文章

南瑞继保:建设智能车间,打造高效柔性智能绿色制造体系

2020-01-06e-works整理

590阅
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

    南京南瑞继保电气有限公司(简称“南瑞继保”)成立于1995年,注册资本8亿元,国有控股,是国家重点高新技术企业,国家规划布局内的重点软件企业,中宣部确定的全国自主创新重大典型宣传企业,是国家能源局“国家能源电力控制保护技术研发(实验)中心”依托单位。主要从事电网、电厂和各类工矿企业的电力控制保护技术的研发和产业化,是国内该领域最大的科研和产业化基地,是全球五大电力系统继电保护设备供应企业之一。

    南瑞继保现有聘用员工2500余人,均具有大学学历,其中博士、硕士学历800余人,约占员工总数的三分之一,中国工程院院士沈国荣担任公司董事长。

    南瑞继保始终保持科学稳健发展,劳动生产率在同行业中处于国际领先,2019年合同额116亿元,近三年平均每年上缴税收9亿元。南瑞继保的发展目标是:全面提升公司的核心竞争力,力争成为全球电气控制领域竞争力前三甲。

南瑞继保智能化产业园全景

图1 南瑞继保智能化产业园全景

二、企业在智能制造方面的现状

    在国内电气行业,南瑞继保率先进行了产业化升级改造,结合SAP、MES、WMS、MIS、SRM等系统功能,广泛应用自动化生产、测试、物流设备,供应链打印标签、向数字化、智能化、网络化、一体化制造模式探索;侧重于人机互动、智能生产物流、智能服务,对从产品设计、生产规划、生产工程、生产实施直至服务的产品全生命周期进行管理。

    同时南瑞继保在已有的智能制造设施和行业技术积累的基础之上,结合现有情况和未来发展规划,通过ERP、MES和PLM等系统的建设,力争建成全厂级互联互通的通信网络,实现生产过程的自动化、信息化、标准化和数据化,进一步推进产品的精益生产和智能化提升;通过优化产品个性化定制方案和在线服务方案,提升整体解决方案的提供能力。从而实现企业的绿色、智能制造并达到降本增效、整体提升的目的。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    1.项目背景介绍

    南瑞继保是国内电力保护控制及智能电力装备的重要科研和产业化基地,具有年均20万套自动化设备的生产能力,产品广泛应用于国内各电压等级电网及重大工程,因此对产品的生产质量及生产效率有更严苛的要求,要求产品质量更进一步,生产周期进一步缩短,需要提供实时完善的生产测试数据,便于后续的质量追溯。与此同时,数字化制造技术、智能制造系统等新技术、新概念日益涌现,建立智能车间成为适应公司发展需求的新契机。南瑞继保通过建设智能电网设备智能生产车间,继续深化企业制造核心环节管理的两化融合,充分发挥信息技术、工业技术的优势,使两者相互促进、共同发展。一方面更好的发挥信息化平台优势,发挥信息技术指导及决策的分析作用,整合、串联并优化各项工业技术的应用,改进生产流程,指导并促进生产工艺水平的发展;另一方面充分发挥各种工业技术对信息化的支撑和基础作用,从信息、技术、工艺层面更好的支撑信息化建设,使信息化建设更好的服务于生产制造,提升企业综合竞争力。

    2.项目实施与应用情况详细介绍

    1)智能装备应用情况

    南瑞继保智能电网设备智能生产车间,主要负责智能电网设备各类关键板卡的生产。车间拥有国际先进的自动表面贴装生产线、波峰焊生产线及自主开发的智能测试系统,建设有自动化生产线9条,能够保障支撑年产值110亿的产业规模。

    公司通过对比分析原有SMT生产装备、生产工艺、生产效率等状况,开展系列工艺攻关,打破了原有表贴生产、插装生产和产品测试之间的流通阻隔,在行业内率先建成了上(下)板装置、印刷设备、贴片设备(若干)、回流焊锡炉、AOI测试设备,产品电气性能检测连线的全自动生产线。

