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爱柯迪:打造5G+数字化工厂

2023/1/21    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:工业互联网案例  e-works年度盘点  智能制造  爱柯迪  
本文为“2022年度中国智能制造最佳应用实践奖”参评案例。本次活动将评选出2022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

       爱柯迪股份有限公司,简称IKD,成立于2003年12月,坐落在现代化国际港口城市宁波,拥有压铸行业先进、高效的设计理念,具备自主研发,精益化生产和管理能力,并建有一套符合现代化汽车零部件生产要求的项目、生产管理体系,质量、风险控制体系。员工近5000人,2022年实现总营业收入约40亿元,2021年入围中国铸造行业压铸件生产企业综合实力50强(排名第3)。经过历年的建设已多次获得浙江省数字化工厂、工信部5G+工业互联网试点示范项目、工信部物联网示范项目。

       公司主要从事汽车铝合金精密压铸件的研发、生产及销售,其主要产品是通过压铸和精密机加工工艺生产的适应汽车轻量化、节能环保需求的铝制汽车零部件,包括汽车雨刮系统、汽车传动系统、汽车转向系统、汽车发动机系统、汽车制动系统及其他系统等。业务均衡覆盖美洲、欧洲以及亚洲的汽车工业发达地区,主要客户为全球知名的大型跨国汽车零部件供应商,包括法雷奥(Valeo)、博世(Bosch)、克诺尔(Knorr-Bremse)、麦格纳(Magna)、电产(Nidec)以及博格华纳(Borgwarner)、大陆(Continental)、马勒(Mahle)、耐世特(Nexteer)、舍弗勒(Schaeffler)、蒂森克虏伯(ThyssenKrupp)、采埃孚(ZF)等。未来,公司将借助爱柯迪的品牌形象,以及多年来积累的销售渠道、客户资源,通过满足客户对供应商战略布局的要求,为客户降低采购成本,逐步提高客户服务效率,进一步巩固和发展与客户的战略合作关系。
 
爱柯迪股份有限公司
图1 爱柯迪股份有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

       爱柯迪基于5G的精益数字化工厂建设是在信息化和自动化建设的基础上,以5G作为工厂的新型网络,利用互联网技术实现工厂内设备的数字化全联,并按照生产流程构建全周期数字化闭环管理,从而完成对生产过程的所有要素的全面监测和工艺迭代升级。此外,5G和AICDE技术的融合应用,为各类生产场景提供了新的作业模式。在全面5G工厂建设的同时,也根据工艺特性和主要技术应用,建设了15个5G应用场景,包括5G行业专网、5G实景视频指挥分析系统、5G产品三维扫描系统、5G量产MES系统、5G+AI视觉检测、5G三维孪生等。

       近年来,5G技术的成熟应用和“工业4.0”时代相关智能制造业的政策出台,大力推动了智能制造新模式探索,通过5G+工业互联网平台模式助力制造业升级转型,爱柯迪5G+工业互联网项目主要围绕1+1+N的思路进行建设:

       一张专网:在爱柯迪新3号工厂,5G首次整体替代了“有线+WiFi”网络,成为国内首个全5G智慧工厂,工厂内所有跳动着数字的设备(200多台包括熔炼炉、压铸机、加工中心、工业机器人、地磅、工业PDA)都是连入5G网络的。传统工厂内,机器的背后都有一根“尾巴”——有线网络,用来传输数据、远程操控等等,3号工厂原来需要10多公里的网线,我们 “剪”掉这个链路的“尾巴”,利用5G无线网络替代有线网络,让机器在工厂里“走来走去”,大大提升了产线搬迁、重组操作的便捷性,为柔性生产提供了支撑。 

       一个大脑: 对于智慧工厂而言,工业大脑就是智慧运营的指挥棒,利用三维技术,在云端再造工厂、车间、设备3个层级的全视角实时场景,配合各类生产计划、产品质量、产量进度、设备状态等管理数据,实时呈现出工厂实际运行状态,消除物理工厂与数字工厂的边界,让智慧工厂信息在大屏一“幕”了然,让决策者、管理者能更清晰地掌握工厂运营状态。

