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MES打造汉威科技气体探测器智能车间

2020/1/11    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:MES   e-works岁末盘点   智能制造   汉威科技  
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

    汉威科技集团股份有限公司成立于1998年,2009年上市(股票代码:300007),注册资本2.93亿元,总资产48亿元。现有员工2002人,其中研发人员520人,高级工程师15人、硕士以上115人。是国内首批、河南省首家创业板上市公司,国家火炬计划重点高新技术企业、河南省百家高成长民营企业,是河南民营企业现代服务业30强中唯一的一个软件和信息技术服务业企业,也是河南省首个销售收入突破10亿元的民营物联网企业。

    公司以传感器为核心,是国内传感器行业的龙头企业,将感知、采集、软件平台、空间信息、信息安全等技术深度融合,自主研发的气体、压力、流量、热释电、振动传感器等产品技术达到国内领先水平,多项产品打破了国际垄断,为我国环保事业、安全生产事业做出了贡献。汉威集团持续保持年营收30%以上的增长,2018年销售收入15亿元,实现利税3.4亿元。其中,气体传感器国内市场占有率75%,气体检测仪表国内市场占有率15%,均居国内第一位,综合实力进入全球气体传感器领域前三。

 图1 汉威科技集团股份有限公司

图1 汉威科技集团股份有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

    汉威科技是国内气体传感器龙头企业。公司在物联网、大数据和人工智能的潮流趋势下,以传感器为核心,构建了以传感器为核心的物联网产业生态集团。旗下二十余家全资及控股子公司业务覆盖智慧城市、工业安全、居家智能和健康业务等领域,智慧水务”、“智慧燃气”、“智慧热力”、“智慧环保”、“智慧管廊”、“智慧安监”、“智慧市政”等解决方案已经成为行业标杆,拥有较为领先的行业优势。

    汉威科技集团通过ERP、CRM、PLM、OA、MES、PLM等系统的拓展、数据收集应用,以及对研发、供应、生产、储存等过程中的数据不间断的进行收集,提升与优化了闭环管理,实现全价值链的自我驱动与整体优化。

    多年来注重关键工序自动化和数字化的投入应用,拥有全自动SMT生产线两条,选择性波峰焊一条,全自动三防涂覆线一条,整机装配线一条,全自动整机综合测试线一条,在线铭牌激光打印机3套。其中MES生产执行管理系统主要应用于仪表半成品生产(SMT)车间、仪表整机装配车间(气体探测器生产车间)。

    该系统应用后,生产过程管理更透明、各维度绩效指标更清晰可视、生产过程可追溯,极大了优化生产作业流程,缩短生产作业周期,提高生产效率。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    1. 项目背景介绍

    1)项目产生的背景

    仪器仪表行业为离散型生产,典型的多品种小批量的生产模式,面对现装对生产组织模式、交期、质量、追溯、精益生产等环节挑战很大,存在暗箱和黑洞,生产过程不透明,过程数据无法实时掌控。生产组织面临的痛点和问题如下:

    (1)订单管理: 调度员负责下工单,班组长负责安排、跟踪生产。订单备注信息需要作业员人为解读, 工单入库报工采用手动方式;在此模式下调度员无法及时掌握订单的生产情况。不能及时在生产之前将订单备注转化为指导生产的明确信息,入库工单、品号、数量、仓别等采用手动记录和填写来完成报工,容易出错。

    (2)作业流程及标准:纸质的作业指导书没有按工站独立配置,对关键质量控制点无特殊备注说明,一部分重点管控资料无法强制作业员工单首台机器必须查看,现有机制无法实现。

    (3)产品追溯:序列号线外打印,无条码,关键原材料无条形码,整体上无有效追溯机制。

    (4)生产响应:产线异常问题响应相对滞后,无系统支撑。

    2)项目需求简述

    基于以上存在的痛点问题,汉威科技期望借助智能制造系统提高生产管理能力,增强对生产过程数据的获取能力,建立产品全生命周期的质量追溯体系,提高生产柔性和快速交付能力。首先实施精益数字化管理咨询服务,通过精益工具诊断主要改善机会点及解决方案;其次进行智能制造系统实施及硬件改造,整体提升企业的综合自动化水平和生产管理水平。

 图2 ERP与MES交互

图2 ERP与MES交互

    通过综合调研诊断,确定实施SMT车间和气体探测器车间MES系统五大模块,具体为:Order模块、WI模块、Traceability模块、SIM模块、ANDON模块。

    3)项目目标

    气体探测器智能车间项目,通过对生产设备的数字化改造、信息处理平台的设计开发、基础网络的扩展升级,力争达成以下目标:

    (1)建立面向多品种、小批量的制造执行系统,实现多种产品/规格混合生产的排产和生产管理,解决多品种小批量的生产模式造成的产品制造周期长、生产效率低、产品质量不易保证等问题;

    (2)通过对生产设备的改造,实现生产设备的自动化、智能化;

    (3)通过信息系统的升级扩展,提高过程数据的采集利用率,缩短决策时间,低运营成本;

    (4)通过建立产品质量追溯系统,解决无数字化的生产&质量追溯,减轻客诉和工艺改进中的质量追溯压力;

    (5)项目重点改善:管理黑箱、低效问题、搬运问题、质量追溯,部分改善库存问题,提高探测器车间生产效率、提高人均产值、降低产品不良率。

    4)项目实施原则与理念

    汉威以“行为改变思想,思想改变习惯,习惯改变文化”为指导思想,坚持“先医后药、先软后硬”的基本原则,借鉴全球先进工厂的实施运营经验,运用精益管理理念,构建了具有汉威特色的小批量柔性生产的精益数字化管理体系。在项目实施建设过程中,始终坚守以下设计理念:

    消减生产和销售的提前期;

    最小化在制品库存;

    最大化物料的利用率;

    最大化边际利润;

    市场变化的快速响应(产品,工艺以及制造模式);

    生产过程中的快速响应;

    提高产销信息的可视性;

    决策支持的不断优化。

    2. 项目实施与应用情况详细介绍

    2017年7月份秉承“尽责、创新、厉行价值创造”的理念,生产制造中心主导并联合施耐德电气(中国)有限公司开展实施MES项目,该项目于2018年4月份验收完成,项目历时9个月,成功实施后,生产管理模式由经验管理转变为以数据为支撑的透明化管理,由单一指标月度管理升级为多维度及时性管理。

    1)项目总体规划

    (1)信息化系统实施内容

    通过MES系统,将ERP、PLM、CRM等信息平台中的数据与数字化设备中的数据通过高速网络进行交互,实现信息的互联互通。

 图3 信息化系统实施架构图

图3 信息化系统实施架构图

    生产执行系统MES的实施结合企业的现状,进行设计和部署。主要包括数据采集方案、工厂建模、物流管理、生产管理、质量管理、追溯管理、查询分析与管理报表、统计过程控制、异常预警管理、绩效分析以及与其他应用系统的集成。

 图4 生产执行系统实施架构图

图4 生产执行系统实施架构图

    以公司管理变革与创新为基础,以信息技术实现为手段,达到规范、优化探测器车间业务流程,提升公司核心竞争力为目的,实现探测器车间生产模式的精益革新。

    2)项目的管理措施及运行机制

    气体探测器智能车间项目,实行项目负责人制,项目的信息化、生产、技术部门负责人作为领导小组成员,接受项目负责人指挥,并领导项目参与人员进行项目的具体实施。

    3)气体探测器智能车间MES项目五大模块应用及项目重点介绍

    (1)E-Traceability(追溯管理模块)

    Traceability(追溯管理) : 该模块主要功能是对原材料、半成品、产品、工艺参数、作业人员、关键技术参数进行采集和追溯,系统自动生成大小唛头等功能项。具体功能应用如下:

    产品追溯:是以追溯性和生产执行为目标的MES系统模块。该模块可提供生产模型的配置、生产规则配置、编码规则配置、BOM管理的基础生产配置功能。在生产执行过程中可依据规则有效管控生产路由、监控生产上料以及生产扫描工作,确保正确的生产追溯功能。目的是通过严格的管控规则设置,在生产前上料、生产中扫描和记录、测试判定等一系列的管控手段和工具,结合公司生产、质量及追溯的管理制度,做到事前可预防、事中可记录、事后可分析的生产追溯体系。极大的提升现场管理颗粒度,提升产品生产过程透明度,提高质量管控能力和持续改善效率。

    反向追溯,通过客户返回不良品的序号的从后往前查询该出货单上产品所使用的物料信息、加工设备、操作人员、工序等信息;

    正向追溯,从某原材料信息(物料编号、批号等)查询有哪些工单的哪些产品使用了该物料,这些产品经过哪些加工设备、操作人员、工序,最终出货到何处等信息。例如可以通过物料查询功能查看到某一批次的物料被使用在了哪些产品上,系统能够在查询结果中列出所有使用此料品的产品唯一标识号。

