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
浙江松原汽车安全系统股份有限公司(简称“松原股份”)成立于2001年,注册资金22500万元,位于浙江省宁波市余姚市,于2020年上市,股票代码(300893)。专业从事汽车安全带总成及零部件等汽车智能安全系统部件产品及特殊座椅安全装置的研发、设计、生产、销售及服务,同时为国内外主流汽车整车厂及座椅厂提供汽车被动安全系统解决方案及特殊座椅安全装置,是国内领先的汽车被动安全系统一级供应商。公司安全带系列、方向盘系列、气囊系列、电子系列、线束系列等多系列产品,广泛应用于紧凑型车、中型车、运动型多用途汽车(SUV)、多用途汽车(MPV)、客车、卡车等众多主流车型。
公司拥有较为完备的研发体系和较强的技术实力,不断推出创新产品,为汽车产业的发展提供了技术支持和保障。公司经过多年的研发和创新,目前已获得一百多项专利,并荣获高质量发展科技创新示范企业、国家知识产权优势企业等荣誉称号。
公司致力于国内汽车被动安全系统自主品牌的发展,坚持“舒适,安全,可靠,环保”的经营理念,为交通出行提供满足安全创想的被动安全系统解决方案。
图1 浙江松原汽车安全系统股份有限公司
二、企业在智能制造方面的现状
松原股份作为细分行业龙头企业,近年来持续加快“数字化、自动化、集成化”的转型升级步伐。不断进行工艺升级,对现有产线进行智能化、自动化改造,以制造执行系统MES为核心,打通PLM、ERP、WMS等信息化系统,引进智能立体高位仓系统。通过智能立体仓库、AGV、WMS智能物流的建设,以及基于物联网IoT、工业大数据的数据流转,实现内部互联,虚实结合。在生产管理方面,进一步升级ERP系统,全面实施MES系统,业务财务一体化,作业流程规范化,成本核算精细化,生产加工全过程可追溯。在质量管控方面,通过PLM和MES系统的联动,生产工单和设备参数互锁,全面降低人为参与造成的质量风险。在设备管理方面,通过工业物联网平台,将设备全部联网,设备点检、维保、稼动分析,投入产出综合效率分析等数据一表呈现。在运营管理方面,通过业务财务一体化的作业流程,内部精确到各事业部和经营利润核算和分析,全面提高整体运营水平。网络安全方面,通过核心ERP、MES等系统内部私有云平台部署,部分非核心应用迁移至公有云,全部设备连入工业互联网,在关键节点部署网络安全防火墙、堡垒机等打造安全可控的信息化基础设施。
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1. 项目背景介绍
松原作为设备密集型/技术密集型的离散制造行业,产成品设计生产工艺、质量检验检测技术的标准化,都使得企业具有实施数字化改造的先天优势。松原深入了解企业关键业务流程与瓶颈,结合现有ERP、智能物流等应用搭建整体架构,通过MOM部署建立数字车间标准、流程、规范与体系,开工前整备、过程设备集成监控、异常快速响应安灯信息传递、过程质量控制、与现有ERP系统深度集成交互,结合生产现场的管理改善,通过各业务系统,实现数字化设计、智能化生产,绿色化制造、精益化管理、数据互联互通、信息安全。以生产制造MOM为核心,整合各项业务系统,驾驭自动化生产线,并采集多源异构数据,建立以市场为导向,以客户为中心的技术创新、精益管理、数字化制造的集成化平台,打造具有“生产制造自动化、生产过程控制闭环化、物流控制精准化、生产指挥可视化、设计制造运营一体化”特征的智能工厂。
2. 项目实施与应用情况详细介绍
1)智能工厂整体设计
松原股份安全系统部件智能工厂建设,综合应用三维建模、系统仿真技术,项目规划阶段针对车间的智能生产装备布局规划、工艺流程、仓储物流、业务软件系统等方面进行了总体顶层方案设计。
