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打造通鼎互联智能制造蓝图

2020/1/13    来源:e-works    作者:e-works  整理      
关键字:ERP e-works岁末盘点 智能制造 通鼎互联  
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

    通鼎互联信息股份有限公司成立于2001年2月,是一家股份制企业,地处江、浙、沪交界的国家火炬计划光电缆产业基地——苏州市吴江区,是专业从事光纤预制棒、通信光纤、通信光缆、通信电缆、铁路信号电缆、射频同轴电缆、特种光电缆、分布式光纤传感系统等产品的集研发、生产、销售和工程服务于一体的光电缆业界大型企业之一。企业在同行业内全省排名前三,2018年度企业营业收入达42.3亿元,现有员工人数3900余人。

    公司主导产品市场销售在通信光电缆行业位于前三名;公司光缆、蝶形光缆生产规模在全国行业同类企业中位列第一。公司是中国移动、中国电信、中国联通三大电信运营商重要供应商之一,获得铁道部、广电、总参、国电通信中心的进网许可证,产品覆盖全国各省、市、自治区,并远销海外。

通鼎互联信息股份有限公司

图1  通鼎互联信息股份有限公司

    二、企业在智能制造方面的现状

    2.1已应用的信息系统情况

    已采用MES、ERP、CRM、WMS、SCADA等信息化软件,大幅提高光缆制造智能化水平。

    2.2智能制造应用场景

    a)通过二次套塑机核心装备自主研发和改造 ,实现机器换人。

    b)通过引进自动引导运输车、智能立库、智能物流等生产辅助设备,构建智能物流系统,提高仓储管理能力和物流输送效率,提升自动化、智能化水平。

    c)通过ERP、MES、SCADA、CRM、WMS、智能物流等系统,建成基于人工智能技术的高效制造管理的智能化工厂数据中心,通过设计相应的智能算法对这些大数据进行处理,将大大提升数据的利用水平、实现大数据的智能化分析。

    d)利用已有的历史大数据中包含的“经验”,采用模糊神经网络(FNN,Fuzzy Neural Network)、信息融合(Information Fusion)、多智能体(MAS,Multi-Agent System)以及自学习算法(Self-Learning Algorithm)等数学手段,建立较为精确的、与实际拟合较好的智能化工厂模型,让智能工厂具备智能化的“大脑”,初步建成具一定人工智能(AI,Artificial Intellegence)的智能工厂。

    2.3 取得成果

    实现对原材料的采购控制、物流追溯、质量追溯、车间物料自动配送、核心生产环节的实时跟踪和控制、核心原材料和产品的检测、订单管理,在此基础上实现生产过程数据信息的采集、分析和查询。

    三、参评智能制造项目详细情况介绍

    3.2.1整体方案

    通鼎以中国智能制造为愿景,打造一个集成装备智能化、生产自动化、控制系统化的设计、制造、仓储、货运及客户管理等全过程一体化智能制造系统,最终实现智慧通鼎、绿色通鼎,致力成为国内通信企业智能制造的领航者。开展数字化车间建设、信息化系统的开发与集成应用、基于数据驱动的智能化应用。

    其系统架构图如下:

通鼎互联智能制造系统架构图

图2 通鼎互联智能制造系统架构图

    3.2.2项目实施内容

    (1)数字化车间建设

    通过核心设备的自主研发与通用智能化装备的集成应用,实现机器换人和核心工序的自动化生产,打造一条高效节能的自动化、数字化产线。综合利用先进传感器技术、工业协议解析技术、工业网络连接技术实现自动化产线的数据采集与整个生产过程信息的互联互通。并在此基础上形成智能仓储、智能物流输送、智能能源管理等具有代表性的智能化应用系统。最终打造出一个信息全面集成、资源合理优化配置的高效节能车间。

    (2)开展信息化系统的开发与集成应用

    面向生产制造管理、企业运营管理、供应商管理等需求进行MES、ERP、SRM等信息化软件的研发部署与集成应用。并基于底层生产设备的互联互通与信息集成,打通上述业务系统之间原有的隔阂,实现数据信息和业务功能的双重集成,进行管理层面的协同。综合应用信息化管理手段,全面提升生产效率和产品质量的管理水平,对产品全生命周期进行更为科学的管控。

    ERP系统:采用分模块设计,先后完成成本会计业务、财务会计业务、采购与库存业务、生产计划、销售与分销业务等五个独立功能模块的建设,并逐个实施,再集成调试、测试验证,实施过程中清理、规范和优化相关业务流程,并最终目标实现支撑销售全业务流程跟踪管理,支撑可追溯、精细化的生产执行管理,打造透明、规范的、高效的供应链管理体系,建立产供销一体化计划体系。

    MES系统:是一个现场应用的系统,对于人、机、料、法、环,各方面提出了较高的要求;是通鼎基于多年线缆行业的ERP建设过程中总结的,基于目前制造企业竞争越来越激烈的业务现实,打造的一个具有全供应链视角的计划管理业务平台。

