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搭建工业互联网智造协同平台,打造数字中信

2024/1/23    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:工业互联网案例  e-works年度盘点  智能制造  中信戴卡  
本文为“2023年度中国智能制造最佳应用实践奖”参评案例。本次活动将评选出2023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

       中信戴卡股份有限公司(简称“中信戴卡”)成立于1988年,是中信集团投资建设的中国大陆第一家铝车轮制造企业,经过30多年发展,已发展成为集汽车铝车轮、底盘系统、动力总成、生产服务型业务等多元产品和服务为一体的大型汽车零部件跨国企业集团。

       中信戴卡在全球拥有29家主要生产基地,其中海外生产基地10家;客户包括奔驰、宝马、奥迪、丰田、本田等全球前十二大汽车厂。公司年营业额420亿元,全球雇员总数约20,000人,其中海外员工6,500多人。公司是全球最大的汽车铝车轮和铝制底盘零部件供应商,铝车轮年产能8,000万件,铝铸件年产能12万吨,铝车轮产销量连续15年全球第一。公司位列全球汽车零部件百强榜第50位,在中国汽车零部件出口领域排名第一,河北省出口企业中位居第一。

       公司核心能力包括研发试验能力、生产制造能力、营销服务能力等。研发试验能力:公司具备与汽车主机厂同步开发的能力,具备完善的轻量化技术体系,构建了覆盖中国、日本、欧洲、北美等客户的研发基地,可为全球汽车主机厂实现24小时无间断同步研发设计。生产制造能力:公司具有国际先进的低压铸造、锻造、铸旋、高压铸造、差压铸造、真空铸造、重力铸造等七种生产工艺制造能力。自主迭代开发了DMS智能制造系统,自动化、智能化制造水平领先行业。全球化生产基地布局缩短供货半径,为客户提供便捷服务。营销服务能力:公司已实现市场布局的全球化,为包括欧洲、北美、亚洲等150多家汽车主机厂配套供货,与全球多家汽车厂建立了战略合作关系。
 
中信戴卡股份有限公司
图1 中信戴卡股份有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

       1)工业网络建设情况


       中信戴卡各生产基地已建立完善的工业网络,通过工业环网构建了高速稳定的设备通讯能力,使生产线所有关键设备间可以进行互联互通,目前数字化设备联网率已达90%以上。

       2)设备数据采集

       在数据采集方面,通过SCADA软件实现对生产设备的自动数据采集及现场可视化平台的建设,可实现对熔炼、压铸、热处理、机加、喷涂下线等各工序的实时可视化监控,从设备状态、生产效率、质量控制、物料流转等各个维度,实时进行监控和分析,并实现随时随地的移动化监控,同时作为MES系统的数据源,提供生产过程数据。

       3)5G基础网络

       中信戴卡于2019年跟河北联通、河北工业大学签订战略合作协议,以中信戴卡产业园生产线为试点,搭建5G专网,并进行多个场景的“5G+智能制造“的探索应用。

       4)研发设计系统

       当前已建立基于PLM平台的集成化系统“工程环境”。通过此平台将项目、业务(产品设计、仿真分析、工艺设计、模具设计、制造加工、维护维修等)、数据、人员关联起来,将系统工程、知识工程与产品全命周期的管理融为一体,为跨领域、跨部门、跨区域的产品研制提供统一的信息化管理中枢,实现系统驱动的产品开发,使研究院可以从整体上把握价值链的上下游,使得戴卡各工厂在统一的集成和协同化的环境中,各业务环节充分利用已有的单一数据源开展工作,以PLM为核心的使得CAD、Office全面集成,集成仿真分析系统和数字化试验系统,实现从设计、仿真、验证的全程,通过产品仿真和工艺仿真,全面模拟产品可靠性和制造过程,减少物理试验,有效地缩短整个产品研制周期,改善生产现场工作环境,提高产品设计质量和生产效率。

