本文为“2021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2021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
联合利华是全球最大的快速消费品公司之一,是世界领先的美妆及个人护理、家庭护理、食品、饮料和冰淇淋的提供商,是世界500强企业之一。公司旗下400多个品牌在全球190多个国家和地区销售。每天世界各地有25亿消费者使用我们的产品。公司2020年的销售额超520亿欧元,其中超过一半的业绩来自于快速增长的发展中和新兴市场。
联合利华的使命是让可持续生活成为常态。自2010年来,“联合利华可持续行动计划”致力于在增长业务的同时,减少对环境的不利影响。2019年,在知名民意调查公司GlobeScan进行的年度“全球可持续发展领袖”调查中,联合利华连续第九年名列前茅。
中国一直是联合利华发展的重要市场之一。自1986年起,发展至今,联合利华在中国的累计投资已达30亿美元。并先后在上海设立了中国地区总部和全球研发中心,该研发中心是联合利华在全球设立的六大研发中心之一。2011年,上海的管理中心升级为联合利华北亚区总部,管理联合利华在中国(包括香港和台湾地区)、日本和韩国市场的业务。为了使我们的中国业务契合未来,我们在中国做决策,为中国设计,以中国的速度前进,并按中国的方式去做事。真正做到立足中国,服务中国。
2002年起,联合利华在安徽合肥经济技术开发区投资兴建联合利华合肥工业园,生产牙膏、洗发水、洗衣粉、护肤品等产品,包括力土、旁氏、清扬、夏士莲、多芬、凡士林、舒耐、奥妙、中华、金纺、卫宝、花木星球、花样星球等品牌。
经过近二十年在合肥经济技术开发区不断投资,目前,合肥工业园已成为联合利华全球260个工厂中最大的生产中心。
作为最早将生产基地入驻合肥的跨国公司,联合利华还带来30余家配套厂商,并率先带动安徽从零散的劳动密集型生产发展模式,转型为覆盖和整合整条产业链、共享资源的现代化发展模式,进一步助推安徽加快融入世界经济大循环。现在,合肥工业园已成为联合利华全球工业自动化典范和人才培训基地。联合利华合肥的主要管理人员不仅实现了安徽本地化,而且向合肥以外乃至全球不断输出供应链管理人才。
2020年9月14日,世界经济论坛(WEF)发布了新一轮全球制造业领域“灯塔工厂”名单,联合利华合肥工业园光荣登榜!这是联合利华在全球的第2家,也是在中国的第1家“灯塔工厂”,更是安徽省内第一家企业荣获此殊荣。这标志着我们在第四次工业革命中拔得头筹,率先实现了从“制造”到“可持续智造”的突破性跨越。
在可持续发展方面,联合利华投入巨大资金、技术和人力资源在合肥工业园开展的可持续发展项目,都产生了巨大的商业意义和环保效益。生物质(秸秆)燃炉项目每年减少1.5万吨温室气体排放,实现了生产线的零固体废弃物填埋及零污水排放;中水处理及回用项目采用国际先进的超滤膜技术,使处理后的中水达到城市生活杂用水标准,每年为公司节约自来水近23万吨。联合利华合肥工业园的单位亩产在合肥企业中位居首位,也以万元产值能耗远低于全市平均水平荣获合肥市人民政府颁发的“节约集约用地先进单位” 等称号。
图1 联合利华(中国)有限公司 合肥制造生产基地
二、企业在智能制造方面的现状
联合利华非常重视精益化与信息化在业务发展中的促进作用,重视两化融合和信息化建设。多年来通过不断的引入新的信息管理技术,工业技术的应用,提升公司信息平台的管理能力,打造公司内部的协同业务环境,为公司提升核心竞争力提供源源不断的创新力。截至目前,联合利华合肥工业园现有的5个工厂均实现了匹配业务的智能化改造升级。实现了从原料到成品加工的全部过程追踪与控制,生产线设备均为国内外高精度的全自动数智化设备、生产控制中心及在线称重、包装、堆垛、AGV搬运等设备,具备自动化生产、智能化检测功能,实现单人多工位操作。
