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瑞斯康达:打造“批次为1”的数字化车间

2020/1/6    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:数字化车间  e-works岁末盘点  智能制造  瑞斯康达  
本文为“2019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2019年度,在智能制造各领域有实践案例,或者有突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业实施智能制造的过程、步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,有效推动中国智能制造应用,供广大制造业行业企业学习供鉴。

一、企业简介

    瑞斯康达科技发展股份有限公司始终专注于为全球电信运营商、广电运营商及行业专网用户,技术覆盖IPRAN/PTN、OTN、WDM、SDH、xPON、交换机、3/4G路由器、光模、smallcell、SDN/NFV等多个领域,提供接入层网络解决方案,帮助客户改善收益、提升网络运营效率,降低运营成本,实现商业成功。自1999年成立以来,瑞斯康达在有线接入网、光传输网、无线接入网络等方面均有良好表现,公司被认定为高新技术企业、北京市级企业技术中心,曾连续三年被评为亚太地区"高科技、高成长500强"企业,常年位列"中国光传输与网络接入设备最具竞争力企业10强"、"中国通信产业榜通信设备技术供应商50强"。截至2019年第三季度销售额19亿元人民币;公司现有员工2000余人,其中研发近1000人;公司于2017年4月成功登陆上海证券交易所主板(股票代码:603803)。

瑞斯康达科技发展股份有限公司

图1 瑞斯康达科技发展股份有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

    瑞斯康达公司北京工厂以“数字化”及“机器换人”为核心,以Lean精益思想为理念,以5S现场管理、精益改善和价值链为工具,通过管理架构、流程与IT支撑的管理系统使复杂的事情简单做,重复的事情用心做,保障“工作质量无差错”;利用3D技术对生产车间及物流走向进行模拟仿真设计;通过自动加湿系统实现了SMT车间和库房的湿度自动控制,环境温湿度数据自动实时采集;利用二维码技术及在线SPI\AOI的SPC和三点照合大数据功能快速定位不良现象,提升检验及维修准确性;通过自动生产设备提高产品的可靠性和一次通过率;库房将DPS、WMS、SWS和MES+、ERP、OA、电子看板七大系统高度集成,不仅实现物料六级防错,同时实现了物料的准确快速上线,达到了物料安全存储,智能管理的目的;通过SPI、AOI、YMS实现品质过程控制;通过以上途径,最终顺利实现了面向“批次为1”的研发试制中心数字化车间的转型,提升了瑞斯康达公司北京工厂发展的硬实力。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    1.项目背景介绍

    当前“人”的因素已成为企业管理的瓶颈,不少公司面临着人员流失率高、操作员薪水上涨、效率低下、质量不稳定的问题,同时也面临招工难的问题,但是随着市场竞争加剧和信息技术的飞速进步,数字化车间已经成为制造企业新的发展趋势。数字化车间是信息技术和现代化制造技术的有机结合,它将促进加工制造更加精密、快速、高效,制造系统更加柔性、敏捷、智能,从而改变制造业的生产、管理和服务方式,推动制造模式的深刻变革。瑞斯康达公司北京工厂自2013年开展“北京工厂管理提升”活动以来一直紧紧围绕精益思想,以5S、提案改善、价值链为方法,取得了长足的进步,面向工业4.0和智能制造,继续“完善精益体系,推动管理转型,打造数字化工厂”,从系统工程角度出发,从未来的商业模式规划制造模式和生产方式。

    瑞斯康达北京工厂于2015年转型为研发试产中心,负责研发样机及小批量试产,使用面积也减少了四分之一,为全面贯彻落实公司战略绩效管理,秉承“质量第一”和“精益生产”的理念,以满足研发需求为宗旨,以提升试产产品品质,提高生产效率,降低生产成本为目的,为员工提供舒适安全的作业环境,完整的呈现研发样机。根据公司总体布局,北京工厂于2016年顺利完成了“北京工厂(研发试产中心)SMT数字化车间产线配置及物料JIT配送精益再造项目”的实施工作,实现了面向“批次为1”的研发试制中心数字化车间的转型。

