易开盖：打造数字化车间

一、企业简介

       义乌市易开盖实业公司（简称“易开盖”）创办于1988年，三十多年来公司秉承“科技领先、管理创新、诚信为本、环境友好、安全健康、专心专业、创造效益”管理方针，从事易开盖生产、易开技术研究及易开装备开发，已成为国家专精特新“小巨人”企业、国家知识产权示范企业、国家高新技术企业、中国包装百强企业、中国罐头产业十强配套企业、浙江省制造业单项冠军培育企业、浙江省隐形冠军企业、浙江省绿色低碳工厂、浙江省上云标杆企业、浙江省数字化尖兵企业。

       公司拥有员工1000余人，其中易开专业技术人员151人。公司食品易开盖市场占有率全国第一，50%以上产品出口欧盟、美洲、东南亚。公司建有易开技术省级企业研究院、省级企业技术中心、省级工业设计中心和“上海宝钢--义乌易开盖”联合实验室，专业从事易开技术研究、易开模具与装备开发和易开产品制造，公司的研发成果获得了中国专利优秀奖、省科学技术进步奖、轻工业联合会科学技术进步奖、包装行业科技奖、省优秀新产品新技术奖、省专利优秀奖、浙江制造精品等荣誉；公司主持制定国家标准2部、团体标准1部、主导制定国际标准2部，参与制定国家标准、行业标准和团体标准12部。
 
二、企业在智能制造方面的现状

       公司1988年建厂，信息化技术应用较早。自1997年甩手工图板开始，逐步经历了财务电算化、三维设计、CAX应用、图文档管理、SPC产品质量分析管理等阶段。在2017年开始，信息技术应用开始飞速发展，截止目前，已经应用了ERP-K3CLOUD系统、APS系统、MES系统、BI系统、PLM系统、API（ESB）数据总线、工业云设计平台、数据中台等。在K3CLOUD基础上，公司根据管理和业务需要，开发了公司定单工艺书，将产品定单数据、物料数据、工艺数据等源头数据统一集中管理；APS系统的应用，打通了EPR-APS-MES之间产品制造管理，通过对人、机、料、法、时的多算法计算，实现产品定单业务的自动排程管理。MES系统已经在部分工厂产线实现了上线物联，可从设备中进行取数，并在产线端实时显示设备状态、生产进度等；BI商业分析系统已经与数据中台集成，在BI商业智能分析系统上实现了符合管理习惯的展现与追溯分析；2021年起，公司在饮料盖基地全面展开数智化转型升级，综合集成PLM、ERP、APS、MES、BI等系统，使系统高度互通，设备高度互联、数据高度共享，不断提高生产运营管控能力。通过大量自动化、智能化装备的自研和购置，部署了9条高效柔性智能生产线，通过信息技术整合应用，基本实现了工艺柔性调整、生产高度自动化、过程控制精细化、物料流转可视化以及生产过程绿色化，实现了工业化和信息化的融合并不断加深。

       通过智能制造与信息化的应用提升，在年度产值提高、运营成本降低、开发周期缩短、生产效率提高、产品质量提高、能耗水平降低方面均取得了显著的成效，为本行业的智能化改造起到了示范作用，产生了极大的经济效益和社会效益。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

       1. 项目背景介绍

       1）项目建设背景

       自从进入21世纪以来，中国经济以非常快的速度融入世界经济，特别是中国制造业正在越来越深刻和广泛的融入到国际分工体系中，而以信息化技术为代表的高新技术的迅速发展，带动了传统制造业的升级，极大地提高了生产效率。然而，现代制造的企业环境也发生了重大的变化，如：产品生命周期缩短、用户越来越看重交货期、用户需求个性化增加、多品种小批量生产比例增大。为适应市场需求的变化，现代制造业出现了符合这种发展的新模式，其核心在于：在制造企业中全面推行数字化设计与制造技术，通过在产品全生命周期的各个环节普及与深化计算机辅助技术、系统及集成技术的应用，使企业的设计、制造、管理技术水平全面提升，促进传统产业在各个方面的技术更新，使企业在持续动态多变、不易预测的全球性市场竞争环境中生存发展并不断扩大其竞争优势。

       数字生产力的飞速发展改变了企业的业务体系和价值模式，企业通过数字化转型实现价值体系优化、创新、重构，不断提升存量业务，实现效率提升、成本降低、质量提高。数字化的手段也可以通过降本增效，让企业在整个竞争环境中，找到更好的战略位置；通过流程再造，为企业提供一个创新平台，帮助企业实现内部创新，并寻找更多创新型业务，这就是企业数字化转型的价值和意义。

       公司在顺应时代潮流中调整自身，获得不断发展。近年来客户对产品的质量要求也越来越高，对产品质量的稳定性要求越来越严，企业需要进一步提升质量管控能力；客户对产品的差异化需求越来越多，产品交期越来越短，企业需要提高快速反应能力；市场竞争也越来越激烈，需要企业提高生产效率，降低生产成本，提高核心竞争力；政府部门也提出了高质量发展以及数字化管理要求，数字化车间建设是公司未来几年的战略性重点项目。