       5)生产过程采集与分析系统

       中信戴卡铝车轮工厂数据采集的范围包含了铝车轮加工过程中所有的关键生产设备,实现了从铝锭到轮毂加工过程的全程数据采集。数据采集与分析系统可以划分为接口层、数据采集处理层、应用表示层等3层结构形式。其中接口层负责与现场的设备进行连接,将设备中的信息提取到系统的内存中;数据采集处理层中的实时数据库对内存的数据进行计算处理,并按照规则进行报警以及历史数据存储;应用表示层根据实时数据库、历史数据库的内容进行显示以及画面的发布。具体架构分层如图所示:

       6)生产制造执行系统(MES)

       中信戴卡以MES系统为核心,搭建生产及运营数字化管理平台,建立一套覆盖工艺、质量、生产、设备、能源、物料、成本、安全等全方位的中央管控系统,具备计划管理、数据统计、结果反馈、自动参数控制、异常报警、远程监控、人机交互、信息互联等功能,实现如下目标:

       A、生产作业透明化,制造过程监控可视化:全面管控计划调度、生产作业、物料流转、检测判定、设备维保、工装准备等作业;

       B、提高设备的可用率:强化设备维保,提高设备的稳定性,降低设备故障率,减少设备故障停机时间;

       C、缩短生产周期,确保按时交付:基于对现场物料、设备、工装资源状况的实时掌控,优化排产、及时调度,提高生产组织效率,降低设备等待、空闲及其它异常时间,实现产能最大化;

       D、提高产品合格率:通过对检测和判定实绩的统计分析控制,优化改进工艺控制,提高产品的一次合格率;

       E、降低生产成本:降低物料及能源介质的单耗,提高原材料、在制品的周转率,降低库存积压;

       F、实现无纸化、数字化工厂:实现信息流与物流、业务流的统一,实现生产统计汇总的及时化、自动化,消除生产作业实绩与人工统计汇总的不一致和滞后问题。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

       1. 项目背景介绍

       1)项目背景


       在新一轮科技革命和产业变革的推动下,在全球竞争日趋激烈的形势下,企业面临制造水平提升、降低制造成本、减少资源消耗等方面的挑战。推进数字化转型已成为提升企业核心竞争力的重要抓手,同时也成为制造企业在数字经济浪潮中生存发展的重要途径。

       中信集团“十四五”提出了打造“数字中信”的目标,以“数字化创新”为中心,赋能“五五三”发展战略,通过数字化手段,打通业务板块,形成产业数字化和数字化产业化相互促进、螺旋上升的数字化发展新格局。

       中信戴卡在行业内率先获评灯塔工厂,在信息化、数字化、智能化等方面打下坚实基础的背景下,实现多维度的降本增效,形成先进智造的标杆。后面需要站在新的起点,进一步深化灯塔工厂的成果应用,全面推进全产业链的数字化升级,构建行业级工业互联网平台,形成可复制的能力,持续对外推广赋能。

       2)必要性

       A、车轮市场个性化需求日益明显,对生产线柔性化提出更高要求。国内外市场对汽车车轮差异化需求,需要中信戴卡公司具备良好的差异化、柔性化生产能力来满足市场需求。

       B、制造成本急剧上升,迫切需要智能制造及工业互联网智造协同系统探索和应用。随着人力成本、能源成本持续上涨,对传统制造模式产生巨大的压力。

       C、供给侧改革推动。供给侧改革对产品个性化和制造模式提出了新要求,迫切需要借助工业互联网智造协同系统等新技术手段对企业赋能。

       3)业务痛点

       A、目前中信戴卡数字化、信息化系统多,需要充分集成,便于数字化应用横向推广。

       B、业务经验需要基于数字化应用进行充分积累和沉淀。压铸工序是轮毂制造过程的核心工序,也是戴卡的核心能力所在。以压铸调机为例,目前各产线均需要有丰富经验的压铸调机工程师对压铸机参数进行人工干预调整,这些经验需要形成可快速复制和输出的能力,降低对人的依赖性。

