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借助MES/MOM实现中铁隆昌智能制造转型

2020/6/8    来源:佰思杰    作者:佰思杰      
关键字:MES  MES/MOM  智能制造转型  
中铁隆昌通过MES/MOM系统配合管理制度双管齐下,提高以生产为核心的工作效率和资源利用率,降低企业成本,提升企业效益,并且为以后的业务扩展、质量提升提供明确的方向指引和数据支撑。

一、中铁隆昌概况

    中铁隆昌铁路器材有限公司(以下简称“中铁隆昌”)是中国铁建重工集团股份有限公司的全资子公司,是国家级高新技术企业,是中国“铁道器材开发中心研究发展基地”。公司主要生产经营产业包括扣件系统、摩擦材料和特种零部件三大产业板块。

中铁隆昌核心产品

图1 中铁隆昌核心产品

二、业务特点

    中铁隆昌主要产品包括铁路用弹条扣件及螺栓,主要工艺包括下料、冷/热压成型,机械加工,热处理等工艺。其生产管理业务最主要的挑战是需要兼顾大批量生产和多品种、小批量制造模式。

    中铁隆昌的主力产品具备典型的批量制造特点,产品标准化程度较高、产量大。另一方面,公司同时还承接了大量小批量或非标产品(以螺栓为典型)的生产订单,造成了生产、物流及质量管理的需求较为复杂。主要有以下几点:

    产能与交付之间的矛盾难以调和:对于标准化、大批量生产的订单而言,计划调度体系优先考虑的目标通常是减少换产,提高产能及设备的利用率。而对于多品种、小批量生产的订单而言,目标则变成了如何促进确保产品的准时化交付上。中铁隆昌同时存在两类模式并且共用生产资源,依靠人工的经验判断生产瓶颈,往往顾此失彼,达不到最优化排产的结果。

    生产资源配置存在浪费:传动的调度手段,包括生产协调会议、纸质工单下达和收集、人工协调物料领用等,在应对生产插单及异常时需要重走流程,反复沟通,管理成本高,反应慢,作业拉动不及时出现资源闲置、在制品积压等问题,成为了制约企业生产能力的痛点。

    批次追溯与管控难:中铁隆昌在流水线上通常采取连续生产的模式,而半成品在下线后还需要进行热处理、表面处理等多道工艺,物料存在分批次加工及外协。传统批次管理方式只能以时间、班次的形式对物料批次进行区分和管理,无法满足铁路器材产品对物料批次和质量追溯的严格要求。

    过程质量管控的难:中铁隆昌的生产自动化程度较高,生产节拍短,一旦生产工艺出现偏差,带来的可能是大批量产品的连续报废,对于过程质量管控的要求较高。而传统的过程管控主要依赖生产工人对设备参数及运行状态的观察与巡视,而且监控的效果会受到人员经验、责任心的差异的影响,使得车间难以实现对工艺的实时监控,难以对重大的质量风险进行有效的管控。

    成本精细化管控难以实现:由于数据采集能力和实时性无法保障,中铁隆昌采取了传统的成本管理法,即将一段时间的总生产成本均摊到产品上,计算得到理论的单耗值。由此得到的产品单耗是“绝对不准确的”,而且由于采用了平摊的方式,无法体现产品在不同工作中心、不同时段、不同批次下的单耗差异,使得对影响成本的因素的分析与成本的优化控制活动难以开展。

三、实现功能及成效

    针对上述的需求,中铁隆昌于2018年底正式启动了MES系统建设项目。通过建设制造运行管理平台,实现了全厂生产、质量、物流、设备、能源等管理业务的一体化协同管理。结合此前完成产线自动化改造建设,实现了智能排程和调度、设备数据实时采集、生产过程实时监控、质量在线检验与预警、设备预防性维护、批次与质量溯源等目标。

中铁隆昌MES/MOM项目实现的业务目标

图2 中铁隆昌MES/MOM项目实现的业务目标

    通过项目的实施,MES/MOM成为智能制造的大脑,通过工业互联网网络驱动设备从而实现智能化生产。例如,智能排程 和调度、拉动物料和模具准备、生产过程防呆防错、驱动在制品周转、在制品的自动规则抽样、在线检验与质量预警、设备的预防性维护、生产过程的远程监控等功能实现了对人的进一步的解放。