       N个应用:结合爱柯迪熔炼、压铸、机加工、质检、物流五方面的生产流程,新3号工厂打造了5G生产看板、5G实景视频空间指挥系统、5G+人机互动系统、5G三维扫描、5G智能仓储、5G AGV、5G压铸质检等15个应用,形成了一套较为完整的5G+智慧工厂应用解决方案。

       1)国内首次实现了全5G网络建设模式的规模应用,实现了端到端网络运维及响应

       5G网络如何在工业制造领域规模应用,目前多数停留在小场景、试点为主的形态,解决方案技术上解决了规模应用的模式,提供工厂内所有终端的接入技术方案,并完成了实际项目的验证,吸引了5G行业大量的关注并获得普遍认可。

       2)完整打造了涵盖5大环节20多个工序的完整的数字化闭环管理体系,实现质量管理的重要基础

       压铸行业由于集中度低,大量中小企业非但无法覆盖全部工序的数字化,甚至对于数字化如何开展不甚了解,解决方案以头部企业的实际探索为基础,完整打造了全面的数字化,这不但充分体现了know-how的优势,更是完整体现了数字化的技术路径。

       3)自行研发了集成5G工业模组的智能MES终端,并实现了规模量产和使用,显著早于国内其他项目

       5G工业模组由于价格高、集成技术新,目前在制造业应用少,大多采用CPE模式,解决方案利用半年多时间实现产品的研发并投入量产,降低了5G终端接入的集成复杂度和运维的复杂度。

       4)广泛使用物联网、大数据、人工智能等多种技术,实现了压铸生产中IE+IT的有效融合

       物联网技术完成对设备状态的感知、大数据完成对数采的分析和洞察、AI技术能够替代人工,压铸生产要提升质量必须有新的IT技术和IE技术进行融合。

       5)实现了三维数字孪生及人机交互等新型应用

       三维数字孪生技术基于移动的上海产研、中移物联的技术队伍,以OnenetView等基础平台,通过数据对接、模型导入等,实现工业化的开发和交付,显著降低了三维数字孪生技术应用的门槛。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

       1. 项目背景介绍


       我国对汽车实行召回制度后,汽车行业相关的制造厂对产品质量追溯越来越重视以满足市场的要求,因此客户要求我们做产品质量全流程追溯,当产品在客户处出现质量异常时,如何快速精准定位到与该产品同批次生产出来的问题产品目前分布在哪里,以便追溯范围和方向大幅缩小。爱柯迪作为国内汽车零配件铝合金压铸行业龙头企之一,坚持“一切为了满足客户的需求”的经营理念,开始了整个数字化工厂的战略规划。

       在项目实施前如何做到人、机、料都有对应的条码,而且必须是一物一码一账;设备通讯协议不一致,老设备协议不开放等等加大的设备数据采集的难度;工厂所有设备联网加大的成本的投入;缺乏专业的数字化转型人才等一系列问题和难点。

       在7年前没有实施经验以及借鉴的情况下,我们采用了点线面体的推进过程大大提高了项目的成功率。当初应客户要求实施了一个产品的全流程追溯,成功后再实施该工厂的整个压铸车间物联,成功后作为标杆车间将经验复制并推广到其他生产工厂的压铸车间并实现全集团压铸车间全联网,接着再实施机加工车间再推广到全集团,直到完成所有车间的全覆盖。这样的做法首先通过一个产品探索和积累经验,然后用有限的经验借助MES系统建立车间的生产作业标准并推广到整个集团。点线面体循序渐进最终将蓝图变成现实。这是我们做的比较好的地方,在这个实施方法基础上,通过规划先行、选择试点、效果评价、复制扩大、运行优化五步法,最终把我们的每一个管理的功能全部实现数字化。

