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研华科技:构建SMT智能车间

2021/1/30    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:智能工厂案例  e-works年度盘点  智能制造  研华科技  
本文为“2020年度中国智能制造最佳实践奖”参评案例。本次活动将评选出2020年度,为中国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

    为迎接物联网(IoT)和云端运算时代的到来,研华以智能地球推手(Enabling an Intelligent Planet)作为公司的全新企业形象及愿景。研华除深化既有产品的应用之外,也针对公司的经营策略进行相应地调整,未来将以推动整合型IoT解决方案为发展主轴。此外,研华也将投入大量的资源和人力来强化于垂直市场的能见度,并透过跨产业服务平台的支持体系,充分运用进阶的网络软件技术,来发展以IoT为中心的智能应用。研华有信心在IoT、自动化、及嵌入式运算等产业成为具有影响力的跨国公司,并提供客户以价值为导向的多样性客制化服务。因此我们提供了全面性的软硬件系统整合、以顾客为导向的设计服务、全球后勤支持以及领先同业的电子化办公室设施等种种无限可能的应用服务。

    2008年至今,研华工控机销量居全球第一,已跻身于世界三大工控企业之列,除了工业电脑,研华在嵌入式运算、大客户定制化、智能医疗、零售、物流等均有事业群。2018年全球营收达到16亿美元,员工约8000人左右遍及26个国家。

二、企业在智能制造方面的现状

    1.研华科技制造中心总体介绍

    研华科技(中国)有限公司(简称“研华”)成立于2000年,目前现有员工2528人,其中研发人员227人。研华整合全球供应链资源,藉由智能工业自动化、网路暨通讯电脑、嵌入式电脑3个策力核心事业群的运作,为客户提供超过450种以上的产品及解决方案,满足客户在各项垂直领域的应用,产品领域涵盖智能物流、智能环境监控、智能通讯、智能医疗、智能零售到智能家庭自动化等方面,借由自身技术优势及供应链优势为上述行业提供专业的工业控制计算机、无风扇嵌入式工控机、医用一体机、工业移动电脑等产品。在优质的物联网硬件产品基础上,研华这几年建立了自己的物联网平台WISE PaaS、软件加值上推出WebAccess产品,以及工业App如Metalworks等,力求为客户提供在智能升级上的一站式服务。

    近年来,研华不断加大研发及智能生产方面的投入,在建立以昆山为中心的协同研发和制造及运筹中心的基础上,为客户提供及时、专业而完整的服务。

    2.智能制造及信息化应用概况

    1)智能物流管理

    研华作为智能升级解决方案供应商,总是以自己的制造中心作为解决方案面市前的第一实施案场。其一;研华的场内物流通过自动化和互联技术支持,多平台信息协同,透明化管理,以精准快速的反应满足多样化的工单备料/仓储需求。MCS(物料追踪系统)主要针对物料的进、出、使用履历进行管理,并及时与SAP系统交互,实现库存的及时和透明,实现仓库无纸化作业;WMS(仓储管理系统)主要针对成品进行管理,并与使出货讯息及时透明;IEB系统的引入,销售订单,采购订单,工单信息以及进出口报关资料的系统录入并和海关系统串联。

    以上描述落实到实际应用如下:

    对于配送料的发料,根据生产计划员生产订单下达情况,MES系统通过接口程序自动获取订单所需配送物料清单,生成生产领料单。仓管员根据生产领料单,按生产节拍和物料数量,拣配物料,并绑定物料卡。配送员将物料车配送到相应工序库,工序库责任人、事务员、调度员、操作工等检查物料与配送员刷卡交接交接完后MES通过接口完成SAP自动过账生成SAP出库单,配送员回收物料卡和物料车。

    整个MES物流体系,取消纸质来料报检、入库单、生产领料单、调拨单,全部实现电子化表单流转;简化人工报检、打单环节,实现现场操作刷卡即时过账优化了人力资源,加强了公司物料配送的精准度,加快了物料流转速度,为提高公司库存周转率提供了有力的支撑。

    2)智能环境监控

    车间环境智能管控情况也是工业发展非常重视的议题。完善的环境管理、监控措施不仅可以保护员工的人身安全,还可以为设备的运行创造良好的环境,使设备工作在一个最佳状态,延长设备的使用寿命并提高产品的生产效率。

    研华的车间设有智能温湿度环境控制系统,在车间不同区域安放高精度温湿度监测器。系统内含热感、烟感、温度、湿度、有害气体、PM2.5检测,通过无线数传设备将数据发送至服务器进行集中判断处理。该监测器可以及时收集各区域的温湿度状况,一旦数据超出管制范围,立即发出报警信号,同时系统自动采取对应措施,以保人员企业财产安全。

    当车间内的温度过高时,温度传感器将检测到的室内温度通过无线数传设备发送到服务器,服务器接收到温度信息后与相应的设定值做比较,当温度值高于设定值时,系统会自动启动空调对室内温度进行调节,直到室内温度低于设定值后自动关闭空调。当车间内有害气体超标时,系统会自动开启风机及时排除有害气体,自动打开报警系统及时疏散车间内员工,并将故障数据上传服务器,供工作人员查看制定相应补救措施。

