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陈伟 海南金盘智能科技股份有限公司 CDO

2021/2/1    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:CDO评选  e-works年度盘点  智能制造  陈伟  
本文为“2020年度中国制造业优秀CDO”参评材料。本次将评选出指导企业将数据的价值与企业的决策进行相关联,并通过数据的应用获得新的商业机会的优秀CDO,让更多的企业关注CDO这个新型管理者的定位价值。

一、企业简介

    海南金盘智能科技股份有限公司(简称“金盘科技”)成立于1997年,位于海口保税区,是集研发、生产、销售与服务于一体的国家级高新技术企业,建有海口、武汉、上海、桂林四个研发、制造基地,在美国及香港设有公司。

    金盘科技主要从事应用于新能源、高端装备、节能环保等领域的输配电及控制设备产品的研发、生产和销售。产品销售遍布全国,并出口到全球70多个国家和地区。目前金盘科技海口高端干式变压器数字化工厂拥有员工633人,设计产能高端干式变压器800万KVA/年。金盘科技的“两化融合”及数字化转型升级举措获得国家工信部的充分肯定。2014年获工信部认定为“信息化和工业化融合管理体系贯标试点企业”,2015年被认定为“互联网与工业融合创新试点企业”,2019年被认定为“制造业与互联网融合发展试点示范项目”。

    未来,金盘科技将持续秉承“诚信立业,绿色发展”理念,致力成为高端装备制造和电气设备行业的数字化制造技术领先企业,为国家的高质量发展做出积极贡献!

海南金盘智能科技股份有限公司

图1 海南金盘智能科技股份有限公司

二、CDO个人简介

    陈伟,高级工程师,现任海南金盘智能科技股份有限公司副总裁兼CDO,主管产品研发工作,主要研发的方向为节能环保、绿色能源输配电设备及企业数字化转型。他于1994年7月进入海口金盘特种变压器厂,1994年至2004年担任海口金盘特种变压器技术员、技术科长;2004年至2017年10月历任金盘有限技术总监、总工程师、副总经理;2017年10月至2019年7月担任公司董事、副总经理;2019年7月至今,担任公司副总经理。2012年主持集团公司PLM系统上线,2017年主管集团公司数字化转型,2019年作为海口数字化工厂总指挥,主持建设金盘海口数字化工厂。

海南金盘智能科技股份有限公司副总裁 陈伟

图2 海南金盘智能科技股份有限公司副总裁 陈伟

三、个人信息化从业经历及主要业绩

    2012年,主持集团公司PLM系统上线,2017年主管集团公司数字化转型。响应国家智能制造战略的号召,在公司内部积累技术和科研力量,拉起了几十人的研发团队,进行集团公司自动化、信息化项目研发工作;同时负责公司智能制造和智慧产品研发工作。作为研发副总裁,对整个研究院研发项目进行全面管理,工作范围主要包括企业信息化系统建设规划、数字化工厂规划建设、智能产品研发、智能制造系统解决方案研发等。对智能制造整体架构的规划、自动化设备产线基础控制理论、信息化系统、通讯技术、信号采集和传输等方面有深入的研究和实践经验。

    先后主持参加2项省级以上重点信息技术项目的研究开发,分别获得2016年广西壮族自治区“互联网+”制造业示范项目,2018年首批广西智能工厂示范企业,通过评审验收并得到实际应用。

    主持的智能工厂项目获得2017年度中国智能车间杰出应用奖;并多次在智能制造论坛大会上作为特邀嘉宾进行数字化工厂相关内容演讲。先后代表集团公司,与SAP中国研发中心、华为研发中心签订战略合作伙伴;与上海交通大学、华中科技大学、武汉工程大学建立联合实验室。

    2019年主持建设海口数字化工厂,参照德国工程师协会VDI4499标准进行建设,以自身研发力量为主导,为金盘科技集团按照德国工业标准设计建设了中国第一座高端干式变压器数字化工厂——金盘科技海口高端数字化工厂。德国北德集团向金盘科技海口数字化工厂颁发了中国首个“德国数字化工厂标准(VDI 4499)认证证书”。

