本文为“2024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2024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
伊戈尔电气股份有限公司(简称“伊戈尔电气”)是国家首批高新技术企业,是国家十二五规划鼓励发展的节能减碳新能源企业。伊戈尔创建于1999年,经过近20多年的发展,伊戈尔电气已成为是国内规模名列前列的自主研发的电源设计和制造商,拥有“国家知识产权优势企业”、“广东高新技术企业”、“广东省制造业企业500强”、“广东省企业技术中心”、“中国电气工业100强”称号等多项荣誉,并于2017年登陆深交所中小板并成功上市。
伊戈尔公司主要产品:照明电源、工业控制用变压器、新能源用变压器、车载电感、车载电源、储能装置、充电桩等。公司现有标准厂房65万平方米,员工5000多人,汇聚各类专业人员近700名,技术研发人员比例超过15%。目前伊戈尔电气设立有5个研发中心,以及9个生产基地。公司坚持以市场为导向,以客户为中心,为推进全球国际化经营,公司在国内北京、上海、深圳,国外的美国费城、洛杉机、莫瑞典、德国汉堡、日本东京分别设有分支机构,以负责当地市场的开拓和售后服务。公司优秀的人才,先进的技术,科学的管理,以及务实、进取的精神是伊戈尔持续处于行业领先地位真正的核心竞争力。
图1 伊戈尔电气股份有限公司
二、企业在智能制造方面的现状
目前,安徽能启电气科技有限公司应用的信息系统有ERP、APS、WMS、MES以及OA系统,其中OA系统是日常办公管理系统,ERP、APS、WMS、MES是服务与生产运营的智能制造信息系统,集控系统、AGV调度系统。
(1)在销售订单、产品主数据、MRP计划、财务领域,导入新ERP,为ERP“瘦身”、“减负”,全面提升ERP运作效率。
ERP主要功能包括订单到收款管理、采购到付款管理、产品主数据管理、需求到计划管理、财务核算管理等,功能覆盖范围广,应用场景齐全,将企业管理从最前端的销售订单到最末端的财务成本核算实现一体化管理,为工作人员全面“减负”,提升企业运作效率。
(2)在生产计划及资源调配领域,引入APS系统,平衡资源产能和订单要求,合理制定加工顺序,给出精确到每道工序、每个机台和人员的生产和物料计划,确保订单交期。
APS作为支撑计划排程精准化、高效化的全新工具,其主要功能包括订单评审、详细排程计划、物料齐套分析等功能,它通过自动计算产能、自动分析订单分布,结合订单评审给出出工单预计开工日期及物料齐套日期,快速计算出最佳建议开工日期及物料齐套日期,自动排程到对车间、产线,大大提高订单评审、计划排程的效率及精准度,为智能制造的良性发展打下良好的基础。
(3)在仓储物流管理领域,引入专业WMS系统,全面提升仓储物流管理运作水平。
WMS系统是通过条形码管理,对仓储各环节实施全过程控制管理,并可对货物进行货位、批次、保质期、配送等实现条形码标签序列号管理,对整个收货、发货、补货、集货、送货等各个环节的规范化作业的仓储管理系统。WMS系统主要功能有:原材料收退、车间领退料、完工入库与退回、销售出库与退货、杂项出入库管理、库位管理、盘点管理等。
(4)在生产制造领域,引入专业MES系统,全面推进生产制造数字化、精细化、透明化、实时化管理。
MES系统是一款制造业基于生产数据采集、并通过对系统采集的数据进行分析,实时了解当前生产的真实状况,管控生产现场,并及时做出生产调度,满足企业出货需求的管理型系统。其主要功能包括综合生产管理、质量管理、报表及看板管理、工装治具管理、设备连线管理等。
集控系统是负责接收MES下发的任务,将任务下发给到立库堆垛机、产线RGV、AGV等设备执行物料转运,满足生产过程中的物料出入库,半成品流转;集控系统分为3大模块(WCS、DCS、SCADA)。仓库控制系统(WCS)是用于管理仓库内部各项活动和流程的系统,通过与自动化硬件(如输送机、拣选系统等)集成,执行仓库管理系统(WMS)创建的计划。WCS的功能包括实时监控执行流程,以提高仓库的运营效率。DCS(分布式控制系统)是一种通过与自动化硬件(如RGV、动力滚筒线、叠盘机、旋转台)集成,执行产线任务计划创建,任务计划执行等。SCADA系统(监控与数据采集系统)是用于针对车间的绕线机、干燥罐、注油罐、行车的数据采集。