    3)智能生产车间

    研华的智能制造和信息化应用也同步落实到不同应用场景车间,例如SMT贴片机车间、DIP插件设备等,以及单机设备的人机协同作业程序。智能化车间的提升,除了有效改善现场作业流程外,还能够将实时数据即时反馈给管理者,加速决策流程,提升整体效率、产能精进。

    (1)SMT车间

    研华的SMT车间属于高度自动化生产车间,包含自动点料机、自动上料机、自动印刷机、在线型光学自动检测机、高速点胶机、高速贴片机、自动拔帽机、自动收板机等设备,自动化设备占车间设备比例达90%以上。同时,透过设备间进行信息化接口对接,实现设备间相互沟通、自动调节、自动控制,让视觉设备判断,作业设备自动跟随调整,提升生产品质及设备稼动,在自动化之上实现智能化。除此之外,籍由OEE平台的架构与逻辑设定,通过设备自身参数采集与三色灯感知,全程监控设备运行数据,快速处理大量数据并分析产出关键性图表,全方位切入生产管理环境,提升综合嫁动率。

    (2)冲压车间

    研华冲压车间也因应整体智能化升级进行改造。车间内的每台设备均有各自的设备编码,设备管理模块会进行机器设备的监控与预测性维护,同时采集设备的冲压次数、运行时间等数据,并与预先设定的设备临界数值进行比对。当比对结果超过预设值时,系统会自动生产维护工单,通过微信等方式通知设备维修及管理科人员及时进行检修与维护,延长设备的使用寿命,避免设备因长期使用而发生故障所导致的停产情况,影响工厂及产线运行。

    整个车间设备通过工业以太网方式与网络实现连接互通,整个车间联网率达到100%。车间提前3天进行工单备料,备料进度可通过线上物料储位管理系统、欠料管理看板及仓库电子屏查看实时备料进度及欠料情况。APS系统会根据SAP系统和MES系统的同步信息进行订单自动排程,同时通过研华FIMP智能制造平台可查看到车间实时生产情况及产品信息追溯。

研华科技智能冲压车间

图1 研华科技智能冲压车间

    在能源消耗智能管控方面,车间实时监测各设备的耗能信息并上传到综合监控工作站,通过对用电需量及目标量等数据比对进行节能策略的调整,提高能源消耗的合理性与高效性。车间环境智能管控方面,车间对温湿度、干燥度、可燃气体、粉尘等数据进行检测,超过设定值时会触发系统自动报警。对于生产产生的废弃物,车间会进行回收循环后再利用或标准化处理,减少生产导致的环境问题。车间核心软件均为公司自主研发,核心装备均为智能传感与控制装备,自主可控性强。通过车间智能化改造,目前生产成本降低幅度达到63.05%、车间人数减少30.97%,同时产品产出数量增加87.01%,不良品率降低45.45%,经济效益显著。

    (3)车间硬件

    车间内135台设备均为智能传感与控制装备,可实现车间设备与车间云端网络的互联互通,完成设备联网,完成设备。车间内高档数控机床及工业机器人共51台,通过程序或信息载体输入数控装置完成机床动作控制,实现智能化及自动化生产,并实现对生产设备稼动率、生产力、设备故障等数据的监控,并通过对监控到的数据进行分析实现对机器设备的预测性维护。车间内智能检测及装配装备共2台,分别为自动影像测量仪和平面钣金检测仪,主要用于半成品及成品的自动化检测并判定检测结果,及时上传车间云端网络。

    (4)核心软件

    冲压智能分配排程系统等能够实现对订单的自动排程及急单的处理,合理安排生产力,避免设备闲置及工单逾期情况的方式;NCT装刀、折弯装刀及相应备刀系统在生产过程中根据不同工单需求进行刀具选择及准备,方便生产人员进行换刀,降低刀具出错的可能性;线上物料储位管理系统、备料管理平台、欠料管理平台等系统可实现对仓储物料的管理,从系统中可随时查看工单备料及欠料情况,避免因备料、缺料问题对车间生产进度产生影响。即时生产力看板管理系统、WIP生产进度管理看板系统等可实现对数控冲床、数控折床等设备生产状况的实时监控、订单生产进度的实时查看等;生产L/T预警管理系统、工程资料预警平台、各类微信在线预警平台会在车间出现预警情况时及时通知到相应负责人,并对预警情况先做出预判断及预处理,提高突发情况的处理效率。

研华冲压车间内核心国产工业软件名称

图2 研华冲压车间内核心国产工业软件名称

    冲压车间的智能化也同时贯串了外部系统,车间内现有的仓储管理系统与外部的供应管理系统可以实现联动协同,车间仓储原材料的物料批次与供应管理系统中的物料批次相对应,通过系统追溯可回溯到产品生产所使用的原材料的供应商及批次,并在生产使用后在库存中自动进行扣除。同时车间生产系统与研发设计系统互联互通,产品设计完成后可直接将相关技术参数及生产要求通过系统下发到机台,系统匹配相应订单后进入生产流程。

