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基于物联网与大数据融合应用,联宝科技迈向智造

2022-01-19e-works整理

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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

       联宝(合肥)电子科技有限公司(简称“联宝科技”)是联想在安徽投资的全球最大的PC研发和制造基地、国家级智能制造示范基地、国家级工业设计中心、国家级绿色工厂。联宝科技主要研发和生产Lenovo和ThinkPad系列PC产品、服务器、边缘计算和智能物联等设备,所服务的客户遍及全球126个国家和地区。联宝科技拥有全球PC制造业最大的单体厂房及业界领先的主板、整机生产线,智能主板生产线自动化水平最高已达到90%,处于行业领先水平。2021年,联宝科技年生产笔记本电脑超 4000万台, 累计出货超2亿台, 累计进出口额超3000亿元人民币, 累计营收突破 5000亿元人民币。

       联宝科技在合肥、台北、昆山的研发中心,拥有41间业界领先的实验室,汇聚了2000多位国际化高科技人才,协同母公司联想与全球一流科研机构及世界500强企业建立战略合作伙伴关系,并建设省博士后科研工作站、省市级工业设计中心、企业技术中心等创新研发平台,打造“企业、社会、合作伙伴”互动的立体研发体系。短短几年,已拥有专利近千件,连续四年斩获iF、红点等国际设计大奖。
 
联宝(合肥)电子科技有限公司
图1 联宝(合肥)电子科技有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

       联宝科技是联想在安徽投资的全球最大PC研发和制造基地,国家级智能制造示范基地。企业自2019年开始规划推进基于物联网融合的工业大数据项目。该项目以融合物联网技术的数据全面采集为基础,以数据仓库、数据建模、数据可视化技术为方法,实现了生产全要素全流程的实时可视、动态调度、异常闭环管理,达成提质降本增效。通过对产品价值链的数据集成,实现了研发制造的在线、敏捷、并行开发,加快了新产品上市速度。通过打通供应链与制造之间的数据与流程,实现了计划、采购、供应、生产、交付的高效协同,在疫情和贸易战等“黑天鹅”事件的影响下,有力保障了供应链和产业链的双链韧性,在实现千亿联宝的过程中发挥了重要作用。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

       1. 项目背景介绍

       联宝科技从两年前开始规划实施基于物联网融合的工业大数据项目,通过实现“OT与IT”、“研发与制造”、“供应链与制造”三个打通,完成三大模式优化(生产制造协同实现车间生产要素人/机/料/法/环全要素透明化与生产全流程柔性化;研发制造协同实现在线化/敏捷化;供应制造协同实现端到端优化)。

       2. 项目实施与应用情况详细介绍

       在此次项目解决方案的架构上,通过基于物联网与大数据等新一代ICT技术,建设了四层架构,即现场设备层、数据采集层、数据平台层、应用层。
 
基于物联网融合的工业大数据项目框架图
图2 基于物联网融合的工业大数据项目框架图

       在数据采集层,联宝科技通过自建的物联网平台项目,实现了各类设备的接入、协议解析、设备建模以及设备的实时可视化监控。通过设备数字化与物联网平台,联宝科技实现了OT与IT的打通,即将车间现场的信息(设备、传感器、线体)的信息与工厂管理运营(产能、交付、品质、能耗)进行了打通。

       在数据平台层,将来自现场的各种数据,来自各个IT系统的数据,通过数据抽取技术汇集到数据湖,并建立了对应各个业务领域的数据主题集市。对多种应用场景开发了基于大数据的应用,包括设备预测性保养、设备实施监控报警、质量预警、质量根因分析、能耗监控与优化等。通过将行业knowhow沉淀与软件化,已形成工业机理模型30多个。

       在应用层,通过工业大数据在生产中的广泛应用,我们实现了全要素(人、机、料、法、环、测)、全流程(生产的运、仓、配、组、测、包)的数字化智能化,已经基本实现了从经验驱动到数据驱动的管理模式变革。
 
联宝科技基于物联网融合的工业大数据项目路线图
图3 联宝科技基于物联网融合的工业大数据项目路线图

       这是一个综合的大型集群项目,其中流程、平台、数据之间存在着相互依赖与约束关系, 为了更好的实施推进此项目,联宝科技制定了项目推行的roadmap (如上图-project roadmap),大概从4个维度实施:

       第一,数据是一切之基础,从全要素连接开始,实施IOT平台的构建,具备实时数据采集和时序数据的处理能力,同时结合大数据的分布式存储以及运算能力,进行数据的一系列处理。

       第二,实施内部/外部的系统打通,使得数据要素更丰富且能够聚合, 主要实施步骤为, 首先实现联宝科技内循环打通: 联宝科技内部的IT+OT打通;产品研发与制造打通,水平订单维度打通,然后实现上下游供应商及客户的生态系统整合,从而实现外循环打通。同时我们也启动微服务的架构对业务的流程进行解耦、原子化,便于重组,为满足未来新常态业务发展提供更好的弹性以及为行业赋能打基础。

       第三,基于数据的沉淀和流程的分析,通过实施一些列数字化项目实现企业的提质增效,同时践行社会责任,追求绿色制造。

       第四,随着数据的积累,透过大数据挖掘及AI技术,构建预测性模式、动态适配模型,为业务赋能,加速推进业务的转型和制造能力新台阶。

       为了更好的进行项目集的管理和有效的落实,在遵循整体方向的一致性前提下,联宝科技将整个项目分解为9个具体的应用项目,成立专门的项目团队实施管理和推进。
 
表1 项目子模块列
项目子模块列

       1)D-1: 数字化设备管理平台(简称S-TPM)