       2. 项目实施与应用情况详细介绍

       2.1 5G专网建设

       宁波移动以全5G新型工业互联网基建模式为基础抓手切入工业行业,同爱柯迪合作打造了基于5G的压铸质量控制解决方案体系。解决方案两条主轴为:以全5G工业专网为基础,端侧通过各类5G终端实现设备数字化全联;平台方面基于压铸制造流程的数字化管理闭环。在此基础上,进一步叠加场景化的应用。
 
5G专网应用
图2 5G专网应用

       全5G工业专网是指针对工业场景定制安全可靠、超大带宽、超低时延、海量连接的高品质5G网络,实现从离散私网向统一架构的标准专网转变,从消费服务网向满足工业刚性需求的生产网转变,从而实现对原有“有线+WIFI”建网模式的整体替代。5G网络可以根据项目需要,搭载边缘云(MEC)服务,即在靠近用户侧或客户厂区部署边缘云设施,提供更低的网络时延、更好的数据管控等功能。

       数字化闭环管理是基于工业互联网新型架构的全流程数字化管理平台,包括原材料追溯管理系统、熔炼全联管理系统、压铸全联管理系统、模具全生命周期管理、产品全生命周期管理、质量检验管理系统等。整个管理系统构筑成为真正意义上的物理工厂的数字孪生体,可以为工业应用提供通用通信连接、设备接入、数据分析、AI算法能力等服务,提供标准接口和自服务界面,赋能上层应用,实现工业运营的可视化管理,满足智能感知、泛在连接、实时分析、精准控制的需求。

       此外,针对场景化的质量治理的需求,融合了AICDE等技术,通过机器视觉、人机交互、大数据推荐等多种形态,实现基于人机料法环测等各类要素的质量控制水平的提升。

       1)关键技术

       5G边缘计算及网络切片,端到端网络运维及响应

       物联网、大数据、人工智能等多种技术融合运用

       新型人机交互、定制研发各类智能终端

       成熟的工序流程定制引擎,质量事件的数字化响应机制

       2)建设内容

       (1)端到端切片能力支持:核心网、传输网、无线网

       核心网打造个性化切片定制,提供eMBB、uRLLC和mMTC等逻辑切片。每个逻辑切片有独立的AMF、SMF、UPF,他们共用PCF\UDM\NEF等网元。本项目就是用了其中的切片1和切片2,从而实现了业务在核心网侧切片。
 
端到端切片能力支持
图3 端到端切片能力支持

       在每个园区内部署SPN传输设备,采用10GE环路带宽。应用FlexE 组网,设定传输专享时隙,减少时延抖动,从而实现了传输网的切片。针对SIM卡设置了相应的5QI(5G QoS Identifier,即5G服务质量标识)。针对大带宽切片,主要业务是视频上传,将SIM卡5QI设置为6,适用于摄像头流媒体上传业务。针对低时延切片,主要是远程控制,将SIM卡5QI设置为81,适用于低时延工业远程控制业务。

       (2)全场景5G接入:模组直接接入、5G转有线及WIFI

       通过提供工业模组集成到MES终端,可以实现产线设备基于该款终端的即装即用式的快速接入,从而赋能产线的柔性生产及快速调整。针对存量的工控机、WIFI终端,通过5G工业CPE转有线及WIFI完成间接接入。

       针对产线接入,解决方案早点2019年5月,试点并启用基于5G CPE的产线接入。当时主要采用“CPE+隧道路由器”作为网关的接入模式。2020年3月,自研5G模组集成方案完成原型开发,并实现产线接入成功试点,5G接入方式也迭代改变为“MES工控机”作为网关,实现了接入模式的简化。5月份,该终端机型已经投入量产,并用于工厂的规模接入,实现了预期的效果,大大加速了产线接入的范围和速度,较国内同类型项目形成了显著的时间优势。
 
MES终端
图4 MES终端

       (3)端到端监控及快速故障响应

       端到端拨测、网元监控、DPI探针、会话监控等4种方式获取5大类14种网元的原始数据。并通过强调端侧设备的自恢复,通过冗余机制隔离网络故障,实现90%故障恢复<5分钟,整体5G专网达到99.99%的网络稳定可用性。