    4)人机协同方案

    X-RAY点料设备:实现料件搬运、识别、清点、分类、以及与系统的对接。

    系统组装之自动打包机:加装研华自有sensor和控制器,满足多规格纸箱打包需求,借助码垛机械手臂牢固吸取和传送包装箱,高效、精准地移动至栈板垂直面,大大减少劳动力和降低劳动强度,提升了作业稳定性。

    冲压机械手臂:取代人工在冲压工位进行物料冲压、搬运、上下料等工作,降低单一重复性,节约人力成本&生产效率,提高人工及设备安全性。

    5)智能制造效益概况分析、说明

    研华全球有2个生产制造基地,即昆山与台湾林口制造中心。从2012年,研华开始布局制造中心智能升级,历经8年时间验证,当制造中心的设备利用率、产能等均得到提升时,能耗正缓慢下降,但是产值却得到大幅度的成长。研华的全球营收持续上升,未来五年目标人均产值翻倍,这大部分归功于产能的提升,让企业的经济效益得到显著优化并带来市场份额的扩大。经过几年的努力和不断实验,如今整体绩效概况如图3所示。

研华科技昆山制造中心案例绩效分析

图3 研华科技昆山制造中心案例绩效分析

    若是针对单独车间分析绩效,则冲压智能化生产车间在实现智能化改造后:

    车间产出产品数量由改造前的1393万件提升至改造前的近2倍。

    产品不良品率大幅降低,较改造前降低45.45%。

    产品的单位生产成本费用大幅降低,降低幅度达到63.05%。

    同时各生产环节的操作人员大幅减少,车间生产人员由原先的213人减少到147人,减少幅度达到30.97%。

    在车间生产制造过程中注重能源、资源利用效率的提升以及生产废弃物的处理,在降低资源、能源消耗的同时,借由余热回收系统实现车间废弃热能的有效转化,有效减少温室效应产生,并对车间产生的废水、废气按照国家标准及环保要求进行处理。研华工控机机箱智能化生产车间在工业控制计算机及系统制造行业内处于行业领先地位,智能化水平及自动化水平领先于同行业其他车间,具有较强的行业示范作用。

研华科技全球营收及增长趋势

图4 研华科技全球营收及增长趋势

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    研华的智能化升级布局从2012年开始,首先在自己的制造中心设立了智能化推展中心,用于厂务智能化的客制化项目。该部门内的同事也各有所长,涉及程式代码撰写、应用测试等多项专长。同时针对不同作业场景例如SMT/DIP、冲压、点焊等,配合现场人员做出流程改善、技术支持、系统升级等。

    1.项目背景介绍

    当万物互连,工厂设备得以互相对话,制造流程变得更有效率,意味着“少量多样”、“客制化与速度”的时代来临了。大规模代工产业应藉此机会走到前端,直接与市场连结,小而美、能根据市场灵活应变的制造业,在工业4.0时代才有可能成为赢家。也因此,研华科技置身传统制造业中业力求跟上工业时代的进步。同时传统制造业流程中多有不及时、黑箱数据、异常延迟处理等状况,导致产能受影响。因此在昆山制造中心首先局部展开不同程度的智能化升级。

    1)项目实施背景

    在SMT车间智能升级之前,我们面对诸多问题如生产资讯、营运资讯等均处于孤岛状态,大量的作业仰赖人工,主要设备讯息属于空白,生产过程中突发状况较多,因对销量多样的生产形态需要大量的人工来管理。具体细节如下:

    MES(制造执行系统)生产资讯较为完整,但是数据较为分散,可视化内容有限,生产资讯多以后台读取人工整理为主;MES系统与ERP(SAP)之间未充分链接,从收料到、发料、产品入库等许多节点需要人为管控;需要大量的软体开发人员,以及具备软体和设备均熟悉的复合型人才。

    自动化部分未充分展开,多以改善形式推动为主;研华SMT线机台布建的自动化程度较高,但在机器手臂、自动导引车、机器视觉检测等自动化技术及设备的使用程度较低,连工业3.0的程度都还未完全达标。

    设备资讯以人员统计为主,及时性不足;参数使用依照表单人员录入,稽核确认为主,防呆性不足;工厂使用的设备型号各式各样,而设备的控制板卡不标准,通讯协议不一致,这些都给设备改造增加了难度,普通配件模式根本难以搞定;简言之,工厂内的数据监测必须靠人工操作,不仅耗时、错误率也非常高,若有机器故障、人员派遣不顺畅的状况发生,都会影响到工厂生产的时程,往往要等到产品制作完成,才能统计良率高低,或必须等到每个月月底才能掌握工单进度及检视营运成效。