       S-TPM实现数据管理、设备保养管理、设备维修管理、治具生命周期管理等功能,并建立设备/治具管理体系、质量防呆/追溯体系和现场执行响应体系,通过对数据的统一处理,形成可视化的管理报表,实现了前置有效的预防管理,解决了管理痛点。

       S-TPM沉淀设备工程师维修经验,转化为系统内结构化数据(设备故障维修知识库: 设备状态数据/关键工艺数据/设备维修数据/故障根因分析数据/设备保养标准数据等),同时利用知识库分析,可以实现:

       (1)缩短新进维修工程师培训周期,利用知识库快速检索及推荐功能,加速简单故障维修时间;

       (2)利用维修与保养关键模型,分析保养效果,指导评价工程师水平以及保养策论的有效性;

       (3)通过备件历史故障分析,指导设备备品备件采购策略,包括现有资源分配和采购费用分配,以及供应商择优政策;

       (4)通过设备历史故障记录分析,有针对性指导设备薄弱环节的性能优化和工程改造。
 
数字化设备管理平台架构
图4 数字化设备管理平台架构

       2)D-3: 大数据平台

       联宝科技大数据中心以实现各系统数据的全面汇聚整合,打造业务数据化,数据资产化,资产服务化,服务业务化的持续赋能数据应用闭环:利用数字化手段识别并解决5大问题(准确性/及时性/一致性/去人工统计/多维分析<失效因子、历史对比>),多维度原因分析,辅助业务决策;满足TB,PB级数据量存储,建立统一的联宝大数据中心,打通运营场景数据,让供应链上下游数据、物联网数据等各系统的数据全面汇聚整合,消灭各系统数据孤岛,保持数据一致性;通过分布式计算实现数据高速处理,实时数据采集,并通过实时计算实现监控预警,以辅助业务及时决策干预。
 
大数据平台架构
图5 大数据平台架构
 
数据应用框架
图6 数据应用框架
 
数据集成
图7 数据集成

       3)D-4: 数字化人员管理赋能系统(Digital DL简称DEEM)

       人员管理方面,拟通过两期项目建设实现对产线员工的管理。通过DEEM平台,实现岗勤管理、绩效考核、SSOP管理以及内部调度管理并实现技能库管理;人力供给管理和招聘正在开发中。通过项目建设实现对生产工人的全面管理,除考勤和绩效管理外,通过对员工技能进行跟踪,并制定培训计划提高员工技能,同时结合技能情况以及产线的人员需求,进行匹配,调配合适的产线工人。根据历史用工数据,提前计算出离职率和用工需求,做好招聘计划。

       4)D-5: 质量关键岗位管理(Digital CTQ)

       依据关键质量的理念建立管理系统,CTQ围绕“人机料法环”五个维度展开,通过识别特定流程、特定时期等因素建立数字化系统进行质量管控,项目整体分为两个阶段:

       第一阶段,通过在组装线架设硬件和IT系统相结合,实现组装过程的关键质量要素(人机环)的可视化与可追溯,主要包含:对上岗人员进行岗位匹配识别,并增加作业质量监控追溯;增加超线速预警和停线预警功能;增加静电不良实时监控功能。

       第二阶段,集中在“机料法”要素的管理,主要从三个方面结合IOT和大数据技术进行数据整合与分析,建立数字化系统加强质量管理:对工装治具的正确使用防错和追溯;对key parts LRR实时监控和预警;对特殊流程(Repair/Offline/OBE)控制和防错。
 
质量关键岗位管理
图8 质量关键岗位管理

       3. 效益分析

       目前,联宝科技在物联网平台项目已完成了开发部署,具有了1500台设备接入能力,60+类协议解析能力,建立了设备模型12个。大数据平台也已上线运行,具备完整的数据抽取、清晰、数据建模、数据安全管理等功能。

       在平台基础之上,联宝科技已经开发部署了应用达10多个。这些应用帮助生产各项关键指标实现了明显提升,产能提高了6%,单件成本实现了9%的优化,首次良率实现了约2%的提高,交付及时率实现了3%的提升,设备效率OEE提高了7%。

       几个典型项目的具体成效如下:

       1)D-1: 数字化设备管理平台(简称S-TPM)

       近三月稳定月登录1500次,共43类19992台设备,涵盖95%设备,43类18850套在用治具,涵盖Type1/2/3类100%治具,SMT共累积908条,连续5月新增小于10笔,逐渐趋于稳定,BOX累积1081条,正处于快速爬坡阶段,SMT维修数据已经可以产生价值,BOX处于起步阶段。
 
工治具在线化出入管理
图9 工治具在线化出入管理
 
维修故障库
图10 维修故障库

       2)D-3: 大数据平台
 
大数据平台数据集成现状
图11 大数据平台数据集成现状
 
ICC(Information Control Center)应用
图12 ICC(Information Control Center)应用

       3)D-4: 数字化人员管理赋能系统(Digital DL简称DEEM)

       DEEM岗勤模块各厂区(PU)已全部导入,其中PU5、PU4、PU3、PU2这4个厂区使用均在95%以上,电子出勤公告已导入使用,可以准确的帮助助理处理出勤事务,PU1和PU6还在使用爬坡阶段,电子上岗证已导入各PU,PU4、PU3已取代纸质电子上岗证,PU3/PU4使用率100%。

       4)D-5: 质量关键岗位管理(Digital CTQ)

       CTQ目前已实现第一阶段的系统功能上线,在FY2019完成PU1及PU2 20条组装线的导入,并在两个工厂正式运行。

       系统依据Andon理念,运用Sensor + IOT技术, 结合NFC读卡、线速速度感应器以及ESD控制装置等设备,实现组合作业现场质量可视、预警及追溯;利用系统预警管理等功能,可加强生产组合作业管理,降低作业不良流向后续环节和市场,提升产品质量,为品牌质量与口碑进一步提供保障。
责任编辑:梁曦
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