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
天津珠峰硅钢股份有限公司(以下简称“珠峰硅钢”)成立于2020年,主营高端硅钢定尺条料、铁心柱料、变压器铁心、非晶卷铁心等产品的加工生产,具备10万吨/年的生产能力。公司通过全球先进的纵剪、横剪、条料立库等设备与MES、SCADA、WMS等软件的联动,实现品质一流、效率一流的信息化、数字化、智能化硅钢加工服务目标,致力于成为生产绿色节能型铁心产品制造强基的引领者。公司以打造数字化、智能化的铁心硅钢“黑灯工厂”,实现生产装备数字化,设备操控无人化,管理信息化,打造超一流的智慧工厂,把珠峰硅钢数字化工厂成为中国成本最优、效益最优的数字化智能工厂,把珠峰硅钢公司打造成为为客户提供集成产品系统解决方案的服务商为定位;目标借助集团的产业优势,规划全自动化设计、数字化工厂;始终坚持以市场为导向,科技为支撑,以诚实守信为根本准则,不断提高技术实力,为客户提供最优化的硅钢、铁心解决方案,致力于成为国内一流、国际知名的硅钢铁心供应商。
图1 天津市珠峰硅钢股份有限公司
二、企业在智能制造方面的现状
珠峰硅钢在天津武清高标准建设了珠峰硅钢铁心柔性智造车间,整个车间对标了国内外行业最先进的智能制造工厂,实施MDM/PLM/CAPP/ERP/SCM/CRM/APS/MES/SCADA/WMS等重点信息管理系统10余套,并自主开发实施了硅钢综合利用系统,实现信息集成打通数据孤岛,目前已经建成投产。
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1. 项目背景介绍
伴随着全球范围内日益激烈的市场竞争,在应对提高产品质量、增加产出效益、降低运营成本和减少资源投入等各方面的挑战时,制造业面对着越来越严苛的要求。为此,借力于不断革新制造技术,制造企业通过引入物联网、大数据、3D打印和云计算等新兴计算机技术,实现生产过程的信息化、透明化和智能化,由此引发了新一轮产业革命,即以全球化、信息化、智能化、智慧化和绿色化为发展方向的智能制造浪潮,这得到了世界主要工业发达国家的高度重视。工业4.0已经成为势不可挡的制造业转型方向。同时,全球范围的新冠疫情大爆发,也给制造业带来了巨大的麻烦,中国作为世界工厂,承担着重要的制造使命,尽快构建高度自动化数字化的智能工厂变得极为迫切。
天津珠峰硅钢股份有限公司在天津市武清区投建了铁心柔性智造数字化车间项目,拟打造成为行业智能制造示范基地,生产配网及新能源产业用节能高质量铁心产品,并提供硅钢加工服务,一方面为特变电工产业提供自配套服务,另一方面将为国内外行业客户提供优质的产品与服务。
2. 项目实施与应用情况详细介绍
公司制定了明确的智能制造发展战略,确定了“创新引领、人才驱动、双效为纲、行业领先、整体规划、分步实施、两化融合、持续提升”的32字智能制造方针,建立了专职的智能制造管理部门,统管公司精益化、自动化、数字化规划与建设工作。同时,针对变压器制造还成立了研究院,针对产品智能化,远程监控和运维成立了智能化研究中心,全面推动智能制造与两化融合工作。
(1)智能工厂的技术情况
1)数据中心、企业服务总线情况。基于DCMM数据管理标准,公司建设了数字化管理平台和ESB企业服务总线,实现对数据统一服务、可视化分析的目标。基于的企业级低代码开发平台为技术路线,结合异步数据源高效数据同步框架,打通PLM、MES、WMS、SCADA等各类业务系统,构建研发设计、供应链管理和生产制造的大数据管理分析平台,构建跨平台的数据分析模型,形成各类数字化驱动管理的报表和看板。
2)产品数据管理、实时质量预警情况。智能化全面质量管理系统主要实现入厂原材料检验、生产过程检验、售前/售后质量管理和执行过程的智能化、数字化。提供更高精确和更标准的质量相关的各类数据,实现部分质量分析方法和质量管理方法的融入,便于更深入地进行质量管理和质量提升推动工作。入厂原材料检验智能模块和ERP系统联动,实现原材料检验过程全数字化和质量管控能力,提升的供应商评价能力。生产过程检验模块将融入MES系统进行联动,实现工序流转中质量管控能力提升和工序流转的效率提升。售后/售前质量管理将和现有售前/售后系统进行双向传输,实现质量问题快速反馈和处理。