       公司信息化建设取得一定成就，但在数字化改造方面还存在着一定差距，且企业需求在不断提高，主要存在以下问题：

       （1）生产管理问题

       企业在2018年上线了金蝶K3-cloud ERP系统，但重点应用于财务、供应链、销售管理、计划管理等模块，在生产线现场没有对辅料进行精确统计，因此无法实现齐套管理，人工排产中问题也较多，生产管控无法实时数字化。因此需要重新梳理车间排产规则，应用MES/APS系统、智能化设备、设备联网等方式来更好地实现生产的自动化及智能化管理。

       （2）品质管理问题

       企业在2014年上线SPC系统，为公司批量产品的质量管理提供依据，但当前的分析报表不足以辅助决策，难以形成关联性统计分析，产品追溯花费时间也较长；2011年公司实施PDM系统，存在着生产批次与工艺技术文档的匹配不及时、无法一一对应等问题。因此企业需要进一步规范报检、检验、产品追溯等体系规则，通过质量管理系统及条码等方式来实现产品的快速追溯，并通过报表分析等工具与技术手段为项目决策提供依据，从而提升质量管理水平。

       （3）数据采集问题

       当前公司生产工艺等基础数据多数是通过人工检查、记录，错误工艺下达不能及时发现，也不能提供为分析决策所需的工艺数据链。数据的收集与统计需要大量人力资源，且实时性及准确性无法保证。因此需要借助PLC、SCADA、异构数据融合等方式来形成车间内数据、设备、系统等互联互通。

       （4）设备模具管理

       设备、模具管理及生命周期管理主要依靠纸质文件，关键设备和故障无法可靠预判，装备的维护与保养间隔时间人工统计，设备点检与维修等业务主要用纸质记录，未实现全面的设备管理。因此需要通过MES系统或设备管理系统对设备和模具进行线上管理，实现线上设备点检、维修、保养等统计分析功能。

       （5）可视化管理与分析

       现有报表包括原辅材料报表、成品库存报表、产量报表、销量预测表、产能预测表、绩效考核表等，都依靠人工填报统计，人工作业负荷重；同时大部分工位没有做到可视化管理，出现问题延误时间较多。因此需要在生产线的关键工位安装可视化工位屏和数据大屏，并通过BI等系统对数据报表进行个性化的呈现与分析。

       （6）能源管理

       企业现阶段对能源管控较少，相关数据不齐全，不能形成判断分析决策用的数据链。需要在能源综合监测系统的基础上，对主要耗能设备进行实时监测与分析，为节能减耗决策提供依据（该功能通过市供电局的智慧电务来实现）。

       2）项目目标

       通过本次数字化车间项目的建设，紧紧围绕易开盖未来工厂“1353”建设内容导则，以提升企业综合效益与竞争力的高质量发展为目标，通过数字化生态组织、新一代信息技术、先进制造技术等3个关键支撑，基于数字化管理、绿色化制造、数字化设计、智能化生产、安全化管控5项能力建设，实现网络化协同模式创新。

       通过PLC、SCADA、MES、APS、ERP等实现生产过程数字化、无纸化，搭建生产数字化中控平台，提高反应能力和控制能力。通过人、机、料、法、环、测等各个环节的数据实时采集，实现生产过程的实时监控，提高生产的可靠性、可追溯性。通过数字化车间建设，实现企业产能、人均产值、资金周转率、库存率、生产成本、利润等关键指标改进。

       通过数字化车间项目建设，促进知识和经验的积累和传承，驱动应用和服务开发创新，将研发流程、企业管理流程、生产流程与销售流程有机融合在一个完整的企业与市场的闭环系统中，使企业的价值链从单一的制造环节向上游设计与研发环节延伸，企业的管理链也从上游向下游生产制造环节拓展，与上游产品供应商南山铝业、上海宝钢等，与下游战略合作伙伴中粮包装、宝钢包装、奥瑞金集团等互联，形成了一个集生产制造、供应链协同和企业管理的网络系统制造体系。

       2. 项目实施与应用情况详细介绍

       1）数字化规划改造

       在深入理解易开盖全方位管理运营现状的基础上，与浙工大智能制造研究院做出完整的数字化整体建设规划。饮料盖数字化车间整体规划以信息网络安全体系和标准规范体系为基础，充分运用现有的硬件网络和软件系统资源，新导入MES/APS等系统，通过体系管理、自动化和信息化的融合思想，实现生产过程的自动化、透明化、精益化，最终保证车间信息共享、准时配送和协同作业，数字化车间规划见如图2所示。 
 
       2）产品智能设计

       在易开盖智能工业云平台上将CAD、CAE、CAPP、CAM、PDM等设计工具进行集成，采用SolidWorks等设计、仿真分析软件，开展产品的数字化虚拟仿真试验，新产品设计从原先60天左右降低到45天左右。采用数字化设计技术，并结合公司专利技术，材料从0.224mm减薄至0.208mm，产品合格率提高至99.5%，降低原材料成本，提高经济效益。
 