       (4)边缘计算

       MEC(Multi-access Edge Computing)即多接入边缘计算,在靠近数据源或用户的地方提供网络、计算、存储等基础设施,并为边缘应用提供云服务和IT环境服务。相比于集中部署的云计算服务,边缘计算解决了时延过长、汇聚流量过大等问题,为实时性和带宽密集型业务提供更好的支持。

       爱柯迪园区内部署5G MEC后,所有的生产数据都在园区内进行卸载,不出园区,保障生产数据安全。同时通过单独的APN/DNN,从技术上实现数据不会流出到公网,实现在公网上形成了虚拟专网,该虚拟专网只是园区独自使用,确保数据安全。
 
MEC总体架构
图5 MEC总体架构

       2.2 数据采集

       爱柯迪基于5G的精益数字化工厂建设项目设计方案将采用数据采集系统对产品状态以及各种厂家和型号的设备实现运行状态、参数和报警等信息的自动采集。采集到的实时数据通过自动数据压缩计算后存储在实时数据库中。实现生产过程中的设备、工艺相关信息等各种信息采集,为高层领导和生产管理人员提供实时的各类数据,方便对现场及时进行调整,稳定过程、提高生产效率。
 
数据采集架构图
图6 数据采集架构图

       1)基于5G+EtherNet/IP的数据采集

       数据采集系统是执行设备与工业软件模块之间的连接桥梁,工业控制有两类,第一类是主要通过PLC进行控制,依靠工业各类总线方式实现和PLC组态交互。第二类是电测类及能耗类,依靠5G IOT物联网控制单元或总控中心,通过TCP等通信实现数的实时采集。

       以同一层级的不同类别的设备进行分区组网,每条自动线有单独设立的主站,主站汇集各个子从站数据,并通过5G网络上传到服务器。从站之间、从站与设备之间可采用串行或星型形式联网,设备组网灵活、方便。

       工业软件和PLC之间依靠Kepservers,和工业控制PLC实时信息交互,执行设备需将设备的工作状态,加工工艺参数,生产效能等信息实时上报至 MES/ERP 层管理软件。工业软件和5G IOT模块通过TCP或CAN通信实现实时信息交互,其对设备现场执行层面起着至关重要的作用。

       工业软件方案依靠MES数据库的远程方案实现自动切换,MES可以依靠工业软件直接控制PLC的IO,可以实现方案的远程切换。

       2)采集过程

       (1)系统功能

       数据采集系统具有注册管理、权限管理、状态监管等。实时远程获取状态、属性等以及远程唤醒、控制、诊断、升级和维护等。支持对采集参数动态调整,保证能够使用统一的管理接口技术对各设备节点进行统一管理。

       与数据处理中心配合,可以完成异常的实时快速度响应,并发送短信、微信至相关责任人,引导支持职能部门快速处理异常。

       平台接收系统和手机客户端发来的指令并依照执行,实现相关设备的控制和通信;同时主动根据配置定时上传相关数据给通用能力平台和手机;另外支持多手机的订阅功能,可以实现当前设备的数据采集情况。

       (2)采集点信息配置

       检测点的基本信息由其主控中心进行添加维护,新添加或有信息修改后使用上报功能上传新信息到通讯中心,通讯中心检测到信息更新后同步更新监控中心库中的信息。下端的采集器自动从中心获取更新的配置信息,也支持由中心进行手工同步。

       (3)协议转换及控制 

       对不同的设备进行协议转换,将下层的标准格式的数据统一封装,保证不同的感知网络的协议能够变成统一的数据和信令;将上层下发的数据包解析成感知层协议可以识别的信令和控制指令。

       连接各类CNC、公司内部使用的各型号的压铸机、PLC(西门子、欧姆龙、三菱、LG、AB、台达等)、传感器、OPC、TCP/IP、各类电机、监测仪器(TOC/COD/流量计/PH)、电表等。

