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威猛股份:打造离散型柔性智能工厂

2021/1/28    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:智能工厂案例  e-works年度盘点  智能制造  威猛股份  
本文为“2020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2020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

    河南威猛振动设备股份有限公司始建于1954年,前身为国营新乡县振动设备厂,1994年进行国企改制,2000年12月进行股份制完善,是国内较早的筛分设备专业制造企业,拥有员工850人,各类科技人才213人,主要产品复频筛、垃圾处理成套装备、热能利用装备、污水污泥处理装备等。拥有省级企业技术中心、省级工程技术研究中心、省级工程研究中心三个研发平台。公司于2015年被评为国家知识产权优势企业,截止到2020年12月,拥有有效专利300项,其中发明9项,外观60项,实用新型231项,另已登记12项计算机软件著作权。

    威猛股份先后被评为:国家级高新技术企业、全国制造业单项冠军示范企业、国家级知识产权优势企业、国家级守合同重信用企业、国家级两化融合管理体系贯标试点企业、国家级制造业与互联网融合试点企业、河南省服务型制造示范企业、河南省质量诚信AAA企业、河南省工业品牌培育示范企业、河南省质量标杆企业、河南省首批诚信示范创建企业、新乡市五星级工业企业等荣誉。

河南威猛振动设备股份有限公司

图1 河南威猛振动设备股份有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

    公司目前智能制造及信息化应用整体情况介绍

    威猛股份所生产的产品是个性化定制产品,在面对大规模生产条件下客户对成本和交期的需求和互联网时代客户对个性化定制的需求,威猛股份积极探索并践行新研发、新制造、新管理模式,将信息技术渗透到研发、制造、管理等多方面,形成威猛股份智能制造5大能力:即以业务需求为导向的高效、协同管理能力;绿色、环保产品的协同研发能力、智能装备的个性化产品制造能力;绿色环保筛分分选设备的质量管控能力;基于互联网+的营销能力。

    威猛股份自2016年建设智能工厂策划、建设,并在建设中不断完善调整,主要实现以下几方面的利好;

    1.管理方面:深入利用钉钉办公云服务资源,选择个性化的业务功能需求,实现管理高效、业务协同、无纸化的综合管理能力;

    2.研发方面:整合及投入研发设计CAD、CAE、PDM等信息系统,搭建PLM异地协同研发平台,同时积极推进三维设计,构建数字化样机;

    3.制造方面:建立以蚂蚁分工为神经元,以中央处理系统、边缘处理系统为骨干网,通过边缘处理系统收集数据,对数据进行抽取、清洗和分析,在边缘层面会做出反馈,传至中央处理系统,最终形成决策,下达精准指令;

    4.质量管控方面:搭建工艺与质量控制平台,打通生产过程质量、产品质量检测、外购物料检验各环节质量信息通道,实现全流程的质量管控;

    5.营销方面:利用互联网平台,开展网络化营销服务,同时利用设备远程监控技术,为用户提供在线监测监视服务,扩大营销服务范围,实现增值服务。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    3.1 项目背景介绍

    威猛股份是面向订单的离散型制造企业,产品是依据客户痛点设计打造的,具有个性化定制的特点,其工艺路线和设备的使用较灵活,因此,公司更加重视生产的柔性,智能工厂建设的重点是智能制造生产线。威猛股份发展智能制造的核心目的是拓展产品价值空间,侧重从单台设备自动化和产品智能化入手,基于生产效率和产品效能的提升实现价值增长。但区别于其他智能工厂,威猛股份发扬创新精神,推行自主开发智能化改造系统,践行新制造模式:承认非正式系统存在的合理性和确保非正式系统运行的有效性。非正式系统即指依靠人的因素,解决二八原则里20%存在的难题,无固化系统约束,不照搬,也不会因沉淀成本制约创新、制约智能化系统的整体运行。相反,根据内部系统运行的实时需要,实时对系统做出相对调整,跟的上互联网时代潮流,解决制造过程中出现的实时难题。

    3.2 项目实施与应用情况详细介绍

    3.2.1智能化改造总体目标

    威猛股份积极推进信息化与工业化深度融合,推行“一个威猛”全面信息化管理,实施智能制造服务体系项目,利用各种现代化、信息化的技术,实现研发、生产、管理等智能化,主要通过中央处理系统为核心、边缘处理系统为辅来实现工厂的管理、生产、物流、仓储等系统的自动化,由装备伺服体系(即迅速响应单机负荷的过载能力,持久确保整体负荷的弹性能力)和物料缓冲体系(即按照三个二八原则,对原材料、半成品、零部件、产成品的规格与数量进行合理计算,预测与规划实施)为保障,达到加强及规范管理、提高工作效率、进行互联网+大数据的融合创新,将威猛股份智能制造推上新的高度。同时,使威猛股份成为国内装备制造行业智能制造的典范,带动装备制造行业的发展。