生产大厅

图2 生产大厅

    2)车间设备联网情况

    智能车间的生产设备利用设备通讯输出端口、传感器、条码等技术设备通过公司内部局域网组网,完成包括生产设备、人员、物料和成品的高度互联。目前车间设备的联网率达95%,自主开发率达40%均已构建集成网络。

    车间采用局域网络布局将设备端获得的设备状态,生产状态等数据信息通过无线终端传输到网络后,在中心处理平台进行查询、分析后传输到管理者和控制室中,为优化生产提供强有力的数据支撑。

    3)生产过程数据采集分析情况

    A)采用自主开发的高级计划排程APS系统,根据对需求订单的分解预测完成计划生产周期,同时进一步根据合理库存比较,自动形成主生产计划和订单计划;进一步根据生产资源约束条件进行高级化排产。高级排产依据预设因素出勤日历、标准工时、最大负荷、设备开机时长、交货周期进行算法排产精确到小时任务;

    B)采用车间线边库设置科学的安全库存值驱动补货;投料采用JIT配送模式快速投料;产品生产过程中临近断料,工位通过叫料功能,进行补料;MES系统记录生产过程中产品所使用的材料、设备,产品检测的数据和结果以及产品在每个工序上的生产时间、人员、设备、故障等信息。

    C)加工过程生产计划遇到紧急插单、撤单,APS系统对未生产订单根据重新二次计算,如遇加过程中生产任务的BOM版本变更,MES系统可快速通过ECN反馈的生产任务单号快速锁定;

    加工过程中如遇临近断料,现场工位通过叫料功能进行补料;如遇到特殊物料也可以提供替代料来实现物料的调动;

    现场设备通过自主开发的SCADA系统进行实时监控,出现异常快速反馈预警;对设备保养周期通过MES系统,定期提醒,并记录保养状态。

制造执行系统架构图

图3 制造执行系统架构图

生产过程数据采集

图4 生产过程数据采集

    4)物料配送自动化情况

    通过建立标准化条码,建立实物与信息流之间的关联,各环节通过扫描条码,实现库存数据、先进先出、库位管理以及物料使用的准确性,通过对各环节信息流的统计可以实现实时报表管理。条码标准化后,可以通过手持式智能终端PDA进行信息系统的操作,取代了原有纸质和人工录入的传统作业模式。

    车间订单经MES系统确认后可自动匹配产品型号及辅料BOM表,针对产品所需原材料进行确认,并下发仓库领料需求单,提醒仓库备料;二级线边仓通过与贴片机的信息自动交互,提前十五分钟预警缺料信息,二级线边仓自动将相关料盘送出通知线上人员补料。

    通过对订单二维码扫描,对订单进行自动确认,并调阅PLM中工艺文件自动匹配;感应设备及AOI检测可监控生产过程中产品的当前工序及质量管理;检测系统通过对板卡条码的自动扫描,识别相应的型号,自动调用对应的测试文本进行功能检测。通过以上物料系统能够确保物料这一层级领用不出错,使用可追溯。

    5)产品信息可追溯情况

    车间引进了电子生产追溯系统设备,在各工序之间增加感应检测系统,并开放了生产设备的通讯接口。订单下发时,会自动生成该订单信息的二维码;生产时,各工站的传感设备自动收集数据的信息,实现对产品的精准定位。

    通过MES系统,订单会自动链接产品涉及到的辅料用量,插装物料的品种及用量;系统在后台获取当前生产的程序,并对各工序的人员作业/设备执行进行核对;自动获取相关测试数据,为数据分析及数据报表提供原始信息;自动检查上一工序是否完成。

    通过MES系统,各生产订单详细记录产品质量情况,以及各元器件、插件、装置的使用情况。当需要统计信息如使用用途、用处等时,可以通过系统完成追溯,实现精准定位。

    产品出厂后,可通过系统记录的原料厂家、出厂日期、产品型号、物料信息等各种相关信息,实现任意物料、产品的任意信息追溯。如若出现质量问题,即可追溯问题产品的物料信息,有效的实现了产品信息的任意追溯。