       2.3 过程质量控制

       对生产过程中的产品质量状况和质量各种指标进行实时监控,及时诊断分析出问题的根源并找到相应的解决方案和后续问题状态的追踪是数字化制造执行管理的一个重要功能。数字化制造执行管理基于网络技术对生产过程实测质量信息进行实时采集、管理(质量文档管理、生产过程质量管理、质量统计与目标管理)、监控、分析和发布。实现对产品到整个加工过程的追溯,包括工艺路线、加工设备、加工时间、操作人员、异常信息的追溯。系统中的生产质量监控系统具有完整的数理统计功能和高级的深度关联交互分析功能。通过多种数据采集手段获取的各类生产制造数据(设备、原材料、质量、计划等)经过转换重构后存入系统数据库,利用相关计算、报告、查询、分析和挖掘工具生成各类质量关键性能指标(KPI),对生产过程质量进行实时分析与监控。

       从铝锭进料、熔炼、压铸、机加工、检验包装以及模具六大流程,全面构建智能制造管理系统。

       1)原料溯源及质量管理

       铝锭的溯源管理。我们为原料供应商提供离线二维码打码工具,确保所有来料都有对应的二维码信息。进料检验环节把所有的检测设备全部联网,无论是标准管控还是流程管控都是靠系统来进行控制。成分和性能达标后才能扫码入库;过磅称重环节,不得有重量异常;出库环节,确保先进后出。
 
图7 原材料入库检验及出库
图7 原材料入库检验及出库

       2)熔炼环节质量管理

       熔炼管理系统。熔炼投料、出汤、投汤这几个动作,扫码+系统反馈结合,系统通过算法和规则结合,规避了工人犯错概率。此外,我们还对铝水进行取样检验,确保铝水质量合格,不把问题带入下一个生产环节,只有取样检验合格后才能出汤。

       3)压铸环节质量管理

       压铸全联管理系统。工人侧提供工位终端。我们用了半年的时间,完成了这款工位终端的5G工业模组集成改造,大大降低了压铸生产线模块化接入的复杂度。在整个压铸生产过程中,影响质量的设备状态数据被实时报送到平台端,作为质量大数据迭代的依据。压铸环节的冷模、超差报废,终端自行触发。然后,结合工人及品管部门可以手工触发其他异常,异常通过短信,实现层级监控。
 
压铸质量管控
图8 压铸质量管控

       4)机加环节质量管理

       机加全联管理系统。模式基本同压铸一致,在产品送检过程中三坐标的检测,从送检到排队,到分配,到完成检验,到自动上传和判定,全部通过系统来控制。每台三坐标实际的状态,包括开机率,什么时候停机,以及检测结果全部实现数字化管控。同时系统有个反向锁机功能,当检测产品不合格时系统可反向将送检产品对应的加工设备锁机,以减少加工的批量废品。
 
三坐标检测流程
图9 三坐标检测流程

       5)检验包装质量管理

       检验包装管理系统。根据生产计划打印出相应的唛头,员工刷卡选择当天的检验计划,检验合格后,扫描箱码和托码,完成检验包装工序。系统记录包装工序的装箱、转托记录,可以管控生产的最后一道工序,达到可追溯、有记录的目的,还可以根据装箱记录生成每日检验包装工序的产量,为生产排产、仓储物流提供必要的数据支撑。
 
检验包装作业流程
图10 检验包装作业流程

       6)模具及产品全周期质量管理

       全周期管理目前应用在模具和产品两个方面,我们对他们都通过二维码赋码,一物一码,这样任何的质量问题,都可以实现回溯。同时也通过MR眼镜等新型交互手段,提升作业标准化。
 