四、近2年在企业主要推进的智能制造项目

    1.数字化研发

    随着数字化工厂建设的推进,实现数据关联并精准传递的目标,须优化数据管理的模式、提高信息响应效率,实现设计制造销售服务一体化的数字化管理。在整个项目中数字化研发是所有生产活动的产品数据基础。数字化研发的目标要求产品研发、工艺研发“全面”应用软件,实现研发过程的信息化,合理划分产品研发、工艺研发、制造工程、生产计划职责,实现研发、工艺信息传递自动化,研发、工艺、计划信息生成过程自动化;产品研发的数字孪生实现研发的精确化。

数字化研发业务数据规划

图3 数字化研发业务数据规划

    1)产品全生命周期管理系统PLM

    产品生命周期管理的PLM数据平台是所有产品及相关信息数据的基础。所以合理的数据构架和管理模式是实现后端数据传递要求的前提。为此,PLM系统升级的目标是整合现有业务,规范和优化系统数据管理模式,增加数据管理手段,结合产品业务规范,实现产品设计结构和工艺规划的结构化管理,实现设计信息到工艺信息的关联,保证产品数据信息和相关的生产制造信息能够做到有效的传递,保证产品数据的一致性、有效性和精准传递。同时,尽最大可能保证和提高工作效率,最终实现准确、全面、高效的数据管理模式。

产品业务数据管理及信息集成

图4 产品业务数据管理及信息集成

    本期项目的组织范围为海南金盘智能科技股份有限公司的电气研究院、产品设计部、工艺技术部门等集团内所有技术部门及相关业务部门。

    完整的产品EBOM的实现,为工艺规划结构化提供了数据基础。也因此实现了产品设计数据和工艺信息的关联。创建标准的工艺规划库,规划完成标准共有信息,确定工艺管理规范,实现工艺规划自动匹配。实现工艺规划和SAP、MES系统的数据集成,为数字化生产建立了产品信息的管理。

PLM系统产品设计到工艺规划的数据传递

图5 PLM系统产品设计到工艺规划的数据传递

    2)设计仿真系统

    依托数字化工厂建设项目,进行了高端干式变压器数字化设计仿真系统的建设与应用,目前该系统包括:系统仿真、电磁场仿真、机械场仿真、热流场仿真、多物理场耦合仿真以及设计仿真数据管理系统,能够针对干式变压器的各项性能指标进行仿真分析,并且能够进行规范的仿真数据管理。

数字化设计仿真系统架构

图6 数字化设计仿真系统架构

    目前已完成系统仿真、电磁场仿真、机械场仿真、热流场仿真、多物理场耦合仿真系统的建设,并且进行了深度应用;已完成变压器数字化设计仿真数据管理系统的建设,实现电磁场仿真自动化的同时,并实现设计仿真数据管理。通过本项目的实施,推进金盘科技变压器产品设计仿真、生产工艺过程仿真系统的深入应用,达到产品研发设计、虚拟样机制造的一体化仿真验证,缩短产品设计制造周期、提高质量、降低制造成本。为金盘科技科技打造“智能制造+智慧服务”新业态,提供仿真技术支撑,助力金盘科技数字化工厂的建设。

    2.数字化生产

    通过生产系统核心流程数字化以及引进数字化设备和对现有设备进行数字化改造,对产品研发、工艺研发、计划、制造执行进行“全面”软件系统实施及应用,实现生产过程信息流自动化、物流自动化、制造过程的数字化及自动化;通过对车间/工厂的总体设计、工艺流程布局、产品研发、车间物流及生产计划建立数字化模型,进行模拟仿真,实现工厂及产线规划、产品研发、车间物流、生产执行、工厂运营全流程数字化管理;从而实现产品制造的全过程数字孪生,为实现智能制造打下坚实基础。

    主要实施内容:通过实施PLM、MES、IMS、HCM、ERP系统及打通系统间的数据互联互通,实现生产资源信息管理的数字化及使用的自动化;通过开发实施APS高级计划排程系统及打通与EPR、MES、PLM、IMS、计划仿真系统间的数据交互,提高计划的效率及准确性,从而实现快速应对计划变更,缩短制造周期,提高资源利用率,实现生产及设计负荷的均衡化、能力最大化;通过自主开发实施MES系统,实现生产过程信息采集、计件奖金核算的数字化;通过开发引进实施WMS、CMS、AGV及立体库等软硬件,打通MES与各软硬件间的互联互通,实现仓储物流配送与生产计划、制造执行及ERP等业务的集成,达到物料配送自动化,降低物料库存及物流成本。