本项目建设规划按照顶层设计,分步实施,持续改善,从机加工车间开始,逐步进行各车间复制,完善数字化集成管理平台,通过数字化管理平台持续进行数据积累,结合精益管理方法,找瓶颈、改善流程并持续优化,优化现有工厂的管理模式,通过AGV智能搬运、智能立库集成等智能制造建设,助力松原实现年产3000万套汽车安全部件的智能工厂。
图2 智能工厂系统架图顶层规划图
2)业务应用软件设计
为实现松原股份信息化建设的统一、规范和有序,松原股份安全部件智能工厂的建设以工业物联网体系为基础,构建了安全可控的数字化管理平台,该体系包括设备层、车间执行层、车间管理层、决策层等四层架构。业务应用系统顶层规划以鼎捷ERP为核心,整合MES、WMS、CRM、SRM等新一代信息技术深度融合应用,打造松原自身企业级工业互联网平台,实现对多个智能工厂的统一数字化管控与协调生产。具体顶层规划设计路径如下:
(1)纵向管控,决策支持
建立统一共享的信息平台,公司运营部门能实时监控各事业部的库存、产量、成本、产值利润流等关键信息,有效利用大数据技术平台为管理层提供全面、及时、准确的决策信息支持。
(2)横向协同,高效运营
整合内部上下游信息资源与业务流程,事务性工作自动化,财务业务一体化,促进部门横向协同,提高资产运营效率,促进生产协同优化,大幅提高工作效率。
(3)智能互联,敏捷安全
推动生产、销售、新业务领域的自动化、数字化、网络化、信息化、集成化,为今后打造智能制造奠定坚实基础。
推进IT基础设施建设与提升,采用全新的架构设计理念,建成组件化、集中化、服务化、协同化的统一云平台,提供高质量、可重用的平台服务,营造安全、高效、敏捷的创新IT环境。
(4)模板迭代,快速推广
快速响应需求、提升客户体验、增强客户粘性、拓展客户群体,借助“互联网+”的思维,依托规模优势创新服务模式,构建松原公司的商业新业态。同时,通过导入标准化的流程模版及IT系统支撑方案加速对新产业及新建生产基地的整合,快速迭代、输出标准化管理。
建立健全自主可控的信息安全体系和全面适用的信息标准体系,保障信息安全与业务连续性,确保信息化建设过程中标准的可控、能控、在控,为信息化统一平台的建设和应用提供有力的保障和支撑。
图3 业务应用软件顶层设计总规划框架图
3)顶层规划业务应用软件建设
(1)企业资源管理ERP系统
ERP是管理企业整个供应链的最重要平台,是企业信息化投资和建设的重要内容,涵盖生产采购和库存、生产制造和工厂维护、销售管理、财务管理等主要业务环节,用于对公司的资金、人员、客户、供应商、物料、设施等核心资源进行规划、管理、利用和统一协调。
(2)客户管理CRM系统
CRM系统将与ERP系统集成,通过ERP系统的销售模块完成订单处理、通过ERP系统的财务模块完成相应的帐务处理功能,并且为松原公司相关业务板块建立统一的客户信息管理,充分有效利用客户资源实现对营销、销售、客户服务业务的全方位支持;以“客户为中心”,进一步改善客户关系,增加销售份额,提高销售利润,涵盖销售管理、营销管理、客户服务等主要环节,对市场营销、销售管理、客户服务等业务经营流程进行有效支撑。
(3)生产制造执行MOM系统
MOM系统以生产物料管理为核心,以集成ERP为基础,对整个生产过程进行实时监控和优化管理,加工处理各类生产过程信息,主要包括装置投入产出、罐区收拨存信息、仓储入出库及库存、装置投入产出、进出厂信息、能耗信息等,对企业的生产指挥和生产操作活动进行统一协同管理,提高企业生产精细化管理水平,实现生产计划、生产调度、生产统计、生产操作与计量管理的业务集成与数据集成,统一数据源,保证调度与统计数据的一致性。
(4)设备管理物联IOT平台
以设备基础数据、标准化体系为支撑,形成从策略制定、策略优化、策略执行到策略评估的闭环管理,覆盖了设备可靠性管理、完整性管理、设备绩效管理、设备维修管理、设备健康管理等多个方面的内容。松原公司在设备管理方面重点建设的信息系统是设备维修管理系统、设备状态综合监控系统。
4)信息化系统集成应用情况
(1)工厂网络
松原在核心存储服务器中采用冗余备份策略,当一台存储服务器出现故障时自动切换至冗余服务器;