3)信息安全保障情况。在车间到生产网核心之间部署工业防火墙,保护数据中心与各个车间之间、车间内部三个子网之间的通讯安全;在生产网核心交换机旁路部署工控安全监测与审计系统,对数据中心与各个车间之间、车间内部三个子网之间工业通讯做全流量审计办公网络安全设计;在操作员站主机部署白名单产品,保护主机安全;部署统一安全管理平台,统一收集和展示系统内各业务单元的日志信息;同时实现对工控网络中的防火墙、监测审计、主机防护等安全产品进行集中管理,实现安全策略的统一配置、运行状况的全面监控、安全事件的实时告警。
4)5G、区块链等创新应用。打造5G全连接工厂旨在实现以数据为核心要素的全面连接,5G作为突破性的无线连接技术,可以显著降低智能工厂的工业数据采集的布线和施工成本,提高数据的有效性和及时性,对生产过程中的数据进行及时处理和标准化管理,为工厂提供高效的数据服务,挖掘数据的价值。本期聚焦厂区重点生产作业环节和安防管理场景,通过5G网络优势,提升运输AGV、外形检测AGV的作业能力上限,新增厂区安防管理手段,优化重点场景作业流程等内容。
5) 5G+远程运维排故:产品安装调试、维护时,工作人员在现场遇到难题时,通过5G+AR智能系统,利用AR远程协作场景,现场第一视角的图像实时呈现在工厂专家端,第一时间获得专家支持,及时分析、判断问题,并将多媒体标注内容呈现给产品运行现场,实现高效的远程指导和运维排故。
图2 5G+远程运维排故
6)人工智能创新应用。生产车间的视频检测主要集中在线圈外观检测区域,扫描标准模型外轮廓,激光单次检测行走检测三个面,三面扫描后可实现三维建模呈现,通过软件自动与系统标准模型进行对比,当数据对比合格后检测物料的数据结果自动上传至服务器存储,当比对结果不合格时,系统自动报警并提示人员处理。
基于高清监控摄像机采集的视觉图像、声音及地图数据,通过云端大脑可以进行大数据分析及深度学习,对园区的自然环境、人文环境、安全状态进行跟踪。进而指导改善园区安保及园区服务的内容,提升园区管理服务质量及效率。
基于人与机器人的语音交互业务需求,利用云端机器人大脑中的语义理解引擎,提供智能对话的能力。形成知识库,大量的知识库最终形成大脑,理解、知识、服务及自定义能力形成了一个整体的智能对话服务系统。
(2)工厂的生产情况
1)生产过程数据采集与分析系统。基于数据采集实现生产过程透明化,有利于合理安排计划;通过对关键工艺过程操作管控,实现执行过程的可控;通过制造过程预警监控,实现生产过程可检查;通过制造过程分析实现过程改进,从而实现关键生产环节在管理上的PDCA循环。
2)制造执行系统(MES)建设情况。MES制造执行系统通过数据层、服务层的接口与现有业务系统(ERP、PLM、WMS和质量管理等系统)无缝链接,对整个公司运营从研发设计、采购物流、生产制造、产品运输等各阶段进行全面生产网络化管控,数据传输共享、提升了企业产品质量和生产效率。
3)精益生产(质量控制与追溯、可视化管理)。建设精益生产管理系统,实现生产计划与作业计划的自动排程,并与制造执行系统进行集成应用,实现管理信息与制造系统的有效衔接。实现产品制造过程质量信息100%可追溯。
(3)智能工厂的物流情况
1)智能仓储系统。智能化仓储主要由原材料立体库、模具立体库、成品库,以及其他平库构成,由WMS仓储物流软件统一管理,在仓储物流自动化中,采用二维码、RFID等识别技术。
2)智能物流系统。智能化物流主要采用AGV智能引导小车,RGV小车,物流小火车等。AGV调度系统主要负责箔材、线材等主材的JIT配送,每个绕线机台配备AB上料位,降低生产线边物料存储量,并且保证生产的连续性;RGV小车主要负责工序与工序之间的快速流转,保证生产的连续性和及时性。
(4)智能工厂的服务情况
1)5G网络服务
通过5G宏站+室分的SA组网的方式进行无线侧的部署,实现厂区各类数据的采集和下发,特别是对移动性要求高的应用终端,提供便捷可靠的无线接入方式,并通过部署边缘UPF的方式,将联通核心网的分流和计算能力下沉到用户边缘,保障可靠的生产控制类信息交互,并将园区普通用户流量和园区内网数据流进行隔离和分流,提高业务数据的安全性。
图3 5G宏站
主要针对智能工厂5G场景,提供基于白名单的零信任安全防护机制。