    CRM系统:依据销售合同生成对应客户的销售订单并据此完成销售出货等后续业务流程,使合同与订单、出货单形成明确的对应关系;通过从客户档案建立-销售合同录入-销售订单制作-出货计划制定-销售出货完成的业务一体化操作使整个流程可追溯、可跟踪,避免信息断流,保证数据的完整性、可靠性,为销售业务的改善与优化提供分析依据。

    安全生产管理一体化平台:安全生产管理一体化平台,是针对企业实际安全管理业务设计和开发的信息系统,平台借鉴了大量国内先进的安全生产管理经验,符合GB/T 28001-2011《职业健康安全管理体系》、GB/T 33000-2016《企业安全生产标准化基本规范》和行业标准化的相关要求,为企业安全生产业务的动态监管和突发事件应对提供信息化智能辅助支持,功能包括企业基础信息管理、风险源管理、在线监测预警、隐患排查治理、应急管理、职业卫生管理、安全生产一张图、移动应用等,其重点采用物联网及人工智能技术,围绕“人机环物”四个要素,实时感知人员违规操作行为,设备运行情况,环境状态,物料属性,实现安全风险动态感知,事故隐患即时告警,解决了安全生产智能监管长期存在“最后一公里”难题。

    (3)推进基于数据驱动的智能化应用

    立足设备数据采集和互联互通、信息化管理数据集成,构建工厂内数据中心,打造统一的数据管理与分析平台。依托平台汇聚生产过程各类实时运行数据,综合利用大数据分析技术、人工智能算法来构建数据驱动的智能优化模型,通过仿真分析来实现不同场景、不同环节中的能力优化提升,形成设备健康管理、智能质量检测优化等典型数据驱动的智能应用,进一步提升生产效率与产品质量。

    3.2.3智能化布局情况

    (1)建设数据中心

    通鼎互联将ERP系统定位为企业经营数据中心,将MES系统平台定位为产品制造数据中心。企业经营数据中心为其他业务系统提供订单和财务成果信息;而产品制造数据中心则为其他业务系统提供产品在制造过程中的实物信息。

数据中心

图3 数据中心  

    从组织边界上讲,MES系统的应用范围从物流中心仓库发出物料开始,到产品入库结束,完成整个产品生产过程进行管理,其目的是使产品的制造过程高效动态可控。

    从数据边界上讲,MES中的业务主数据应来源于业务管理系统ERP(如:物料、BOM、工艺路线、供应商、客户、订单等),ERP为MES提供目标订单信息和管理标准与规范,而MES则是围绕ERP确定的目标进行过程的管理与控制。

MES与ERP系统集成示意图

图4 MES与ERP系统集成示意图

    从信息服务上讲,MES为上游系统提供基于日级别的生产过程数据服务,如:物料耗用、生产报工、订单进度、质量结果、质量数据、设备状态统计等,为下游系统则提供基于班次、分、秒级的产品派工顺序、操作指令、产品和物料批次、产品序列、产品状态、产品控制路径、加工参数以及实时的现场动态等信息。

    (2)研究应用大数据技术及人工智能技术

    现有的设备互联、人机互联、设备与产品的互联等会产生海量的运营、生产过程、工艺、设备维护、测试等数据,通过设计相应的智能算法对这些大数据进行处理,将大大提升数据的利用水平、实现大数据的智能化分析;并利用已有的历史大数据中包含的“经验”,采用模糊神经网络(FNN,Fuzzy Neural Network)、信息融合(Information Fusion)、多智能体(MAS,Multi-Agent System)以及自学习算法(Self-Learning Algorithm)等数学手段,建立较为精确的、与实际拟合较好的智能化工厂模型,让智能工厂具备智能化的“大脑”,初步建成具一定人工智能(AI,Artificial Intellegence)的智能工厂。通过以上综合手段,使得光缆智能工厂达到全面感知、设备互联、协同优化、预测预警、精准执行。

    通过采用多种智能算法的数学手段建立的智能模型对工厂历史与实时大数据的分析与解读,实现对产品质量、产量、生产状态、人员调度、设备状态、工厂环境状态等进行智能的趋势分析、对策建议、故障定位等,达到对工厂状态全面的预测预警。

    在公司的运营经营层面,我们通过企业经营数据中心实现企业的资源计划;其下是产品制造数据中心管理工厂的整个制造过程,以加强企业经营数据中的执行功能,把企业经营数据中通过执行系统与车间生产现场控制系统联系起来;在产品制造数据中心之下,是所有设备的控制层,包括PLC、专用控制器等自动化、智能化设备;最下面是设备层,包括智能工厂所有生产与支持类的执行部件。基于这样一个完整的智能化管理与控制的链条,将实现智能工厂各种计划与任务的精准执行。

运营经营层面

图5 运营经营层面

    (3)优化生产过程与工艺质量

    在智能工厂其制造过程的各个环节都应广泛应用人工智能技术,包括工艺参数的设计、生产调度、故障诊断等。神经网络和模糊控制技术等先进的计算机智能算法可应用于产品配方,生产调度等,实现制造过程智能化。人工智能技术尤其适合于解决特别复杂和不确定的问题。因此,针对不同的应用,我们要在实践中不断完善这些智能算法,以期获得与实际过程匹配的、圆满的智能模型,解决工厂各过程中的不确定性,以提高效率、节约成本,进而形成同类型过程的标准智能算法,获得更为广泛的推广应用价值