       3） 生产智能装备

       易开盖购置了高速数控冲床、注胶固化机等数控高速生产装备，建立自动化生产线，产能从50亿片提高到70亿片。采用KUKA机械手、万隆达自动包装机、Applied Vision机器视觉检测系统等，实现自动转序和物流数字化，生产车间人员降低50人。同时，公司引进高速机器视觉检测系统，实现外观缺陷数字化在线检验。
     
       4）智能车间与智能工厂

       （1）在线智能检测

       采用SPC统计过程控制系统、Applied Vision机器视觉检测系统等，保证产品质量。应用SPC系统，对关键技术指标进行过程能力分析，实现产品质量的分析和预测，对质量异常进行实时预警，并结合刻痕下模热补偿技术（易开盖刻痕实时检测微调装置及检测微调方法ZL201310686648.4等专利技术）在线优化作业参数，实现对生产质量的实时闭环控制；应用机器视觉检测系统实现产品外观质量的动态实时在线监测，对质量大数据建立分析模型，实现产品外观质量的分析和预测。
   
       （2）APS智能排产

       建立APS生产计划排产系统。基于市场订单、安全库存、制造过程等因素的科学排产，实现多种约束条件的动态实时生产排产和调度，对突发事件自动预警，提高装备综合效率，提高产品交付及时率。
 
       （3）MES生产执行

       依托MES系统，实现工艺指导文件、生产配方、运行参数、生产指令自动下发到制造单元，并基于数据分析模型对生产作业、生产资源、制造过程等关键数据的动态监测，实现生产资源和任务调度的持续优化，提高装备综合效率（OEE），提高产品质量，降低生产成本。
 
       生产过程透明化：车间通过网络全面覆盖，智能装备与欧软MES系统集成，实现数据实时采集，联网比例达100%，并对生产设备运行状态进行实时监控，通过安灯系统实现设备状况的报警。通过收集产能数据，在MES系统体现生产进度，进而反馈给APS系统，实现车间生产过程透明化。

       生产过程追溯的精细化：通过MES系统的生产记录，进行追溯物料、工艺、设备、人员和设施在内的所有生产资源、各类检验数据、生产班检数据等，进行一个系统完成所有追溯内容。
 
       生产工艺控制及故障控制：根据产品生产工艺标准规范，结合IoT物联数据，及时将生产工艺参数反馈上来，并体现生产故障。
   
图13 生产设备故障分析看板

       LOT数据采集应用：IoT物联是 WISE-IoTSuite/IoTSuite 在边缘侧的延伸，是边缘计算流数据处理软件服务。在靠近终端设备或数据源头的边缘侧，就近接入和采集数据， 计算数据以及转发数据，助力打造物联网。

       5）数字化管理升级

       在公司现有的ERP、SPC等系统基础上，引入MES、APS等系统，实现企业经营、生产制造、产品质量、订单排程等数字化管理；引进武汉益模的益模模具智能制造系统V2.0/V3.0实现生产用模具数字化制造管理；引入WMS系统实现车间物流信息化。在智能化改造过程中加入数字孪生技术，通过模拟进行数据分析和系统监控。
 
       6） 大数据决策运营平台

       对原有网络架构升级改造，实现设计、工艺、制造、检验、物流等制造过程各环节之间，以及各个信息化管理系统之间的信息互联互通与集成，整合数据资源，支持跨部门及部门内部常规数据分析，提高决策效率。建立大数据分析平台及数据大屏，为企业决策提供大数据支撑。
   
图16 BPA流程管理平台
 
图17　智能运营中心

       7）能源与环保改造

       建立能源监控平台，对能耗高的能源数据做采集与存储，并以能源网络图、趋势、报警等方式对各种能源进行实时监控及历史分析，实现能源资源的优化调度、平衡预测和有效管理。
 
       3. 效益分析

       1）降低人工成本

       公司结合项目需求实现全连线自动化生产，年节约人工成本128万元；

       取消人工登记生产设备记录，改为数据采集，并进行系统化管理，进行数字化追溯查询,预计每天节约5个人员投入；

       从原先的人工登记生产日报、手写上下岗交接班，变成系统汇报，预计每天节约4个人员投入；

       原先纸质手写+事后更新ERP、SPC、Excel文件，变成PDA扫码自动出入库，预计每天节约3个人员投入；

       2）效率提升

       通过数采系统，提前发现或及时发现生产异常，提升机器预警、工艺规范预警能力；实时掌握设备寿命，提前安排设备保养，进而提升设备综合利用率；再结合公司透明化管理能力提升情况下，初步预估，设备综合效率从86%提高到95%左右。

       3）提升产品合格率

       通过SPC系统及数采系统，实时了解生产工艺参数变化，再通过QMS检验数据趋势图变化，提前预警产品检验参数变化趋势，降低不合格产品产生率；再结合车间工艺改善，初步估算，产品合格率将从96.5%提高到98.5%左右，产品不良品率降低约52.5%。