    3.2.2主要建设内容

    1.信息基础设施

    信息安全体系是企业业务持续性发展的保障,在一定程度上安全管理平台(SOC)的建设方式就体现了信息安全体系的搭建的思路,公司现采用多手段结合、多级联动的安全措施。

信息化建设规划

图2 信息化建设规划

    研发设计部门采用设计内网--独立的物理网络,彻底隔绝公网安全隐患。设计内网技术资料采用华御密盾智能防信息泄漏文件加密系统,可以保证对加密计算机的硬件变动、文件状态、当前操作界面及外出授权文件情况等信息随时查看,系统受控终端的每一步操作都能通过日志查询,网络内信息资料加密传输。

密盾智能防信息泄漏系统

图3 密盾智能防信息泄漏系统

    内网关键解密点计算机使用远程监控系统管控,管理员可以随时对受控端操作界面、运行程序、外接移动设备、网络收发数据进行监控,系统可以持续对受控计算机抓图取证、使用情况随时记录到日志文件,还可以设置移动设备使用的异常报警,并能保存最近一段监控记录及系统日志,以便后期监管查询。

密盾系统远程监控客户端

图4 密盾系统远程监控客户端

关键节点持续监控系统

图5 关键节点持续监控系统

    数据备份存储方面,为保证企业数据安全、完整,我们采用多级安全存储、异地容灾策略。服务器各系统数据库、文件服务做了安全备份策略,增量与完全结合定时自动备份业务数据,同时每台服务器都配备RAID5磁盘阵列(图6),使用多组存储设备做冗余镜像和数据校验,保证高速存取数据的同时,使数据丢失的安全风险降至最低。

服务器磁盘阵图

图6 服务器磁盘阵图

    公司关键系统平台数据库及各部门重要数据指定服务器存储,为保证服务器磁盘阵列(RAID)安全,分级采用异地NAS网络高速存储器(图7),闲时把每台服务器存储数据同步转备至NAS空间,保证自动留存15日数据。

业务数据库近期自备份文件

图7 业务数据库近期自备份文件

    公司与服务商签订有相关云平台(如:钉钉、简道云等)数据安全服务协议,专业的云服务商能确保服务数据安全、完整。

    专网内数据,在班组交班或当日完工后使用移动备份设备同步数据。个别部门数据量大时也配备移动盘随时备份,保证数据实时同步。

NAS网络数据备份系统

图8 NAS网络数据备份系统

    2.研发设计

    (1)应用数字化三维设计软件、工艺设计软件进行产品、工艺设计与仿真,并通过物理检测与试验进行验证与优化。

    公司建立有完善的技术研发体系,研发中心建立CAD工作站,采用了国际国内先进的CAD软件和有限元分析软件,建立了以产品数字化模型为核心的设计研发平台,利用三维数字化环境,构建产品数字化样机,开展产品结构、功能、性能的仿真与分析,利用3D打印机辅助研发。

3D打印产品模型

图9 3D打印产品模型

    数字化产品设计系统主要是实现产品的快速设计,为实现产品的数字化设计,威猛股份引入快速建模,使产品设计更加科学。该模块主要是根据各种技术要求、设计说明以及各结构之间的相对,利用力学、机械学、虚拟装配等设计,分析、验证、模拟仿真的技术,对所需设计的结构进行仿真和分析,使其能够满足设计需求,并在此基础上实现产品数字化三维设计;同时根据装备及工艺要求,利用CAE、CAPP等相关技术,进行产品工艺的设计、仿真及优化。

    (2)应用产品数据管理系统(PDM),实现产品设计、工艺数据的集成管理。

    威猛股份设计软件主要是CAXA,其中CAXA PDM(CAXA协同管理PDM系统)是CAXA协同管理PLM解决方案的组成部分,是面向企业产品设计与管理应用的解决方案,为企业级产品数据管理提供强大的支撑平台,威猛股份是CAXA PLM解决方案的示范用户。

