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践行智能制造,施耐德打造武汉灯塔工厂

2020/1/6    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:精益数字化  e-works岁末盘点  智能制造  施耐德电气  
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

    施耐德电气制造(武汉)有限公司于2012年2月在武汉东湖新技术开发区投资兴建,厂房总面积25,000平方米。工厂主要生产中低压小型断路器、漏电保护装置、工业控制产品、终端和低压配电产品及相关配件,销售自产产品并提供产品售后服务和相关的技术服务。同时,企业还负责在施耐德电气集团的内部控制体系下对工厂的生产和经营进行全面的控制并协调各生产环节、以及集团的供应链系统的经营管理、员工培训等工作。工厂目前有员工超过600人,2018年销售额超过12亿。

    施耐德电气为100多个国家的能源及基础设施、工业、数据中心及网络、楼宇和住宅市场提供EcoStruxure系统架构整体解决方案。在Gartner全球供应链能力Top25排名中,施耐德电气今年位列第11位。

    施耐德武汉工厂厂房设计阶段就采取了节能设计,在施工过程及日常管理运营中使用了诸多先进的施工工艺和管理理念,使生产厂房达到了目前最高的绿色建筑标准要求,从而获得美国LEED(绿色建筑)金奖认证。2018年被达沃斯经济论坛评为发展中的灯塔工厂,同年11月被国家工信部评为绿色工厂。

施耐德电气制造(武汉)有限公司

图1 施耐德电气制造(武汉)有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

    施耐德武汉工厂从2016年开始部署EcoStruxure系统,包括电网、配电、楼宇、工厂、机器、IT六个领域,实现了这些区域内设备的互联互通及信息共享,同时关键的数据被上传到云端,进行分析及监控,实现了系统的远程监控和维护。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    1.项目背景介绍

    近年来,施耐德武汉工厂被施耐德全球定义为EcoStruxure解决方案的试点基地以及标杆工厂。施耐德电气全球供应链在中国有23家独资或合资生产企业,在中国武汉生产基地率先试点施耐德电气EcoStruxure整体智能制造解决方案,不仅能带头践行智能化生产,还可有效帮助国内各行业客户进行智能制造的转型升级。同时,从中国中部出发,辐射周边客户,将解决方案尽快落地应用,为全面提升传统制造业包括生产、能效、环保、运营等各方面在内的综合效益做表率。

    2.项目实施与应用情况详细介绍

    施耐德电气(武汉)有限公司智能升级项目包括电网中压配电改造,低压配电改造,楼宇系统改造,精益数字化系统升级及智能设备的升级等几部分,详细情况如下:

    1)电网中压配电智能改造

EcoStruxure Power监控的高压柜实时状态

图2 EcoStruxure Power监控的高压柜实时状态

    首先,公司对原先使用的没有互联互通功能的产品进行升级改造,在现有的电网领域应用到的互联互通的产品(SM6中低压电柜),实现了中压电柜的数据互联到系统上;第二,工厂升级了一百多块智能电表,并且将这些电表实时监测的电量信息接入到系统中;第三,升级了智能化Master Pack数字空气断路器,可以实现对于变压器出线端的遥控开关和闭合;同时,工厂屋顶安装太阳能光伏逆变器,武汉工厂目前使用的能源百分之十到百分之二十可以用绿色能源来进行替代。

    2)低压配电智能改造

    在这个领域里,我们在最底层应用到的互联互通的产品有空气数字断路器,智能电表以及智能化微型电力计量仪表。这些具有互联互通功能的产品可以实时监控到设备层级的电量的使用情况。第二层是边缘控制,工厂升级了PME power monitoring expert(智能化能效管理专家),通过它,工厂能够实时监控工厂的能耗,包括了电耗、水耗、以及压缩空气的消耗量。

    同时我们还安装电力顾问系统(Asset Advisor)此系统能发现负载出现的故障以及问题,同时通过大数据分析,找出相应原因和对应的行动方案帮助我们提高整个配电系统的可靠性。

    3)智能楼宇升级改造

    在这个领域,武汉工厂此次升级改造的智能设备和系统有:

    互联互通的产品(摄像头,温度、湿度传感器、光感、控制器)等。通过这些来对我们的设备,比如空调运行数据进行实时的监控。

    在边缘控制这一层,通过智能楼宇自控系统(BMS)远程控制车间的空调以及照明灯具等,让技术人员从现场调节温控阀的作业中得到解脱。改造升级之前,技术人员需要利用登高设备到六米多的高空来调节温控阀。现在使用这套系统,温度调节在地面上就可以做到了,即节省了时间也提高了安全性。

    智能楼宇的消防控制系统把消防水池的水位高低和升级的系统连接起来,这样就保障了消防系统的可靠性。

    楼宇系统实现了把灯控连接到了控制系统中,可以做到远程开关对应的区域的灯,实行自动调节和控制达到节约能源的目的。

EcoStruxure Building监控的工厂的各类能耗信息

图3 EcoStruxure Building监控的工厂的各类能耗信息

    4)精益数字化系统

    2016年开始,施耐德武汉工厂作为试点工厂成为全球第一家部署LDS(Lean Digitalization System)系统的施耐德工厂。项目通过2年的逐步实施,目前包含5个功能模块:订单管理模块,看板模块,操作指导书模块,安灯模块和绩效模块

    武汉工厂同时还部署施耐德的EcoStruxure Machine系统,实现了全厂100多台自动化设备的一站式监控,所有设备的关键参数和报警信息在这里一目了然,由于数据存储在云端,存储容量不受本地服务器的限制,使得通过系统收集存储大量的数据用于设备状态的长期追踪、分析以及预测成为可能。另外通过移动终端,授权人员可以在有网络连接的任何地点接入系统查看设备和生产制成的相关数据,这样对于设备和生产过程中发生的疑难问题,可以随时联系设备或者工艺专家或者供应商在线对设备进行远程会诊。

    对设备本身的运行维护来说,传统的维护方式需要在设备导入工厂后对工厂的技术人员进行专业技能培训,同时订购相关备件,制定维护计划。而通过EcoStruxure Machine可以将设备维保工作委托给远程的供应商来完成,供应商的技术人员可以通过网络24小时监控设备的状态和关键参数,可以依据设备状态制定设备的维护保养计划并提前准备备件,从而降低了整体的维护成本。

    系统内的大量历史数据也为设备故障和不良品制成的预测性维护提供了可能。通过在设备上增加温度、振动、压力等传感器,以及生产线工艺制成参数的收集记录,分析相关历史曲线,可以通过参数的变化趋势来提前预警设备故障或者制成不良,从而避免制成不良产品或者设备故障的发生。

    5)智能装备升级改造

    在自动化新技术方面,武汉工厂引入了Smart AGV(自动导引车),Cobot(协作机器人)Robot(机器人),3D打印等新技术。

    自动导引车(Smart AGV)

    相对于传统的磁条式AGV更加灵活和智能,整套系统不仅仅实现了物料的多地运送,同时通过控制系统实现了智能交通管理,库存管理,订单管理和防呆、防错等功能。

工作中的smart AGV

图4 工作中的smart AGV

    协作机器人(Cobot)

    通过一个双手机器人的自动控制,实现了完全手动装配的人员替代,而且大幅调高了工作效率和质量保证。在装配过程中CCD系统通过对物料的位置来计算其需要装配的位置,机器人工作视觉判断的数据来调整安装位置。Cobot也考虑了柔性生产的需求,其安装方式更加灵活,当该生产线无生产订单时,Cobot机器人可以方便移动到其他生产线生产。

    蜘蛛机器人

    蜘蛛机器人是施耐德自身的产品,其主控制器,伺服系统,电机,机械部分等,均为施耐德产品。该机器人同样结合CCD视觉系统识别正确的物料,spider在物料到达抓取范围内就会自动抓取并放入正确的皮带上。

    3.效益分析

    施耐德武汉工厂通过EcoStuxure平台,结合电能监控专家PME,电能顾问Power Advisor,实现工厂能源损耗减低15%,同时清洁能源占比超过20%;利用精益数字平台LDS的计划排产、及时绩效管理、数字化作业指导、设备Andon、E-kanban等模块,结合生产MES将生产效率提升15%,客户订单缩短15%交付时间;通过端到端的质量数字系统实现了数百万颗原器件从供应商到客户端的数据收集和质量问题预警;使用机器顾问Machine Advisor和自开发机器学习平台实现设备的预测性维护,将设备故障率降低10%。

责任编辑:程玥
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