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生产管理仿真实现厦门天马智造变革

2020/1/6    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:CAE  e-works岁末盘点  智能制造  天马  
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

    厦门天马微电子有限公司于2011年3月注册成立于厦门火炬高新区,总占地面积约58万平方米。公司拥有国内第一条低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器件(LTPS TFT-LCD液晶显示器)生产线(G5.5)及彩色滤光膜(CF)生产线。公司G6低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器件(LTPS TFT-LCD液晶显示器)生产线及彩色滤光膜(CF)生产线在中国大陆率先点亮并即将投入量产,公司内部通过不断精进技术及管理方法,在竞争异常激烈的行业中脱颖而出,到2017年第4季度,跃升为LTPS显示领域的领军企业,真正实现技术领先、管理领先、市占领先。

    依托全球目前最先进的LTPS生产线,全面完成多款主流LTPS产品并成功推广至国内外目标客户群。同时,公司积极推进包括集成式触控技术、高端背光源技术、柔性OLED显示技术等新技术的研发开发,已实现全球最高精细度显示屏技术首发。与华为、小米、OPPO、vivo、HTC、华硕、Sony、微软等国内外大客户均有合作。G5.5 LTPS生产线项目产品已经实现中高端品牌客户覆盖率99%。多款产品为客户旗舰机产品并实现全球首发,LTPS产品领先智能机中高端市场。以此将提升我国在高端显示领域的竞争能力和地位,助推中国从制造大国向制造强国快速迈进;也将进一步巩固天马微电子在中高端中小尺寸显示面板领域的领先地位,进而将加速带动上下游产业链完善。

厦门天马微电子有限公司

图1 厦门天马微电子有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

    公司具有较高自动化、智能化水平的生产线设备,同时上线了具有行业特色的MES系统、ERP系统、PLM系统等各类制造业信息化系统,已经具备了较好的工业自动化、信息化基础。

    企业信息化建设方面:企业信息化网络覆盖所有的办公区域和主要的生产区域,秉承运用信息技术,引领业务变革,支持管理创新的管理理念,为员工、客户、供应商及合作伙伴提供共享的信息平台,并对信息进行收集、分析和整理,提供管理和决策依据,提升公司整体运营能力和竞争力。在制造和生产运行过程中,采用了生产线全自动化以及各信息系统监控跟踪,上线了ERP系统、CRM系统、PLM系统、OA系统、桌面虚拟化系统等信息化系统。

    工业自动智能化方面:公司还整合SPC、EDA、MES、FDC、OEE等系统建立了全面的信息共享系统,并导入仿真排产系统进行智能化排产与产能分析、决策支持、资源优化,提供用户可视化报表和履历不良查询,生产制程问题得以时时体现和解决处理,助推了信息化与工业化的高度融合,支撑公司整体战略的实施。厦门天马在此基础上已实现前段生产线全面智能化,与此同时继续打造了全球智能化水平最高的后段模组生产线。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    1.项目背景介绍

    随着技术升级以及市场需求的增加,LTPS领域的竞争也日趋激烈,各大面板厂在AMOLED投资布局加快。在LTPS消费类产品技术水平短期内不会再出现显著突破和革新的情况下,几大制造商之间比拼的就是具有智能化、自动化水平的生产制造能力。只有打造出高效能的生产线,最大化释放产能,生产能力高人一等,生产制造技术水平快人一步,才能脱颖而出。

    在中国制造2025中明确指出在重点领域试点建设智能工厂数字化车间,促进制造工艺的仿真优化、数字化控制、状态信息实时监测和自适应控制。在《智能制造实施指南》中把工厂总体设计、工艺流程及布局数字化建模;生产流程可视化、生产工艺可预测优化,列入智能制造新模式关键要素建设中。

    仿真技术已成为现代企业科学管理技术之一,是将对象系统模型化,把模型作为实验装置,用来分析已存在的或者计划中系统的一种技术。系统仿真在减少损失、节约开支、缩短开发周期、提高生产效率、提高产品质量等方面起着重要作用。通过仿真软件所建立的虚拟模型,可以直观的反映出实际系统的运行特性,使得改善人员可以重复、细致、客观的模拟和观察,进而收集充分、详实的运行数据,对目标系统进行深入且高效的改善,是一个模拟决策的过程。目前仿真技术在建厂规划、工艺流程分析、人机交互分析、生产线优化、人物流系统规划、仓储规划等方面都有相应的应用,成为智能车间建设不可或缺的一项技术。

