本文为“2022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2022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
湖北美的电冰箱有限公司(荆州工厂)是冰箱事业部布局华中的生产基地。2008年6月,美的集团对小天鹅(荆州)电器有限公司进行了股权收购,并购之后的美的冰箱荆州公司用三年时间完成了跨越式发展。荆州工厂占地面积1661亩(老园区805亩、新园区856亩),现有职工3700余人。工厂下设8个分厂,拥有6条柔性总装生产线,具备年产1000万台冰箱的生产能力,是国内最大的单体冰箱生产基地,并于2022年3月被世界经济论坛评选为全球智能制造“灯塔工厂”。
园区内各类设施齐全,是集生产,生活一体化的现代智能化工厂,生产区域8大分厂,生活区域宿舍,食堂,娱乐区域一应俱全,致力于创建友爱美的的文化氛围。
图1 湖北美的冰箱工厂
二、企业在智能制造方面的现状
以T+3为牵引,以精益柔性制造为基础,深化应用自动化技术、业务变革推广数字化运营、同时运用先进的智能制造技术做重点突破,通过自动化、数字化两化融合,拉通全价值链转型升级,稳步向智能制造工厂迈进。
标准作业:通过平台优化、SKU精简、部件模块化、零部件通用化、精益设计五大维度实现OCT下降、全能化生产模式、非集约方式混合生产、物料数量减少、差异化工序减少。
智能化:依托人工智能的自动化质量管理实现品质控制从分析、预警、管控、预测和决策全面智能化,持续改进和提升产品质量控制能力。增加64个检测项,对199个质量监控点进行实时质量检测,市场不良降低64%,过程不良率降低53%,提升客户满意度10.8%,美的 “五智”品质控制方法论荣获中国质量奖。
绿色工厂:智能能源为可持续发展添砖加瓦,建设绿色友好的智能工厂,将多系统数据拉通并进行智能化分析,形成能管系统的驾驶舱管理。系统还进一步发掘各环节改善点,并对改善项目效果进行验证,最后通过优先级智能化建议推动全流程改善,公司在水电气等能耗费用上节省1247万元/年,单台能耗费用下降幅度20%,减少碳排放7894吨。
信息化:价值链全流程可视,产品全生命周期透明,生产、物流全流程数字模拟仿真,品质可靠性全流程可控。
1、计划:系统实现需求、交期可视、智能排产:注塑部装自动排产20年上线,总装智能排产21年上线,基础数据自学习,智能采购下单,通过订单交付端到端全流程拉通,以目标引导计划,以智能算法赋能混流排产,提升工厂资源配置能力;大幅缩短计划员排产时间,排产效率提升75%,订单交付周期缩短25%;下线直发率提升20%;前工序库存周期下降55%。
2、数字化工艺:基于冰箱现有混流生产模式,于关键岗位进行E-SOP电子投屏,实现一条线体不同型号切换实时仿真视频提醒,最大化起到指导现场标准作业;工厂T\I\II类新品装配仿真和人机仿真全覆盖,输出改善计划,问题在开模前规避,减少修改模、提升产品品质,缩短产品周期;平均缩短周期5.6天。
3、专业MES:通过mes接口查找对应机台正在生产的工单号、物料编号、已完工数量,通过mls接口查找物料编号对应载具类型及容量,基于专业mes与mls的基础数据,实现自动呼叫空车与自动呼叫满车业务场景,从而实现注塑黑灯车间。
4、工业互联:工厂设备联机,包含所有核心设备,实现互联互通,设备OEE已经实现透明化、可视化,赋能于主机手及时发现OEE;荆州工厂已实现5G网络全覆盖,MEC设备安装调试与美的内网数据互通,14个5G应用场景建设实施;品质异常降低15%;设备异常减少30%;异常处理时长减少35%。
5、数据透视与驱动:形成以工业大数据为核心,计划智能排产,物流MLS,成品下线直发,数字化工艺,DMS,能源FEMS6大业务主体,2个自制件分厂的数字化生态布局,大数据事件告警模块驱动对大数据流程指标事件的告警、跟踪、监督和闭环管理,提高业务运营的效率,效率提升15%,交付周期缩短25%。订单完成率提升10%。
荆州工厂数字化16年从线体生产信息看板萌芽,19年细化至工段停机计时器,同时快速发展品质信息化,20~21年高速发展,延伸至大数据、能源管理、注塑MES、工艺仿真、智能排产、智能物流、5G应用等方面。依托集团灯塔愿景,22年荆州工厂达成全球智能制造“灯塔工厂”。
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1. 项目背景介绍
注塑行业内工艺参数调整高度依赖人工经验,低价值重复性工作费时费力,装车转运依赖人工作业,劳动强度大,效率低;人工统计数据和分析,网络慢,信息化程度低。
2. 项目实施与应用情况详细介绍
工业数据驱动:基于SCADA平台数据的采集,工业互联网平台应用,实现业务透明化的管理,同时仿真系统的上线,实现数字孪生的构建,推进注塑数智化;
智能排产:以系统来实现T+3生产管理运营和推动车间拉动物流管理,保障车间实物流与信息流一致性,优化系统现有功能;
集中供料系统:从排产下达、采购下单、来料扫码入库、MES系统导入、车间采用中央供料系统,原料自动配比监控,管道传输,机台原料自动抽料,生产可视化,总装下线自动完工,使用量可在MES系统一键导出;
快速换型系统:MES系统根据工单生产进度,提前生成换型信息,对生产中的模具异常信息收集,系统自动生成模具维修、保养等流程;
AI云工艺参数自动推优系统:基于注塑机设备122个历史参数以及检验结果,通过随机森林算法进行影响良品率和节拍的关键因素的分析。通过关键因素进行后续仿真推荐的参数变化的限制;通过SCADA获取的设备运参数,建立LSTM深度学习模型,训练出良品率预测模型以及训节拍预测模型;通过仿真推演,寻找良品率/节拍或组合最优的工艺参数,开机时间下降18min;
自动下线+AGV智能仓储配送系统:广泛应用6轴机器人+可移动滑轨式底座,用8台滑轨式7轴机器人实现车间14台注塑机6种不同型号的产品自动取件、自动装车等柔性自动化技术,替代低价值重复性工作;通过MES上下机信息、获取容器标准和需求工单,拉通机器人,实现自动下线、抽屉自动组装、MLS自动完工、水墨屏自动生产、AGV自动配送至总装;
绿色能源系统:通过设备scada联机,整个生产状态集中展示一目了然,设备利用率及机台6大状态目视化,时间记录精确,结合设备TPM流程管理,实现设备透明化管理;再通过采集数据导入能管系统,智能用电分析,制定单耗报警值,实现用能报警,能耗最优。
3. 效益分析
隐形收益:通过该项目,显著提升生产效率,大幅降低对人的需求依赖,系统运行可靠性大幅提升,支撑未来业务数据爆增发展需要,整体上实现了良好的财务收益、业务价值和战略价值。明确打造价值链协同、低成本的注塑智能工厂,并将注塑的无人化建设作为首要牵引目标,实施“350战略”,集团注塑工厂规划全面复制推广。
显性收益:黑灯注塑车间整体收益1174.96W,冰箱事业部四地工厂复制收益4356W,集团17家注塑工厂复制收益1.85亿。