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江苏隆基:通过推进全业务流程信息化、数字化建设实现降本增效

2022/1/14        作者:e-works整理      
关键字:案例  e-works年度盘点  智能制造  江苏隆基股份  
本文为“2021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2021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

       江苏隆基乐叶光伏科技有限公司(以下简称“江苏隆基股份”)是总部位于西安隆基股份有限公司下属子公司,为隆基股份(SH:601012)的全资控股公司,成立于2019年6月25日,注册资本4亿元人民币,总占地面积约266亩,拥有职工人数1500左右,总投资40亿元,主要从事光伏发电技术研究开发、服务;公司专注于单晶组件生产、研发,始终坚持“客户为尊,品质第一”的理念,旗下单晶组件通过了TUV莱茵三倍IEC环境认证;通过首批CQC单晶一级领跑者认证等各种高规格认证,具备更好的性能与可靠性,能经受各种严苛环境考验。发电能力保障方面:25线性功率保障,常规组件线性功率保障16.2%、超出行业标准19%,Hi-MO5线性功率保障15.2%、超出行业标准24%。同时,江苏乐叶组件项目实施全生命周期质量管理,管理体系完备,配备了全自动化的生产线,通过MES系统对组件生产全过程的质量管控,可有效追溯到产品整个生产过程。5月推出全新低衰高效单晶组件“Hi-MO5”,解决了困扰行业许久的光伏电池初始衰减问题,成为目前行业最具性价比优势的产品,作为国内单体产能最大的单晶电池生产基地,其单晶硅组件产品电池生产工艺水平也是国内领先的。

       主要围绕组件产品研发、组件制造等,截止2021年12月公司公司已授权专利95项,其中发明专利11项,实用新型专利47项;公司拥有先进的软硬件开发环境和设备,设有独立的测试中心与中试线。有世界单晶技术一流的单晶研发室对单晶硅片原料进行管控,有效控制硅片质量、电阻率、碳氧含量等,使得PERC双面电池迅速研发、投产等。为确保产品的质量满足客户要求,引入了国内外最先进的检测设备,直接跟高端客户的检测设备接轨,在同类行业中处于领先地位。

图1 江苏隆基乐叶光伏科技有限公司

图1 江苏隆基乐叶光伏科技有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

1.信息化应用现状

       针对光伏行业生产与运营特点,江苏隆基以信息化建设为基础,以智能化为抓手,以提升运营效能为导向,利用物联网、大数据等先进技术,以组件工厂为试点,构建信息化、自动化、智能化、精益化和可视化的智能工厂,拉通业务全价值链,实现数据驱动全价值的卓越运营。

图2 隆基股份智能化蓝图

图2 隆基股份智能化蓝图

       在工业互联网的国家战略发展大背景下,江苏隆基通过推进全业务流程信息化、数字化建设,提升从供应链管理到用户体验的全面能力提升,显著降低运营成本。

       2020年,是江苏隆基通过全面重构IT系统开启数字化转型进程的第一阶段,即数字化1.0。通过全面实施战略,统一流程数据系统,形成统一的管理体系。

       2021年Q1,江苏隆基以运营效能提升为导向,通过信息化+工业化的模式及深度融合,对数据挖掘利用、优化制造过程。2021年Q4,目标是打造标杆智能工厂,提出了6大打造方向:智能装备、设备互联、柔性自动化应对多样化需求、全业务流程数字化升级、精益生产的管理理念和方法、AI/仿真应用增强核心竞争力、关键设备开展能耗监控。基于多年在数字化转型过程中对全价值链各环节变革与提升的总结和沉淀。

图3 隆基数字化转型之路

图3 隆基数字化转型之路

       江苏隆基在企业层对研发设计、供应链、制造、物流、营销全价值链进行统一管控,将ERP与PLM、CRM、APS、SRM、EAM、OA等系统进行集成,建立统一的顶层智能化管理平台。

       在执行层、控制层、智能装备层以MES系统为核心通过工业网络实现从生产管理到底层设备联接,满足管理及监控生产过程、采集现场生产数据的业务要求,建立精益智能工厂。

2.应用场景

       通过智能技术和大数据,优化了供应链端到端流程,数字化供应链体系更安全、敏捷、可持续。具体到应用场景,在计划领域,以APS系统极大的优化了排产效率;财务方面,通过区块链技术在对账、开票、合同业务的嵌入,在数据安全上实现了信息安全、唯一、防篡改,物流领域,拉通场内外物流拉通、车位预约、卸货管理等应用的结合,实现了厂内无纸化和物流数字化软硬件的全覆盖,物流成本大幅度降低;生产制造领域,拉通原料、成品、自动检测、自动包装等应用结合,大幅度提高了产能。

