本文为“2023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2023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
丰尚公司智能化饲料加工成套装备智能工厂位于江苏省扬州市高新技术产业开发区华声路1号,投资近10亿元,整个工厂占地面积为15万平方米,年产约45000台单机设备,分为下料、钣焊、金加工、涂装、装配以及成品库等单元,引入汽车行业先进生产技术和世界领先的控制技术,配备先进的加工设备、全数控零件加工中心、智能化生产线,实现高精度机械加工装配生产流程,拥有各类生产线总数28台套,自动产线20套,自动产线占比71.4%,能够实现生产线智能联网、物料配送自动化、设计与生产联动、生产实时调度,保障设备安全、可靠、有序生产。
图1 丰尚智能化生产车间
丰尚公司致力于饲料加工装备大型化、智能化及成套系统的研发、制造,提供从咨询、设计、规划、制造、安装、调试及后续升级的一站式全套服务。公司客户遍布全球,前端销售人员面对的不同客户甚至同一客户的不同项目需求都不一样,这就对后端生产及职能部门的业务协同提出了更高的要求。放大协同效应,打破层级沟通,聚焦客户和项目,利用架构、流程、信息化等手段减少沟通成本,促进前后端、职能与业务协同是当前公司的重要目标。
在过去几年中,丰尚公司越来越明显地认识到,数字化、智能化转型是在目前的当务之急。为占据更大市场份额,积极构建现代产业体系,以农牧装备优势主导产业为支撑,聚焦传统产业提质发展和新兴产业重点培育,着力补链延链强链,加快推动农牧装备产业高端化、智能化、绿色化。同时坚持创新驱动发展,强化企业科技创新主体地位,加强产学研深度融合,加快科技成果转化,提高企业核心竞争力,我们提出了智能化工厂的需求。
二、企业在智能制造方面的现状
丰尚公司根据饲料装备及工程个性化定制服务特性、公司战略、业务流程及规划,以及自主可控的智能化管理需求,围绕从客户需求到客户满意的端到端 FPD(完美工程交付)的要求,部署主要业务系统:SAP ERP 系统、PLM系统、MES系统、MDM主数据系统、FPDS完美交付系统、CRM系统、TMS物流运输管理系统、OA系统等,保证公司生产相关的业务数字化转型,提高生产速率,缩短交期时间,同时减少人工工作量,降低管理的成本,从而提高公司的生产业务管理水平,增强对市场的影响力。
此外,丰尚公司建设并应用了标识解析二级节点平台和丰云工业互联网平台,打通公司客户关系管理(CRM)、设计体系(PLM)、销售运作计划(S&OP)、供应链协同(SRM)、售后服务系统(SERVICE)、主数据管理(MDM)、企业资源计划(SAP)在内的所有运营系统,拉通前后端数据,基于预算技术要求减少与前端无效沟通,同时将前端的技术要求、成本、清单、BOM,通过信息化手段自动集成SAP,通过标准化降低专业门槛,减少项目后端人员工作和提高数据准确率,实现端到端管理流程,提高商机管理、设计、项目交付、供应链采购、售后服务等方面的效率和质量、保证项目绩效实时出具、资金回款。
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1. 项目背景介绍
丰尚公司在发展过程中,深刻认识到智能化转型的必要性和紧迫性。为了更好地满足市场需求,提高企业核心竞争力,丰尚公司决定投资建设智能化饲料加工成套装备智能工厂。该项目旨在通过引入先进的工业互联网、大数据、人工智能等技术,对传统饲料加工生产线进行数字化改造,实现生产过程的自动化、信息化和智能化。
具体来说,丰尚公司面临的问题包括以下几个方面:
1)数字化管理——业务流程数据化管理
丰尚立足农牧装备项目的设计、制造和销售,为整体农牧行业提供高效、强大、安全的一体化智能解决方案。但是目前行业供应链是通过市场营销、工程设计、产品开发、产品定制、采购、生产及项目施工,并最终交付到客户手中的一系列基本上离散的,孤立的步骤,这种业务模式直接影响了项目交付时间和质量。
2)网络化协同——协同生产服务
我国饲料加工机械中小型厂家多,系列化、通用化、标准化水平
较低,专业厂较少,造成整体技术水平偏低。。全球饲料加工企业正向集团化,大型化、智能化、绿色化方向发展,大型饲料加工成套装备的需求将有较大的发展空间,自动化、智能化程度将进一步提高。饲料机械制造企业也在向集团化、规模化方向发展,因此打破狭窄的单机生产模式,解决工厂之间协同生产问题是重中之重。
3)服务化延伸——产品远程运维
行业内多数膨化机、烘干机、粉碎机等产品可靠性较差,寿命较短,客户误操导致设备异常磨损,产品的运维服务水平较低,很大程度上增加了客户的运维成本,影响客户生产效率和生产质量。
2. 项目实施与应用情况详细介绍