图4 安全防护机制
入网认证:认证技术(GBA/标识认证/数字证书)、网络侧白名单入网认证(5G专网的能力)、网络侧的各种接入认证策略,如基于时间段的认证策略等。
传输安全:终端设备的安全认证:采用身份鉴权、认证识别技术验证接入设备的合法性,解决接入设备被替换和非法私接问题,确保经过认证许可的接入设备才被允许接入网络。
数据传输的安全保护:利用基于国际、国密算法(SM1-SM4、AES、RSA2048、ECC、SHA256)的数据加密保护机制,解决前端接入设备数据在传输过程中的“裸奔”问题,保障数据在传输过程的真实性、完整性,避免中间人攻击、数据劫持、恶意篡改等安全事件的出现。
安全接入网关:内置密码芯片,支持国密、国际标准算法SM1-SM4/AES/RSA2048/ECC/SHA256;支持千兆电口、千兆(万兆)光口;支持与密钥管理系统,第三方CA对接能力;机架式安装,支持主路/旁路、双机热备/负载均衡部署模式。
安全接入终端:内置密码芯片,支持国密、国际标准加密算法;集成有线及无线通信模块,支持4G/5G/WiFi/RJ-45等连接方式;支持POE供电;提供基于的白名单的准入控制,具备证书应用能力。
安全接入终端-SDK形式:(1)集成SDK+TF密码卡,集成安全接入SDK与应用打包成独立的APP,同时在终端设备上插入TF密码卡,通过SDK接口调用方式利用TF密码卡来实现安全加解密、身份认证等功能。(2)集成SDK,利用终端系统的CPU调用SDK接口来进行加解密运算,实现客户端侧的安全加密、身份认证等功能。
异常监测——物联网设备安全监测平台,异常包括了物联网卡的异常、设备的异常、业务的异常、DDoS攻击检测等;异常管理包括告警规则的管理,异常的监测、攻击的检测等故障告警及预警;实现告警信息、故障信息、故障查询、故障管理等可视化界面统计、分析和管理。
异常处置—DDOS攻击防护。攻击监测:基于大数据分析识别联通网内用户网络流量的异常,为用户提供异常流量实时告警、流量趋势及异常分析报告、地址溯源等信息。流量清洗:针对经过联通网内的攻击流量,通过调度全网的清洗防护节点,对异常流量按照攻击流量大小以及攻击目的省分进行最优路径引流清洗并原路径回注,保证业务连续不受影响。流量封堵:当超大流量DDoS攻击对用户业务产生严重影响时,基于联通全网的路由能力,在全网或者分区域(省/网间/国际)任一方向对所有流向客户目标IP的流量进行阻断,缓解攻击对用户带宽受到的影响,保障整体业务的稳定。智能过滤:通过运营商网络边缘控制,针对不同区域,如国际方向、国内城域方向,提供基于IP、端口、协议等的精细化过滤策略,实现对特定攻击流量丢弃、限速等动作,快速缓解特定业务下的大流量攻击。
2)数字化营销与售后服务体系
a.数字化营销体系
珠峰硅钢基于工业互联网标识解析全要素集成平台数字营销业务主要体现在公司简介和线上商城两大功能。
公司简介:在扫码页面展示公司简介功能,客户点击该功能可以或者当前产品生产单位的详细信息,包括基本信息介绍、主要产品介绍、所获得荣誉、专业领域和同比优势等关键信息,打破传统营销宣传模式的限制,便于网络化传播,降低客户了解本企业的门槛,所有想获得的信息通过点击即可获得,有利于客户对企业产生合作意向,达到宣传目的,增加品牌知名度,提升品牌形象,增加销售额。
图5 公司简介
线上商城:企业通过在产品管理菜单中建立自己的产品信息,配置名称、价格、规格、等属性值。上架展示后会在移动端展示给消费者,消费者则通过扫码页面的线上商城功能进行查看。企业上架展示售卖的所有商品,消费者点进任意商品,可对感兴趣的商品进行询价并填写询价信息,企业后台即时收到来自消费者的询价信息,进行电话回访销售。已经处理的订单操作已处理;未处理的订单会提示处理。通过将线上展示商品图片和商品信息,线上直接交流的方式,将线下流程转移至线上进行,充分利用了互联网的优势,降低了交流成本,提高了交流询价的效率。
图6 管理端页面信息
图7 产品详情和询价信息
b.售后服务体系
工业互联网标识解析全要素集成平台售后服务体系包含客服电话、联系我们、售后服务、用户手册、出厂检验表和其他科个性化定制的售后服务功能。各项功能的宗旨即方便客户,创造价值。