       C、部分质量检测和判定环节还需要人工操作,缺陷信息需要形成结构化数据,提高数据利用率。

       D、机加工方面,对复杂尺寸链加工调整能力需要将人工的经验进行数字化的提炼和传递,减少产品和工时消耗。

       E、需通过数智化系统支持量化决策,以数智化作为管理标准化的载体,将业务管理的最佳实践在全球工厂推行。

       4)项目目标

       本项目将进一步打造行业领先的生产线,实现覆盖生产制造全流程的数字化管控,完善可复制的行业领先工业互联网平台底座,集成可推广复制的先进技术用例,带动产业链的全面升级。

       2. 项目实施与应用情况详细介绍

       本项目旨在基于中信戴卡已有IaaS平台构建一个完整且可扩展的PaaS平台组件系统,搭建中信戴卡工业互联网平台,为工业应用软件开发提供一个基础技术底座,同时将戴卡近年来积累的大量工业数据和相关系统进行集成融合,形成中信戴卡工业互联网智造协同平台。该平台将为实现企业数据化转型提供平台工具和平台服务,包括数据接入、数据管理、数据分析等多个方面;本项目主要建设工业PaaS层(数据中台、物联网平台、报表可视化、3D可视化、算法平台、平台服务管理和通用服务管理)与通用PaaS层,同时进一步构建压铸自我智能调整系统、X光无损探伤人工智能识别系统、机加工智能提效、全流程质量精确追溯、数字化精益制造协同系统等数字精益相关的一系列SaaS应用。平台具有一体性,各模块之间又相互独立,同时对于开发工业互联网应用又相互支持。

       本项目将提供平台数据接入、数据管理、数据分析、算法组件、模型管理等多个方面的能力,并同期构建相关SaaS应用试点。后期可向公司其他部门(例如订单与计划部门、研发部门、运营部门等)延伸,实现订单交付、产品研发、企业内部管理等的端到端的数据、应用、管理的全面打通,并向其他国内、海外等产线横向复制,扩大系统效益,实现价值创造。

 
中信戴卡工业互联网智造协同平台
图2 中信戴卡工业互联网智造协同平台

       主要功能如下:

       1)工业互联网平台

       中信戴卡工业互联网智造协同平台由网络基础设施、数据接入、平台、安全四个部分构成。其中网络基础设施、数据接入是基础、平台是核心、安全是保障。网络基础设施、数据接入是实现工业全系统、全产业链、全价值链泛在深度互联互通,数据交换的基础,包括网络互联体系、标识解析体系和信息互通体系、数据采集体系。通过实时的数据采集交换以及低延时、高可靠的网络基础设施,实现信息数据在生产各环节和全要素的无缝传递,从而形成实时感知、协同交互、智能反馈的生产模式。

       中信戴卡工业互联网智造协同平台是工业全要素链接的枢纽,也是工业资源、服务配置的核心。平台下连设备、上连应用,通过海量数据汇聚、建模分析与应用开发,推动制造能力和工业知识走向标准化、模块化、软件化与服务化,从而形成专业领域核心解决方案及应用集群,从而实现工业生产方式、资源配置以及商业模式创新的高效整合,构建出以连接+服务+应用集群+价值实现的新制造业生态体系。

       安全是工业互联网平台健康有序发展的保障,涉及设备安全、控制安全、网络安全、应用安全和数据安全等五个方面。通过建立工业大数据安全保障体系,实现对工厂内外网络设施的保护,避免工业智能装备、工业控制系统受到内部和外部攻击,保障工业互联网平台及其应用的可靠运行,降低工业数据被泄露、篡改的风险,实现对工业大数据的全方位保护。