在数据中心制定定期备份制度,对关键数据进行备份存储,从而确保数据的安全;
工业互联网安全方面,松原服务器端采用双线接入,将工业互联网与办公网络进行区隔,内部IP地址采用域管理模式,实现不同车间、不同工段的网络有效区隔,生产设备与MOM系统、生产设备与数采控制器之间通过标准端口进行管理,一旦因网络攻击等问题触发端口管控机制,系统服务器将关闭端口实现问题隔离和阻断。
图4 松原工厂网络拓扑图
(2)数据互通及集成
松原MOM、PLM和ERP之间功能相互独立,在信息层面又相互协同,各系统之间数据通讯接口的完整性和健全性又完美地实现了数据互通、协同作业,能够很好地满足企业生产制造、数据管理和业务管理领域的各种信息事务处理工作。松原以产品设计为基础,使用PLM平台统一管理CAD、CAM、CAPP等设计软件;以MOM系统软件为核心系统,PLM、ERP等均围绕MOM系统进行集成互通,实现数字化管理、研发设计,生产制造和供应链管理等网络化协同,实现产品全生命周期和产品销售等服务化延伸。
(3)数据采集
① 设备数据采集系统整体设计
松原采用DAQ-P数采箱作为硬件采集工具,与多台设备的PLC进行通讯,实时采集设备状态和工艺参数等数据。通过这种方式,将数据直接抛送至MOM系统。
图5 MES设备管理
通过数据采集产生各种设备资料,提供导入给MOM,MOM是重视现正发生的现场生产情况,并且整合各采撷点的资讯,来进行数据分析管理,从而能够即时解决现在的生产资源瓶颈问题。MOM系统最终实现利用数据采集所产生的数据,提升设备利用率,精细管理生产现场的人、机、料,优化生产流程。
② 数据采集功能
通过智能网关将生产状态、环境参数、传感器等数据进行采集、处理,经过MEC处理分析反馈计算结果,实现生产设备数据采集、计算处理、实时控制。智能网关采集生产环节的各类要素数据,以MEC实现生产部分环节的透明化、自动化管理。实现机加工设备的数据采集、实时反馈处理和预测性维护。
③ 数据采集范围
采集数据包括工业机器人、智能生产线的开关机时间、程序起始及结束时间、电流电压、当前运行程序、当前工件加工件数、故障代码、报警内容等的数据采集。
装备数控化率=数控装备数量/设备总数量×100%;820/900*100%=91%
3. 效益分析
1)经济效益
项目实施后,显著提升了公司产品智能化生产以及关键技术装备的应用和系统集成水平,可以更经济、更灵活的组织生产,实现了生产效率提高30%、运营成本降低20%、产品生产周期缩短33%、产品不良率降低25%、单位产值能耗下降12%、设备联网率91%,切实地提高了生产效益,达到产品新颖、节能环保、节约成本的效果。
2)社会效益
对行业企业的示范作用
松原工业互联网平台最大限度地融入各种适用的管理方法和经营理念,把企业内部价值链上的全部业务活动链接到一个共同的系统中,让物流、信息流按企业目标流动起来,MOM系统、ERP系统、PLM系统等可以实现互联互通,将企业的信息系统融合为一个整体,形成可复制可推广的智能制造解决方案,成为通用零部件制造领域智能制造建设的典范。
对产业链的带动作用
本项目通过设备更新和智能化改造,充分融合工业物联网、企业资源计划系统ERP、制造执行系统MOM、智能仓储物流系统WMS、产品研发管理系统PLM、大数据分析系统BI以及先进的自动化制造等技术,实现公司产品研发、生产制造、物流仓储和质量控制的全流程智能化。将使得松原成为国内乃至全球智能制造建设的典范,并推动我国汽车零部件行业的转型升级。
培育智能制造相关技术人才
智能制造技术的发展和应用,需要大量的技术工人,各种基础技术的研究和应用也会培训一大批专业技术人才,锻炼了一批技术型人才队伍,为公司的后续发展和行业进步提供强劲动力。
创新成果
松原高度重视装备的自动化、智能化改造,并取得众多的自主知识产权。近三年松原共获得5项知识产权,其中发明专利1项,实用新型专利4项。