数字化生产软件应用架构图

图7 数字化生产软件应用架构图

    1)高级计划排程系统APS

    APS系统整合了人工智能和ROPN两项共性关键技术。通过ROPN-人工智能技术的核心算法重大技术突破,克服了传统排程和调度算法运算时间长、结果不理想、计划统一性差的弊端;通过开发实施APS,打通EPR、APS、MES、PLM主要系统间的数据孤岛,将主要生产工序(线绕、箔绕、铁芯加工、装配)在APS的排程结果(计划开始和计划结束时间)推送给生产计划仿真系统,仿真系统接收到信息后驱动本工序仿真模型进行任务下发及运行,仿真系统按预设的逻辑算法寻优,由仿真系统输出并确定未来一周的生产相关资源配置及产能均衡配置,车间计划员对仿真结果进行确认,仿真系统将确认后的仿真结果返回APS,APS接收到仿真结果后对差异进行重新排程,得出更准确更具实际执行性的计划,以便提高计划的效率及准确性。

    通过干变APS的开发实施,建立了功能强大,配置灵活的干变高效计划排产逻辑,通过持续优化,基于干变制造行业的优秀管理经验并成功研发导入,具有较强的行业针对性;目前国内还没有针对此行业的专业APS解决方案及系统软件,此技术具有前詹性和先进性;与ERP、PLM、MES、IMS等系统集成,实现数据互联互通;一目了然,操作简单的图形化界面,扩展性强。

    APS主要功能是按照产品工艺数据及基础数据设置,同步SAP-ERP销售相关信息为基础数据,工序设置、技术评审信息输入为项目数据输入,分批节拍设置为关键瓶颈工序作为生产策略,按工序生产周期倒排方式进行系统自动计算排程,得到各生产节点的计划开始及计划完成日期,根据生产节点与设计节点的逻辑关系进行设计自动排程,并排产到设计人员个人,根据生产排出的设计最晚完成时间及综合考虑个人的空余时间和工作负荷情况,自动调整个人产能(如加班等)及其它项目时间,达到即满足生产需要的最晚时间及综合效率最高的设计排程方案;生成工序节点产能负荷报表,进行工序产能均衡评估,排程时会自动生成工序产能负荷表,可随时监控产能负荷并报警(如负荷超过产能20%时),排程人员根据产能负荷情况随时调整各工序产能及与销售协调交货期来进行产能均衡评估,从而持续改进及优化排程方案及结果,以达到在满足用户需求的条件下,以最低的生产成本及资源耗用来安排生产;同时对关键瓶颈工序绕线工序生成单独的绕线产能负荷报表,将绕线人员分成技能等级组,根据项目绕线难度所需技能、交货货期及模具情况综合考虑成本因素,排出所需机床数及占用相关技能等级人数(优先安排对应等级人员,并高等级人员可绕低等级线圈),得出技能等级组和机库产能负荷并超负荷报警,排程人员根据报警进行产能均衡(协调项目交货期及产能调整);同时通过与MES\PLM\IMS系统的互联实现生产和技术相关节点的完成信息自动更新,并联动自动更新评审计划及生产\设计产能负荷报表。

    (1)主要功能模块

    产品工艺管理模块:通过维护标准产品工艺路线模板以便合同物料借用,通过维护干变产品各类别生产制造过程各生产节点的制造周期及相关数据,以便排程时借用此周期进行时间推算。

    基础数据管理模块:对于生产及设计排程中需要用到的工厂、车间、工作中心、人员及相关关系、出勤模、销售区域、物料信息进行管理,可自动实现工厂、车间、设计员组的产能供给,通过物料信息的维护,将合同中的物料关联产品类别,可自动借用相关类别的周期及相关排程参数,通过主要设置管理,将业务动态数据管理简单化,数据调整规范化。