    数据采集:系统通过工艺路由设置的工站扫描枪,过站强制采集原材料、半成品、成品及各工序粘贴的二维码标签,从而系统获取产品的所有生产信息。且该模块提供多种方式的数据采集支持,包括:基于PC + 扫描枪的数据采集,主要用于包装、抽检、维修、出货等整机生产过程的数据采集;基于DCT( 数据采集终端)+ 扫描枪的数据采集,主要用于上料采集、良/不良采集等与测试设备整合的数据采集,用于与现有的测试设备连接以自动获得测试数据,从而实现半成品加工过程的生产数据采集。

    该模块的执行流程和追溯机制如下:

 图5 Traceability执行流程

图5 Traceability执行流程

 图6 物料和整机追溯流程

图6 物料和整机追溯流程

    (2)Order模块(工单管理)

    该模块主要维护生产工单排序所使用的基础数据;接收SAP下发的物料基础数据、BOM基础数据;接收工单数据,按工单处理类型对工单进行排产,工单查询;工单数据上报给SAP。

    模块执行流程:E-Order(工单管理): E-Order系统通过接口方式,不定时接收更新或新增的物料和BOM的基础数据;系统维护人员维护成品和半成品的序列号生成规则,再按品号维护成品生成过程中所使用的一些信息(如测试气体、量程等);SAP将生产或返修工单信息(订单号、品号等以及工单BOM)下发给E-Order;在E-Order系统中,由调度员根据订单信息,在排产操作界面上按步骤进行工单排产,完成并确认无误后,发布生产计划;并交由E-Traceability系统执行生产计划并上报完成订单数据;SAP在工单完成后,将工单完工数据通过接口下发给E-Order系统。

 图7 Order执行流程

图7 Order执行流程

    ORDER功能模块具有:接收SAP基础数据、工单数据维护、工单排产见图、工单变更、入库数据上传、工单锁定、接收完工订单七大子功能模块。

 图8 工单排产

图8 工单排产

    (3)E-WI(工作指导)模块

    WI(Work Instruction):是以电子形式维护型号相关站点(路由)的生产、质量等管控要求文件(特殊产品通知单/工程指引-工单相关,作业指导书-型号相关,重点管控-型号相关),在生产过程中强制查看或自行查看,在作业中对作业员提供参考。取消纸质分发,减少纸张浪费,控制版本,防止非一致性版本在现场留存导致生产或质量问题。

    E-WI包含两类,一类是工单相关的特殊产品通知单和工程指引。一类是型号相关的作业指导书和重点管控。特殊产品通知单和工程指引合并在同一个文件中,文件类型为PDF,作业指导书和重点管控分别维护文件,文件类型为PDF。需要用户预先维护好PDF文件,并将PDF分类保存在文件服务器上。

 图8 工单排产

图9 WI执行界面

    (4)ANDON功能模块

    ANDON功能:及时化响应ANDON能够收集生产线上有关设备和质量管理等与生产有关的信息,加以处理后发送给手表或其他设备。相关人员及时收到报警信息,并迅速做出响应。

    ANDON执行流程:一线作业员工发现异常需要获得其它部门支持,由操作工本人、小组长,操作ANDON现场终端进行报警,选择报警类型和现象,ANDON根据报警人选择的类型和现象触发响应路由,根据设定的报警层级推送报警信息给相关人员,响应人员在规定时间内到现场终端刷卡确认已经到场开始响应,并开始异常处理,处理完成后需由对应作业员/骨干或小组长确认工作完成,并在ANDON系统进行刷卡关单操作,处理流程结束。如果一级响应人员未及时响应,报警升级到二级响应人员进行处理,二级响应人员未在规定时间内响应将升级到三级响应人员,三级响应人员未在规定时间内响应将升级到生产制造中心总经理。

 图10 ANDON执行流程

图10 ANDON执行流程

    (5)SIM(绩效管理&及时化管理)模块

    SIM功能介绍:Short Interval Management(SIM) : 是以客户服务为宗旨的即时沟通平台。该模块依据设置的采集点及时收集生产数据,并基于标准的KPI计算方法,实时呈现生产制造中心的安全、5S、服务、质量、效率的状态和绩效,且能在各产线间进行横向对比,通过生产中心管理层与生产各环节的循环沟通,从而使相关问题及时解决和持续改进,极大激发员工的主动性和创造性。该模块目前启用三级会议沟通机制。

    SIM1:召开SIM1的目的,即时呈现5个核心指标(安全及5S、产线小时直通率、小时产量、小时人工效率、设备效率、以及追踪事项),加强自主管理,产线骨干或小组长组织,本线全体作业员参与,每天8点15分召开1次,约5~10分钟。当SIM支持者不能处理的问题时手动升级到SIM2解密。由SIM2会议主持者制定解决方案。

