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江苏亨睿碳纤维:打造透明化的智能车间

2021/1/28    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:智能车间案例  e-works年度盘点  智能制造  江苏亨睿碳纤维  
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

    江苏亨睿碳纤维科技有限公司成立于2015年,是中国恒瑞有限公司在江苏常熟国家高新技术产业开发区的全资子公司,是一家创新型高科技企业。作为复合材料成型领域的领军企业,公司拥有从欧洲独家引进的复合材料快速多孔注入压缩成型专利技术(RMCP)等多种复合材料加工技术及设备,领先的国际化专家团队,并在德国、西班牙等多地设有研发及商务分支机构。目前,公司拥有员工500多人,主要服务于汽车工业、航空航天、工业机械等多个行业,生产碳纤维复合材料零部件,有已通过IATF16949:2016和AS9100体系认证。公司致力于提供全面的复合材料轻量化解决方案,并拥有多个国内外主机厂轻量化项目成功开发配套经验。

江苏亨睿碳纤维科技有限公司

图1 江苏亨睿碳纤维科技有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

    现状:具有五个系统,分别是:人事系统、ERP(金蝶 K3)、OA(企业微信)、WMS系统、MES系统

    2018年,人事系统上线,功能:考勤模块、薪资模块、绩效模块、基础数据(员工信息等基础资料)。ERP系统上线,功能:供应链(采购、销售、库存等)、生产制造(生产计划、BOM清单、车间管理等)、财务结算、成本模块、基础数据。

    2019年,WMS系统上线,功能:物料入库(采购入库、生产入库、其他出库等)、产品出库(生产发料、销售出库、其他出库等)、库存管理(产品标识/追溯、库存查询等)。OA系统上线,功能:审批流、财务报销。

    2020年,MES系统上线,功能:质量管理(来料检验、工序检、产品检、质量分析、质量标准等)、生产管理(智能控制系统、生产线实时运行状态、工序/工位数据采集、实时动态报工等)、KPI报表(生产分析、库存分析、质量分析等)。

    所有系统以ERP系统为核心,其余系统与ERP系统进行部分数据交互,由于各系统中有自己独立的流程,所以在数据共时性上会存在数据同步的问题。

    每个系统有独立的数据库和自身的数据格式,在进行系统间数据传递时有报错的风险(目前采用邮件报警的方式进行处理)。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    1.项目背景介绍

    一方面,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;另一方面,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,难以进行有效的深度数据挖掘与分析。而解决这一问题的重要途径就是实施智能制造。

    智能制造是当前中国经济发展进入新常态下,工业转型升级的核心所在。现阶段,许多制造企业都提出或正在进行信息化和自动化建设,期望尽快实现由“制造”到“智造”的转型。但是,这些建设大多都是结合企业发展实际需求进行的局部数字化建设,缺乏系统性和全局性,并由此产生了信息孤岛、兼容性差和集成度不高等一系列问题。因此,突破制约产业发展的关键短板装备,建设互联互通的车间工业互联网平台,利用工业大数据平台进行智能分析和深度挖掘,实施各信息系统并实现与智能生产设备的高度集成化运营,构建制造企业借鉴的智能制造模式,是现阶段制造产业推进智能制造实施所亟待解决的问题。

    2.项目实施与应用情况详细介绍

    智能制造系统是一个覆盖设计、物流、仓储、生产、检测等生产全过程的极其复杂的巨系统,企业要搭建一个完整的智能制造系统,最困难也是最核心的部分就是生产过程数字化。尤其是对于生产工艺复杂、原材料及原器件种类繁多的离散制造领域,产品往往由多个零部件经过一系列不连续的工序装配而成,其过程包含很多变化和不确定因素,在一定程度上增加了离散型制造生产组织的难度和配套复杂性,要做到生产全程数字化、可视化、透明化殊为不易。