    2.项目实施与应用情况详细介绍

    1、车间布置——充分利用空间,有效配置资源

    “北京工厂面向“批次为1”的电子产品制造数字化车间项目”实施的第一步,即以精益生产为指导,利用3D仿真模拟技术对生产车间及物流走向模拟仿真,合理布局。其中SMT电子料库房布局在3D模拟仿真设计时以精益思想为指导,综合考虑货架尺寸、通道距离和物流走向因素,从而设计出“S”形拣货路线,实践证明此路线不仅保障了拣货速率,而且减少了搬运距离的浪费。根据总体规划设计方案对厂房的装修设计、强弱电、照明、压缩空气、氮气管线,排风系统进行了初步设计,利用3D虚拟仿真对屋顶、排风管道、强弱电桥架、分体式吸顶空调、照明消防报警的各种管线、加湿空气管道布置进行充分设计,合理布置,避免干涉;与施工方有效配合,在有效的时间完成了整个施工方案。体验到3D虚拟仿真设计带来巨大的好处。完工后,黑白层次分明,布局走向合理美观,体现了现代新的装修风格理念,受到同行及来访者的赞许。

    为保证库房的物料安全,将原来的模拟信号监控系统改为数字高清监控系统,增加了6个监控点;库房外部加装了防盗门,并在电子料库房安装了金属探测门及报警器;对于贵重物料配备专用保管柜,由专人专管;保证了物料处于透明监控状态。

    由于将库房面积缩减了近55%,重新对库房布局进行合理配置,安装立体货架,重新调整仓位,同时为后期“依灯拣选”系统的安装做好相应准备;同期完成了北京工厂消防烟感系统的升级换代。

车间布局

图2 车间布局

    2、设备购置

    2.1 SMT产线设备

    1)钢网自动清洗机:气电结合清洗机+水基型性溶液,不但减少了清洗剂成本,并易于存储。气电结合清洗机更安全不易发生火灾,对车间环境温度要求不高,在后期使用和维护成本更低;并且超声+喷淋的清洗模式提高了清洗效果,有效避免了手工清洗钢网产生的堵网孔,以及脱模效果不良的问题,提高了印刷品质,防止了炉后焊接由于锡膏印刷产生的焊点不良。

    2)SMT检测设备:

    SPI(在线锡膏检测设备):SMT原来存在的问题为人工进行离线锡膏厚度测量,占用人员、效率低、检测频次低、测量值误差大。根据SMT生产线在原有设备基础上根据精益改善的经验,在SMT焊接过程中近70%的不良来自于锡膏的印刷环节。因此规划出以下设备配置:

SMT产线设置

图3 SMT产线设置

    改善后己实现整板焊盘锡膏的体积、面积、厚度100%测量,有效防止锡膏印刷不良的产品流入下一站,通过三点照合以及大数据分析结果,由于锡膏印刷造成的焊接不良降为零;同时根据SPI的SPC分析结果,SPI所监控印刷机的印刷质量有不稳定的情况,个别焊点厚度接近上限报警值,此时需要人为判定,目前是SMT工厂普遍存在的现象,为了解决这个问题,我们分析SPI上的SPC数据以及结合三点照合功能判断出具体原因,是由于钢网的整体开孔位置、张力、和轨道平整度引起的,通过此分析,我们的印刷质量得到了很大的提高。通过购买SPI设备不仅检测到了不良,更分析不良产生原因,提高了我们的印刷品质,而不只是单纯提高设备的检测能力。