丰尚智能化饲料加工成套装备智能工厂的建设根据饲料装备及工程个性化定制服务特性、公司战略、业务流程及规划所部署,着重降本增效、确保自主可控、产品技术领先。不断巩固在饲料加工装备行业的地位,加快了客户需求响应速率,提升了产品交付效率和质量,从而进一步提高客户满意度,扩大品牌影响力和市场占有率。
1)综合设计仿真优化
丰尚引进了西门子PLM产品全生命周期管理,并根据公司产品需求进行二次开发,实现关键产品数字化设计。采用三维设计软件Solid Edge进行产品设计,采用Pro/Engineer进行饲料工程工艺设计,在设计时进行线性静态分析、模态分析、稳态热传导分析、热结构分析、产品结构的装配性检查、产品设计文档资料的自动生成及产品数控加工的仿真。
图2 SolidEdge 三维设计
采用Teamcenter产品数据管理系统进行管理所有与产品相关的信息和过程,其中产品相关信息主要包括零部件信息、产品结构、产品配置、文档、审批及相关的所有过程信息。
图3 TC 三维预览
采用ANSYS有限元分析软件,对产品桁架、梁、板壳、轴对称和三维实体进行静力分析,对组合装配体进行有限元分析、模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析、结构屈曲分析、接触分析、拓扑优化和结构优化设计。
图4 AW 客户端
丰尚采用适用于饲料行业大规模定制的数据管理解决方案和设计方法,结合了饲料机械产品设计实际需求,有针对性的自主二次开发了自动装配模型,将产品按照标准化、模块化设计要求,将公司的原材料、零部件等标准化、模块化数据进行整理,形成知识库系统化管理,并运用到产品的设计开发中。解决了全行业在研发过程中的共性问题:1、设计效率低,容易出错;2、数据源不统一,导致形成信息孤岛,各部门沟通成本高;3、产品设计粗放,不够精细。大大降低了产品的研发风险,缩短了产品研制周期,提高了产品的可靠性、实用性和维修性,提升开发效率。
依托产品数字化设计平台,丰尚研发的饲料加工成套装备不断向智能化、绿色化方向发展,每年开发高技术产品6-8项,颗粒机、烘干机、膨化机、混合机、真空喷涂机、粉碎机等6大主机的部分性能与能耗指标已达到国际领先水平。
此外,饲料厂整厂交付作为丰尚的工程产品,在设计过程中利用PLM系统建立的工艺流程知识库根据动物营养需求进行饲料厂加工工艺流程设计,利用三维BIM设计软件进行三维数字化饲料工厂设计,随后再应用虚拟现实技术及系统仿真技术,对饲料厂的总体设计、物流情况、饲料加工工艺流程、施工组织等进行数字化仿真,同时对物料流动和管道疲劳强度进行有限元分析,最后根据数字化仿真及有限元分析结果进行饲料加工工艺和饲料厂整体设计的优化与改进,以便及时发现工艺设计存在的问题,避免设计缺陷,减少工程施工过程的干涉碰撞、物流不畅、方案更改以及成本损失。另外,开发的饲料工艺专家设计系统,可以对饲料工艺数字化工艺设计参数进行采集、整理及分析。这可实现饲料工厂工艺工程的科学化管控,提高整个工程质量,缩短整个工程生产周期,降低整个工程的建设成本。
在饲料厂整厂完成初步数字化设计后,利用虚拟现实技术、大数据的建模技术和系统仿真技术,对饲料生产(原料、成品和车间内部物流)进行数字化仿真与分析。即结合产品的实际生产过程参数(生产节拍、物流、工艺参数等)信息,进行虚拟物流仿真,模拟实际生产的本质过程,并根据仿真结果优化整厂的设计方案,为饲料产品的最终生产制造提供强有力技术支持。
饲料生产过程仿真可提供底层和基础的仿真数据,仿真结果的微小差异将直接影响到整个数字化车间仿真的可靠性与真实性。其生产过程仿真主要包含人因工程校核、节拍设计、干涉验证、运动学分析、工艺路径规划和验证等。
饲料生产数字化生产车间在线设备以主机设备、输送设备和工业机器人为主,可在各类设备的参数采集基础上进行仿真实验设计,开展原料接收、清理、粉碎、配料、制粒、膨化、烘干、冷却、碎粒、打包、码垛和成品发放过程的可视化仿真。通过对产品整个生产过程的数字化仿真,完成生产设备与工业机器人数量的布局和配比,降低机器人和生产设备的空置率;规划各生产设备间的物流匹配,提高设备生产节拍;对原料接收和成品发放开展虚拟运行实验,找出大物流装卸过程的瓶颈环节,确定最优解决方案。通过对饲料生产工艺过程全流程的数字化仿真,确定出饲料生产的最优工艺方案。
图5 饲料生产过程仿真模拟图
2)计划调度环节
丰尚构建了智能制造互联互通基础环境,应用丰云工业互联网平台,进一步实施升级MES系统并与SAP系统、FPDS完美交付系统集成,实现从生产计划的下达、生产指令的下达、工艺参数的下达、生产过程的品质控制、安全生产监控、生产制造过程、设备管理、仓储管理、能源管理、物流管理及出入库环节等的数字化控制,实现精益、敏捷、协同、闭环的智能生产管控模式。
智能排产调度:
丰尚应用APS高级计划与排产系统,根据ERP中的所生成的生产订单,在ERP、MES、配方管理等系统提供的数据支持下,制定相应的生产计划。根据基础数据维护中的工艺路线数据和日历数据维护,主要需要设备类的日历数据信息或设备日历数据信息,作为排产的基本数据信息,将排产参数设置信息作为系统初始化设置。APS针对排产进行工序排产计算,系统根据资源、规则等条件进行自动平衡和作业安排。管理人员可对排产规则和排产方案进行维护,确定系统在进行排产计算时需要依据的规则,以及多方案对比。多方案排产结果查询提供多种查看效果,包括:资源甘特图、任务甘特图、按任务排产结果查询、按资源排产结果查询。并将产品名称、型号规格、生产批次等信息写入标识码中。
当生产过程中出现设备故障时,通过“替代工序”功能实现工艺的转换避免出现生产等待等情况的发生。当发生插单情况时,通过“生产能力”的功能报表,进行生产最优解的方案确定。
SAP系统中根据销售订单需求进行产品设计,在系统中将订单拆分生成具体项目。新项目设计完成后在系统中进行新物料BOM维护,系统生成料号、并匹配图纸等设计文档。项目与订单以及物料需求明细关联,并实现与项目匹配的设计图纸、技术要求等设计文档的在线下达和流转。物料基础数据维护后作为及后续计划、生产、采购等业务活动的基础信息。
图6 项目构造器
应用SAP系统后,智能工厂在库存管理方面实现了采购入库、生产领料、产成品入库、销售出库、其他出入库、盘点管理等业务在线处理功能,避免了excel统计或纸质表单统计流转出现的错误。在仓储管理模块通过对接销售、采购等管理模块,所有物料/产品出入库任务信息均通过其他业务模块信息下推后产生,确保了物流与信息流的一致性。
图7 MRP 运算
根据系统MRP运算自动转化生成采购订单,维护生产需求产品所对应的各个生产批次、生产车间、计划开工时间/完工时间、入库库位等信息,生产订单通过产品BOM主数据与物料明细、工艺路线等信息形成关联,下达生产车间作为生产执行的计划性依据。
3)生产作业环节
(1)设计制造一体化
基于丰云工业互联网平台,打通了PLM、MES和SAP系统,利用PLM系统建立了产品工艺流程知识库,统一设计文件格式与传输接口,产品工艺图纸、工艺参数等技术文件可直接传送至MES系统,下发至生产车间进行生产。
丰尚根据生产特性,自主开发了基于配件车间的MES系统,对关键核心部件环模进行计划管理。涵盖订单计划管理、工艺管理、工时管理、生产过程管理、质量管理、设备管理等。自动获取生产计划,接收生产工单。通过制造执行系统(MES)的生产采集终端可查询工艺图纸、工艺参数等技术文件及物料清单(BOM)作业信息。自动下发工艺文件至工位,采用智能传感技术对关键工艺参数、设备运行数据等进行动态监测、自动采集和在线分析。
图8 工序预排
SAP系统中生产订单通过产品BOM主数据与物料明细、工艺路线等信息形成关联,下达生产车间作为生产执行的计划性依据。系统针对生产订单,对关联的生产工艺信息进行标准化维护,生产订单下达后在系统中进行生产BOM信息、工序任务信息等的在线维护,按生产BOM信息进行工艺分解,将生产任务分解至各工序进行生产。
(2)生产管控一体化
通过制造执行系统,在工厂内实现计划排产、作业执行、数据采集、在制品管理、库存管理、质量管理等全闭环的管理架构。通过关键设备加工过程信息采集,实时监控加工质量情况,通过环模管理系统环模产品加工过程,管控关键工序,实现生产生过程管理,将设计标准固化至MES系统中,形成工艺参数、技术要求的系列化及标准化。
MES制造执行系统实现了生产任务下达,生产信息统计汇总分析,作业指导文件的无纸化查询使用,现场质量、进度等一系列问题的异常反馈,反馈至各相关部门并实现互动沟通。
工厂内通过现场总线、以太网等控制系统,实现各产线动力部分及实时运行状况监控。通过互联网可以实现远程维护诊断。工厂内装配流水线、分配器装配流水线分别配备可化化大屏,实现对产线运行状况、故障报警、生产计划的实时监控与显示,通过局域网互联,各层主管随时掌握产线运行情况,即使对产线进行调度与控制。
图9 工厂生产信息大屏
4)设备管理环节
(1)系统工艺优化
丰尚通过SAP系统记录了生产所涉及的各种工艺流程,工厂内目前有下料、金工、制作、涂装、装配5个车间,上百种工艺路线,在生产过程中,可在SAP系统中查看工艺路径,通过系统智能化的算法,自动调整工艺参数,实现生产过程中工艺流程的快速优化与调整。
工艺人员运用UG、CATIA等软件对产品核心部件的加工进行工艺仿真模拟,模拟后的数控程序通过网络直接传输到数控机床。
图10 工艺仿真模拟
加工完成后,可进行现场数据的采集,包括自检和录入采集信息,并通过扫描流转卡条码的方式进行完工操作。在生产设备出现问题时,可通过采集页面进行问题填报,包括在开工前、加工过程中、加工完成后对于影响生产的问题均可以进行填报。系统会将问题反馈到问题看板中。