AGV调度系统,简称RCS系统,是一种专门用于进行自动导引车(AGV)车辆调度的系统。该系统负责接收上层系统(如MES、WMS)发出的AGV任务指令,对任务进行拆分和规划,并将车辆配对分配任务。在任务执行过程中,RCS还需要处理各种场景交互和交通管理,并实时监测AGV的状态。
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1.项目背景介绍
1)数字化工厂的痛点:数字化工厂实施前,公司从未自主设计并实施过数字化工厂。
车间布局规划:根据吉安数字化工厂的规划,重新优化车间布局痛点,重新优化设计,采用工艺物流一条流设计。
项目自主实施:从公司内部抽调参与项目实施经验员工,克服困难,使得项目保质保量的完成。
2)项目目标:
通过自主设计数字化工厂物流系统,出具整体设计方案和详细实施方案并主导落地。
优化工艺及物流布局,采用一个“流”消除瓶颈。如铁芯上料慢、插铁器身装配交接点多、注油-静放-试验区物流冲突、后装移栽运送缓慢、绕线区域位置不合理等。
平衡工序产能、调整工位配置。减少关键设备绕线设备16台,调整插铁套包、器身装配、紧固调整、静放等工位。
导入干燥系统新技术、新工艺,提升设备产能、降低能耗、最优最短布局油处理系统以及测试系统,投入和用地集约高效。
以版本化、标准化方式快速部署数字化工厂软件系统,形成可移植的数字化工厂建设能力。
2.项目实施与应用情况详细介绍
1)项目组织及管理:
架构科学合理,各小组职责、分工明确;公司高层及相关业务单位对项目高度重视,资源保障充足。
项目实行“主计划-分项计划-周计划”的三级计划管控模式;项目全过程严格执行周例会制度,从设备进场开始项目周例会全部在现场召开,确保问题及时解决。
公司在项目建设初期就明确了行政、人事、财务等职能部门负责人,在后勤保障、人员招聘及项目资金等方面对项目进度和项目顺利投产起到较大的支持作用。
深度参与专机设备、物流设备、辅助设施等供方全过程管理;建立“供方-甲方对接人-项目各小组负责人”的问题统筹协调机制,高效解决设备安装调试过程中遇到的各种问题。
2)项目实施方法及步骤
针对前期业务调研及业务痛点分析,结合精益、高效、透明、实时、一体化协同等理念,设计详细业务解决方案、业务蓝图方案、MES采集点方案等。
1、构建详细业务解决方案:概述详细业务解决方案,梳理业务范围内所有详细业务流程,包括销售预测、订单下达、产品创建、产品变更、工单评审、计划下发、原材料收退、物料领退料、成品出货与退回、作业管理、品质管理、工单管理、工装夹具管理、异常问题管理等业务流程,编制详细业务流程图,明确各流程节点处理方式、输入与输出、流程责任人等。
2、构建业务蓝图方案:项目组以流程为抓手,以业务需求为基础,针对现状不透明、不实时、不精益、不可控的主线问题点,规划制定以条码为载体的精细化管理体系、协同顺畅的物流体系、贯通计划与执行的生产管理体系、透明化实时化的质量管理体系、系统与业务深度融合的管理体系、业务财务实物一体化管理体系以及全流程追踪追溯管理体系。通过这些管理手段将业务从原材料管理、生产执行管理、过程品质管理、成品管理进行全流程管控,打造横向集成到边、纵向管控到底的数字化管理体系。
3、构建MES采集点方案:聚焦MES详细业务需求,结合系统逻辑,规划MES系统详细数据采集点方案,包括绕线机、干燥罐、注油罐、检验设备、RGV、立库移栽车、立库堆垛机、成品检验、异常管理等,建立全流程关键节点数据采集与管控,实现生产过程实时化,透明化。
4、系统实施:
第一阶段(4周):分析阶段
T01. 理解业务战略与管控模式;
T02. 理解核心业务和分析系统需求;
T03. 端对端业务流程梳理和讨论;
T04. 业务先行专题识别与沟通。
第二阶段(2周):设计阶段
T05. 业务蓝图设计;