CAXA设计软件

图10 CAXA设计软件

    公司引进PDM软件系统用来解决技术部门的电子化图文档、电子化BOM的管理问题。目前,PDM可以保存各种OFFICE文件、二维CAD文件、三维CAD文件、其它各种图形文件以及项目文件,还包括产品结构(BOM)、设计图纸、设计文件以及其它各种图文档。利用这些数据通过网络进行评审及发放,能有效地将产品从方案设计、理论设计、详细结构设计、工艺流程设计、维护直至产品淘汰的整个生命周期内各阶段的相关数据进行定义、组织和管理,大大地保证产品数据的一致性、完整性和安全性,从而将设计人员、工艺员、材料采购人员和营销人员及其他管理人员有机地组织在一起,并可在公司范围内为产品设计和制造建立一个并行化的协作工作平台。

CAXA PDM

图11 CAXA PDM

    (3)建有车间/工厂总体设计、工艺流程及布局数字化模型,并进行模拟仿真,优化产品生产流程。

    工厂建模的目的是为了数字化、结构化的描述和处理生产制造环节的各种信息,按照组织划分的原则、业务协同的规则、数据统计的规则、物料(能源)平衡的原则等一系列共性规则和约束,将生产制造信息与物理世界联系起来。物理实体建模是对生产线、生产单元、生产节点等物理生产资源的抽象和描述。

    威猛股份现正在进行工厂数字化建模,将生产设备,通过数字化仿真,直接反映各设备的运转情况及任务情况。

数字化工厂仿真

图12 数字化工厂仿真

    工艺模型是产品付诸生产的具体行动方案和路线图,用于定义产品生产的工序和步骤,是产品从原料到中间产品再到最终产品的形态变化过程,是生产平衡、能源平衡、物料平衡的统计模型和工程模型。工序过程在生产单元上完成,不同工艺路线在相同工序上的工艺要求不同,形成不同工艺的工艺卡片,记录工序上的投入、产出、能耗、工艺参数、作业步骤。

工艺模型

图13 工艺模型

    3.生产制造

    威猛股份拥有车、铣、刨、磨、镗、钻等各类机加工、锻压、铆焊加工、吊装和检测等加工设备545余台/套,拥有先进的网格化智能焊接系统、车载移动焊接站、数控激光切割机、立式数控加工中心、数控车床、数控钻床、数控自动火焰(线)切割机、数控折弯设备、自动焊接设备、振动源流水线、绿色铸造炉等加工设备。VR智能涂装车间、智能物流云轨系统、智能仓储系统已稳步推进。

    车间自动化智能化设备300台,占全部设备比重60%。车间内生产、检测设备总共545余台/套设备,200多台已联网,联网数占40%以上。

    (1)从人机料法环测六个方面,建立中央处理系统。利用原有车间,从人机料法环测六个方面建立中央处理系统,并设立边缘处理系统、结合主加工设备数控激光切割机、智能焊接机器人、智能切割机器人等个子作业单元。实现生产进度及各子系统状态监控反馈、6S管理、安全管理,质量管理,通过LED屏多屏互动上的催单信息、数据等内容及时调整生产计划,做到互联互通,数据互联化,应用平台化。

威猛股份中央处理系统

图14 威猛股份中央处理系统

    1)人:公司同时进行的订单比较多,通过蚂蚁分工这个项目管理级的协同工作平台,用最简化体验的方式,实现复杂组织管理和扁平化协同工作。

    2)机:激光切割机、焊接机器人等设备生产状态实时监控,提高效率,同时建立设备巡检系统,实时传输设备使用情况,确保设备正常运行。

数控激光切割机实时监控状态

图15 数控激光切割机实时监控状态

    激光切割机操作屏幕通过编码器,实时传输到中央处理系统,可随时了解切割机生产状态,及是否空闲等,方便管理人员管理,提高效率。

机器人实时监控状态

图16 机器人实时监控状态

    车间机器人状态信息反映焊接机器人的停机、待机、编程、工作时长,将数据传输至中央处理系统,对机器人工作状态数据进行分析。

    设备巡检系统作用是能够及时发现问题,处理隐患问题。通过设备巡检设定的周期,能够有效的提醒需要维护的设备,做到设备存放地点一目了然,日常维护一目了然,设备存在故障及隐患一目了然。

    3)料:边缘处理系统中“正在进行任务信息显示”和“催单信息显示”,各道工序信息共享,上道工序及时了解下道工序缺料情况,根据生产实际合理调配生产资源,好钢用在刀刃上,解决生产瓶颈。

    4)法:钉钉上面“中央处理系统沟通群”,涵盖设计、采购、制作、质检等部门,解决问题一步到位;蚂蚁分工中所有任务进行排产,明确时间节点,上下道工序关联,实时提醒任务进展及存在的问题,自动计算逾期天数,便于生产任务考核;产值与工作量页面提醒任务累计完成情况,为生产资源合理调配提供数据支撑。