    为打造“微电子行业智能工厂”,公司成立了仿真技术服务平台,专注生产管理仿真、工厂柔性规划设计两大模块,围绕提升生产效率、降低运营成本为目标提供决策支持。

    系统上线前,排产计划主要由人员手动编排,需各个子计划人员进行信息沟通串接,中间需大量的数据运算匹配,消耗大量的人力物力来完成,并且对未来预估具有一定局限性,必然造成生产过程中设备负荷的不均衡而使产能损失。优化后,通过引进仿真排产系统,通过智能化、自动化、电算化来优化生产排产,保证设备产能利用率的最大化,同时对于突发的异常状况,紧急调整生产排程,使得异常损失最小化,设备稼动率、人效提升等目标做出巨大贡献。

    组装线精益改善方面:在仿真平台的基础上,打破以前在CAD图纸上修改layout的方式,通过更加合理的三维仿真,对车间设备空间布局,人物流东线规划、人力负荷配比等做科学的分析,形成最佳的可靠方案,供决策和实施。节省不必要的浪费,提前预判风险,降低多余投入,缩短规划和改造周期。

    2.项目实施与应用情况详细介绍

    系统仿真已成为现代企业科学管理技术之一,是将对象系统模型化,把模型作为实验装置,用来分析已存在的或者计划中系统的一种技术。系统仿真在减少损失、节约开支、缩短开发周期、提高生产效率、提高产品质量等方面起着重要作用。

仿真模拟原理

图2 仿真模拟原理

    通过仿真系统可以更加科学地去分析问题,同时能够对问题进行多方案做反复的验证,从而得出最优解。针对复杂的系统,仿真的效果会越明显,它能够帮助我们持续的去研究复杂系统和优化系统。

    制造仿真服务平台是建立在以离散型仿真事件为模型的基础上,可大体分为生产管理类、人因工程类、设备联动匹配类、价值流展示和3D&VR模拟几个模块。各个模块功能如下:

制造仿真服务平台

图3 制造仿真服务平台

    1)生产管理仿真:①调整优化计划排产,使得设备整体利用率达到最大。预测计划实施后在制品的分布状况,为准时交付提供保障。②预判物料消耗计划,提前模拟预测物料的使用情况,预测物料的最佳配备时间(面板行业很多特殊的物料需要提前解冻或清洗)减少物料的浪费。③人物流动线规划模拟,为消防设施布置和评估提供决策支持,模拟预测生产线规划对整体自动化调度产生的影响,结合运筹学相关知识,求出最有的规划布局,打造高效率的生产车间。

    2)人因仿真:改善人机作业方式,模拟人机作业负荷,优化人力配比,提升人机作业效率。

    3)虚拟调试仿真:缩短设备调试周期,提升设备影响效率,搭建离线的设备模型,模拟仿真设备装机调机时候设备联机匹配的关系匹配,让设备工程师能够在虚拟界面上先找出最匹配的参数,节省调机时间并提升产能。

    4)价值流映射:通过仿真平台,串接工段数据,对价值流进行管理,明确浪费,消除不增值活动。(建设中)

    5)3D动画&VR:动过虚拟现实技术,还原实际场景,为产线设计和人员作业培训提供直观的参照。(建设中)

    实施方法

    新型显示行业作为自动化、智能化程度领先的行业,如何合理优化生产线布局、提高设备利用率和排产智能化一直是产能提升的难点。在推行智能制造的今天,能否有一种技术方法服务生产,使得我们的生产评估、改造优化做到提前的科学预测?让整个生产系统更加顺畅,生产排产更加的便捷、设备利用率进一步的提升,进而缩短生产周期,降低运营成本。

    针对此行业痛点,在面板工厂通过对流程的多次的深入分析探讨,产品从投入到产出涉及过主制程设备至少141套,单款产品涉及工艺200多道。每月涉及不同客户量产品工单多样化及面向AMOLED、窄边框等诸多新技术试验品导入的几十款型号产品混合模式生产。复杂的投入需求不仅需要大量的时间去监控141套设备的嫁动情况并且还需合理安排各个型号在制品在工艺站点的分布情况。复杂庞大的信息量对计划排产人员有极高的能力需求。生产管理仿真系统的建设将可以对新工艺制程的生产模拟,对工厂做出的计划排程进行风险预测,对复杂排产做出快速反应,模拟出最优的解决方案。该仿真系统包含存储所有产品工艺制程、配送逻辑、设备布局、制程时间、设备性能等;运用仿真系统的快速信息反馈能够模拟出未来几天、甚至当月的的数据。这对于解决当前面板行业错综复杂的排产计划方案做出风险预测,让生产人员能够及时调整计划,规避风险。从而提高工厂智能制造、柔性制造水平。