物料追溯系统

图5 物料追溯系统

    6)产品质量控制体系

    车间产品涉及到的贴片插件物料多达6000多种。正常生产中极易出现上错物料的现象,且人工核对效率低下,准确度也比较低。针对表贴产品的生产特点,公司自主开发了特有的上料防错系统,将产品物料进行统一贴标管理,订单生产前需对所需物料进行扫码确认,系统确认全部正确后可正常生产。从源头上解决了生产上错料的问题,并大大降低了员工劳动负荷。

上料防错系统

图6 上料防错系统

    车间通过自主开发设计的智能测试系统,在行业内率先引进工业机器人,并通过系统嵌入式设计,将测试系统嵌入生产流水线,使得生产环节和测试环节有机结合,实现单件流,提升生产效率,降低在制品库存。

    测试系统使用了南瑞继保自主开发的SmartTester测试系统以及PCS-9150 PRO控制系统,配合机器人系统,视觉系统,通过各子系统与上位机系统通讯,实现整体系统的顺畅工作。

    通过开发智能测试系统,自动识别产品型号及电压等级,自动调用对应的测试程序,实现自动测试,杜绝了误调试和漏调试的风险,提高了产品的稳定性和产品质量;同时对产品进行逐项功能性检测后,保存测试结果,形成产品的测试报告,通过无线路由器上传至服务器进行储存;测试数据可通过产品型号、条码信息、测试时间、测试工号及测试结果等多维度进行统计和查询,为后续质量的分析和追溯提供了准确的数据基础。

智能测试系统实物图

图7 智能测试系统实物图

    7)车间环境智能监控情况

    SMT车间对车间环境要求非常高,设备和工艺材料对环境的清洁度、湿度、温度都有一定的要求,而且要求符合防静电要求,保证通风排气。

    为了保证员工人身安全,也能为设备运行创造良好的运行环境,使设备工作在一个最佳状态,延长设备使用寿命并提高产品的生产效率。

    智能车间系统内含温度、湿度、烟感、静电等检测,通过网络将数据传输到服务器集中判断处理。如果监测结果超出预定范围,系统将发出报警信息并通知相应的设备做出调整,以保证企业人员安全。

    当车间温湿度超出设定范围时,温湿度传感器将检测到的室内温度传送到服务器上,与相应的设定值进行比较,系统自动调节相应的中央空调。

环境检测系统

图8 环境检测系统

    8)资源能源消耗智能监控情况

    通过自主开发的中央集成管理系统,对公司水、电、汽能源潮流的在线跟踪,可实时、准确、全面、可靠地监测各个设备的能耗、能效数据,为管理者提供各个设备的能耗、能效的实时监测数据,并可按用户设定的能耗、能效水平对能耗过大、能效过低的状况进行通告及告警,提醒用户进行设备维护、保养或更换,还可为各设备的类节能措施、节能设备的节能效果提供第一手的准确评估数据。

中央集成管理系统界面

图9 中央集成管理系统界面

    3.效益分析

    南京南瑞继保智能电网设备生产车间自成功实施智能化改造后,产量提升了34%,生产周期缩短了33%,生产一次通过率高达99.6%,生产及时交付率提高到100%,产品设计周期减少12%,用工减少23%;实现产品全生命周期追溯,全年无安全事故发生,建成适应“多品种、少批量、短交期、多变化”需求的高效柔性智能绿色制造体系。

    2019年,通过江苏省工信厅评审,获得“江苏省智能制造示范车间”。

责任编辑:程玥
本文为e-works原创投稿文章,未经e-works书面许可,任何人不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用。如已是e-works授权合作伙伴,应在授权范围内使用。e-works内容合作伙伴申请热线:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
读者评论 (0)
请您登录/注册后再评论