通过各个环节数据的整合、数据分析并实现数据的综合应用,利用工业物联网技术和监控技术加强信息管理服务,提高生产过程可控性、减少生产线人工干预,以及合理计划排程。同时,集初步智能手段和智能系统等新兴技术于一体,构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。
通过智能化产线的投入使用、智能化生产执行系统、智能化生产控制系统及智能化物流中心的搭建,SAP系统、MES系统、WMS系统、APS排程系统、CAM计算机系统等信息化软件与数控化设备融合实现智能工厂的建设。
联合利华自研的U+智创MOM监控运作平台由安徽联合利华(中国)有限公司建设运营,是日化快消品领域特色行业型工业互联网平台。主要面向日化快消品行业上下游企业,根据业务运营痛点,结合精益生产价值流程梳理与识别,实施有计划的自动化系统优化与设备迭代。依托流程自动化、工业物联网(IIoT)、数字化、大数据分析、第五代移动通信技术(5G),3D打印技术,Digital Twin数字孪生,云计算,AI人工智能等技术,建成底层数据采集与数据聚合标准化、结构化、信息化整理的IaaS基础;并且在结合与引用了行业先进的工业物联与人工智能技术后,通过数据资产化与平台化构建出可持续架构的PaaS平台,并自主研发了适用于流程型企业业务的高效SaaS应用。
在系统应用层面联合利华利用多系统多应用微服务架构的互通与应用模型进行深度建模与深化自学习,运用工业仿真与人工智能机器学习技术,反哺到生产现场解决业务痛点,实现了规范化的生产场景管理优化与生态迭代。
以结合了自身精益生产的MOM平台为基础,联合利华合肥工业园建成了全球行业内第一家拉动式自动补料系统,第一家灌装包装车间“黑灯工厂”,第一家智能优化AI安全观察系统以及中国行业内第一家全自动柔性生产线。
图2 联合利华U+智创MOM监控运作平台架构
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1. 项目背景介绍
随着新兴商业模式的快速发展,中国用户的个性化需求与日俱增、品牌竞争日趋激烈、电商业务与新零售的蓬勃发展等,倒逼着中国企业开展端到端的数字化转型。特别快消行业产品迭代速度很快,一直以来联合利华超过一半的业绩来自于快速增长的发展中及新兴市场,不断的在适应变化,联合利华的使命是让可持续生活成为常态,承诺到2025年,确保使用的所有塑料包装均是可重复使用的、可回收的或可降解的。唯一不变的就是改变,企业需要:一要洞悉消费趋势,消费多元化,消费者主权的崛起是企业面临的重大挑战;二是要了解大众对新品的热情,三是线上化趋势提速明显。
适应市场需求的数字化工厂园区建设是我国制造强国战略的重要组成部分,联合利华合肥工业园为进一步提升数字化生产水平,打通车间内所有生产环节,解决实际业务痛点,增强企业及市场竞争力,工业园建成基于底层数据采集与数据聚合标准化、结构化、信息化整理的IaaS基础加上结合自身精益生产需求的MOM平台,实现在生产效率、生产成本以及质量控制三大核心领域的突破。
2. 项目实施与应用情况详细介绍
合肥工业园日化品智能工厂由自主开发的灌装线拉动式自动补料系统、智能生产排程服务系统、SAP企业资源管理系统、MES生产制造执行系统、AGV控制系统(含AGV导引车)、实施监控系统、环保、能源在线监测系统、预配扫码聚合系统、条码检测系统、考勤系统、人脸识别系统、 餐厅门禁、工业物联网(IIOT)、智能优化AI安全系统、5G等一系列高科技、快响应的智能平台和系统于一体等系统构成,它可基于不同设备间的数据采集,实现实时信息交换,并通过“生产控制中枢”将补货指令实时给到AGV进行精准、及时地取货送货,从而代替传统人工物料搬运工作从硬件设备运行状态实时监测、生产数据采集分析、现场过程运输、物流配送、产品信息追溯等应用等部分构成,已投入的信息化部分达亿元以上,自工厂各种信息化系统的采用,工厂智能化建设一直走在前列,不曾止步。通过建设,工厂已实现的功能如下:
1)生产排程柔性化
通过智能排程系统和MES生产制造执行系统对各个车间生产能力及负载情况进行预测,确立各个车间能力计划、完成任务排程;根据生产任务和工艺需求等,对 MES系统采集到的信息进行反馈与分析,对整个生产过程进行监测、控制及调度,实时把握生产状态,通过集中排程、可视化调度、工业大数据等及时准确掌握生产、设备、人员等生产信息,应用多种算法提高生产排程效率,实现柔性生产,全面适应多品种、小批量的订单需求,再通过MES生产制造执行系统与SAP企业资源管理系统进行深度集成,实现企业供应链管理、物流管控、成本管控等流程的技术优化。利用采集的数据资源,建立企业智能决策支持系统,辅助企业生产经营决策。
2)生产作业数字化
生产制造执行系统(MES系统)和各车间工业控制系统全面集成,自动生成企业所需要的日报表、盘点表、月质量报表等相关报表。生产流水线上重要工艺参数、设备状态、料位、喂料量等实行实时监控;图形站上的生产流程图所有显示值均为动态数据,可定时刷新。
3)质量控制可追溯
生产车间安装大量传感器探测温度、压力、热能、振动和噪声等,用大数据(工业控制系统和质量追溯系统形成整个集成,对整改生产过程的质量进行自动判断和生产)分析整个生产流程SPC系统,一旦某个流程偏离标准工艺,及时报警预判。质量管理系统和化验设备无缝集成,实现在线检测CVS系统。企业基于同一个平台系统进行操作,与检测设备集成,自动形成使用数据,系统自动汇总质量数据信息。统计过程控制自动生产,实现质量全程追溯。
4)生产设备自管理
设备台账、点检、保养、维修等管理实现数字化;通过传感器采集设备的相关工艺参数和MES生产制造执行系统相互集成,MES系统后端自动在线监测设备工作状态,实现在线数据处理和分析判断,及时进行设备故障自动报警和预诊断PdM预防性系统,部分设备可自动调试修复;设备综合效率(OEE)自动生成。
5)生产管理透明化
车间可视化系统实时呈现包含生产状况(生产数、生产效率、订单总数、完成率)、品质状况(生产数中的不良数、不良率)、设备状况等生产数据;生产加工进度通过各种报表、图表形式展示,直观有效地反映生产状况及品质状况。
6)能源系统和环保无缝整合
公司建立了能源与环保在线监测系统,准确掌握各类能源介质分系统运行状况;完善能源计量体系,统一数据来源,提供数据支撑与节能降耗机会分析与挖掘。
7)物流配送智能化(AGV自动导引技术)
利用AGV自动导引技术和车辆,基于条形码、二维码、无线射频识别(RFID)等识别技术实现物料、半成品、成品等自动出入库管理;实现仓储配送与生产计划、制造执行以及企业资源管理等业务的集成。能够基于生产线实际生产情况拉动物料配送,基于客户和产品需求调整目标库存水平。
8)生产过程安全AI智能化
合肥工业园现场利用图像识别智能AI算法技术,实时监管不安全行为和不安全状态,从而大大提升了工厂的安全生产系数。在人脸识别系统、云计算、5G等综合技术的“保驾护航”,可以实时发现不安全行为和不安全状态,并实时发出提醒、记录及推送,大大地提高了问题整改速度。
在园区现有5个工厂进行智能化建设,可实现从原料到成品的加工、物流运输、发货全部过程,生产线设备均为国内外高精度全自动的数智设备、智能工控设备及在线称重、包装、堆垛、AGV自动导引车、PDA自动扫描等数字化设备,具备数字化生产、智能化检测功能,智能化AI安全、实现单人多工位操作。工厂内部实现互联网互通,利用智能化的技术手段实现各个软硬件深度集成,使得各个车间内数据的无缝、快速地集成与互联互通,对生产过程中的制造计划、生产进度、质量、物耗、成本、物流等采集的信息流实施有效管理和快速响应决策能力。
