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
大富科技(安徽)股份有限公司(简称“大富科技”)创立于2001年,于2010年在深圳证券交易所创业板上市(股票代码:300134),是全球最大的移动通信基站滤波器设计制造厂商,拥有深圳、北京、上海、合肥、蚌埠、南京、香港等70余家分子公司,致力于打造“从硬件到软件,从部件到系统”的具备垂直整合能力的三大平台,为国内外客户提供一站式的专业服务。
配天智造智能工厂拥有自动化产线、智能车间、黑灯工厂、灯塔工厂的全套解决方案,为客户提供兼具自动化、信息化及智能化的一站式服务,现有立式加工中心、卧式加工中心、龙门加工中心等多个产品系列,涉及多个领域如5G通讯、新能源汽车、航空航天等,共拥有36项专利,技术水平处于国内领先地位。
图1 大富科技(安徽)股份有限公司
二、企业在智能制造方面的现状
配天智造自主设计集波、光、机、电、磁、液、气、化等多动力元协同组合的数控机床自动化体系及生产管理系统(MES),自主生产高速主轴、大容量刀库、大扭矩高承载直驱转台等核心零件,自主制造高端工业母机核心装备,拥有完全自主知识产权和软硬件自主化能力,可完全替代进口,能够提供从部件到灯塔工厂的完整解决方案并落地投产。目前已实现工厂生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化和生产现场无人化,未来将拓展到其他制造业领域包括新能源车、军工等。
图2 配天智造智能工厂
1.应用物联网设备提升生产制造水平
1)智能中央刀库:配天智造智能工厂取代刀具房人工派刀、人工回收刀的传统管理模式,采用与加工中心、高精度对刀仪和刀具小车互联的智能中央刀库模式,通过对刀具的自动管理和数字化监控实现了生产车间多机床刀具共享、刀具自动调度、旧刀具循环使用、刀具寿命全程跟踪以及提前预判、刀具断刀自动识别等,可快速自动调拨同类刀具送至数控加工中心进行刀具更换,刀具损耗成本极大降低,刀具利用率提高,无人值守生产时间延长,为数控机床性能顺利运行提供了质量保障;
2)智能CNC加工设备:配天智造智能工厂拥有完全自主知识产权的中高端数控加工中心,通过配置40把大容量刀库,高速大扭矩永磁同步主轴,高刚性高精度转台搭配自定心夹具,集成在线智能机外检测设备与数控加工中心互联,可根据检验结果自动计算补偿值智能调机,高效高质的满足新能源/通讯行业常见的大滤波器腔体等高度集成复杂化结构的端面铣削、钻孔、攻丝、倒角等精益生产-集中工序加工零件的要求,提高产品生产效率;
3)智能检测设备:配天智造智能工厂智能检测设备将生产设备/工具(物)和网络检测(网)有效联系起来,集成机床设备实时生产状态监控,可自动监控机床加工的零件合格情况,并根据检测数据自动计算机床磨损补偿值,智能调试机床改善产品加工质量,提升产品合格率。
2.自研MES实现车间产线可视化动态管理
配天智造智能工厂自主研发MES提供包括制造数据管理、计划管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、生产中心管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块,通过远程项目管理将技术控制调向贯穿到生产全过程,将生产设备/工具(物)和网络检测(网)有效联系起来,进行实时、全面和可视化的远程跟踪项目生产状态,实现生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化和生产现场无人化。
3.集成智能工厂一体化解决方案
配天智造智能工厂结合自主研发数控系统特点,研发适用于腔体加工的卧式加工中心,并对刀库控制、多轴钻夹具、分度控制台等做了定制技术,拥有完全自主可控的数控机床(车铣刨磨镗割焊设备)定制化解决方案,以智能设备服务为基础、智能制造服务为核心、智能信息服务为辅助,为客户提供兼具自动化、信息化及智能化的一站式服务。配天智造智能工厂从核心部件到工业母机,从MES到智能工厂的全面解决方案,真正实现了“减少普工,不依赖技工,取代现场QC”,已成为通讯、汽车、电子消费品等应用领域的首选。
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1. 项目背景介绍