MES/MOM定义制造和驱动制造

图3 MES/MOM定义制造和驱动制造

    设备的自动化减少对人的体力劳动的依赖;通过MES/MOM等软件系统,部分替代了人脑,进一步减少了对低附加值脑力劳动的依赖,人可以从中得以解放,从而可以从事更有价值的工作。现在来到车间,已看不到满是工人的手工流水线,取而代之的是全自动化的流水线,自动上料装置、机械臂、自动输送线、在线检测装置、智能大屏……

MES驱动下的自动化生产

图4 MES驱动下的自动化生产

    系统实现的特点功能和应用成效:

    1.生产计划管理精细化,提升计划准确性

    在本项目中,通过在生产排程功能基础设置里细化设备产能、效率,其中支持将每个设备的产能细化到一件产品、时间上细化到分钟、安装拆卸加工转运等每一个小环节,进而可以针对每个订单计算出更准确的总体加工时长、规划更准确的生产班次、更充分的利用产能。

    排产功能可以配合企业工作日历、设备维护维修计划即时更新设备产能设置、考虑紧急插单计划、结合物料实时库存,实现排程结果的即时滚动更新。

中铁隆昌生产计划资源甘特图示例

图5 中铁隆昌生产计划资源甘特图示例

    通过排产及可视化功能,系统能够协助管理人员对产能利用率优化,降低调度员的工作强度,全面提升生产计划管理的准确性。

    2.生产过程管理透明化,为产品进度监控、成本分析提供支撑

    系统上线后,只需要一名生产调度人员在生产指挥中心,借助实时数据采集控制系统,实现对生产过程的监控。这包括:

    在线报工:生产工序每天按班次进行汇报,实时更新订单的生产进度,为生产排程的滚动更新提供数据支持、为生产插单等计划调整提供决策支撑。

    工序信息:工序汇报要求记录每个工序的投入与产出数据,通过投入产出差异报表对大量数据的分析可以发现产出率相对低的工序。

    参数监控:进一步通过产品质量检验结果和设备参数的分析,改进工艺参数或设备性能,可以达到提升产品质量的目的。

中铁隆昌生产指挥中心

图6 中铁隆昌生产指挥中心

    3.优化产品批次管理,提升可追溯性

    中铁隆昌公司在项目的建设过程中对物料的编码规则和追溯数据体系进行了改善。这包括:

    通过系统中对批次编号的统一管理和自动生成,保证了产品批次的唯一性,即使在复杂的生产与物流分、合批情况下,仍然能够保证提升产品批次的可追溯性,并为产品质量提升、使用年限提升、追溯需求加强预留足够的空间。

    通过在生产、物流、质量业务活动的数据与批次信息归集与关联,形成基于产品制造BOM的产品档案,能够完整追溯制造全过程的人机料法环测信息,并实现了基于树状架构的便捷查询。

基于树状架构的追溯

图7 基于树状架构的追溯

追溯明细的查询

图8 追溯明细的查询

    4.生产数据可靠性提升

    MES/MOM系统上线后,系统通过软硬一体化的手段,实现关键的生产进度、工艺参数的在线采集,避免人工干预产生数据错、漏及篡改的风险,提高的数据的准确性和及时性。这包括:

    生产进度控制:通过与SCADA系统集成,实现配备并利用SCADA系统集成工位上的激光计数数据,实现投入产出、合格品及不合格品的实时、精确计数。员工通过车间看板监控产品生产进度,准确控制产品的加工数量,减少返工、增补、多投入等各种原因带来的成本损失,提升经济效益。

    在线成本管理:同时工序汇报时也从SCADA数据库实时读取真实的加工数据,能够更准确的分析每种产品每个工序的投入产出、在制品在工序间的物流情况,为成本分析和控制提供更好的数据支撑。