    设备健康诊断未列入,设备故障主要以技术人员经验判断为主;针对设备联网及设备健康诊断部分,需要与设备厂商合作,大多设备厂商未认识到该部分的重要性,同时大多不具备该方面的能力;大数据建模的部分需要持续累积经验以及和外部资源进行合作。

    环境监控部分,以人员测试记录为主;对于厂区温湿度监控、二氧化碳浓度及粉尘监控未能进行有效且实时的监控管理。

    能源管理部分以工务抄表,厂区分析为主,具体能耗使用合理性无法及时确认;节能改善局限在管理要求为主。

    2)项目需求规划

    研华籍有其自身IOT产业的产品优势,诸多软硬体可以应用在生产制造,来实现生产资讯、设备资讯的采集,互通、甚至是智能控制,并透过边缘计算进行数据的整理和初步分析,接入研华的工业互联网平台,经过解耦、重构来实现数据的最佳化应用,在平台上进行大数据的分析,并在平台上实现可视化讯息的呈现。

    研华的具体规划如:

    生产流程需与MES和ERP之间串接。

    打造全区域设备联网,打开老旧设备的协议开放、数据采集、分析等。

    设备状态实时监控和整体设备效率分析,以利全产线排产作业。

    智能化环境监控,例如噪音监测和自动预警系统、温湿度、二氧化碳浓度以及粉尘监控等有效监测、自动出发警报、空调联动抽风等。

    能耗管理、分析,能具体监控能耗使用状况以及各厂区应分摊金额。

    3)项目预期目标

    研华建立设备管理的应用平台,利用信息化手段打通业务流程,实现设备集成互联和数据采集,并在此基础上打造生产中央监控室,实现从计划、生产到配送,包括质量、物料、设备等生产要素的实时监控,整体车间实现了可视化,逐步形成生产线的数字化管理,生产线管理完成数字化升级,带来工业4.0导入效益:节省生产时间、降低生产成本、提高产能及质量良率。研华将传感器所采集到的数据,连同厂务讯息一同汇整并上传至云端平台,并落实ERP的整合及云端管理,跨厂信息串联及整合,再透过战情室呈现在管理者眼前,透过云端战情室的加持,研华不只优化了生产流程、改善生产效率,同时强化跨厂区实时决策效率。

    4)项目实施方法,研华工厂智能升级可分为型四大方向展开

    自动化与省力化:工业3.0时代,强调机器的自动化。运用机器视觉、机器人、自动搬运车(AGV),减少对人力的依赖并实现精实生产。

    设备联网及数据采集:透过物联网技术及传感器,可以实时采集并传送数据,设备本身状态、生产过程的数据、生产现场环境数据的数据,都可以被收集,不再需要透过人力作业进行数据纪录。

    MES整合应用与可视化:机台与生产信息,透过MES(Manufacturing Execution System)制造生产执行系统整合应用,显示实时的工厂生产状态,实时进行信息分析及可视化呈现,以优化生产流程。

    大数据分析及预防维护:将信息实时传送到云端进行大数据分析,这些数据可以预测出工厂货料预备,甚至是与上下游厂商的更紧密合作可能。可以提高生产力,优化进货及库存管理,并减少维修成本。

    2.项目实施与应用情况详细介绍

    1)智能装备与软件

    研华在工厂升级过程中,鉴于作业需求,引进以下技术和设备:

    光学影像辨识技术:例如基于射线影像X-RAY点料设备、基于3D影像识别SPI、AOI设备;

    AI技术与大数据运用:如“APS(智慧排程系统)”,依照订单的需求、物料讯息、生产讯息及时高效产出优化排程;“产品FCST数据验算”,精准推演产品未来的需求;如“AI在影像识别中的应用”,如手插件制程引入的AI-AOI技术;如“产品品质预测模型”,品质资讯整合应用,从产品设计开始提前预测品质风险。

    营运管理软体:SAP升级到S4/HANA,性能提升4-5倍速度;增加移动端应用等。

    除了以上技术提升,研华也针对原本传统工艺制程进行逐步改善:

    IC自动化烧录设备取代人工作业;

    传统手工插件引入自动插件设备;

    精密贴装原件数量清点引入自动点料设备;

    螺丝包封装实现自动数量清点封包。

自动印刷机

图5 自动印刷机

    DEK全自动丝网印刷机具有先进的上视/下视视觉系统,独立控制与调节的照明,高速移动的镜头,精确地进行PCB印刷电路板与网板的对位,从而将锡膏或红胶按照网板的开孔精确的涂敷在印刷电路板上。

高速点胶机

图6 高速点胶机

    设备配备3个点胶头,以实现最佳速度36000CPH的高速点胶;设备配备连续点胶胶量容量差补正功能,以确保稳定的点胶量,和点胶质量;标准配备点胶前自动确认点胶直径装置,以确保点胶的可靠性;设备配备粘合剂余量检测功能,并以图像化直观显示在屏幕上,以确保操作员及时更换粘合剂;设备配备3个点胶头各自独立调温功能,以确保根据不同粘合剂的粘合特性独立调试点胶最佳温度。