    运用集运筹、概率、计算机技术于一体的复杂逻辑系统分析大量的决策变量,建立仿真模型,将抽象的方案可视化,直观的展现实际系统的运行特性。改善后人员可以重复、细致、客观的模拟和观察,进而收集充分、详实的运行数据,对目标系统进行深入且高效的离线改善,不影响生产。生产计划人员通过该仿真排产系统将多样化的生产订单进行模拟生产,以匹配不同设备特性、不同产品特性、制程规格特性,保证设备产能利用率的最大化,同时通过对未来风险的预测以及快速调产能力,实现异常快速响应、排产预测、降低计划人员工作量,达成柔性生产,预测吻合度达95%以上。仿真排产系统实现的功能主要体现在如下三个方面:

    1)实现对当前计划的合理性做预判,通过仿真系统快速模拟出计划执行后的生产状况;

    2)实现自动化工厂中设备异常风险预测的快速反馈,如当A设备发生异常,如何影响关联机台的产能损失,保证及时发现弥补方案;

    3)实现自动化工厂设备保养计划的协调安排,降低由于设备保养而造成的产能损失。

仿真排产模型

图4 仿真排产模型

    该仿真排产系统主要在以下几个方面实施了应用,以推进提升生产能力的实现进程:

    1)面板厂排产计划:调整优化计划排产,使得设备整体利用率达到最大。预测计划实施后在制品的分布状况,为准时交付提供保障。

计划排产仿真

图5 计划排产仿真

    2)设备调机仿真:模拟仿真设备装机调机时候设备联机匹配的关系匹配,让设备工程师能够在虚拟界面上先找出最匹配的参数,节省调机时间并提升产能。

设备调机仿真

图6 设备调机仿真

    3)物料计划的模拟预测:通过匹配产品物料的单位消耗数据,依据当前的出货计划,预测出一段时间的物料使用情况和物料备料的最佳时间点,提高物料备料的准确性及节省物料的浪费。

物料计划模拟

图7 物料计划模拟

    4)最优调度分析模拟:通过分析工艺与设备的最优调度绑定规则,搬运设备内部的任务匹配求出最佳任务分配比,实现调度最大化。

最优调度分析

图8 最优调度分析

    在模组生产段,通过优化生产流程、提高生产设备换线效率、柔性车间布局、自动化设备导入,并充分运用看板管理、拉式系统、人因工程等管理技术的精益生产体系的搭建及应用,打造整洁适宜的生产环境,高效、稳定的生产流程,使品质更稳定,客户高度满意,打造出业内标杆工厂。

    1)排产安全WIP(产线)仿真:模拟精益生产优化过程中,精益连线生产中各段安全库存量的合适区间。

排产安全仿真

图9 排产安全仿真

    2)人机配合与动线模拟:人员负荷评估,通过模拟人数与机台的最佳配合比例来分析二切人员作业负荷,提高人员作业饱和度。

人机配合模拟

图10 人机配合模拟

    3)精益柔性车间布局规划:对车间整体进行人流、物流动线规划,评估产品生产过程中产品流向顺畅程度,及时预测瓶颈做好风险应对。

车间布局规划

图11 车间布局规划

    技术特点,先进性

    仿真技术服务平台聚焦于工厂柔性规划设计、生产管理仿真两大模块的建设。创造性的展开了智能工厂建设规划从宏观到细节的仿真技术服务范围,是行业内首次将仿真技术深入运用到智能工厂建设和运营期管理中,是行业智能制造模式的一种尝试,并已初见成效。

    本项目的主要创新点体现在:

    变革:这是对传统生产排程方式的变革,通过与运筹学的相互结合,将生产运行中的大数据进行有条件的分析与预测,在众多的解决方案中寻求最佳,对于复杂的面板生产过程来说,本项目真正实现了“化繁为简”的效益。

    科学:这是现代科学管理技术之一的仿真技术在行业生产过程中的深度运用。帮助工厂在各项优化活动中能够提前预判风险,有理有据,更好的落实各项改善方案。

    时效:仿真技术的导入推广,不仅提升了对突发状况作出快速的风险预估的时效性,同时仿真技术的3D动态展示在设施规划评估、物流动线优化等方面的运用,直观的传达出方案信息大大的提高了工作效率。

    3.效益分析

    设备OEE提升:自动化设备OEE提升幅度达20%。

    在制品库存下降50%;

    人员搬运距离缩短30%;

    切换线速度提升幅度25%。

责任编辑:程玥
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