    对于检测系统,智能算法的应用尤其重要。检测系统往往起到承上启下的纽带作用。通过分析产品的测试数据,可以判断、评估各工序自身的问题以及对下游工序的影响。目采用信息融合的智能算法,建立产品检测的智能分析模型,通过信度函数引入专家的经验,然后通过DS证据融合,输出智能决策,对检测数据做出判断。在智能算法的应用中,由于对于经验的固化比较稳定而客观,不会受人为因素、个人主观因素的干扰,因此最终的输出结果会更客观。同时,智能算法的应用也减少日常工作中对专家的依赖,专家可以更专心地、以更大的精力投入到研发、创新等高价值的工作中。

    通过检测装备与软件系统的集成,实现全制造过程质量评估与优化、全部产品的防错防漏与追溯以及基于三维模型的质量定义与在线检测分析预警(SPC),搭建全制造过程质量管控平台体系。

全面质量管理示意图

图6 全面质量管理示意图

    (4)提升智能设备管控水平

智能设备管控示意图

图7 智能设备管控示意图

    基于工业物联网的车间智能设备管控平台,实现机器互联互通,整合各类生产资源,实现企业数字化的闭环控制。应用大数据的在线故障诊断与分析装备,实现对设备的预防性维修保养。

设备联网监控示意图

图8 设备联网监控示意图

    工厂生产过程实时数据采集,通鼎通过与义益钛迪、Opsoft欧软科技共同研究共同形成集成采集方案,其主要实现原理如下:

    通过系统和各类加工、检测设备和工具的连接,读取设备开、停机数据,以及设备相关参数信息。系统可以实时获取设备运行状态信息,以监控设备运行效率等指标。通过实时采集设备参数,自动完成质量控制卡相关信息的收集,同时结合质量控制和生产计划实时报警,加强过程控制。

设备数据采集、通信示意图

图9 设备数据采集、通信示意图

    以下为通鼎所用到的几类典型的设备信息采集方式:

  • 设备原先的PLC具备以太网的通讯方式且有剩余的以太网通讯模块,那么可以直接通过连接该通讯模块实现设备的信息采集
  • 设备原先的PLC具备以太网通讯方式,但是没有剩余的以太网通讯模块,则需要增加以太网通讯模块实现MIS和设备的集成
  • 设备原先PLC的通讯方式为MPI、PPI或者Profibus协议,且有剩余的通讯模块,那么可以直接通过连接该通讯模块实现设备的信息采集
  • 设备原先PLC的通讯方式为MPI、PPI或者Profibus协议,但是没有有剩余的通讯模块,则需要增加串口通讯模块实现实现MIS和设备的集成
  • 对于无法实现程序解析的PLC或者并未开放通讯协议的PLC,则需要新增PLC将IO点连接到新PLC,并且需要对新PLC进行编程实现数据采集
  • 对于原先没有PLC但是需要采集信号和数据的设备,需要增加板卡设备实现信号和数据的采集
  • 对于数控机床的数据采集,可以通过DNC模块利用NC程序内的信息读取程序实现信息采集

数控机床的数据采集

图10 数控机床的数据采集

    3.2.4效益分析

    (可分为隐形效益和显性效益,包括市场竞争力的提升、企业经济效益的提升、市场份额的提升、提高客户满意度、加强企业人员的协作、方便与客户沟通、帮助企业节约成本、实现信息集成等,最好附带图表或数据进行说明。如是推荐的PDM、CAE等技术信息化系统,请提供1-2张产品设计样图或获奖证书。)

    通鼎互联线缆制造工业互联网标杆工厂的建设,给公司的生产、运营、管理等多方面带来了许多直接与间接的经济效益。

    产品上市时间缩短。MES系统为产品研发提供良好的数据支撑,使得研发全过程实现信息化、数字化,通过大数据的分析指导,提升产品研发率、 缩短企业响应时间、提高产品上市速度。

    流动资金运转周期减少。通过MES等系统,提高原材料需求的透明度,加快原材料周转效率,降低原材料库存投入,通过CRM、WMS等系统,提高客户沟通效率和产品出货效率,降低企业产成品库存。从而有效减少企业流动资金运转周期10%。

    库存周转效率通过MES、CRM、WMS等信息化系统的实施,有效减少企业库存投资,库存周转率效率提高约18%,库存盘点误差<3%。

    生产能力提高采用自动化装备的集成和高度信息化MES系统,产品的全流程计算的标准工时得以缩短,预计可提升生产能力10%。

    次品率降低采用智能化集群的制造,信息化的全过程管理,实现产品制造的稳定性,并较大的降低人为的错误,同时通过SCADA系统对生产设备状态数据采集、分析,并对设备故障提前预警,从而减少不合格品的产生。预计产品次品率可下降16%。

    减少用工人数采用自动化装备的集成和高度信息化MES系统,提高设备操作效率,同时增加生产安全性,可以减少用工人数约200人以上。

责任编辑:张瑾
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