图3 联合利华合肥工业园区智慧大脑中控平台
3. 效益分析
通过对智能工厂的实施,合肥工业园的设备综合效率提升了30%;得益于柔性化生产技术,现场反应速度得到了很大提升,原来紧急订单需要耗费2到3天才能安排生产,现在仅需2小时就能完成转产,交货期缩短了50%,电子商务消费者投诉减少了85%,同时降低了34%的成本,AI观察在合肥工业园已实现高风险区域100%覆盖、安全数据收集和分析时间减少了92%。
联合利华合肥工业园区在2018和2019年先后获得安徽省合肥市智能工厂和安徽省省智能工厂后,又于2020年9月15日,获得世界经济论坛(WEF)发布的新一轮全球制造业领域“灯塔工厂”称号!这是我们在全球的第2家,也是在中国的第1家“灯塔工厂”。这标志着U家在第四次工业革命中拔得头筹,率先实现了从“制造”到“可持续智造”的突破性跨越。
荣获“灯塔工厂”称号,是世界经济论坛和麦肯锡咨询公司,以及社会各界,对U家数字化、智能化、柔性供应链的充分认可与肯定。伴随着近年来数字经济的蓬勃发展,U家也不断加码数字化供应链、持续用先进的4.0技术为供应链赋能。目前,合肥工业园已通过数字化技术,在生产、仓储、交付等整个E2E环节实现了智能的供应链管理。更厉害的是,我们还实现了四个“第一”。
全球行业内第一家,拉动式自动补料系统
U家合肥工业园自主开发的灌装线拉动式自动补料系统,集自主导航叉车(AGV)、卓越制造管理系统(MES)、自动叫料系统(Call-off System)、条形码系统(Barcode System)、工业物联网(IIOT)、5G等一系列高科技、快响应的智能平台和系统于一体。它可基于不同设备间的数据采集,实现实时信息交换,并通过“生产控制中枢”将补货指令实时给到AGV进行精准、及时地取货送货,从而代替传统人工物料搬运工作。通过此项创新,实现了“供应商运送原料”到“进入生产线开始生产”的全程无缝对接。这就是我们独创的拉动式智能生产模式啦。
更值得一提的是,联合利华还将传统“纸箱”包装改为了可反复使用的“大袋”包装,帮助每年节省60万个包装纸箱,相当于2万棵树哦!
全球行业内第一家,灌装包装车间“黑灯工厂”
“黑灯工厂”,顾名思义,即使关掉灯,工厂亦可正常运行。合肥工业园“黑灯工厂”,依托于预防性维护、过程质量控制(SPC)及3D打印等先进技术,实现生产线的理瓶、灌装、包装和码垛等环节的全自动运行,全程都无需人工干预。想象一下,这些智能“小家伙”在“黑灯工厂”里忙碌、却有序地工作身影,别有一番风情!
通过对“黑灯工厂”的布局,合肥工业园的设备综合效率提升了30%。
全球行业内第一家,智能优化 AI安全观察系统
安全,一直是U家的第一要务。在U家合肥工业园,我们利用智能AI技术,实时监管不安全行为和不安全状态,从而大大提升了工厂的安全生产系数。在人脸识别系统、云计算、5G等综合技术的“保驾护航”,可以实时发现不安全行为和不安全状态,并实时发出提醒、记录及推送,大大地提高了问题整改速度。
目前,AI观察在合肥工业园已实现高风险区域100%覆盖。安全数据收集和分析时间减少了92%。不仅如此,AI安全观察系统的运行,也加强了员工的安全意识,让U家安全文化深深地烙在了大家的心中。
中国行业内第一家,全自动柔性生产线
在数字化商业时代下,为了及时满足了订单的多品种、多瓶型、小批量的需求特点,U家合肥工业园经过长期实践探索,创新推出了国内日化行业内的第一条“万能”柔性生产线。我们运用一键式视觉识别机器人、零切换的跟随式灌装机和3D“万能”切换件等黑科技,能在最短的时间内实现不同规格、不同品种产线之间的快速切换,为定制化、个性化市场需求提供了生产端的保障。
得益于柔性化生产技术,我们的反应速度得到了很大提升,原来紧急订单需要耗费2到3天才能安排生产,现在仅需2小时就能完成。