高速贴片机

图7 高速贴片机

    车间购置了高速贴片机,替代传统贴片机,具有以下先进性:残次率低、损失率低;安装时的装置稳定性;提高了通用性;安装时的灵活性;操作性简单;维护方便;环保、节省能源。

在线型光学自动检测机

图8 在线型光学自动检测机

    Xceed 3D AOI——先进光学检测设备具有双镭射光源投射技术,四百万像素的高解析CMOS镜头,RGBW LED光源,超轻量镭射,紧凑型设计,业内最高检测速度:65cm2/sec @ 14x14umm。检测时间(包含进出板时间):以PCB 260mm(L)X200mm(W)为基准的检测时间为10秒。提取高度的测量数据,使用者可直观地检出在传统2D AOI上难以检测的引脚翘曲、组件倾斜等不良。并且针对组件大小、缺件、引脚翘曲、侧立、立碑、反面、极性、错件、焊点、连锡、引脚缺失、引脚板弯、桥接、文字检查(OCR,OCV)、色环电阻、pin等等所有不良类型,均可完美检出。无论是在检查覆盖率、灵活性、可支持性以及编程方法等方面,Xceed 3D AOI皆可发挥其卓越的协同作用。

自动插件机

图9 自动插件机

    自动插件机设备先进性:提高安装密度;可靠性、抗振能力提高;提高频特性增强;提高自动化程度和劳动效率;降低了成本。

    2)MES应用

    MES系统用于追溯物料和产品的使用和生产过程中各制程记录,包含如下三大架构:

    APS智慧排程系统:全制程的排程控制,跨线别人力分配,各线别效率管控,生产周边管理。

    MCS物料追踪管理:全制程的排程控制,跨线别人力分配,各线别效率管控,生产周边管理。

    SFIS生产追踪管理:实时的生产资讯,严格的流程控制,产品资讯收集与追踪,准确的良率和效率报表。

    其中,研华自主研发的SFIS系统具有以下特点:

    即时资料处理(RealTime)—流程防呆、数据更新;

    现场无纸张作业(Paperless)—SN整合所有资料;

    现场资源追踪(Tracking)—成品、无聊traceability;

    生产状况监视(Monitoring)—即时的WIP;

    自动化设备监控(Control)—设备连线;

    即时现场管理(JitManagement)—看板、警示系统;

    开放式资料库(OpenDatabase)—资料透明化;

    忘记网络网页功能(WEBSolution)—异地查询。

    MCS针对物料的进、出、使用履历进行管理,并及时与SAP系统交互,实现库存的及时和透明;APS与SAP系统和MES系统、工程平台等进行连接,根据物料状况&订单需求,结合MES中的工时、工治具等的讯息,结合设备的状况,结合工程平台的工程资料等讯息,经过APS系统运算输出最佳的排程。SFIS适时、快速、准确、有效地反应生成状态和品质状态、制程能力与水平;对产品品质监控、把关,提供强有力的工具;使产品不良防患未然,提高生产力、生产效率、品质透明度。

    3)设备数据采集及车间联网

    为了实现生产车间所有设备仪器的联网与集中管理、生产信息的自动采集与数据传输、设备运行状态及生产过程远程监控与自动控制,采用我公司自主研发的WebAccess系统。本车间生产设备联网数利用多样化的串行式设备服务器与WebAccess物联往核心软件整合厂内所有控制平台,将数据送回中控计算机,让机台状态一目了然,解决电子制造厂区幅员广阔、机台数量多,需配置人员随时在机台前方监控设备状态的困扰,真正实现远程实时管理。不受通信协议、规约限制。

    SMT车间共有6条生产线,车间内生产设备联网数,占智能化、自动化设备总量的比例达88.89%。系统可以自动采集产品生产信息及数据、产能,并通过系统自动核算生产线的达标情况,可以直观的表现每条生产线的生产状况及运行状态。

    (1)车间无纸化

    全面导入电子无纸化管理。如厂区的物料进出、备料作业、物料盘点、生产前置作业(如烧录)记录、产品信息收集,首件检查、设备维修保养报表,工程文件、及标准作业指导书等均实现电子化作业。

    (2)在线检测

    利用视觉辨识技术代替人员检测,并通过machine learning不断修正影像数据模型,提升检测效果,以应对越来越复杂的制程工艺。未来透过AI影像数据实现M2M,应用各制程段影像应用场景,逐步实现智能工厂。

    4)生产过程实时调度

    智能车间内配套了专用的状态监控系统:通过自动机整线及各机自动运转/故障/待料等自动实时监控,透过面板显示故障位置并联动指示灯;计算机系统根据故障内容自动调阅故障可能发生原因及处理对策供技术人员参考。整体布局界面中可以显示生产线中所有被控设备的运行、停机和故障状态:当设备图标的颜色为彩色时,表示设备正处于正常运行状态;当设备图标的颜色为灰色时,表示设备正处于故障状态。关键设备例如自动激光焊接机/激光打标机的能量输出检示系统;若低于设定值,内部自动程序调整能量输出至合适范围。