另外丰尚利用PLM系统建立的工艺流程知识库根据动物营养需求进行饲料厂加工工艺流程设计,然后利用三维BIM设计软件进行三维数字化饲料工厂设计,随后再应用虚拟现实技术及系统仿真技术,对饲料厂的总体设计、物流情况、饲料加工工艺流程、施工组织等进行数字化仿真,同时对物料流动和管道疲劳强度进行有限元分析,最后根据数字化仿真及有限元分析结果进行饲料加工工艺和饲料厂整体设计的优化与改进,以便及时发现工艺设计存在的问题,避免设计缺陷,减少工程施工过程的干涉碰撞、物流不畅、方案更改以及成本损失。另外,开发的饲料工艺专家设计系统,可以对饲料工艺数字化工艺设计参数进行采集、整理及分析,实现饲料工厂工艺工程的科学化管控。
(2)质量在线检测
在质量检测系统中,通过接口从ERP系统中获取数据到MES中,建立检测项信息。加工完成后,按照工艺规程智能检测后录入实测值信息。发现的不合格品,先生产过程中即作出及时处理,避免流入下个环节,并将相关信息同时发送到ERP系统。
(3)可视化大屏
丰尚自主研发了丰尚智慧屏,可实时展示工厂运行状况,包括能耗展示、设备状态、设备运行状况、耗气量状况、关键信息、产量统计、生产计划、料塔状态、物流信息、仓库信息、一卡通信息、设备综合效率、质量信息等。实现各环节业务运作在信息系统中的全面集成,是管理人员可实时掌握生产进度、质量等现状,为管理层管控决策提供直接依据。
图11 工厂可视化大屏
(4)大数据分析系统
丰尚打造了丰尚云大数据分析系统。主要包括数据可视化和数据分析反馈两个部分。数据可视化主要用于监视生产过程的实时状态,将总体进度、车间进度、工厂能耗等数据映射为图形化界面,便于把控全局。
数据分析反馈主要用于生产排程优化和生产工艺优化。根据搜集到的海量生产历史数据和实时数据,通过算法进行分析,可以帮助制定最佳生产排程;采用人工智能技术可以对生产的工艺进行优化。
图12 大数据分析系统界面
5)质量管控环节
(1)全流程质量优化
丰尚建立了产品质量全流程生命周期管理,自主开发了QIS质量管理系统,对产品的来料、生产、质量检测等环节的质量信息进行实时数据采集集成,建立产品质量异常分析模型,实现产品全流程质量追溯。
QIS质量系统围绕工程、产品相关信息的记录、采集、系统互联,实现了供应商质量管理、装配过程质量管理、售后质量管理、产品质量追溯管理等功能,保证了产品的制造质量。
其中管理仪表盘系统,记录传递供应商质量水平、来料缺陷异常、制程质量水平、异常信息等。
进货检验管理系统可监控与SAP相关的物料批次、质量状况,并对供应商纬度、减除能力、缺陷类别进行异常分析,形成来料柏拉图对比、制程柏拉图对比,并自动生成内部质量状况柱状图及异常分布图。
图13 来料柏拉图表对比
制造质量管理系统可对整机各涂装检验、调试检验、入库检验、发货检验、整机评价等不良 BOM 进行维护,并支持不良严重度、扣分值维护,展开涂装检验、调试检验、入库检验、发货检验过程检验不合格TOP 10、不合格柏拉图分析支持制造不合格品处理流程管理,并支持返工、让步使用、报废子流程展开。支持整机制造过程状态查询,支持展开各车间检验发现不良数、严重度分布等统计。
图14 制程批合格率图表
6)仓储配送环节
(1)厂内物流优化
车间物料库(标准件库)全SAP系统管理,物料全部实施二维码标签管理,结合条码应用平台,车间无线网络覆盖,对于物料领料使用工业级摩托罗拉手持终端设备实时处理,账物一致及库存实时查询。车间设定线边超市(专用物料),设定最小安全库存,当出现少于最小可用量由车间触发指令(仓库分时间段巡查)及时补货,以最小补货单元配送,不面向订单发料,提高效率,确保及时装配,SAP全流程处理。仓库物料全面使用仓位管理,使得管理简单化,操作便捷化,货架全标识,物料全条码,操作全系统。2200年全面实施SRM(供应链协同)系统,供应商送货前创建单据,仓库收货,质检,入库,开票,对账,物料从供应商送货到后期费用结算全流程信息化管理,减少沟通成本,提高工作效率。
生产物料智能配送系统根据智能排产调度系统下达的计划排产中所需物料信息与储系统中分配给物料进行匹配,并将所需原料配送到相应仓库,并将配送信息写入物料的标识码中,如存放位置,配送时间等。
工厂采用综合库条形码系统进行物料配送。综合库所有物料都能利用条码管理起来,提高综合库物料收发存准确率,避免错发漏发等现象。通过条码技术的使用,减少靠人为经验拣料的因素,避免某个库位人员缺失便影响业务运作的情况,同时使仓库物管员之间能够轮换起来。通过给综合库所有物料设定系统逻辑和实物物理的库位,为今后的库位管理、先进先出打下基础。
(2)库存管理优化
丰尚应用了智能仓库管理系统,与ERP系统交还数据,同步物料、原料等信息,反馈库存、统计数据等信息,保持库存信息的实时共享。与智能物流无缝对接,物料出入库工单高效流转,同步报工。