    AOI(全自动光学检测设备):原来存在的问题:由于设计比较复杂,有的产品单板就有1万5千焊点,炉前检验过程中只通过目检无法实现一次性检验出PCB板上所有的不良点(例如多件、少件、反背、以及器件贴装精度等问题),而且在研发产品小批量多品种的前提下,每单任务数量较少,炉前目检发现问题时,任务已经结束,或者造成后面的产品已经打完形成积压。炉后检验过程中目检受员工经验、技术、心情、责任心、疲劳程度等诸多方面的影响,使产品存在错漏检的风险隐患,同时由于需要大量人力保证焊接质量,所以效率低下。

    改善后,人员目检无法查看到所有贴片及印刷产生的多件、少件、错件、反背、元器件变形、以及器件贴装精度偏移等问题,使用炉前AOI后能有效监测到贴片产生的所有不良,发现不良立马改正,有效地监控了所有PCBA的贴片质量,减少了产品的二次返修,提高了炉后一次通过率;同时由于炉前AOI截堵了前面工序造成的不良,所以炉后焊接基本没有贴装及印刷造成的生产缺陷,炉后基本也不用再对此问题再进行维修和二次检验确认,从而提高了产品的可靠性。

    通过增加在线的炉后AOI由设备替代人工检验提高了生产效率。以前我们有5个检验员对焊接后的产品目检,检验及维修速度也比较慢,采用炉后AOI后,只需1人就可以了。另外,由于炉前AOI有效预防了前面工位产生的不良,炉后AOI主要检测回流炉焊接造成的不良;炉后AOI使用效率从而也得到了提高,报警大幅度降低,提高了人员的工作效率。产品缺陷存在错漏检的风险隐患可能性大幅度降低,保证了交到下一道工序的产品为合格的产品;同时PCBA整板焊接数据不仅包括不良焊点图像还包括了良品的所有焊接图像,并通过服务器网络实时上传以便事后查询分析。

    SPI、炉前AOI和炉后AOI组合:组建了千兆网络,服务器数据共享,YMS(良品管理系统)整合SPI炉前AOI炉后AOI各站影像测试结果,立即分析制程,提升品质,通过三点照合功能,实现了大数据分析的能力,做到不良原因智能快速定位,基本不用人工再分析查找原因。

三点照合大数据分析

图4 三点照合大数据分析

    Control Center(集中管理系统):实现了三台设备由中央控制系统进行判断,目前由1人专业管理人员集中管理,节省人力,减少误判。具备了整板存查功能,条码追溯功能,可以实时查询PCBA在生产过程中的实际图像,做到不断持续的改进,获得满意的结果。

    Remote Fine Turn(远端智能调试系统):SPI、炉前AOI和炉后AOI远端调试智能监控,单独进行生产状况实时质量监控,自动生成SPC报表分析结果;同时可对单个元件集中监控管理。

电子看板-即时显示生产资询

图5 电子看板-即时显示生产资询

    资料分析功能:各站SPC数据管理有完整的SPC查询功能,通过辅助分析有效提升产品品质。

SPC分析

图6 SPC分析

    目前AOI己预留通迅端口,当与贴片机同时开放通迅端口时就可以实现Close Loop(闭环系统):

    a.SPI智能回馈印刷机偏移报告,重要元件监控。印刷机可以自动调整偏移、擦试钢网参数不需要人员干预。

    b.AOI智能回馈贴片机(偏移量修正、缺陷警告、重要元件监控坏板信息)同时贴片机自动回馈进行修正避免不良品的产生。

    3)选择性波峰焊:提高了手工焊生产效率节约了人工,对于以前焊接人工不能焊接的散热较快的变压器、接地端子等元件,透锡效果好。而且节约了80%的助焊剂及焊锡,用电量减少了50%,无需定做治具。采用选择性波峰焊后我们将以前9个手工焊及洗板人员缩减至了4人,只需3人插件,1人返修就可以了。