    排程管理模块:通过与SAP对接,获取相关需求数据并将成品排程结果反写SAP,并在SAP自动转换、核发、修改成品生产订单计划时间,通过SAP跑MRP实现半成品及原材料需求计划的准确性,同时与PLM、IMS对接获取设计节点实际完成状态扩时间,未来考虑与MES对接获取生产节点实际完成状态及时间,反过来修正实际产能,达到精细化计划排程,提高计划精准度及产品的配套性,降低产品库存,缩短交货周期,同时解决插单及交货频繁变更导致生产及物料计划人工处理带来的变化迟钝及困难。

    报表分析模块:根据前端排程的结果,自动生成工序产能负荷表,操作者可随时监控产能负荷并报警(如负荷超过产能20%时),排程人员根据产能负荷情况随时调整各工序产能及与销售协调交货期来进行产能均衡评估,从而持续改进及优化排程方案及结果,以达到在满足用户需求的条件下,以最低的生产成本及资源耗用来安排生产。

    (2)项目实施情况

    整个项目执行从2019年5月起至2020年12月止,实施产品为集团干式变压器的计划排程,实施范围为海口、桂林、武汉三地,总计分两期实施,一期在2020年3月初正式上线运行,2020年4月份开始进行二期需求调研及方案讨论,在8月份形成二期详述开发文档,到目前为止二期需求已实现70%左右,预计2021年中期可实施完成,通过一期和二期的实施,总体达成了以下目标:提高了计划效率,实现了快速应对计划变更(紧急插单),加强了前后和并行工序的联动,缩短了制造周期,提高了资源利用率、负荷均衡化、能力最大化,实现了生产计划的优化排程,达到了定时、定点、定量、定速,实现了混线生产及各种资源的优化配置;从功能上基本实现了以下主要目标:

    通过输入技术和生产影响因素相关信息能自动生成合同评审计划;

    通过输入生产和技术相关节点的完成信息自动更新评审计划及产能报表;

    实现三地实时输入各半成品生产完成情况;

    计算绕线车间每天及某段时间的机床占用情况,并能自动排绕线日班计划;

    查询某天或某一时间段某个设计员的工作量,以合理分配设计员。

    通过运行生产计划排程,解决生产过程的瓶颈工序问题,减少计划的变动,提高产品的配套性,提高计划人员效率及计划准确性,减少生产工人停工待料时间及计划变动导致生产切换的工时,从而提高生产效率。

    (3)经济效益

    生产计划人员和车间报工人员同比减少30%左右,一线劳动生产效率提高了5%左右;

    通过生产计划改善(生产计划余量减少约为10%),月度平均原材料及成品半成品库存可降低和避免随销售量上涨约10%左右;

    缩短了制造周期:通过优秀的排程逻辑,降低订单延期率。原手工排程订单延期率35%,现在下降到20%左右;

    降低模具投入数量:在生产计划提高后优化模具周转和利用率,可减少模具10%左右;

    提高资源利用率,提高设备利用率,降低能源损耗:因生产计划优化,平衡各生产工序,资源综合利用率提高5%左右。

    (4)社会效益

    增加税收:预计项目完成后,企业可实现新增产值超过原来10%以上;增加员工待遇:全年节省人工成本50万元,将此项节省成本全部分摊给目前员工,可曾加其一定的工资待遇,预计每人每月增加200元。员工整体收入水平上了一个台阶。

    对行业的促进作用:我国目前离散制造型企业生特别是电力设备中的干式变压器生产计划排程一直困扰各相关企业,我司基于干式变压器制造行业的优秀管理经验并成功研发导入,行业针对性强;国内还没有针对此行业的专业APS解决方案及系统软件,此技术具体前詹性和先进性。可和现有的ERP、LM、MES、IMS系统进行连接,实现数据互联互通;一目了然,操作简单的图形化界面,扩展性强;优秀的干变制造业经验可提升公司的管理水平;产品行业解决方案针对性强,可针对性服务干变制造行业的计划排程体系,此系统开发导入成功后,在干式变压器行业进行推广使用,避免通用排程软件在干变制造行业的导入失败,同时可扩展到离散制造行业进行推广使用。