丰尚所有物料均采用二维码物料编码进行检验入库,关重零部件要求刻打批次号、日期等信息记录到检验记录中进行追踪和追溯,终检记录中质量信息、客户信息,生产订单号等信息,所有检验记录电子档上层检验平台长久保存。SAP所有物料可以全覆盖二维码标签,SAP采购订单使用一维码管理,条码应用平台扫描条码后快速入库及库存管理,通过条码应用平台可以创建盘点单后扫码盘点自动核对,通过条码应用平台可以对于生产订单及交货单进行及时投料,SRM供应商管理系统开发完成,所有订单升级为二维码,所有信息全部通过系统全流程进行管理,物料的准确性、入库及时性达到100%。
图15 SRM运行
丰尚智能仓库管理系统与SCADA系统高度集成,管理生产仓、筒仓、投料等与物料流转相关的流程。对质量追溯提供数据支撑,提供物料的存储时间、存储环境、移库信息等追溯链数据,实现全流程的追溯体系。采用可视化的库位展示以达到精准管理的目的,与现场库位物理分布一致的库位显示,更直观的提现库存情况、保质期限、生产投料使用情概况,高效库存盘点,方便库内存储结构优化,提高仓储利用率。
图16 智能仓库可视化管理
丰尚智能仓库管理系统可对叉车进行智能调度,实时监控叉车的工作状态,派发仓库任务到叉车终端,充分协调叉车资源,提高库内运输的工作效率极其稳定性。丰尚智能仓库位分配遵循先进先出的原则,更保证了物料的保质期,提高成品品质。对仓库、库位、站台、叉车、托盘数据化显示,更好地管理资产数据以及资产状态监控,及时调度资源。同时采用条码、二维码、RFID技术,移动无纸化便捷办公,扫描编码实现工作任务和资产信息的实时获取,无需繁琐的纸质工单流转,作业指令准确快速下达,所有系统均有数据在系统内流转,无需进行纸质归档,并且方便打印。
7)能源、环保、安全管控环节
(1)能源环保管控
工厂总电柜和分电柜分别安装了数字计量表,并根据每月的计量统计情况掌握车间能源消耗情况,对高能耗设备的用电情况进行分析和管控。对重要高能耗设备都实现了数字化的检测和管控,例如空压站大机组和小机组,在用气量大的时候自动切换成大机组为主机,以保障车间用气需求,在夜间车间用气量下降的时候自动切换成小机组,在保证供气正常的情况下控制了能源的消耗和浪费。工厂实时对用电负荷及功率因数进行监控,自动控制补偿电容的投入和切出对供电系统的功率因数进行补偿,保证供电系统的损耗保持在较低水平,从而降低能源浪费。工厂在智能化改造后年度能源消耗总量2066吨标煤,相比改造前减少近20%;年度水、材消耗总量同比减少16%以上。
在工业环境方面,制作班组使用移动式焊接烟尘净化装置,确保焊接人员良好工作环境。在环境自动监控方面,涂装班组有组织排放废气采用VOCs智能在线监控,保证非甲烷总烃控制在排放标准内,有效的控制环境质量;有效的环保用电监管,使环保设备处于联动状态;有效的废水在线监控,可以监控到废水中COD、PH值、排水总量等实时数值,确保排放达标。涂装线可燃气体探测器可以有效的防止气体泄漏,并与总控室联动切断进气总阀。一般固废建档,有资质单位进行回收处理;危废物有详细的台账、转移联单转运到有资质厂家进行回收处理或再利用。
(2)安全生产管控
车间采用新工艺、新装备降低安全风险的情况:
激光机全自动料库机及上料机减少人工操作,降低人员疲劳工作,降低安全隐患;车间自动卷管器的使用降低人员绊倒、私拉用电及用气产生的安全隐患;投入 71 辆转运平板车代替叉车转运降低产品倾倒、磕碰行人风险;新购买林德叉车行驶过程中自带安全警示线,能够有效的提醒周边人员及叉车操作人员是否在危险区域;自主研发的工位器具降低安全风险(轴类悬挂摆放、专用托盘架转运,钣金类站立式摆放货架)。
车间采用智能化手段提升安全作业方式及管理水平的情况:
焊接机器人焊接设备减少人员疲劳和降低职业病危害;装配流水线减少搬运吊装,人弯腰作业职业病;涂装流水线自动喷涂减少人员长时间在密闭空间作业,降低粉尘及有毒有害挥发性有机物对人体的伤害;金工车间数控加工设备由原来人工换刀变为CNC自动换刀,减少人员拿取、拆解刀具等人工作业状态。
车间在工业控制系统信息安全防护的情况:
金工车间数控加工设备机床系统备份,防止系统参数资料丢失导致机床瘫痪无法使用;金工车间产品加工程序通过工艺人员编程并传输至相应数控加工设备,降低误操作、误加工风险;通过SAP/SRM管理安全防护用品账务及安全库存,可以有效的保证劳保用品的准时发放和补充。
8)互联互通环节
(1)网络、平台技术应用