工作量状态显示

图17 工作量状态显示

    5)环:环境与环保。通过安全管理仪表盘统计反映工作环境中的不安全因素,减少事故发生;通过视频系统关注喷漆、焊烟净化器使用、危废处理情况,合法合规生产。

安全管理仪表盘

图18 安全管理仪表盘

    6)测:通过各审批流程,反映设备检测情况;使用智能量具,通过现场测试数据生成的图能够直观地看出工序的运行状态,随着数据不断的积累,通过过程能力的分析能够对过程的工艺水平高低做出判断;建立质量追溯平台,将产品质量控制、检测参数等质量管控信息,录入内部简道云平台上,方便日后查询设备检验数据及状态,登录后可依据设备号、合同号等5项进行查询,实现同一数据多部门信息共享,快速推动后期遇到问题的协助处理判断。

    (2)实现数据互通互联。开发钉钉简道云上打通从中央研究院到工艺质量检测到客户服务部,由一个合同号将三个部门数据打通,做到全流程的数据建档,方便管理。

    (3)普遍应用人机界面(HMI)以及工业平板等移动终端,实现生产过程无纸化;人工操作工位应用防差错系统,适时给予智能提示;应用安灯系统(Andon),实现工序间的协作。

    威猛股份应用HMI产品在生产车间内,图纸从中央研究院可直接传达到下料车间PC端,自动排检出需要下料图纸,传输给数控激光切割机,自动运行切割。同时也应用于多功能立体仓库,多功能立体仓库由威猛股份自主开发,主要存放大型工件,工人可自行操作控制面板,取回想要取的工件,实现了无纸化操作。威猛股份智能立体仓库:能较好地满足特殊仓储环境的需要,大大提高了车间的单位面积利用率。采用自动化管理系统,可以根据指令要求自动存取物料,并且具有记忆功能,所有指令一键完成,该系统还可实现远程控制,在手机端查看库存情况,适应性较强。

    (4)应用生产过程数据采集和监控系统,实现现场操作、设备状态、生产进度、质量检验等生产现场数据的实时监控、自动报警和诊断分析;应用制造执行系统(MES),实现车间作业计划、设备维修维护计划自动生成,生产任务、维修维护任务指挥调度可视化,并可根据产品生产计划实时调整。

    威猛股份生产过程中已实现数控激光切割机、数控折弯及、智能焊接机器人等设备的数据采集和监控,质量检测方面,威猛股份增加智能量具,可现场监测数据,反馈给中央处理系统,提高现场生产进度的监控能力,可实时掌握生产进度,调整生产计划。

    1)数控激光切割机、数控折弯机信息监测:可实时监测到设备的运行状态,电流、电压、温度、功率、正在运行的工件切割折弯情况、正在做哪个合同的工件等等,传输给中央处理系统。

设备的数据采集和监控

图19 设备的数据采集和监控

    2)智能焊接机器人数据采集

    对购置的智能焊接机器人进行编程,通过对设备状态、电流电压、工作时间等各项数据的监测、采集、分析,对机器人的生产效率、耗能加以研究,使生产安排更合理,工装更科学,提高工作效率,节约能耗,使其充分发挥作用。

智能焊接机器人数据采集

图20 智能焊接机器人数据采集

    后期通过研究OTC焊接机器人系统,发现机器人系统均有其标准的文件传输接口,可以采用通用的FTP文件传输协议进行数据交换。通过机器人相关模块添加、授权参数修改,打开、调试机器人以太网接口协议数据,焊接机器人间架设专用的高速网络连接焊接文件共享工作站,打开机器人系统中的文件传输通道,通过焊接文件共享工作站采集每台机器人实时的工作程序,汇总文件后,使用同步程序反写入每台机器人系统存储空间中,从而实现任意一台焊接机器人短时间内都可以直接调用其他机器人的焊接程序,这样遇到多个机器人加工相同工件时,只需一次编程就能实现多机使用,提高了焊接效率。

智能焊接机器人工作状态监控

图21 智能焊接机器人工作状态监控

    3)智能量具:通过现场测试数据生成的图能够直观的看出工序的运行状态,随着数据不断的积累,通过过程能力的分析能够对过程的工艺水平高低做出判断。

轴承台的测试的一个正态分布图

图22 轴承台的测试的一个正态分布图

    智能量具的使用有助于工作效率和测试的准确度提升的同时,经过不断的积累数据,有利于我们对过程能力进行准确的分析,通过分析找出规律,为我们在对应工序在工艺、检验方式、方法、标准的改进、调整提供科学的依据。