客服电话:通过扫描工业互联网唯一标识二维码,在扫码展示页面查看客服电话功能。用户和客户可通过点击该功能,直接拨打产品所属厂商的客服电话。本功能的实现避免了客户特意寻找客服电话的过程,同时也避免了客户找到的公司联系方式不能解决客户困扰的问题、不同部门之间踢皮球现象的出现。唯一客服电话的设置,有利于客户解决当前问题,便利服务的同时增加客户对企业的认同度和好感度。
图8 客服电话
联系我们:联系我们功能是以留言方式建立的客企交流方式。客户通过该功能填写基本信息和联系方式,留下本次留言的诉求或者问题,售后支持部门收到留言后。会第一时间主动联系到目标客户。此功能可以应用于不紧急的产品问题和一般问题,产品建议和其他诉求的情景模式。
图9 联系我们
售后服务:售后服务功能是基于实时对话方式建立的客企交流方式。当出现产品问题,需要售后部门介入时,客户可通过点击扫码展示页面的售后服务功能按钮与值班客服进行对话。描述当前的问题由客服和值班技术人员进行实时且专业的解答,帮助客户远程处理问题。如果遇到不能实时解决的问题,客服人员可根据客户诉求进行适当的合理是问题处理响应程序。
图10 手机端售后服务页面信息
图11 管理端售后服务页面信息
使用手册:传统业务模式下,公司产品在包装时均会搭配相应的纸质版用手册,便于现场安装人员、技术人员、检修人员进行安装和维护。由于传统使用手册为纸质版的单册,在实际生产使用中不易保存且易灭失,如若再次获取需联系厂家找售后部门或者工艺部门提供。此过程中容易产生的问题有提供是设备型号有差异导致手册不可用,产品更新导致手册不可用等问题。为解决以上问题,在扫码展示页面配置用户使用手册功能,客户扫描设备机身二维码后,点击该功能即可获得该设备对应的时候手册,相较传统方式节省时间和交流成本,且保障手册是正确性和可使用性。使用手册由专门的部门进行更新和维护,如果系统更细换代,手册也及时得到更新,进一步保障手册的可用性。
图12 管理端使用手册页面信息
(5)智能工厂的资源情况
珠峰硅钢车间生产设备主要有:智能行车、纵剪线(含铁损在线检测设备)、大包装线、小包装线、大包装线、250超高速横剪线、RGV、AGV、离线自动叠片设备、智能条料立体库、成品立体库、300码垛横剪线、自动化物流产线(含空载自动测试设备)、800码垛横剪线和400剪叠一体横剪线等国内外一流设备,所有设备数据信息均采集上传SCADA,其中数字化设备,自动化、智能化生产、试验、检测等设备台套(产线)数占车间设备台套(产线)数的比例达到85%以上,从设备报警监视、状态监视到设备点检、保养、预防性维修、故障维修、备品备件管理均通过MES系统实现设备管理数字化。
(6)智能工厂生产情况
通过生产数字化(MES\SCADA \APS\WMS)一系列系统的应用,推动了从传统制造到数字化制造的模式转型,铁心生产实现柔性化智能化生产,全面打通IT与OT,实现十大关键业务信息系统的打通,实现设计制造一体化、产品全过程的质量追溯、全过程工艺质量数据链的形成与数据分析优化、预防性维修、质量闭环管理等,初步打造成为具有柔性智能制造能力的铁心柔性智造数字化车间。
珠峰硅钢数通过智能工厂建设,实现了铁心数字化工厂基于全价值链的数字化业务场景规划,打通从设计、工艺到生产制造流程,实现生产成本数据采集、能耗消耗透明化、数字化闭环质量管理、设备预防性维护、JIT物料配送等,提高公司的核心竞争能力。
3、效益分析
1)经济效益
通过建设珠峰硅钢智能工厂显著提升了公司生产效率、产品质量和成本控制,全方位提升公司变压器产品的研发、制造、服务能力,市场竞争力和盈利能力。本项目建成后,预计生产效率将提升60%以上;降低能耗近10%;产品研发周期缩短50%;产品不良频率降低20%左右。预计本项目实施后能实现新增销售收入100000万元,利润 5000万元,税收13000万元。
2)社会效益
通过建设硅钢智能工厂,支持变压器铁芯平台企业异地协同制造,优化企业间的资源配置,对变压器行业及装备制造业将产生良好的示范效应。通过在关键工艺环节数控设备的应用,促进输变电行业智能制造装备国产化,对振兴民族装备制造业具有强大的推进作用。通过数字化、智能化制造,可提升输变电装备可靠性,在保障电力、服务民生等方面具有良好的社会效益。提升了企业智能制造与绿色制造能力,能源消耗降低10%,促进企业节能减排,践行中央企业社会责任。