图4 隆基智能工厂架构

图4 隆基智能工厂架构

3.取得的效益重点体现以下3个方面:

       (1)串焊机AI故障诊断  实现精确识别、快速处理

       为了解决串焊机机台故障人工排查难,修复时间长,异常处理过于依赖人工经验,降低设备稼动率,影响产能和良率等问题,隆基组件工厂应用了串焊机AI故障诊断及处理系统,实现快速定位异常设备/异常部位,快速处理异常问题。自此,江苏组件每年可多生产组件5万多块,产生利润500多万。

       ——自动采集串焊机运行数据,精确识别缺陷类型、缺陷形状、缺陷位置。

       ——分析串EL二次识别缺陷分布及变化趋势,结合知识库预测机台可能的故障位置。

       ——分析设备运行数据,对归因分析模型预测的机台故障部位进行故障排查,排除非故障部位。

       ——智能SPC故障模型排查后,推荐前三个概率最高的机台故障部位、并结合知识库推荐维修方案。

       (2)一体化工业仿真平台 打造虚实融合的智能工厂

       2021年上半年,隆基股份共计完成14项仿真应用业务,建立数字孪生园区,实现虚实设备联动和协同制造,进行工艺仿真和物流仿真,实现价值流分析。

       ——完成7项线体仿真。运用仿真工具对不同线体方案进行模拟运行,评比最优方案,确保项目平稳落地。

       ——完成5项物流仿真。完成车间内物流自动化项目的仿真模拟,验证方案可行性并评估减少4辆AGV,节约120万项目预算。

       ——完成2项数字化工艺仿真。完成部分工序3D-SOP的开发与上线,用动态视频取代静态纸质文件,同时应用于员工培训及对外展示。

       (3)数据驱动决策 建立基于角色的可视化报表体系

       根据各管理层级对于数据分析的需求,隆基股份目前已经形成了基于角色的可视化报表看板,可以快速、准确地进行排产统计、产能统计、碎片率统计、库存周转率、稼动率等指标分析,为领导层及时提供决策依据。

       ——建立基于角色的可视化报表体系,满足不同岗位的业务需求,节省了人工处理数据的时间,提升了数据准确性。

       ——通过邮件、短信、手机、电脑和电子看板等手段,使领导层、决策层可以随时随地了解各项指标的达成情况和趋势分析。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

1.项目背景介绍

       (1)项目背景

       2020年初,面对突如其来的疫情,隆基供应链面临的挑战苦难重重。当前光伏行业已经淘汰了大量落后产能,但优质产能仍然严重不足,尤其是光伏组件制造业的整体智能化水平仍然偏低,成本较高。外部市场,2021年,受产业链发展不均衡影响,硅料等原材料出现了供应不足、价格大幅上涨。疫情情况下,客户订单变得保守,关心交付能力,隆基必须尽快完成订单并出货。主材材料由于行情复杂,变化凸显,材料成本分析无法有限支持经营决策。内部环境,供方库存无法随时掌握,无法做齐套管理,扰乱生产计划。后端物流手工作业多,效率无法保障。

       (2)业务痛点

       受疫情冲击和国际贸易不平衡的影响,全球物流受到了较大限制,物流成本大幅上涨;

       供方寻源引入必要性分析不足,无法支撑寻源需求决策;

       供方生产及送货协同效率低,库存信息未拉通,价值链库存高;

       光伏组件生产线装备整体自动化程度不高、人工作业环节偏多;

       产品追溯困难,质量稳定性和可靠性较差;

       企业信息集成能力基本停留在数据采集阶段,且采集信息不全,关键设备之间缺少信息交互,设备控制层与信息平台未实现信息双向互通;

       无法对生产过程中的人、机、物、法、环等制造要素进行全面精细化管理,生产信息无法全面追溯,难以进行有效地深度数据挖掘与分析。

       (3)主要目标

       通过大数据分析、BI分析、研发设计实现数字化、智能化供应链,解决业务痛点,达到降低企业成本、提升管理经营效率的效果。

2.项目实施与应用情况详细介绍

       传统光伏组件生产线装备整体自动化程度不高、人工作业环节偏多、产品质量稳定性和可靠性较差。隆基股份以江苏隆基组件工厂为试点,打造中国制造灯塔工厂为目标,在2021年12月23日有幸入围泰州市智能工厂重点培育企业,率先利用数字化与智能化技术改善关键技术装备,提升生产效率和产品质量,实现制造模式数字化转型。