    生产全过程数字化是将“人、机、料、法、环”五个层面的数据连接、融合并形成一个完整的闭环系统,通过对生产全过程数据的采集、传输、分析、决策,优化资源动态配置,提升产品质量管控。生产全过程数字化需要企业在人员配备、自动化设备、设备连接、环境感知等各方面具备良好的基础。在此基础上,生产全过程数字化的重点工作是打通各种数据流,包括从生产计划到生产执行(ERP与MES)的数据流、MES与控制设备和监视设备之间的数据流、现场设备与控制设备之间的数据流。

实施思路及总体方案

图2 实施思路及总体方案

    2.1 车间网络规划

    局域网采用主流的千兆以太网交换技术,提升网络带宽利用率,搭建层次化的网络架构,保证局域网的可扩展性,通过划分VLAN来隔离多个系统。

网络拓扑图

图3 网络拓扑图

    2.2 车间信息系统

    1)生产管理,车间管理

    生产订单中已经包含了该订单的操作者、设备、工艺参数设定值、投料物料、产出物料等内容,依据工艺路线要求和生产的时间安排分别下达到指定设备上。生产订单下达后,系统经过优化计算生成配送单(该配送单支持按工作中心或线体配送),包含了配送物料、数量、库存货位、时间排序等内容。生产配送单将实时地发送到WMS系统。WMS系统接收到配送单后,仓库人员根据配送单自动执行,把各个工位需要的原材料、零部件一一配送到位。

    生产过程的柔性化和自动化在一定程度上是矛盾的。在大规模制造时需要高效快速地生产,因此需要自动、单一、高速的设备,但如此一来生产的柔性化就很难实现。万能工装、多用模具等手段虽然可以适应柔性化的需要,但其调整和过渡过程十分繁琐。因此工艺参数的自动下发对于设备的柔性化十分必要,它可以避免人工调整参数时易发生的失误,也能够十分快速地调整整条生产线的全部参数。其实现的方法实际上很简单,写入设备的数据通道与设备数据采集系统一致,数据源就是质量管理中的工艺参数数据。工艺参数的自动下发功能将极大地降低产品更换时带来的忙乱和差错,也能大幅压缩换线时间,提高综合产能。

    执行生产订单时,由操作者扫描设备条码或者输入员工的编号做工人的上岗操作,并记录在系统中,便于生产产品的人员班次追溯;通过各个设备的管理终端,选择订单,做设备点检、品质点检等具体业务操作,加工工艺参数将跟随生产订单自动下发到设备,期间有任何异常或与订单内容不一致时,系统将发出警报,并禁止进行下步操作。生产到订单完成时,采集设备的加工数量报工。同时根据生产完工计划在规定时间内将这些加工后的产品搬运到规定的仓库位置,并在最终摆放位置时记录货位发送给MES系统,由MES系统进行自动入库操作,入库后系统中对应的物料库存增加。

生产过程

图4 生产过程

    2)质量管理:来料检验、工序检、产品检、质量分析、质量看板

    质量管理可以实现批次或产品序列号的全程可追溯管理功能。通过正向追溯和反向追溯,为质量问题提供可追溯的原始数据,达到准确找到问题点,避免不良再次发生。实现工艺参数首检、自检、点检等功能,加强品质管理。

    在生产过程中严格控制首检、点检、自检的流程,每个步骤的控制标准都由所加工产品的工艺参数决定,具备数据采集条件的设备均可自动采集对应的参数,以此保证首检、点检、自检工作的真实性、有效性、实时性。

    3)产品管理:产品BOM管理、工艺路线管理

    产品的BOM管理,历史BOM跟踪记录,产品工艺路线管理,工艺参数的制定和修改,需要专人进行审批,即当系统中工艺参数控制标准内容新增或发生变动后,需要在系统中进行流程审核,方可生效。以此保证工艺参数标准的唯一性、有效性、实时性、权威性。生产订单根据BOM和工艺路线安排生产。

    4)智能分析:产品标识/追溯、生产分析、库存分析

    生产过程全程实现批次或序列号管理,生产过程中人员上岗离岗记录均可查询到对应的信息,可以通过电子化手段追溯到加工时的信息,追溯标识形成后,将跟随物料向后道工序流转,直至所有工序结束。