模具及产品全周期质量管理
图11 模具及产品全周期质量管理

       方案实施过程中使用BPR、ANDON、KANBAN、POKA-YOKE、FIFO、5S、TPM、IE等工具方法。BPR制定出生产管理环节中合理规范的标准并且将标准内置于系统中;ANDON使得异常能够及时发现并且快速响应;KANBAN使得生产状态实时可视化、POKA-YOKE使得产品在生产过程中系统能够进行质量的防错;5S、TPM等精益工具的融合使得现场物料流转更加通畅、运行效率更高;IE的运用使得生产作业围绕价值活动进行展开有效减少了非增值活动。

       2.4 产品全流程追溯

       当某一个产品在用户处发生质量问题时,如何快速准确的定位到同一批产品目前分布在哪里?这是很多制造企业面临的痛点,目前通常的做法是扩大范围整批量召回。

       爱柯迪在产品通过激光刻上唯一身份标识的二维码,当产品在客户处出现质量异常时,只需拍带有二维码的产品图片给爱柯迪。通过扫描这个二维码,可以追溯该产品原材料供应商生产批次、炉号、牌号、检验结果,以及该批次原材料的出入库、投料、出汤等相关信息。也可以查看该产品的每道生产工艺的所有信息,如该产品是什么时候压铸的,用哪台压铸机哪付模具等等。

       利用大数据分析平台获取产品当时加工的所有工艺参数,通过问题工序对应的工艺参数前后发生的变化,并根据变化时间点可以精准定位问题产品的序列号,以及该批次产品当前分布的地点,使整个追溯方向和范围大幅缩小。

       2.5 其他应用场景

       1)三维扫描首检场景

       压铸产品质检管理。提供首检、末检、外观巡检等,送检产品不合格,系统自动反向锁机,显著缩短了问题产线的废品产量。检验手段方面,除了三坐标、X光等,也同AI算法进行结合,使用三维逆向建模、机器视觉外观检测等。

       5G三维扫描系统从功能上主要包括扫描仪、5G图像建模云平台、5G通信模块等三个部分组成。
 
三维扫描架构图
图12 三维扫描架构图

       扫描仪:扫描仪采用蓝光多频相移技术,可实现精度高达0.01mm的非接触式扫描测量,扫描相机像素高达500万,单幅图像画面可达500mb。工作时,将待检测物品放在标准测试台上,扫描仪快速获取产品的标志画面,快速传送到后台处理。

       5G图像建模云平台:获取的图像数据通过5G网络以及5G云专线,传送至部署在移动云的建模处理平台,该软件平台主要实现以下功能:数字建模:将扫描获得的画面进行拼接和处理,通过比对运算,对物品的表面构型进行还原,快速获得三维模型,其精度可以达到0.02毫米。匹配比对:存储数字构型的标准三维模型,与扫描获取的三维模型进行匹配比对,并直接通过颜色图形渲染的方式展示比对结果,其中红色的为正偏差,蓝色的为负偏差,质检和设计人员可直观地判断检测结果。
 
三维扫描成像图
图13 三维扫描成像图

       现阶段工业零件的型面测量主要是通过三坐标测量仪进行的,首检时间需要N小时/只(只考虑测量、出检验报告等步骤。如果从编程开始,则需要按天计算)。而采用三维光学扫描系统,设备安装调试时间10-15分钟(如固定场地调试时间均可省去),测量时间仅需3-5分钟/只,可以大大提高检验效率。

       2)UWB模具高精定位场景

       数字化工厂车间通常是存放生产重要的物品及设备, 由于设备物资型号众多,寻找起来费时费力,严重影响生产效率;因此对于进入车间的物资定位监控十分重要,如果缺少任何一个监控环节,就有可能造成重大损失。

       爱柯迪UWB模具高精度无线定位系统,采用先进的脉冲无线定位技术,通过在现场部署定位基站,为定位对象配置标签的方式,实现对每付模具的实时监控及查找调度,提高企业整体效率和管理水平。
 