    2)制造执行系统MES

    金盘数字化工厂实施的MES系统是依照VDI5600参照ISR95进行自主研发并实施完成的。

金盘MES系统业务架构图

图8 金盘MES系统业务架构图

    (1)MES部署实施及实现情况

    伴随着金盘数字化工厂的建设,金盘科技同时对电磁线车间、铜排车间、机加工车间、铁芯车间、绕线车间、浇筑车间、装配车间及试验站同时进行信息实施。

    具体实施功能包括:生产计划、生产执行、内部转运、物料管理、质量管理、人力管理、生产追溯、设备管理、持续改进、指标控制、基础数据十个模块。

    (2)生产计划下发

    生产计划模块的实施,解决了APS的计划订单同步、SAP生产订单转换及生产订单信息的获取、计划排程所需信息的获取,车间日班计划排产,计划直接下发到工位等问题。让计划员通过一个系统即可获取多个周边系统信息,打破系统间数据孤岛,让计划的创建更准确、易上手,同时让计划的下发变得更方便。

    (3)生产执行

    生产执行是MES的核心模块,生成执行主要解决计划与执行的衔接。车间计划员排产好的生产计划,车间操作人员要按照计划要求进行生产。同时生产执行还需要与相关产线的集送系统进行数据互通,将执行数据发生给产线设备,设备依照计划及执行要求进行运转。生产执行模块的实施,让计划快速下发到生产一线,快速生产所需的人机料资源进行生产。

生产执行流程图

图9 生产执行流程图

    金盘科技智能工厂通过开发实施MES系统,与制造设备对接,能够自动实时在线采集集和反馈现场的设备加工信息,自动记录作业人员及作业时间等信息,实现生产现场实时监控,达到生产现场的透明化管理,并实现成本的及时收集统计、工艺的持续改进,支持产品的后期维修;并在MES系统进行汇总计算,按标准工艺路线对应工序将实际工时自动反写到SAP系统进行自动确认,实现生产订单实际工时成本的自动归集确认。同时通过在MES系统建立计件奖金申报、审核、核算流程化,通过在MES系统建立计件标准预测模型,通过MES系统自动采集制造工时传给计件标准预测模型对计件标准进行时时优化,实现计件标准科学化及数字库管理,提高计件标准准确性,提高劳动生产率,降低制造成本。

    3)能源管理系统

    JST DEMS智慧能源管理系统(Digital Energy Management System)是一套集智能硬件、智能软件、智慧服务于一体的系统解决方案,为客户提供实时、在线、可视化的云服务。该系统采用“物联网”技术架构建立远程在线监控平台,利用边缘算法和云端软件算法,实现对用户能源消耗、用能设备、配电设备的综合监控管理,大幅提高设备的运行与管理效率,节能降耗,降低运营成本。JST DEMS智慧能源管理系统既可以做为独立系统,也可做为园区管理系统、楼宇自动化系统等的子系统。

    电能设备通过安装智能硬件产品(物联网智能运维终端,放电传感器等设备),能够实时监控到设备的耗能,电压,电流,温度以及功率等电能设备的信息,然后通过智能模块(以太网/WIFI/4G/5G等)将数据采集上云端,最终服务器软件自动或者主动从云端获取到电能设备的信息。

能源管理系统架构图

图10 能源管理系统架构图

    能源管理系统在数字化工厂建设初期便参与了强弱电及车间布置的设计,依照工厂对能耗的要求,在工厂建设过程中对配电房中的干式变压器、中压柜、低压柜、配电箱、水表、气表等能耗设备都加装了智能采集终端用于能耗采集;同时根据不同车间的具体需求加装了环境传感器,对该区域的温度、湿度、空气质量、噪音等进行监控,保证现场作业人员健康的同时记录环境变化对产品质量产生的影响。

能源管理系统功能展示

图11 能源管理系统功能展示

五、个人在智能制造工作中的体会

    1)需根据公司的实际情况循序渐进,以提质增效、降本减存、效益优先为原则;

    2)需要整体规划,基本原则是先信息化、数字化最后智能化,自动化需根据投入产出比确定自动化程度;

    3)需要理解相关软件及系统的优势与劣势,取长补短,综合运用;

    4)需要重视仿真及数字化系统的应用,最终实现数据驱动;

    5)内部IT与OT融合人才的培养及团队打造必不可少。

责任编辑:程玥
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