       2)压铸自我智能调整系统

       基于5G网络实时传输X光检测结果及压铸机运行参数,建立智能调控系统,通过分析模具当前的使用状态和车轮的加工质量情况,使用强化学习方式训练代替人工判断的智能体,完成下一次加工时的冷却回路参数的调整策略分析。

       强化学习方法要综合考虑环境、设备状态、产品检测结果等因素进行自我学习,最终训练出代替人工分析的参数推荐模型(智能体),实现对压铸生产过程的自动优化控制指导建议,达到甚至超越人资深工程师调整效果。

       基于5G网络高带宽、低延时的特性,在全球建立压铸智能调控计算中心,实施监控全球各工厂压铸工序的运转信息,整体提高产品质量和成品率及工艺协同优化能力。

       3)X光无损探伤人工智能识别系统

       本项目利用人工智能(AI)深度学习来弥补传统算法在工业X光车轮图像检测效果上的不足,同时有效提升现有X光检测工序节拍,利用5G技术将多台X光设备并联起来实现数据的互联,检测效果比人工检测能有效降低漏检率,大幅降低人的疲劳度。在统一评判标准的基础上,推动智能算法与硬件结合,统一不同硬件的图像检测标准,通过专门针对X光机的标定算法实现算法与X光硬件兼容,进一步有效提升X光车轮的识别准确率。同时结合实时趋势分析系统,对积累的缺陷数据有效利用,实现数据结构化,挖掘出可靠数据支撑上游工艺的改进。

       在硬件开发上,本项目将对不同X光硬件设备进行特征参数收集并对比分析,确定不同X光设备的主要特征因素,积累足够的数据形成数据库,用于后续软件中智能算法的迭代开发。

       在软件开发上,本项目将在对不同X光设备的工作频率、焦点、动态范围、清晰度,亮度等因素研究基础上,开发一套针对不同X光硬件设备的通用软件标定算法及智能识别算法,能够与X光硬件设备参数相匹配。人工智能算法将自动保存标定后的数据,通过设定的智能分析算法对不同的X光硬件设备产生的海量数据进行校准,并进行迭代修正。 

       在软硬件部分开发完毕后,将建立一个质量数据管控中心,对包括国内和国外的多地、多台X光设备依托于5G技术进行并联,收集所有设备上产生的数据并进行深度智能分析,对异常数据进行判定,实现远程深度自动化控制及智能反馈与调节功能。

       4)机加工智能提效

       机械加工过程中尺寸的控制对产品的质量至关重要,更会影响到企业的经济效益和市场竞争力,传统加工制造模式显然不能满足“高质量”发展要求,行业急需一种全新的加工解决方案,通过利用端面变形检测+光学尺寸检查-机加程序补偿系统可解决行业问题。

       首先要引入光学尺寸测量技术替代人工测量,能够使加工前后的100%测量结果数据化,为对测量大数据进行分析提供硬件基础。

       其次应用二维码技术与工业互联网技术相结合形成的数据存储传输系统,突破批量管理瓶颈,实现单件车轮的精准追溯和管控,真正实现产品的全流程管理,方便产品质量追溯的同时使得尺寸测量与加工的联动具有可行性。

       同时要开发实现物物互联的管控系统,将产品、机床、测量系统、调整系统、执行系统整合联动,实现自动调整和闭环管控。

       最后还要通过大数据分析系统,持续优化调整方案,实现系统的不断自我迭代升级。

       该项目整合了光学技术、工业互联网技术、二维码信息流技术、大数据分析、智能管控系统等技术,实现了整个加工流程无人参与,不良单件遏制不会造成批量不良,实时迅速进行调整,极大程度规避调整类生产中断,缩短不良品调整周期,生产连续性和质量稳定性极大提升。