    4)设备巡检系统:作用是能够及时发现问题,处理隐患问题。通过设备巡检设定的周期,能够有效的提醒需要维护的设备,做到设备存放地点一目了然,日常维护一目了然,设备存在故障及隐患一目了然。

设备巡检系统

图23 设备巡检系统

    (5)生产过程广泛采用条码、二维码、电子标签、移动扫描终端等自动识别技术设施,实现对物品流动的定位、跟踪、控制等功能;车间物流根据生产需要实现自动出库、实时配送和自动输送。

    传统的二维码对文本字数有限制,超过一两百字之后,二维码无法识别,于是威猛股份探索是用活码。活码比普通二维码更灵活,同一个二维码图案可以变更不一样的内容,从宣传推广或者记录保存的长远角度看,能适应及时更新的需求。而且图案简单,扫描更容易。此外,扫描数据可统计,方便效果监控。

    (6)关键工序采用自动化、智能化质量检测设备,产品质量实现在线自动检测、报警和诊断分析;在原辅料供应、生产制造、仓储物流等环节采用智能化技术设备实时记录产品质量信息,每个批次产品均可通过产品档案进行生产过程和使用物料的追溯。

    在生产过程中,每完成一个工序或一项工作,都要记录其检验结果及存在问题,记录操作者及检验者的姓名、时间、地点及情况分析,在产品的适当部位做出相应的质量状态标志。这些记录与带标志的产品同步流转。需要时,很容易搞清责任者的姓名、时间和地点,职责分明,查处有据,这可以极大加强职工的责任感。

    关键工序中,筛配激振器空载试验过程中使用轴承检测仪对装配完成的激振器功能进行检测,检测空载运行轴承三个方向产生的振动加速度信号、峰值、歪度指标、峭度指标、包络解调值进行频谱分析。

    物料严格把控,降低品质不良生产成本15%。数据实时采集和分析,直观全窗的大数据分析,决策制定效率提升25%。

产品质量实现在线自动检测

图24 产品质量实现在线自动检测

    3.3 效益分析

    该项目是通过物联网对工厂内部参与产品制造的设备、材料、环境等全要素的有机互联与泛在感知,结合大数据、云计算等数字化和智能化技术,实现对生产过程的深度感知、智慧决策、精准控制等功能,达到对制造过程的高效、高质量管控一体化运营的目的。通过项目实施,公司各级部门和员工的观念在不断转变,工作方法也在不断调整,工作思路从传统方法转变为信息化手段解决,精细管理的理念逐步贯穿到业务处理的整个过程,这只是比较浅显的一面,除了文化效益上面的转变,最大的效益对公司的社会、经济、环境方面都有着前后的鲜明对比。

表1 项目前后对比

项目前后对比

    主要指标解释:

    (1)经营成本方面。通过对生产资源进行信息化管控,及时更新仓库资源信息,有效避免生产资源的积压与短缺,实现库存的精益化管理,最大程度减少因生产资源不足带来的生产延误,避免因生产资源积压造成的生产成本的居高不下。威猛股份全面推行信息化技术,实现办公无纸化,生产自动化、信息化,大幅降低了企业的运营成本。物料损耗降低,年节约资金200万元以上,库房积压清理资金全年500万元以上,原材料资金周转加快了1倍。

    (2)产品研发周期方面。在产品定制的过程中,通过合适的用户界面,引导用户合理、快速地选择产品和模块设计参数。融入信息技术后,公司不同系列、品类、规格的产品每天都处于动态的优化和调整过程中,使产品的研发周期缩短一半以上。

    (3)生产效率方面。通过两化融合,大幅提升管理效率。目标管理、计划管理、标准化管理、精准化管理、供应链管理和绩效管理的模式,通过数据的互联互通,为科学决策、高效决策提供了依据,实现了现金流、信息流、物流“三流”同步,效率提升33%以上。

    (4)产品质量方面。通过两化融合,测量时规范标准、正确,质量问题实时反映,提高产品质量。产品振频、振幅、噪声及温升等多数核心技术指标达国内领先水平,居国内一流水平。

    (5)实现绿色发展方面。通过安全管理仪表盘统计反映工作环境中的不安全因素,减少事故发生;通过视频系统关注喷漆、焊烟净化器使用、危废处理情况,合法合规生产,实现健康绿色发展。

责任编辑:程玥
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