我国整个机床行业虽有千亿规模,但总体竞争力仍显不足,呈现大而不强的局面。一方面,我国机床产业起步较晚,整体发展滞后,缺乏核心零部件的自制能力,核心技术受制于人,无论是传动系统、数控系统还是各类功能部件中,核心零部件的外采比例普遍都超过80%,其中国外品牌在我国中高档数控系统的市场占有率高达70%,高档数控系统占有率更是在90%以上;另一方面,目前各个发达国家严格管控甚至禁止对外销售高档数控系统,或对高档数控系统的部分功能进行限制,我国数控机床“卡脖子”问题日趋严重。
为解决国内高端装备自主生产的问题,配天智造坚持核心零部件自主研发,实现对国外高端产品的整体替代性突破,配天智造智能工厂应需而生。配天智造智能工厂始终以坚持自主原创为原则,致力于打造全智能数字化高效生产车间,提供“减少普工、不依赖技工、取代现场QC”的黑灯工厂解决方案。
2. 项目实施与应用情况详细介绍
配天智造智能工厂自主研发MES将质量和效率管控融入制造的全过程,在车间设备互联基础上,实时监控生产状态、统计生产排程系统和生产绩效数据等,实现车间生产流程全部数字可视化、可控制和可追溯。MES打造全智能数字化高效生产车间,引领公司向生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场无人化的方向发展。
1)生产设备网络化:打造柔性自动化生产线
MES系统为链接中心,使得车间全生产流程智能互联,车间所有加工设备如高端数控加工中心,CNC加工设备、智能检测设备,滴滴物流设备,机外高效对刀设备,智能中央刀库等在生产过程中的每一个操作步骤都变成数据实时被采集并上传,实现生产全过程数字化。
CNC加工设备可智能识别夹具、人员、物流小车;
智能检测设备可集成机床设备进行实时生产状态监控;
滴滴物流设备可通过抢单模式实现物流自动调度;
机外高效对刀设备可通过使用高精度机外对刀机构进行刀长、刀摆测量,并一键上传至指定的机台设备,操作安全,测量精度高,刀距一致互换性高,便于快速调机;
智能中央刀库可通过对刀具的自动管理和数字化监控,可快速自动调拨同类刀具送至数控加工中心进行刀具更换。MES通过链接生产全流程数据采集处理、自动化控制,实现生产线柔性自动化。
2)生产数据可视化:完成设备数据自采
MES为中心采用“云数据,边缘计算,端到端控制”技术,从“人机料法环测”六方面出发对生产过程进行全方位数字驱动,实现对项目计划远程管理,生产物流自动调度,技术工艺数字化控制,质量全过程闭环控制,刀具全生命周期管理、生产绩效透明化自动统计、生产设备高效维护、供应商数字化管理,实现工厂联网和设备数据自动化采集。
3)生产文档无纸化:实现工艺技术数字化控制
MES链接车间全生产流程智能互联,根据工艺需求自主开发控制软件,布置各类质量监控单元进行信息采集和收集,将技术控制调向贯穿到生产全过程,实现全流程工艺技术数字化控制,实现车间无纸化管理。
4)生产过程透明化:实现工厂智能信息化
MES集成制造管理、质量管理、设备管理、文档管理、生产调度、物料批次跟踪使得整个车间生产成为一体化,将质量和效率管控融入制造的全过程,实现车间生产流程全部数字可视化、可控制和可追溯,生产过程数据透明化。
5)生产现场无人化:实现物流自动调度
MES赋能滴滴物流设备,支撑端到端订单执行过程可视化,滴滴抢单模式实现生产任务线上派工、多终端接收抢单,普工抢单后根据加工完成信息装卸料并将物料快速送至指定的检验区,在不同生产负荷下的AGV或叉车使用的规划,AGV与自动化立库和产线的信息交互和及时自动化配送,实现数字化物流追踪与追溯,车间无组织管理人员、不依赖技工调试产品质量、无需检验人员大批量拦截检验和刀具自动调度循环使用,配合独特的加工工艺实现黑灯生产。
3. 效益分析
1)经济效益提升
配天智造智能工厂从零部件到终端产品的自制能力高达95%,荣获2023“中国标杆智能工厂”百强榜,配天智造智能工厂共拥有260台机床,车间运营仅需19人,数控机床OEE(设备综合效率)平均可提高到92%以上,产品制造良品率可达99%,订单准时交付率99%以上,人力成本以及质量控制成本极大降低,共拥有36项专利,技术水平处于国内领先地位。
2)环境与社会效益提升
配天智造智能工厂积极践行“双碳”政策,努力实现“双碳”目标。一是运用数字化手段进行能耗管控,对碳排放进行追踪。环境实时监测系统主要是针对公司内部水、气、电、天然气等能源消耗的管理,经多次迭代后实现预测能源消耗、降低能源消耗、优化能源成本的目标。二是根据能源历史消耗数据和生产计划向客户制定能耗管控方案。制定工厂所需水、电、汽等进行预测辅助水、电、汽的计划,降低客户在生产运行中各种能源的消耗,减少温室气体排放,优化能源配给使用。