    4)三防漆自动涂敷线:实现了三防漆涂敷自动化生产,提高了涂覆精度和品质,节约成本节约涂料、提高生产效率、无须周转涂覆固化一次完成、改善了车间环境无污染。

    2.2 SWS智能仓储系统和WMS、DPS电子标签辅助拣选系统

    库房新配置的依灯拣选系统通过PC机发送指令,控制电子标签上的灯光,数字,指引库房人员准确,快速地到指定的位置捡取指定数量的物料。提高了入库,出库,盘点,移库的效率;做到入库,出库,盘点,移库完毕后,自动生成报表,提供实时数据。

    SMT线边仓使用SWS依灯拣料系统,硬件采用了六组货架,分别是阻容料架4组,每组可储存1400盘7寸物料,芯片物料架2组,每组可储存500盘13寸大盘物料,同等数量情况下相比以前纸盒存储的方法节约了30%的空间;线边仓货架通过大仓的DPS系统快速找料补货,并采用一盘一码一仓的方式管理,每仓一灯,出入库时完全按照灯的指示上下架,站位表信息上传导SWS系统后,库管员依灯快速取料,只需按照上料码头上亮灯指示即可快速将卷装物料按站位顺序排好,通过以上方式,实现了每单任务20分钟完成备料的速度,并且只需1人即可完成,拣料速度相比以前提升8倍,SMT找料上飞达的时间减少了20分钟。

DPS拣选

图7 DPS拣选

    2.3 自动加湿系统

    自动加湿系统通过PLC自动控制将温湿度上传到数据库,保障了SMT车间的生产环境。

    3、质量改进

    3.1 数据采集

    SMT生产线集成了二维码、传感和控制系统,能够实时采集车间环境、生产设备、物料、半成品和产成品状态,并将数据传输给生产控制系统。新上的SPI和AOI自动检测仪其动态检测科技不仅提供了稳定且清楚的影像,可有效检测锡膏印刷制程中所产生的缺点,还能将检测数据100%收集并实时上传到服务器中,为技术人员分析解决问题提供了很大帮助。

    SPI可以选择检视不同的检测参数,如体积(V)、面积(A)、高度(H_),并形成SPC控制图。检测设备可将每块产品的数据自动保存、统计并形成EXCEL报表。

    不良图表可以显示该产品的不良原因、不良排行不良位置,来导出相对应的图表,并且可链接到CAD图上,显示出其有问题组件的位置,以方便员工快速查找维修该组件。

    在所选定的时间区间内,可查询某产品的Yield/Defect/False Alarm/Pass的信息。并且,依Hour/Day/week的方式,显示所查到的信息。同时,也可依不良类型做出圆饼图,知道目前不良类型的比率,在查询列表中,对任一查询结果,可显示不良的3D图。

    3.2 SPC统计过程控制

    SPI及AOI检测仪将检验结果输出至SPC系统,技术人员即可对于检测结果进行复判或统计的动作。SPC提供了图型化操作接口,可轻易的在维修站系统上查看检测结果,快速完成统计报表的制作。SPC系统还提供了完整的数据统计功能,可符合各种资料收集上的需求,且可同时输出Excel报表,对于数据使用更具弹性。

    3.3 产品质量可追溯

    项目完成后,通过数据采集并上传实现了生产制造全过程的产品质量追溯;三点照合有利于SPI/炉前炉后AOI数据集成,快速定位发生的不良站位及不良原因做到精准定位快速分析解决能有效提高产品的一次通过率。

    3.4 不良快速准确维修

    自动检测的不良产品集中到维修工序统一修理,修理时员工只需要扫描半成品的一维码或二维码,系统会快速调出该产品的所有不良位置及不良信息,使不良品得以快速维修,杜绝了人工误判漏检的可能性。