耐高温UWB定位标签安装位置示意图
图14 耐高温UWB定位标签安装位置示意图

       整体上,无线定位系统分为定位标签、定位基站、定位平台、定位应用四个层次。配置在定位对象上的定位标签向周围的定位基站发送 UWB 定位信号,定位基站进行初步数据处理后,通过5G方式回传给定位平台进行位置信息解算,并在地图上进行实时呈现,定位应用在位置数据的基础上,支持历史轨迹、电子围栏等业务功能。
 
UWB定位地图
图15 UWB定位地图

       3)仓储物流

       自动化立体仓库也叫自动化立体仓储,是物流仓储中出现的新概念,利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化,存取自动化,操作简便化,是当前技术水平较高的形式。
 
立体仓库实景
图16 立体仓库实景

       爱柯迪智能立体仓库在2017年正式投入使用,当时是宁波最大的全自动化立体仓库,仓库长102米、宽36米,高有28米,每小时托盘处理能力276 托,总库位数约15000个,主要是由货架、巷道式堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统(WMS)组成,其空间利用率为普通平库的2-5倍。

       通过各设备间的协调作业实现仓库高层合理化、存取自动化、操作简便化等一系列操作,大大降低人工成本,提升仓储效率和货物分发精准度。

       4)AI视觉质检

       爱柯迪AI质检云平台主要是支持AI应用工程师更好地进行模型训练和迭代优化的,主要是提供数据管理,图像标注、模型训练、模型测试、多类通用算法和不同场景成熟算法模型,模型服务发布,模型下载分发,模型效果评价,模型加密管理等能力模块。AI开发的全周期采用成熟的PaaS能力平台ModelArts,并面向行业进行裁剪和优化,从而实现数据集、标注、训练、部署能够全面契合云网边端的架构。
 
AI质检云平台系统架构
图17 AI质检云平台系统架构
 
AI质检云平台系统功能
图18 AI质检云平台系统功能

       5)工业大数据

       爱柯迪精益制造数据分析平台(Brain Matrix大数据分析平台)采取Hadoop+Spark的大数据应用框架,充分考虑各项性能要求,可满足平台级产品的各项需求,为数据的处理、存储、分析和应用提供完备的体系支持。Brain Matrix大数据分析平台是基于Brain Matrix模型服务对计划排产数据、工艺管理数据、生产过程数据进行计算。具有180个并发任务、20G/s处理能力、1000并发数、2s请求响应的特点。在排产管理、工艺管理、生产管理方面提出优化建议或者定位异常问题,以获得更好的良率和品质。

       建立企业级大数据分析平台,打通MES数据库,对全厂关键数据实现釆集、 清洗、存储要求,实现业务相关功能相关数据的全流程前后关联,满足现有及后 续大数据分析需求,满足各级部门对数据的分析与呈现需求。
 
精益制造大数据分析平台功能模块
图19 精益制造大数据分析平台功能模块

       (1)设备派工推荐

       系统通过集成塔网MES系统数据库,整合工厂压铸车间所有压铸机的报废率统计结果,在每次派工人员在生产设备派工之前,通过图表的形式进行报废率 的界面呈现,辅助派工人员直观了解到不同压铸机加工某个产品的报废情况。
 
精益制造大数据分析平台设备派工推荐
图20 精益制造大数据分析平台设备派工推荐

       (2)设备调参推荐

       系统通过分析不同压铸机在使用不同模具加工不同产品的历史生产报废率数据,在生产开始之前基于设备、模具和产品的差异,推荐最优化的设备参数调整建议供生产工艺人员参考。
 
精益制造大数据分析平台设备调参推荐
图21 精益制造大数据分析平台设备调参推荐

       6)移动端应用

       (1)工业达人APP

       爱柯迪工业达人APP是一个集仓储物流、质量管理、模修管理、工序报工、检包装箱、铸件追溯等63个子功能为一体的工业软件。它利用移动物联网技术,获取准确、实时、透明的生产现场数据,可以根据使用者的不同工作职责及内容开放相应的功能,协助现场精细化管理。工业达人APP主要应用于PDA、平板等手持式终端,硬件设备更加轻便、操作流程更加简化、应用场景更加灵活,支持制造企业车间执行层及管理层随时随地处理制造车间的异常。