公司建有核心B级机房和核心C级机房双机房,两机房形成网络及核心业务系统双活体系。厂房内部网络采用星型拓扑结构,建有完善的网络通信体系,内外网有防火墙隔离,Nginx反向代理,设有安全管控区,工控区,数据中心等。用户区域建立3核心的环网体系,确保网络链路的高可用性和冗余性;采用2台万兆交换机做核心,通过HSRP技术双机热备、配置VPC策略做链路聚合,以提升整体的网络性能包括以太网网路、交换机、车间设备位置等,提前进行空间布局,并对可能产生的需求进行评估改造。基础设施网络方面,运用实时工业以太网、工业机器人、2/3/4G、NB-IoT、LoRa、MQTT、CoAP等技术,采用企业级系列交换机构建工厂10GB网络,同时建立了完善的标识管理系统,克服了传统串行通讯方式存在的数据传输效率低、抗干扰能力弱、通讯距离短等缺点。通过对设备端口的数据采集,初步打通了了工厂的数据流。通过深信服行为管理和深信服AD确保用户和业务网络的高可用性和网络资源的可控访问。
工厂局域网采用以太网,通过工厂交换机与企业的核心交换机相连,工厂基于多功能信息终端的数据采集与信息交互平台通过管理端的计算机直接与工厂局域网相连接,数据库服务器和应用服务器可与主交换机或者工厂交换机相连。
现场总线把各个分散的测量控制设备变成网络节点,连接成可以互相沟通信息、共同完成生产任务的网络系统和控制系统。公司的PDM、PLM、ERP等模块均通过接口互联互通,每台生产设备设置通过扫描产品的条形码采集数据,人员利用信息终端进行生产任务确认、生产任务调度、作业查询等功能,FPDS完美工程交付体系对生产相关的所有信息进行采集存储,实现设计、工艺、制造、检测、物流等各环节之间的全面互联互通,并形成对产品局部或全部生产流程的信息追溯能力。拥有工业互联网标识解析二级节点业务管理系统,通过标识解析可以对产品规格、批号等信息进行追溯等。
在5G网络建设方面,目前准备建设全厂区移动5G信号和电信大部分厂区的5G信号覆盖工作,实现用户通过5G网络访问公司内部业系统,并开展了5G+办公、5G+会议等项目,后期并将不断完善和优化,从而加速公司的数字化转型。
针对当前饲料行业普遍存在的问题,结合物联网、云平台等技术,丰尚建设了农牧加工行业的丰云工业互联网平台,核心是饲料加工行业的大数据平台,其流量入口是为饲料及相关行业客户提供的各种服务,其数据入口是为饲料行业定制开发的MES系统及智能化的设备。平台不但为饲料与养殖方面的客户提供专业的模块化服务以及相关定制服务,还为整个农牧行业提供相关的行业数据,实现行业资源的共享和互通。
图17 丰尚工业互联网平台架构图
丰云工业互联网平台通过工业IoT技术方法来采集工厂各种设施(包括自动化系统、仪器仪表、饲料加工主机、蒸汽系统、辅助设备等)的数据,在云端构建工业通用业务服务平台、大数据平台,利用FCloud 工业大脑(人工智能算法+工业知识模型)对工业大数据进行加工分析,形成算法优化结果,进而通过工业IoT 技术反馈到工厂设施,优化生产过程。面向农牧行业开发行业APP,提供一站式的智能化服务。
(2)供应链协同
丰尚自主研发了FPDS完美交付系统,打通了客户关系管理(CRM)、设计体系(PLM)、销售运作计划(S&OP)、供应链协同(SRM)、售后服务系统(SERVICE)、主数据管理(MDM)、企业资源计划(SAP)在内的所有运营系统,通过丰云工业互联网平台集成应用FPDS完美交付系统、配件车间MES系统、TMS物流运输管理系统,打通了供应链上下游生产计划、进度排产、物流输送等环节,实现了生产计划进度协同。
丰尚打通了整体产业链的业务流程,形成了一个完全集成的生态系统,实时监测从原材料、零部件供应商、生产到成品运输各环节的业务情况,建立了以销售订单、项目现场需求计划及关键采购件、运输计划为源头的生产计划体系、实现生产计划执行状态的动态追踪。
通过FPDS完美交付系统分解项目过程阶段,根据不同阶段获取的成果,判断项目进程是否按计划推进,对于项目延期做出及时的分析及调整,尤其是根据项目实际周期对关键采购件、定制主机的生产过程的控制,进一步调节产能、优化生产计划、防止浪费,使项目执行进程全程可控,不仅能够在更短周期内完成更多的项目交付的任务,而且还减少了因客户需求沟通不清、设计失误、工程周期变更等各种情况造成的浪费和损失。
图18 FPDS 系统平台
通过TMS物流运输管理系统,对供应商、成品物流输送进行统一管理,丰尚物流运输管理系统与SAP系统同步,并对接FPDS系统,车辆、物料信息动态实时传输,具备手机APP功能,相关人员可随时查看发运计划执行情况、跟踪车辆位置、在线收货、在线反馈货损货差,并具备运输看板、财务管理、快递管理功能,通过定制化的车辆、集装箱、路线等,对车辆、驾驶员、线路等进行全面详细的统计考核,能大大提高运作效率,降低运输成本。
(3)制造资源协同
丰尚依托丰云工业互联网平台打造了基于平台的粮油供需对接,面向供给侧粮食商和需求侧饲料厂商建立了统一的信息发布机制与交易模块,进行数字化仓储管理,实现了上下游数据的高效共享与互通。