       作为未来加工领域的大脑和神经网络,尺寸调整系统将尺寸调整方案与调整后测量实绩进行分析,持续自我优化调整方案,进一步提升质量稳定性和一次调整合格率。

       整个系统通过二维码技术对产品进行信息绑定,保证了调整的精准度和时效性,将不良发生数降至最低。

       5)全流程质量精确追溯

       利用激光二维码刻蚀和在线智能读取技术,中信戴卡目前已建立完善的混线制造模式和产品精确追溯体系。通过该数字标识可以精确记录从原材料、生产、包装、销售等全生命周期信息,同时,在生产过程,可实现自动质量追溯与防错,加快产品质量和工艺改进,促进企业服务化转型升级。

       6)数字化精益制造协同系统

       本项目旨在研发工业企业制造协同管理软件系统。通过该系统集成管理各个层级的生产工作流程,提高不同工种、不同部门间的协作效率,并沉淀工业企业生产管理经验。软件系统分为现场管理层、产线管理层、工厂管理层。

       现场管理层APP:将基层的各种作业流程数字化,让各级用户清楚了解工作干什么、怎么干、是否完成,从而实现标准化生产流程、减少制造变量,稳定产出的目标。现场管理层APP根据制程分为热工、机加、涂装、检验四类APP,面向基层操作工人、工段长/技术员、工序负责人三个层级的用户。每个用户根据所属层级可以查看定制化呈现的内容。

       产线管理层APP:将产线管理工作数字化,从而及时跟踪管理、评价现场工作效果。根据产线职能分为质量(质量科)、设备(设备运行管理科)、生产(精益生产科)、IT(智能运行科)四类APP,分别对应产线的四个科室。

       工厂管理层APP:为产线经理提供经营报表和大数据智能看板,实时监控生产制造过程关键指标和运营状态,辅助管理决策。

       3. 效益分析

       中信戴卡拥有完全自主知识产权的柔性化数字制造技术、全球最大的轻量化汽车零部件研发、试验检测、制造工艺数据库,也是国际车轮标准委员会唯一中国席位。中信戴卡打造具有行业特色的工业互联网协同智造平台,支持智能制造产业链生态升级,从微观角度,可以带动上下游形成更多的商业机会。从宏观角度来说,有利于在行业角度培育经济增长新动力,促进智造业整体向高端迈进。

       目前我国正处于工业转型升级的关键时期,用智能制造和工业联网技术提升传统产业也成为增强我国核心智造业的核心竞争力和可持续发展能力的重要着力点。智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术的深度融合贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节。从从微观产业链角度来说,可以带动上下游供给企业带来更多的商业机会,从而使企业快速发展。从宏观角度来说,加快发展智能制造对于推荐我国智造业共给测结构性调整,培育经济增长新动力,构建新型制造体系,促进智造业向高端迈进,对实现制造强国具有重要意义。

       带动安全可控智能装备的创新与应用。突破条码采集系统装备、轮毂二维码刻码扫码设备、车间物流智能化成套装备等智能制造核心装备和关键短板装备关键技术。加快汽车零部件行业升级进程,进一步带动国产装备制造业升级,促进智能装备国产化,带动安全可控智能装备的创新与应用。

       树立行业标杆,带动行业内企业发展。中信戴卡铝合金车轮智能工厂的建立为汽车零部件供应体系提供很好的示范作用,逐步探索和实践有效的经验和模式,示范引领行业内企业,带动相关产业发展,提升行业技术水平及国际竞争力,提升高端产品市场的占有率和中国制造的国际影响力,促进产业结构调整升级和经济发展,增加当地就业机会和财政收入。

       健全节能与新能源汽车领域融合发展人才培养体系。加强智能制造人才培训,培养一批能够突破智能制造关键技术、带动汽车零部件行业智能转型的高层次领军人才,一批既擅长制造企业管理又熟悉信息技术的复合型人才,一批能够开展智能制造技术开发、技术改进、业务指导的专业技术人才,一批门类齐全、技艺精湛、爱岗敬业的高技能人才。
责任编辑:梁曦
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