    在使用SPI和AOI的同时,还增加了数据库,通过软件将SPI\AOI数据进行整合,将PCB板卡上所有的检测点通过数据库进行存储,(包含SPI所测量的PCB板卡上的锡膏厚度、体积、面积,与炉前AOI和炉后AOI所检验的问题进行整合并保存至服务器中),在检验过程中由炉后AOI的检验处给于良品与不良品的信号,下板机通过AOI给的信号自动将良品板卡与不良品板卡分别区分到良品框与不良品框中,自动检测的不良产品集中到维修工序统一修理,炉后维修人员拿到不良品框中的板卡时,通过板卡上的条形码进行扫描,由维修站处的计算机快速自动调出所扫描条码的检验情况和焊接不良的点,对照板卡上面的不良点进行快速定位及维修,杜绝了人工误判漏检的可能性。

    4、成品组装

    北京工厂承载了公司研发样机、小批量试产,生产方式是单工位细胞式生产,拥有先进的柔性制造组装生产线,可实现多工位流水作业与单工位同时作业,生产组织方式的灵活多变。

    5、系统集成

    北京工厂(研发试制中心)以科研样机和试产为中心,多品种小批量特点,MES+系统实现了从原材料到半成品、成品以及售后产品的全程跟踪,实现了生产过程控制透明化、产品质量与售后服务追溯,同时引进依灯拣选系统,仓库管理系统(WMS)和电子标签辅助拣选系统(DPS)、电子看板,与企业资源计划(ERP K3)、制造执行系统(MES+)无缝集成。

    入库环节在MES+中根据采购订单号(ERP K3)自动添加打印原材料条形码,利用原有的手持采集器(PDA)扫描物料条形码和仓位码,输入物料数量,上传到MES+中,MES+系统自动将上传的数据同步到WMS中,WMS系统根据仓库仓位的特性自动判断仓位的合法性,同时MES+系统将此数据同时上传到ERP K3中,确保MES+、WMS、ERP K3三个系统的数据统一,保证和实物相符一致。

    出库环节在ERP K3中,库管员根据相关库房管理规定,审核相应的领料单,ERP K3以20分钟为间隔,整点将有关数据同步到中间表,WMS系统以5秒为间隔,自动将有关数据下载到WMS中,同时依照先进先出的原则,将有关出库数据上传到电子看板上,库管员根据电子看板显示的信息,在WMS打印相应的拣选单,扫描拣选单号,电子标签拣选系统(DPS)自动点亮所选拣选物料所在的巷道指示灯和相应的电子标签指示灯,并在电子标签上显示相应的仓位和数量,库管员根据灯指示,采用最佳路线,快速、准确地拣选相应的物料。拣选完成后,按灭相应的指示灯,待所有要拣选的物料按灯完成后,库房所有的电子标签会同时闪烁绿色,库管员只要再按任何一个电子标签指示灯,所有的灯就都会熄灭,同时WMS将所对应的拣选数据自动上传的MES+中,完成出库。

    通过ERP K3、MES+、WMS、DPS系统和电子看板的无缝集成,继承和延续了原有的入库环节,弥补了原MES+系统出库环节先进先出算法的不足。在北京工厂结构件、半成品库、电子料库房相应的库房代码禁用了先进先出功能,取而代之的是,利用新导入的WMS、DPS和电子看板,快速准确、有效的完成先进先出。五大系统的集成已经试运行了3年,目前运行非常有效。

    对于电装厂PCBA的SMT焊接生产来说,最易失控的就是线边仓阻容类、编带盘状类物料,也是业内最头痛难解决的问题。阻容类物料本体小,很难辨别,因此很容易出错;另外,编带盘状类物料的截取和接带问题浪费了大量的人工和时间。如何准确无误将物料贴装到相应的位置上,如何防错是SMT最需要解决的问题。