    生产任务指挥调度、车间作业计划生成情况:企业通过WebAccess系统实现生产任务指挥调度,车间作业计划生成,根据客户需求,系统通过SFIS生成的下达成生成计划订单,设备反馈和人工输入方式采集数据实现第一时间反馈到MES系统,并提供多种数据分析图报告,SFIS系统支持订单投放预测,可获得缺料、待料并对完工物料下级物料的批次号和序列号的情况、状进行查询和跟踪管理。

    制造执行系统与企业资源计划管理系统集成的技术方案:为了现两系统的集成和信息共享,必须进行基于两系统功能的平行集成,在集成的过程中并不是基于某个系统而设计另外的系统,而是综合考虑现有两系统的特点选取某种集成方法进行集成系统的设计与实现。应该根据企业自己的实际应用环境和目标需求确定解决方案。通过对企业的运营模式、发展目标和业务过程作充分的研究,确定信息如何共享、交换以此保证信息的正确传输。通过分析公司部现有的企业信息现状和业务模式,在此选择了接口调用的集成方法。接口调用集成方法应用比较广泛,一般情况下在进行集成系统的开发中都需要在系统中开发一些可供调用的接口用于实现数据信息的交换以至流程的集成,比较典型的接口调用集成方法如API接口调用集成方法。这种集成方法同一般的接口函数调用基本相同,通过接口调用实现数据的传递和流程的集成。通过制造执行系统与企业资源计划管理系统的集成,实现了车间的实时调度。

    5)物料配送自动化

    对于配送料的发料,根据生产计划员生产订单下达情况,MES系统通过接口程序自动获取订单所需配送物料清单,生成生产领料单。仓管员根据生产领料单,按生产节拍和物料数量,拣配物料,并绑定物料卡。配送员将物料车配送到相应工序库,工序库责任人、事务员、调度员、操作工等检查物料与配送员刷卡交接,交接完后MES通过接口完成SAP自动过账生成SAP出库单,配送员回收物料卡和物料车。

    整个MES物流体系,取消纸质来料报检、入库单、生产领料单、调拨单,全部实现电子化表单流转;简化人工报检、打单环节,实现现场操作刷卡即时过账,优化了人力资源,加强了公司物料配送的精准度,加快了物料流转速度,为提高公司库存周转率提供了有力的支撑。

    6)产品信息可追溯

    本公司采用现场咨询整合系统(shop floor information system),能适时、快速、准确、有效地反应生成状态和品质状态、制程能力与水平;对产品品质监控、把关,提供强有力的工具;使产品不良防患未然,提高生产力、生产效率、品质透明度。降低市场不良率,让客户放心、满意。它对制造业的意义重大,它具有工厂制造过程防错、资源追踪、实时分析等管理功能。从公司整体运作来看,它连接于上层之制造业ERP系统﹑供应链管理系统(SCM)和现场作业/生产设备之间,提供实时且准确的实际生产数据。进而有助于管理者制定运筹计划(LogisticsPlanning)。从现场管理来看,它整合了工厂现场各单位(如生管、制造、品管等)的各项数据,使各单位得以迅速得到作业所需的信息,以提升生产效率、产品质量与客户满意度。

    7)车间环境智能管控

    环境检测在工业控制当中应用广泛,不仅可以保护员工的人身安全,还可以为设备的运行创造良好的环境,使设备工作在一个最佳状态,延长设备的使用寿命并提高产品的生产效率。智能车间为无尘车间,车间设有智能温湿度环境控制系统,在车间不同区域安放高精度温湿度监测器。系统内含热感、烟感、温度、湿度、有害气体、PM2.5检测,通过无线数传设备将数据发送至服务器进行集中判断处理。该监测器可以及时收集各区域的温湿度状况,一旦数据超出管制范围,立即发出报警信号,同时系统自动采取对应措施,以保人员企业财产安全。当车间内的温度过高时,温度传感器将检测到的室内温度通过无线数传设备发送到服务器,服务器接收到温度信息后与相应的设定值做比较,当温度值高于设定值时,系统会自动启动空调对室内温度进行调节,直到室内温度低于设定值后自动关闭空调。

    当车间内有害气体超标时,系统会自动开启风机及时排除有害气体,自动打开报警系统及时疏散车间内员工,并将故障数据上传服务器,供工作人员查看制定相应补救措施。

    8)资源能源消耗智能管控

    智能监控系统不仅可实时、准确、全面、可靠地监测各个设备的能耗、能效数据,为管理者提供各个设备的能耗、能效的实时监测数据,并可按用户设定的能耗、能效水平对能耗过大、能效过低的状况进行通告及告警,提醒用户进行设备维护、保养或更换,还可为各备的类节能措施、节能设备的节能效果提供第一手的准确评估数据;更可为空调、通风、公共照明、办公照明、热水器等各类设备提供基于自定义时段、自定义策略、自定义阈值与联动对象和联动动作的自动节能控制,从而实现能源消耗的精确投放,达到节能的目的。