图19 粮油供需对接
丰尚从基础层向上打破并克服信息不透明、协同性差、流程不统一、成本控制及供应链风控难度大等壁垒或困难,针对粮油饲料行业建立标识解析系统的深度应用,将上下游企业组成整个产业系统的协同供应链网络,获得在管理、技术、资源等各方面的竞争优势。
解决了四大问题:一是整体上供应链节点繁多,不同主体系统化水平差异大,信息数据采集难度大,信息无法共享、协同效率低;二是采购过程中交易管理难度大,难以掌握外部经销商的粮食库存及各个节点的进销存情况,资源无法高效整合;三是仓储物流中供应商粮食的仓储、物流管理比较分散、在途运输管理不透明、配送及时率有待提升;四是产品信息追溯过程中粮食的供应、存储等无法开展全面追溯管理,发现问题无法及时查询相应信息。
粮油供需对接以需求侧和供给侧等供应链上各环节为数据流转节点,各方分别将各自需对外共享的数据梳理并推送到企业数据交换系统,并对各对象间的关联关系进行维护,从而确保通过饲料厂商、粮食商、仓库等标识即可依权限访问供应链上的全链条信息,实现数据的高效共享与互通。
基本覆盖了供应链前端、中端、后端各核心业务环节,提供供需服务、粮食追溯、粮食仓储、智能物流、分析应用等核心功能模块,涉及的数据品类主要为粮油等,标识注册的数据包括交易数据、订单数据、产品数据、物流数据、库存数据、交付数据、质量反馈数据等。实现的功能有:粮油等产品信息追溯、供需信息的实时发布、供需关系最佳匹配、粮食库存报表、订单协同、物流协同等。通过标识解析技术与现有业务和管理模式的综合运用,解决了异构异地异主系统间与供应商或客户系统间的数据共享问题,促进产业链高效协同。
(4)全价值链集成优化
丰尚工厂部署了供应链及生产等管理模块,建立了完整的销售、项目构造、采购、生产、项目成本等管理信息一体化管理平台,实现对公司核心业务进行有效管控。通过SAP系统升级、MES系统、FPDS系统拉通,进一步优化从销售下单-项目构建-生产BOM-物资需求-物资采购-生产制造-到成品出货的整个端到端 FPD 流程,通过系统自动化计算物料需求、计算项目成本、生产计划辅助排产、工程计划优化、工程设计自动生产 BOM、工程设计标准化等多种方式,缩短物资采购周期和生产周期,提高人员工作效率,进一步提升了生产效能。
图20 全价值链集成优化
丰尚通过FPDS和SAP生成的预算和核算成本,实现了对工程成本的管控优化。基于FPDS完美交付系统,根据客户的需求,选择相关配置,系统依托价格库自动生成工程预算。通过SAP的PS项目模块,为每个项目建立合理的成本结构,根据客户的需求物料清单和各项费用,形成工程的BOM,通过SAP生产订单模块和物流模块,准确记录每个产品的实际成本。
通过SAP系统的成本分析功能关注订单的成本,通过对计划成本和实际成本的比较分析,可以发现成本控制上的问题,并及时解决问题。
生产订单的实际成本是随着生产部门对订单的操作同步更新的,生产订单结算前,需要做作业价格重估操作,作业价格重估的目的是使得生产订单上的加工费反映当期实际发生费用,价格重估前生产订单上加工费是报工的实际数量*作业的计划价格,价格重估之后生产订单上加工费反映了实际的数量*作业的实际价格。月末,系统根据订单的状态,判断是计算差异还是计算在制品。如果订单具有DLV或TECO状态,结算差异;如果没有这两个状态,订单结算在制品。
通过S&OP(Sales and Operations Planning)销售和运作计划系统,传递项目需求信息,从客户需求投产目标到公司内部各运营部门计划指导,以达成项目及时、准确供应目标。SOP接收销售需求自动生成分批计划表并发布周计划,设计和采购、生产部门接收并分解计划,如不满足计划则通过系统各节点计划协调,资源调配,优化计划决策,并将计划分发给各部门实行,进行滚动跟进直至项目结束,实现基于成本、生产计划、生产进度、成品订单的全价值链数据的生产计划智能决策与生产进度动态调整。
图21 S&OP 项目跟进
3. 效益分析
图22 效益分析
1)经济效益
通过丰尚智能化饲料加工成套装备智能工厂的建设,公司2023年度产值超60亿,相比2022年提升12.5%,充分满足农牧行业日益增长的生产需求,企业全体员工人均运营成本降低20%,一次性校验合格率提升至98.5%。
此外,在国家宏观经济政策、产业政策和技术政策的指导下,公司将以研究开发为基础,以工程化研究为手段,以市场需求为导向,以经济效益为中心,充分利用自身的人才、技术和装备的优势,积极进入到科技进步主战场,通过饲料加工装备技术成果的工程转化和推广应用,有力地促进我国饲料加工装备产业的健康发展。从行业的角度,综合社会经济效益显著,体现在节省资源、环保及技术进步等方面,并有可观的直接经济效益。
