据管理体系,应用三维CAPP实现智能化工艺规划和通过工艺优化仿真技术,缩短产品研制周期30%以上, 使企业的创新性研发能够及时、迅捷的响应客户和市场的需求,进而提升企业的核心竞争力;
  •     实现基于自动化调度的实时制造数据集成,实现制造数据透明化,数据一致性能够支持协同要求, 为公司积累自动化、信息化、智能化转型经验,使得柔性制造、个性化制造在企业落地;
  •     大量采用国产数控机床和系统、机器人、在线视觉检测设备,有助于打破国外行业垄断,有利于促进国内钻攻中心、数控系统机器人和智能检测设备行业的发展;
  •     在项目实施过程中,培养研发型专业技术人员50名,应用型专业技术人员100名,新知识新技能再培训400人次,为企业推广智能制造打下人才基础;
  •     大力发展绿色制造技术,降低能源消耗和对环境的影响,打造本行业绿色工厂标杆。

    2.项目实施与应用情况详细介绍

    1)项目实施规划

    本项目结合胜利精密的新产能建设计划,采用国产高速高精钻攻中心及数控系统、自动化生产线与机器人、便携式电子产品结构模组智能清洗和包装装备、工业软件等软硬件装备,建设形成便携式电子产品结构模组精密加工数字化智能车间。

    本项目采用的技术方案如下:

  •     通过利用100M专线接入,利用IPSEC实现集团异地连接;车间内部局域网与办公网采用安全隔离措施。
  •     采用华中数控研制的自主知识产权的数控系统、富强科技提供的高端钻攻中心、苏州华数提供的机器人、凡目视觉提供的2D/3D视觉检测设备、富强科技提供的AGV小车、立体仓库等装备,建设自动化生产线。
  •     采用创景可视PostEngineer系统实现车间的布局设计、三维建模、运行仿真和优化。
  •     采用开目3DCAPP实现智能化三维工艺规划和加工过程仿真,采用开目PLM系统实现产品数据的全生命周期管理,保证设计、工艺、制造等产品数据的完整性、一致性、有效性。
  •     采用艾普工华MES系统,实现作业优化排产、自动化现场设备数据采集和控制、物流跟踪、质量管理、制造资源管理等,并与ERP、PLM、CAPP等系统集成,建立数字化车间智能制造与管理网络系统。
  •     由应用单位胜利精密、各设备提供商、工业软件提供商共同实现软硬件系统的综合集成,建设高速高精加工云数控平台,实现车间制造大数据分析和制造车间决策支持。

项目总体技术方案

图2 项目总体技术方案

    2)项目实施情况介绍

    本项目分为上下两层,由总共179台高速钻攻中心、10台高速高精钻攻中心、96个六关节机器人组成了19条机加生产线,每条产线配备独立的工件清洗机和高精度激光在线检测机。其中一楼8条,二楼11条。根据场地条件,每条产线配备4-5台上下料机器人、7-12台钻攻中心。除线头线尾的机器人外,线中机器人配置地轨,负责3-4台钻攻中心的上下料操作。另外还有一条由6台打磨机器人组成的自动打磨线。现场配备一座总容量为3260个库位的数字化立体仓库,分上下两层部署,利用7台AGV小车为19条机加工产线配送物料、回收工件。另外还在二楼配置有一座智能刀具库,利用RFID系统,通过刀具管理系统对整个车间的刀具进行管理。

智能车间整体布局

图3 智能车间整体布局

    工厂按纵向集成的技术需求,分为四个层次。最底层是由高档数控机床、机器人以及自动化物流设备构成的设备层,在设备层之上各类传感器、数据采集装置构成了用于多源异构数据采集的传感层,传感层之上,MES、CAPP、APS等智能软件构成了智能执行层,最后由大数据中心、展示终端等构成了智能决策层。通过信息的功能清晰的层次划分及各层次之间有机的整合,形成了拓扑结构合理、兼容性强、具有先进性的国产集成方案。

智能制造工业软件系统集成方案

图4 智能制造工业软件系统集成方案

    3)项目特点

    本项目建成了具有“三国、六化、一核心”特征的便携式电子产品结构模组精密加工智能制造新模式生产车间。

    “三国”指本项目核心设备全部采用完全自主可控的国产智能装备、国产装备国产智能装备全部采用国产数控系统、智能制造车间全部采用国产工业软件。

    “六化”指加工过程自动化、制造资源物联化、制造系统数字化、质量控制实时化、决策支持精准化、制造过程绿色化,具体如下:

  •     加工过程自动化:车间建立了由立体仓库、AGV小车、标准料箱、通用托盘、倍速链传送带以及工业机器人组成的车间自动化物流系统,并部署了自动清洗机、检测机等自动化设备。物料从入库到出库之间的全部生产环节均可自动完成;当某台设备出现故障时可从系统中自动切出,其任务由其余同类设备接管,避免全线停产。同时,产线具有高度的柔性,通过APS、MES、WMS系统的实时监控和快速调度调整,可以进行单线生产、混线生产、串线生产等多种生产模式,适应不同种类工件的生产需求,发挥最大生产效率。
  •     制造资源物联化:项目应用RFID技术,通过与设备控制系统集成,以及外接传感器等方式,实现了机机互联、机物互联和人机互联,并由SCADA系统实时采集设备的状态、生产报工信息、质量信息等,从而将生产过程中涉及到的全部制造资源信息进行了高度的集成,并且打通了所有系统的信息通道,实现了生产过程的全程可追溯。
  •     制造系统数字化:基于制造资源的物联化,通过实时数据驱动的动态仿真机制,形成人、产品、物理空间和信息空间的深度融合,建立虚拟工厂与物理工厂相互映射、深度融合的“数字双胞胎”,实现实时感知、动态控制和信息服务。通过信息系统对物理工厂进行可视化监控,实时查看设备状态、质量信息、生产实况和生产实绩,同时进行分析与决策,对物理工厂进行智能控制。
  •     质量控制实时化:工件在机床中加工完毕后由机器人送入在线检测机检测,检测完毕后机器人根据检测结果将不合格品放入不合格品料箱,合格品放入工件托盘,保证不合格品即时分拣;同时检测数据上传至云平台,对同一机床加工的产品历史检测数据进行检索与对比,当对比结果符合设定的情形时,触发自动刀补流程,将信息传递给产线控制器,产线控制器计算刀补参数并下发给目标机床调整刀补,将刀具误差补偿回来,实现工件质量的实时全闭环控制。
  •     决策支持精准化:本项目从生产排产指令的下达到完工信息的反馈,实现了全闭环控制。通过建立生产指挥系统,使管理者可以随时精确掌握工厂的计划、生产、物料、质量和设备状态等资源信息,了解和掌控生产现场的状况,提高各级管理者决策的准确性。
  •     制造过程绿色化:胜利精密坚持可持续发展战略,在本项目中使用太阳能供电、钻攻中心油雾分离系统、切削液循环利用系统以及产线集中排屑系统,实现能源的高效利用、减少污染排放,践行绿色制造理念。

    “一核心”即大数据云平台。本项目以大数据云平台为数据集成核心,与以往车间网络化的重大区别在于智能车间的工业软件不再是不可或缺的数据节点,而是“生长”在大数据中心之上的一个应用,提升了系统集成的便利性。同时,对采集到的机床大数据进行分析、建模、比对,实现了一定程度上的智能化应用。例如对加工工艺进行评估和优化、实时监控机床健康状况、自动补偿机床热变形、实时监测刀具状况、自动规避主轴共振等。而且通过建立机床故障维修数据库,对机床出现的异常状况进行远程在线诊断,大大缩短机床维护维修时间,降低运维难度。

  大数据云平台

图5 大数据云平台

四、效益分析

    通过本项目实施,胜利精密引入国产先进数控系统、机器人、高端CNC等高端制造装备,建立适合离散产品制造行业金属加工制造的智能化制造系统,以便携式电子产品结构模组铣削、钻攻加工为主要试点环节,进一步提升自动化、信息化、智能化水平,预期将取得如下经济与社会效益。

    1)实现基于自动化调度的实时制造数据集成,实现全公司制造数据实时性、一致性及透明化,并能够支持上下游企业之间的协同要求,为公司积累自动化、信息化、智能化转型经验,使得离散产品的柔性制造、个性化制造真正在企业落地。

    2)通过对产品制造过程中质量状态及趋势的实时监控,产品不良率降低20%以上,降低生产成本,有利于长远促进企业毛利增长,提升企业的盈利水平。

    3)通过工艺优化仿真技术,降低研制周期并提高制造过程透明化水平,缩短产品研制周期30%以上,使企业的创新性研发能够及时、迅捷的响应客户和市场的需求,进而提升企业的核心竞争力。

    4)逐步采用机器人技术,可以节省人力60%以上,提高工作效率25%以上,这对于解决企业用工紧缺问题起到巨大作用。

    5)全部采用配置国产数控系统的CNC加工中心,以大幅节省设备采购和维护成本,以促进国产钻攻中心和数控系统生产行业的技术进步与发展。

    6)培植一批在智能制造领域积极推广国产装备、国产软件的高水平的现场实施人员和应用团队,打造一批具有自主创新能力的智能制造解决方案供应商,实现安全可控的国产化智能制造技术体系。

    作为工信部2018智能制造试点示范项目,本项目为“中国制造2025”探索了新的应用方向和模式。在项目建设过程中,有许多制造业企业和职业教育院校纷纷前来参观考察,在了解项目设计、建设、使用情况并与项目团队深入交流之后,结合各家实际情况和需求,均能在项目中发现某些技术或产品可以引入,用于解决企业生产中的某些问题或者为智能制造人才培养提供更加全面和新颖的教育内容与方式。因此也提升了项目参与单位在行业内的知名度和企业形象,提升了市场竞争力,将来可在更广泛的范围内,在区域、行业中进行推广,形成对区域、行业和国家智能制造的示范作用和带动作用。

责任编辑:郑倩
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