    电力能耗、能效分项监测:针对不同的用电设备配置多路电力监测智能控制,实时监测各路设备的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因素等各项功耗、功效参数。基于RS485工业数字通讯总线上联至综合监控工作站。

    策略化节能控制:主要由后台软件实现,根据各传感器及电量仪采集回来的数据,进行数据分析,分清楚哪些部分是必要用电,哪些部分属于浪费用电,加上实际用电情况,用户可设置相应的节能策略,如:某个时段某些用电设备可关闭,有些区域在无人的时候用电设备可关闭,有些用电设备在一段时间内无人操作可调节设备进入待机模式等等。可大大避免能源不必要的浪费,节省资源。

    温湿度监测:按照用户房间的被监测面积,在各区域配置数字温湿度传感器,实时监控各区域温度、湿度,并按用户设定策略实现温度监测、湿度监测与空调、新风、供暖等设备的智能联动。

    9)车间网路安全

    智能车间网络集中监控系统是一个集成了覆盖全厂各车间控制系统的信息系统,实现与全厂WebAccess系统的无缝连接及信息交换,实现了车间辅机控制系统网络的一体化、信息的资源化、决策的科学化。此项工程的实施,可大大提高了车间的自动化水平,为车间网络控制系统的安全运行奠定了良好的基础。

    公司为确保车间安全可控主要措施为加强技术开发,防范信息技术风险如:信息加密技术、防火墙技术等,同时建立健全信用体制,防范信用风险,如:身份认证、信息认证、信用评价体系,最后建立完善的安全管理制度,防范管理风险:如建立应对突发事件小组、从业人员管理制度等。此外,建立单独的系统测试组,派有经验的人组成系统测试组,不断加强项目各小组之间的沟通,并通过项目总体组的组织结构以确保该沟通的有效性,同时还增加带宽,统一要求集团所有成员企业使用集团办公自动化系统。

    10)车间与车间外部联动协同

    公司从全面感知、可靠传递和智慧分析3个方面实现工厂与设备讯息整合联网,辅以研华WebAccess软体整合跨厂区资讯并透过云端平台储存及进行数据分析。透过系统整合、达到生产效益最大化及智能把关,藉由生产资讯即时呈现与预警通知,落实工厂透明化管理及品质空管。

    车间运用的是公司自主研发的WebAccess系统、SFIS系统以及MES系统,建立云计算平台,整合跨厂区资讯并透过云端平台储存及进行数据分析。

    WebAccess系统优点:全球唯一完全IE浏览器架构,可以透过因特网进行远程的监控,并且可以再远程修改数据值、构建图形及数据库备份;多任务异步构建功能,允许多用户同时或费同时建构数据库,充分具备网络及多用户功能。支持远程组态、远程维护,多人协同开发,虚拟SCADA功能;先进的数据库架构,您可先设定硬件,亦可先绘制图形,高效灵活,随心所欲;支持节点冗余、通讯冗余,视频整合,手机客户端,Email\SMS。

    SFIS系统优点:即时资料处理,实时数据处理是指计算机对现场数据在其发生的实际时间内进行收集和处理的过程,即时采集、保存与反馈数据,达到流程防呆、数据更新的目的;现场无纸作业,数据都通过设备或网络上传无需人工记录;现场资源追踪,SN可整合所以数据资料,随时随地可以追溯产品数据情况以及生产情况;生产状况监控,即时的WIP,为工作中心提供原材料、完成产品、半成品的存储货位等情况实时反映;自动化设备控制,所有自动化设备都联网控制,可进行监测与查看;即时现场管理,车间内设有投影或看板,警示系统,简单明了的了解数据情况,如有不正常数据,警示系统将会作出反映,可安排检测人员进行处理。

    MES系统特点:包含了排程、看板预警与显示、工序扫描追踪、SPC以及各种分析报表,具有集成自有的高级排程系统,排程界面图形化易掌握;与车间的生产设备、触摸屏、看板、扫描枪等硬件集成数据;可以与本公司研发的WebAccess系统进行无缝对接;可与企业产品成本计算对接,有利于成本计算的准确性;生产报表与监控数据实时更新而准确;有效降低了对人工的依赖程度等特点。

    11)工业物联网与智能服务

    产品远程维护:建立云计算平台,整合跨厂区资讯并透过云端平台储存及进行数据分析。

    设备健康管理:主要的生产设备均已经透过讯息采集实现设备状态的及时监控以及设备稼动状况的统计和分析,设备生产过程讯息的统计和分析,针对设备故障、维修、保养等建立履历,并运用数据分析实现如贴片机、NCT等设备的健康诊断,针对设备进行前瞻式管理。

    12)智能决策(战情室)