T06. 系统架构设计;
T07. 未来流程设计;
T08. 详细解决方案设计。
第三阶段(12周):集成阶段
T09. 业务先行事项准备;
T10. 功能设计;
T11. 功能开发;
T12. 单元测试;
T13. 系统集成测试;
T14. 用户培训。
第四阶段(12周):上线阶段
T15. 用户接受测试;
T16. 上线切换。
第五阶段(4周):上线后支持阶段
T17. 运维支持。
2)项目应用情况
1、物流自动化
安徽能启数字化工厂规划设计过程初步引入2D仿真验证方案可行性,对设备需求数量、工艺瓶颈点进行模拟仿真试运行,提前发现不合理点并在设计方案中进行优化消除,从而得出更合理的物流规划方案。
◇产线布局:采用双U型设计,物流流向更清晰、合理,整体运作效率更高效。
◇立库设计:布置方案进出分离、互不干扰,设备运作更均衡高效,人的运作效率更高。
◇整体布局:更为紧凑集约,相同的产能情况下实增加利用率面积约1000平方。
图2 数字化工厂产线布局
2、制造自动化
◇撑条帘加工自动化。通过引入自动撑条帘加工设备,通过自动加工生产,减少生产人员,提供效益。
◇自动干燥设备。采用全自动真空干燥设备,并通过系统控制实现自动入罐、自动干燥、自动出罐。
◇自动注油。采用全自动真空注油设备,实现自动流量监控、自动注油。
◇自动实验。全自动实验站实现自动测试、自动上传测试数据、自动判定结果。
3、信息流自动化
◇产研一体。基于PLM系统的研发标准化、模块化设计;基于仿真系统的产品损耗模拟分析;制造参数、产品图纸自动分发到设备和工位。
图3 产品研发设计过程示意图
◇订单计划数据流全程可视。打通订单、计划、采购、制造、库存管理,实现订单可视全程。APS自动排产、MES微调、自动报工集成,实现计划到生产执行的闭环管理。
◇智造数据流。基于MES、WMS、集控系统的物料自动配送、产线自动报工、工位自动转运等支持生产效率提升。
◇设备/能耗管理。基于SCADA系统与智能设备的集成进行数据采集,推进设备、能耗精细化管理与监控。
◇数据分析。基于BI系统的大数据汇总、统计、展示,支持生产管理的快速决策。
3.效益分析
物流自动化
◇总装线设计支持转运双托盘RGV,节约一台RGV成本。
◇采用AGV叉车上料,物料上料效率提升10%,工位等待时长减少6min/台。
◇安徽能启自动干燥罐可节约0.2小时用于干燥。
◇器身整理后转运实现AGV一键自动转运,更安全、无需人工,节省人力成本。
◇通过4RGV双循环出入库模式,解决立库需跨巷道出入库的问题,堆垛机负荷更均衡,效率更高。
◇两台堆垛机相互独立运作,分拣双循环出入库,互不干扰,设备均衡度比原来的运作方式提升了16%,有效消除堆垛机瓶颈,释放设备能力。
◇立库出入库任务执行提升77%,设备事务处理效率更高。
制造自动化
◇低压绕线设备设计双伺服自动纠偏减少人工调整;端绝缘支架实现自动翻转后安装,操作方便。高压绕线最大转速90转/分钟,排线架可自动升降,方便操作提高效率。
◇自动干燥设备。一罐6产品,4个罐;增加三路独立保护机构,更安全高效,场地更节约,投资更省。干燥罐前设计一条流缓存轨道,每组入罐效率提升31%。
◇自动注油设备。辊式传动,更稳定;采用变频泵,提交效率降低能耗;增加泡沫传感器避免泡沫影响。
◇自动试验设备。直线布局,进出互不干扰,提升效率;设备容量可兼容10-20Kva大容量产品。
信息自动化
◇产研一体。融合结构、电场、磁场的产品有限元ANSYS仿真分析。基于ETO模式RuleStream设计过程自动化。Creo集成,搭建平台模型自动生成图纸,快速衍生新品。BOM自动产生,自动分级分层。快速调用分类,实现双向交付。实现企业级IT系统(CRM、ERP、MES、SRM、OA)数据共享,互联互通。数据交互全自动,保障交互质量。
◇数据采集与可视化。
图4 数据采集与可视化
◇核心软件能力。伊戈尔自主开发了集控系统(DCS、WCS)、AGV调度系统,完全掌握全套智造数字化系统核心代码,已实现完全自主实施与维护,大大减少依托外部软件供应商所产生的服务和效率问题。