    可以通过扫描操作工的身份识别装置来自动记录人员信息,即员工的上岗离岗操作,系统可通过权限控制,自动判断操作工操作资质。

    通过在MES中录入产品批次号,可以查询出该批次所有的物料批次、部件批次、该产品的订单信息、每个工序工人信息、每个工序的设备信息等。

    通过在MES中录入或扫描物料批次、半成品批次,可以查询出相关所有产品的批次,订单等信息。

物料收发明细表

图5 物料收发明细表

    5)可视化:质量看板,生产看板,仓库看板

    为了能够体现对生产现场的高效管理,充分利用各个系统的数据,同时在视觉呈现方面具备优良的可读性,可视化系统应该按照管理职能和布置地域分别设计。但是由于在生产现场多数的管理内容可能会发生在相同的地域,因此多数电子看板的内容将包含多种信息,而在办公区域则基本上将按照职责显示不同的内容。

    可视化系统将实时地将MES系统的生产、仓库和质量数据在生产现场和办公区域以图形状态、曲线、图表、文字等形式呈现。这其中包含了生产状况(包括生产数、生产效率、订单总数、完成率、生产节拍、订单进度)、质量状况(生产数中的不良数、不良率、直通率、重要设备的不良曲线图和工艺参数曲线图)、设备状况(OEE、设备正常运行还是异常停机,停机是设备保养、设备故障、配件问题、品质问题还是其他异常)、库存状态(库存数及安全库存数、物料拉动信息、重要配件的库存数及安全库存数)。

    2.3 信息系统集成情况

    已实现ERP与MES系统及WMS系统的紧密集成,实现数据来源一致性、准确性、及时性的要求,摒弃不同系统中大量数据的导出、导入、汇总加工处理及重复录入工作。例如:ERP中下生产订单,通过接口自动发送到MES系统中,仓库人员接收到生产订单质量,在WMS中根据工单进行配料作业,完成的动作后,系统通过接口自动回传到ERP生产直接调拨单,将物料调拨到线边仓供现场进行作业,线边仓作业人员在MES中作业的同时,将所消耗的物料自动回传给ERP系统,完成物料的生产领用,最终,完成整个生产工单,在仓库入库后,自动回传给ERP,生成生产入库单。

ERP、MES系统及WMS系统紧密集成

图6 ERP、MES系统及WMS系统紧密集成

    2.4 信息系统安全保障

    存储备份采用D-D-R的三级备份机制。第一级存储于磁盘(Disk:本地磁盘或存储系统),第二级备份于磁盘(Disk:存储系统、VTL、备份一体机)第三级备份采用异地备份(Remote Backup)。依据实际需要可实现数据快速恢复。

    各系统数据备份按照全系统备份和差异备份的方式。全系统备份不论数据是否更新都按照定期备份策略完成各个系统的全备份操作。差异备份是是基于完全备份的,备份上一次完全备份后发生变化的所有文件。

    3.效益分析

    项目在提升计划员排产效率、计划准确率、数据准确率方面取得了良好的效果:

项目收益

图7 项目收益

    生产过程可追溯,对整个生产流程中每个车间、每条生产线、每道工序的所有信息进行统计、分析、反馈,实现生产过程全程的可追溯管理。

    生产透明化,采用工业条码技术,运用计算机代码对工厂车间进行全面管理与控制,实现了生产透明化监督与管理,减少等待时间、库存和过量生产等浪费。

    信息智能化管理,将信息、网络、自动化、现代管理与制造技术相结合,在车间形成数字化制造平台,改善车间的管理和生产等各环节,缩短规划和制造周期,加快多部门协作响应,提升生产数据完整性,提高制造效率和质量,减少在制品滞留数量,精准执行,对设备状态、车间与生产作出调整,对获取的实时数据进行快速、准确的加工、识别、处理自主决策,根据数据分析的结果,按照设定的规则,自动作出判断与选择。

数据可视化

图8 数据可视化

责任编辑:程玥
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