    SWS系统的成功引进,有效地与MES+、OA系统集成,解决了多年来一直想解决的问题,是线边仓管理的一项创举,是多方的集体智慧的结晶。三个系统的有效集成有以下几个亮点:入库环节,库管员根据送料单核对确认相关信息(一级防错),利用原有的MES+系统和ERP K3的采购订单号,打印唯一的二维码标签,确认无误后贴在相应的物料盘上(二防)。之后库管员利用MES+系统的扫描枪扫描相应的信息,将数据上传到MES+中,MES+系统同时将相关数据上传到ERP K3中。对于实物小批量的直接利用SWS的PDA上架到SWS智能料架上,大批量或整箱物料上架到MES+和DPS对应的料架上。出库环节,SMT站位表编程人员根据任务制作相应的站位表后,制作SWS系统规定的拣选站位表,通过OA界面窗口将有关数据上传到SWS中,SWS根据内定的规则,自动形成相应的正反面拣选单,库管员在SWS中根据任务顺序点击拣选单,智能料架上就会点亮要拣选的物料对应的指示灯,库管员根据“S”型路线依灯快速拣选亮灯位置对应的物料,放入拣料车中。拣选完毕后,库管员扫描物料盘上的二维码标签,此时上料码头上的指示灯点亮,库管人员将物料放入亮灯指示位置上(三防);全部料盘扫描完毕后,SWS智能料架上所有点亮的指示灯自动逐个熄灭,同时巷道指示灯也熄灭,SWS系统工控机上刷新相关操作界面全部变为灰色,说明所有的物料拣选完毕(四防);如果界面还有红色提示,料架指示灯未全部熄灭,说明物料有漏检,需要补拣,如果料架上缺料,库管员利用DPS就会快速找到相应的物料,利用MES+的PDA做仓位调整,再用SWS的PDA上架完成补料操作。采用SWS智能拣选系统后,现在一套料只需20分钟就可备料到位,并送到上飞达区。

    在飞达安装区,相关人员根据任务顺序,按规定的站位表快速找到料车上对应的物料,安装到飞达上再放入相应的table车位置上(五防),之后操作员将安装好的table车推送到SMT线边指定位置,SMT操作员根据任务再将table车推到对应的贴片机上。操作员在MES+系统中的SMT模块逐个扫描站位和料号,MES+中颜色全部指示绿色代表物料无误(六防)。

    在整个方案中ERP、MES+、WMS、SWS、DPS、OA、电子看板有效集成,贯彻一码到底,确保所贴物料准确无误,节省掉了在线首件确认的时间,加快了换线速度,目前由于瑞斯康达公司北京工厂(研发试产中心)的多品种、小批量生产模式,任务数量从1片到10片,换线频繁,通过七大系统的支持,生产效率得到很大的提升。

SPC分析

图8 SPC分析

数字化工厂架构

图9 数字化工厂架构

    3.效益分析

    瑞斯康达公司北京工厂通过引进以上管理系统及自动化生产检测设备,形成了一套面向“批次为1”的电子产品制造数字化车间比较完善的计划、执行、监督、预防体系。以提高产品生产整体水平为核心,提高了生产管理能力,提升了产品质量,提高了客户需求导向的及时交付能力,提高了产品生产设备及检验设备能力,提高了车间信息化建设以及车间物流能力,实现了生产过程控制可视化,质量监控可视化,配送可视化。同时工厂安全生产标准化达标,员工职业健康达标,避免了职业病发生,保证了物料的存储安全,实现了信息集成共享,提升了企业形象。

    现在的SMT数字化车间宽敞明亮,新设备的应用使车间自动化程度大大提高,新系统的运行提高了车间信息化程度,从送料上线到半成品入库,整个制造过程顺畅高效。通过YMS工业软件,三点照合不良问题快速定位快速维修,有效的保证了产品的焊接质量,半成品质量炉后一次通过率稳步提升,达到98,11%;一次交检合格率达到100%;库房拣货效率提高35%,线边仓拣货效率提高80%;拣货准确率100%;SMT及库房人员精减52%。目前北京工厂已顺利完成从单一的信息技术辅助生产逐步到信息化与工业化两化融合的数字化车间的转变,构建了“生产精益化+设备自动化+管理信息化+人员高效化”的“新四化”数字化车间。

责任编辑:程玥
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