       (1)以MES为核心,建立精益智能工厂

       建立先进的组件生产制程管理系统(MES),实时呈现生产进度、目标达成状况、产品品质状况,以及人、机、料的利用状况,实现生产现场透明化,全面管控生产计划以及整个制造执行过程,并监管产品质量及库存状态。

       精益智能工厂以MES系统为核心,接收ERP制造订单需求及各类参数,下达生产计划到机台及各接口单元负责生产现场执行管理,最终将生产现场执行结果上传到ERP形成信息闭环。并通过与CRM、APS、WMS、QMS等系统之间的业务流程及数据集成互通,打破内部业务之间的分隔和信息孤岛。

图5 江苏隆基MES生产制造系统BI看板

图5 江苏隆基MES生产制造系统BI看板

       (2)SCADA多维数据采集,满足实时监控需求

       建立先进的SCADA数据采集平台,支持多种通讯协议,实现对机台状态基础数据、故障信息、重要工艺参数等多个维度的数据采集,并实时高速记录设备的数据变化。

图6 SCADA设备数据采集系统

图6 SCADA设备数据采集系统

       (3)行业首创电池串追溯系统,打破原有虚拟追溯瓶颈

       原来的虚拟码传递追溯方案,存在追溯信息传递易中断、排查困难;追溯信息受线体限制,不同线体之间不支持数据通讯;人工上下组件后,虚拟码需要强行人工清除,增加员工工作量;虚拟码追溯准确性较差(约为85%)等问题。

       新的追溯方案以实物为载体,不受外界硬件、车间改造及人为干预等因素影响,可实现自动快速追溯,成功率可达到 98%以上。同时,该方案可以提取电磁串EL图片形状位置等特征点,利用搜索模块对比图片相似性,准确找到对应的故障机台。目前,该方案填补了国内空白,是行业内首创的电池串追溯系统,正在排队进行专利认证。

图7 原追溯方案—虚拟码传递追溯

图7 原追溯方案—虚拟码传递追溯

图8 新追溯方案—焊机AI串机追溯

图8 新追溯方案—焊机AI串机追溯

       (4)EL自动识别,联合开发智能化质检系统

       组件工厂联合供应商开发的组件质量自动识别系统,实现了质量检测的智能化,系统可自主学习,自动迭代,满足各种产品质量管控需求。同时,还可以实现时间、机台、缺陷位置、缺陷类型等多维度立体分析,便于质量、工艺人员追溯和定位。

图9  EL自动识别

图9  EL自动识别

       (5)核心关键设备改造,领先行业水平

       隆基自主研发的自动包装线和安装接线盒设备,实现包装自动化以及自动安装接线盒,达到国内领先水平,填补国内该机空白;运用先进叠焊机和串焊机,突破行业瓶颈,检测更加精准化,领先行业水平。

图10 自主研发自动包装线和安装接线盒设备

图10 自主研发自动包装线和安装接线盒设备

       (6)虚实融合,构建一体化工业仿真平台

       2021年上半年,隆基股份共计完成了14项仿真应用业务,包括建立数字孪生园区和虚拟数字化工厂,实现产线级自动化协同;进行虚拟试生产和产能评估瓶颈分析,以及车间物流路径规划和物流瓶颈分析,进而优化产线布局方案;进行3D工艺规划,实现人机装配仿真等数字化工艺;通过图形化机器人示教,离线编程及虚拟调试,实现虚实设备联动;进行价值流分析,平衡优化节拍线,实现从进厂到出厂的全面拉通,提升车间产能。

图11 车间线体仿真

图11 车间线体仿真

3.效益分析

       项目在提升生产、质量、效率方面取得了良好的实施效果:

       (1)生产效率:建设前0.84万块/年/人,建设后1.36万块/年/人,提升60%;

       (2)运行成本:建设前79.5元/KW,建设后61.5元/KW,降低20%;

       (3)产品升级周期:从之前的18月降低至12月;

       (4)产品不良率:建设前8000PPM,建设后1200PPM,降低85%;

       (5)单位能耗成本:建设前4.46元/块,建设后3.42元/块,降低20%;

       (6)降低物流成本,提升物流效率,车位周转率提升28%;

       (7)厂内管理节约人工成本270万/年;

       (8)推动光伏行业产业升级,践行绿色发展观,助力“碳达峰,碳中和”国家战略落地;

       (9)通过对核心装备、核心软件的升级和优化,对智能工厂整体工艺流程提升,生产效率提升60%以上,年产值增加5亿元以上。
 
责任编辑:魏蝶
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