    物联网战情室,是一套物联网可视化整合方案,籍由研华IOT产业产品优势,打造工业4.0级智慧化工厂。制造中心以6大SRP整体解决方案(生产装备效益提升方案/生产设备数据联网及效益方案/工厂能耗管理/安灯/生产环境及废弃物监测方案/AI智能光学辨识方案)为主轴,展开多功能模块的延伸,以多面向的可视化管理资讯,让公司营运管理人员快速掌控各个场域营运指标状况,以便与做出及时、有效的决策,驱动现场管理效能。

    研华战情室(决策中心)分为3个屏幕,左右两侧为55寸竖屏,中间为横向86寸大屏幕,如图10所示。

研华战情室

图10 研华战情室

    战情室的建立仰赖与各现场作业的数据采集、边端协同、云端分析、数据可视化、异常警报等。根据各厂区的数据汇集,战情室提供给主管的都是经过分析的数据报表,可以直观的判断是否需要做即时处理、是否出现异常等情况,其中模块包含:

    生产在制进度:主要呈现厂区各制程/线别生产机种的达成率、良率和换线工时。促使管理人员及时去排查影响的因子(制程异常还是机器故障)。以达成率状况去检视标准工时饿的合理性。透过对制程效率的优化,使生产率达到最高。

    制程生产力:呈现板卡厂SMT每条线的生产力状况,由于每条线设备差异和产品复杂程度不同,所以每条线的生产力也有一定的差异,以研华多样性的特点,结合APS自动排成小甜甜那个,将不同产品安排在适合线体生产,提升综合生产力,目前可达到85%以上。

    生产换线工时:以前采用人员手动统计的方式,改善成效有限,现在导入自动采集并将数据呈现,使现场管理人员清楚了解到问题的所在,并做出针对性的改善,换线工时从过去的40分钟,降到了现在的平均15分钟左右。

    生产LT管理:将各制程生产时间和各段之间的等待时间进行细分,并且进行了可视化的呈现,以促使现场管理人员及时的了解问题所在,并针对性的做出改善,再结合APS自动排成管理,LT从7天降低至3.5天。

    品质数据管理:根据不同层级的主管需求自动生成各种图表格式的品质报表,另外透过在系统中设定预警,对于生产过程中的相同不良,自动发送预警信息给工程、品保人员。将隐性品质问题进行呈现,以利于工程人员及时进行不良问题的排查和改善对策的导入,提升良率。

    OEE:通过Wise模块采集机器运行数据,通过不同颜色表现机器运行状态,并呈现不同机台嫁动率,以优化线体节拍平衡。

生产OEE分析

图11 生产OEE分析

    13)工业大数据

    (1)数据采集

    研华在工厂现场有大量的机台设备,针对如此多规格的机台健康管理与提质增效变得尤为重要。研华利用自身工业互联网领域的多年技术积淀,透过自研的SCADA软件(WebAccess)以及物联网硬件如支持Modbus TCP的以太网I/O模块ADAM或者远程LoRaWAN无线输入/输出模块WISE等,能够快速对接主流厂牌的PLC,控制器,I/O模块,传感器,以及业界常用的通讯协议(Modbus, OPC ,Ethernet/IP,DNP3,SNMP,BACnet),同时覆盖范围更广,耗电更低。极大的方便了研华设备机台综合效益管理以及能源管理。例如OEE数据管理,现场作业数据平均5秒/次被采集,一次产生约200笔数据被即时处理、可视化呈现。

    (2)边缘运算

    针对边缘端采集的大量数据,研华要作用于生产,指导产线作业,就必须对庞大的数据进行运算和分析。例如仓库有采集大量的温湿度传感器的数据,多个传感器分布在不同的区域,如何根据现场的温度变化,及时调整空调的温度,边缘运算主机就但此重任。此外运行在边缘的MCS料件管控系统,极大的方便我们现场料件的追踪和管控。

    (3)云计算及AI模型驱动

    为了加速设备联网以及营运的数位转型,研华在研发中心布建了一套私有云WISE Stack,其强大的运算能力,简易的开发模式以及友好的用户界面,为战情室信息系统提供有力的支撑。尤其是开放的AI模型运算平台,为DIP制程焊接品质提升,发挥了重大效益。

AI模型驱动

图12 AI模型驱动

    3.效益分析

    研华通过生产车间采用国内外先进的自动化、智能化设备,将现代化的控制技术与电子组装传统工艺相结合,实现智能化生产,减少人力需求,提高了产品的一致性和稳定性。

    智能车间为无尘车间,车间设有智能温湿度环境控制系统,在车间不同区域安放高精度温湿度监测器。针对不同的用电设备配置多路电力监测智能控制,实时监测各路设备的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因素等各项功耗、功效参数。

    基于工业数字通讯总线上联至综合监控工作站。车间由独立电路管控,链接至总电控室,输变电采用国家和电力行业110KV自动化无人值守的标准设置。

研华SMT智能车间升级效益

图13 研华SMT智能车间升级效益

责任编辑:程玥
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