通过向智能制造转型升级,将大幅度降低智能化饲料加工装备的运行维护成本,据估算,每一个中型智能化饲料厂年节约设备运维费大约为40万元,按照500家规模以上饲料厂估算(全行业6000家饲料厂),年节约费用接近2亿元。
其次,智能化饲料厂的可靠性将大幅提升,每条饲料加工智能化生产线的年产量将提升5%左右,经济效益提升近50万元,同样按照500家规模以上饲料厂估算,全行业年增长经济效益超过2.5亿元。第三,未来智能化饲料生产线的吨电耗将大幅降低,据估算,每一个中型智能化饲料厂年节约电费接近10万元,按照500家饲料厂估算,全行业年节电0.5亿元。
2)社会效益
通过智能化饲料加工成套装备智能工厂的建设,丰尚突破传统狭窄的单机售卖模式,转型提供面向饲料行业的制造系统解决方案,为客户提供100%个性化定制方案、售后远程维护及生产过程平台化管理、产品全周期服务等,打破了国外垄断,为我国饲料生产企业提供了绿色、智能化高端装备系统,体现制造业、服务业的深度融合。产品的生产率、能耗、可靠性、智能化等核心指标全部达到国际领先水平。实现了我国高端饲料加工成套装备的自主创新,引领了行业技术进步,并促使我国饲料工业向绿色化、智能化的方向发展,加速了我国饲料生产企业向现代化智能工厂迈进的步伐。
公司立足饲料机械行业,积极发展饲料加工机械产品,优化产品结构。通过投资建设本项目,不仅能为今后巩固和提升公司的综合竞争力,实现公司发展规划和可持续发展打下基础,还能推动我国粮食机械、饲料机械、油脂机械行业的技术进步和行业发展。使公司产品档次及技术水平迈上更高平台,进一步提高综合竞争力。本项目的实施,一方面,可以带动整个饲料行业的整体技术水平进步;另一方面,为上下游行业或其他传统机械行业提供了示范参照,提升相关机械行业的智能制造水平。
3)系统自主可控
本工厂部署的系统中,MES系统、FPDS系统、远程运维及SERVICE客户服务系统均由公司流程与信息化部自主开发;三维设计软件Solid Edge、Pro/Engineer、Auto-CAD、PLM产品全生命周期管理等均基于原生框架系统做大量二次开发。充分考虑饲料加工装备行业个性化定制需求特性,确保所有系统完美贴合公司业务发展,在推行“智改数转”大前提下,提升自主可控性。
4)产品技术领先
随着客户需求的多样化及市场竞争的日趋激烈,公司不断加强自主研发投入和研发创新,在更新升级研发设施和引进研发人才的基础上,加快新产品研发、前瞻性研究,目前公司正在开发实施 Teamcenter系统与FPDS完美交付系统、SAP系统集成,对产品从研发及交付全过程进行管控,激活技术研发创新动力,实现协同研发模式,达成研发数据的共享,同时正在升级运用了工业互联网标识解析和5G网络的生产制造执行系统,并对各节点的数据进行采集,做好技术数据储备。提高专业技术团队的投入、构建和完善内部讲师团队及人才培养发展体系。综合应用上述手段从而加快产品升级换代,提升产品附加值,缩短研发周期20%以上,实现产品系列化、研发标准化,快速满足客户需求,获取创新优势。
丰尚公司致力于饲料加工装备大型化、智能化及成套系统的研发、制造,填补绿色智能化高效专用农机装备制造领域空白。齿轮传动制粒机、天然气烘干机、不停机换筛粉碎机、高效饲料混合机、高档水产饲料加工装备、智能化控制系统等产品性能和能耗指标处于国际领先水平。2023年,江苏省工信厅组织召开丰尚公司新产品新技术鉴定会,由中国工程院院士、江南大学校长陈卫担任主任委员组成的专家委员会,鉴定丰尚公司自主研发的1项新技术、4项新产品为国际领先水平。公司研究开发成果转化效益显著,近年来先后承担佛山市顺德区海皇实业有限公司SJPS150X2双螺杆膨化机、赤峰东方希望动物营养有限公司技术项目、Hoover feeds 18tph自动配料粉料线及预混料线技术工程、厄瓜多尔BioAlimentar时产40ton综合饲料厂技术项目、越南DABACO原料膨化技术项目等。截止目前,丰尚“一带一路”国家销售额占海外总体销售额的近70%,在为全球客户提供的融资支持中,“一带一路”国家占比73%。
5)全流程持续降本增效
工厂部署供应链及生产等管理模块,建立完整的销售、项目构造、采购、生产、项目成本等管理信息一体化管理平台,实现对公司核心业务进行有效管控。通过SAP系统升级、MES系统、FPDS系统拉通,进一步优化从销售下单-项目构建-生产BOM-物资需求-物资采购-生产制造-到成品出货的整个端到端FPD流程,通过系统自动化计算物料需求、生产计划辅助排产、工程计划优化、工程设计自动生产BOM、工程设计标准化等多种方式,缩短物资采购周期和生产周期,提高人员工作效率,避免因客户需求理解不一致、设计制造失误等原因造成的不必要的损失,提升设计准确性30%。在智能化升级的同时,公司也不断引进先进的自动化设备设施,包括DMG 卧式加工中心、车铣复合中心、AGV小车等替代传统人工流转,进一步提升生产效能。