       (2)检验包装APP

       检验包装APP主要适用于检验包装工序。检验包装APP支持装托功能,车间员工检验合格后,扫描箱码和托码,完成检验包装工序。当某一产品有尾托时,可使用拼托功能凑成一整托以快速发货。若客户对箱码或托码有特殊要求,不允许张贴内部二维码,可使用内部的小唛头完成包装工序追溯功能。检验包装APP记录了包装工序的装箱、转托记录,可以管控生产的最后一道工序,达到可追溯、有记录的目的,还可以根据装箱记录生成每日检验包装工序的产量,为生产排产、仓储物流提供必要的数据支撑。
 
检验包装APP界面
图22 检验包装APP界面

       (3)5S现场管理

       5S是现场管理的基础,是TPM(全员参与的生产保全)的前提,是TQM(全面品质管理)的第一步,也是ISO9000有效推行的保证。为使5S现场管理法能够营造一种“人人积极参与,事事遵守标准”的良好氛围,爱柯迪自行开发了5S现场管理小程序。从一线员工到董事长可随时随地拍照上传现场的5S问题。

       经现场5S区域负责人确认后流转到集团安全管理部,开具整改通知单并可实时监控各区域的整改情况,形成管理上的闭环。同时企业的管理也会一目了然,使异常的现象很明显化,人员、设备、时间就不会造成浪费,作业效率必然就会提高,作业周期必然相应地缩短。

       3. 效益分析

       1)经济效益


       爱柯迪自从启动数字化工厂战略至今,五年来方案实施顺利,已成为国内汽车行业规模最大的数字化工厂,未来爱柯迪还会持续探索和发展,力致建成离散型制造行业标杆智能工厂,项目完成后,在一定程度上实现了公司降本提质增效的目标,拥有了快速响应市场的能力,大大提高了产品的竞争力,公司综合实力显著提升。2021年度销售额提升了25.73%;人均生产效率提升了19.30%;万元产值运营成本(不包含材料费用)下降了11.43%;产品不良品率下降了23.12%(按一次合格率计算);产品研发周期缩短了30.40%;工时能耗下降了18.33%。

       通过5G工业互联网、精益管理思想以及技术改造三者的有效融合,爱柯迪精益单元组线产品的指标有了有效的改善:

       人均附加值提升75%:智能装备联网,设备数据直采自动生成大数据管理报表,促进了现场透明化和持续改善,制造过程数据实时监控。

       设备可动率提升31.4%:设备开机率监控,大数据分析形成派工推荐,提高设备利用率,通过大数据的高级分析,总结出一套更加完整的技术路线或综合技术方案。

       产品综合合格率提升4.63%%:MES实现了流程防错、不合格品流出防错、漏序防错、过程检验不合格产品冻结防错、物理锁机防错等JIDOKA功能。

       半成品周转天数缩短64.2%:原材料、在制品、成品库存实时100%精准,提高了库存周转率。

       2)社会效益

       (1)提高企业市场竞争能力

       方案实施不仅提高了应用企业产品的市场竞争能力,改善了工人的工作环境,加快企业的发展,进而带动所在地区经济的发展。实现了对设备、生产现场的实时监控和管理,方便国外客户的技术交流,树立公司在国内、国际市场的良好形象。

       (2)装备与产品协调发展,相互促进

       通过实时质量监控,智能化的质量分析等能够有效保证产品质量。利用大数据及云计算技术对复杂的制造工艺数据进行分析研究,进一步改进产品的质量和性能,并提升制造装备的各项性能。

       (3)行业推广前景广阔

       由于汽车行业产品的大批量需求和个性化需求相结合的特性,实现行业产品的智能制造有着迫切的需求和典型代表意义,实施成功后有利于向同行业或相关行业进行推广,有助于提升高国内企业在国外市场竞争力。
责任编辑:梁曦
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