基于移动端的在线数据采集与汇报

图9 基于移动端的在线数据采集与汇报

工序信息统计

图10 工序信息统计

    5.质量检验电子化填补数据空白,为质量控制数据分析提供数据基础

    MES/MOM系统上线后,完全取代了原来在ERP系统中使用的QMS模块,将质量检验数据采集完全转移到线上,填补了质量分析数据源的空缺。工序检验全部在线上执行,员工使用移动PDA以及立式固定终端进行申请报检、检验数据采集。这包括:

    数据质量提升:实现检验结果即时、在线汇报,避免纸质单据流转破损丢失、记录的字迹不清无法辨识、纸质单据难以保存和查阅等诸多问题。

    在线质量分析:质量数据线上存档后,可以很方便的与质量分析系统集成,为其提供质量分析的全部数据,甚至在MES/MOM系统中建设质量分析报表,极大程度提高了工作效率。

质量检验活动在线管理

图11 质量检验活动在线管理

设备仪器数据采集

图12 设备仪器数据采集

在线质量控制图生成

图13 在线质量控制图生成

    6.自动化计算取代复杂人工操作,提升过程质量控制的效率和准确性

    MES/MOM系统通过辅助人员对现场数据进行实时的计算与判断,能够实现部分管理上自动化,提升过程质量控制的效率和准确性。这包括:

    取样标准自动计算:可以在系统中设置取样程序,系统根据报检数量自动计算抽样数量和合格标准,员工只需要按要求录入规定数量的检验结果,系统自动判定每个结果是否合格,以及是否符合国家或企业的抽样标准。

    测量结果自动计算:建立检验方案时,定义好多次测量求平均值、或最大值、甚至一些更加复杂的计算公式,员工在采集数据时,只需要录入简单的原始测量值,系统会自动进行计算。员工不在需要随身携带计算器、甚至反复计算校验,降低检验员的工作强度和工作难度,数据记录准确性有了质的提升。

系统根据标准固化测量次数

图14 系统根据标准固化测量次数

根据测量结果在线判断需要二次检验

图15 根据测量结果在线判断需要二次检验

    7.生产执行与设备维护协调管理,提升资源利用率

    通过将设备点检、维修、维护活动与生产的计划、调度与执行业务紧密结合,提升生产执行与设备维护的协同效果,进而提升资源的利用率。这包括:

    计划协同:生产排程过程中,将设备的维护计划作为一条限制规则,将设备维护时段的设备不作为有效资源考虑,维护计划和生产计划一起考虑,合理安排,最大效率使用生产设备,避免抢占设备出现生产事故、或者干扰生产进度带来生产混乱等问题。

    维修知识库:维修项目组联合设备管理部门一起梳理历史的设备维修记录,归纳整理出常见故障以及对应的维修方式,形成初版知识库,并作为设备故障保修时的下拉列表型参数。

    设备异常协同:员工在生产工位上可直接汇报设备异常,故障描述与参数可配置为下拉选项,设备异常的审批、处理、反馈与关闭全部在线上闭环完成,完全替代手写纸质故障申报单带来的书写、辨别、流转、存放等一系列问题。

设备维保计划及状态监控

图16 设备维保计划及状态监控

    8.模具寿命管理进一步提升生产计划准确性,降低成本

    系统实现了对模具寿命的监控与预警。通过模具寿命管理功能与生产工作汇报绑定使用,每次工作汇报时,系统根据模具原始寿命或剩余寿命,以及本次生产中加工的产品数,计算出模具的剩余寿命,如果小于安全值,则提示员工准备更换模具。

    避免了没有模具寿命预测时模具的突然性损坏,降低了企业成本和模具库存,同时避免突然停机影响后续的生产计划,多方面促进企业的生产效益提升。

模具寿命监控与预警

图17 模具寿命监控与预警

四、总结

    中铁隆昌作为铁路、轨道交通建设的重要材料供应源,此次上线MES/MOM项目后,从计划、生产、质量、设备、模具等多个方面深入优化业务模式,通过MES/MOM系统配合管理制度双管齐下,提高以生产为核心的工作效率和资源利用率,降低企业成本,提升企业效益,并且为以后的业务扩展、质量提升提供明确的方向指引和数据支撑。

责任编辑:程玥
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