    SIM2:召开SIM2的目的为关注昨日结果及SIM1升级的问题事项,获得资源支持,及时分析原因并采取预防措施。各车间班组长组织,本区域所有支持部门的代表参与,每日1次,约15分钟,由各指标责任人自主简要汇报情况及状态,集体快速确认当日新决定的追踪事项,必要时决定追踪事项的向上升级。重点关注的核心指标(安全及5S、产线小时直通率、小时产量、小时人工效率、设备效率、ANDON平均响应时间以及追踪事项)

 图11 SIM界面

图11 SIM界面

    (6)监控、查询分析与管理报表

    提供基于Web的查询工具,进行生产效率、产品良率以及产品生产信息的查询、分析和监控。并可进行详细的单个产品在制过程信息查询,例如可通过出货单从后往前查询该出货单上产品所使用的物料、加工设备、操作人员、工序等信息;也可以任意查询某台设备在某段时间生产了哪些产品、产质量量如何等信息,查询某生产员工某天使用哪台设备生产了哪些产品,质量如何等。

 图12 生产过程实时追溯图

图12 生产过程实时追溯图

    (7)智能化实施项目

    生产模式革新:通过对精益生产理念的积极探索,实现从“单人单工位”到“单件流”模式的巨大变革。引入“L型”“U型”单元线体,合理规划工序节拍、物料定置摆放,实现零“落地点”和单件流生产,增强员工互助。

    管理方式创新:由领料员去仓库按单领料,变革为由配料员将物料裸配到岗。配料管理的创新,减少周转、寻找、步行等浪费,杜绝现场纸皮、捆扎带等包装垃圾,优化6SK管理。

    推广新技术、引入新工艺:引入整机自动标定设备,实现了整机老化托盘自动进出作业;调整装配工艺流程,以实现壳体与模组扫码追溯管理;引入激光自动打标机,应用“晚差异”理念,将打铭牌工序后移,实现铭牌在线打印;自动封箱机与单件流结合应用,实现封箱工艺由人工到半自动化的转变;自主研发关键工序数据自动采集设备;引入应用选择性波峰焊设备和全自动涂覆生产线。

    (8)智能制造项目实施重点和难点

    智能制造项目的实施必须紧紧结合企业自身情况,不能为智能化而实施项目。

    智能制造项目应重点关注工业化和信息化的不断融合与升级,由数据为管理决策提供正确指引。

    智能制造项目应分段进行:首先,必须是从高层管理者开始,树立企业是运用智能化实现管控而非仅仅将智能化展现给客户看的意识,并且需要高层领导亲自参与长期规划;其次,项目实施应基于精益生产和流程优化的基础上进行推进。再之,在精益及流程优化的基础上进行标准化,在标准化完成后推进制造过程自动化和数字化,最后实现智能化。

    智能制造项目推进关键词:高层参与、长期规划、分步实施。

    3. 效益分析

    MES项目以精益生产为核心,通过生产现场管理的E-Andon(快速响应)、生产看板将现场管理电子化、及时化;绩效管理系统采用报表、E-SIM(及时化管理)等形式满足企业内部不同管理人员的需要,其中的E-SIM打破了生产部门和支援部门之间的隔阂,提高了对于生产重要事件的响应能力和协同能力,缩短了产品制造周期。

    1)解决的关键技术及创新点

    透明化精益生产:管理现场各维度直接绩效(安全,5S,品质,交付,效率等),让生产过程一目了然,同时建立精益化的管理氛围和可持续改进的机制。

    生产可追溯:实现生产过程可追溯性,产品质量可追溯性,流程可控制性。

    制程异常报警:基层管理者及员工能够及时有效的获取运营部门的支持,并对支持部门的支持效率跟踪考核。

    作业文件可视化:生产工艺流程和工艺路由标准化,关键工艺站点作业文件电子化(特殊产品通知单)/工程指引/作业指导书及重点管控),在生产过程中强制查看或自行查看,员工作业有据可依。

    2)经济效益(项目实施前后同比)

    交期缩短:订单交付单数同比项目实施前提高23.4%。

    产能提升:总产量同比项目实施前,产能提升32.5%;人均产量同比项目提升14.3%。

    产值:人均产值同比项目实施前提升25%。

    3)社会效益

    2015年获批工信部智能制造专项“传感器智能制造”;2018年8月份成功入选河南省工业和信息化委员会河南省财政厅组织开展的2018年河南省智能车间评选。

责任编辑:梁曦
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