中小企業數字化轉型案例6 長春三友智造科技發展有限公司智能制造系統改善企業業務流程提升企業核心競爭力
時間：2022-03-29
一、案例簡介
三友智造科技發展有限公司（以下簡稱“三友智造”）智能制造系統的建立極大改善操作者作業環境、減輕工作強度、提高工作效率、降低人工成本。實現成本低、易用性強、公司內部一體化運作的特點，做到提高產能、降低損耗、節約人力物力資成本。
二、總體規劃
三友智造智能智造機器人生產線，搭建整合制造執行系統（MES）、產品生命周期管理系統（PLM）、數據采集與監視控制系統（SCADA）和企業資源計劃管理系統（ERP）等，形成連續生產、聯網管理、集中管控、資源共享的現代化智能制造模式，實現機器人代替人的目標，實現汽車輕量化材料自動生產、智能取件、智能修邊的自動化機器人生產線。
一是PDCPD智能生產線建設。2019年6月至12月完成PDCPD生產線建設，2020年3月至8月完成智能取件系統自動化建設，2020年7月至2021年2月完成智能修邊系統自動化建設。
二是2021年3月至2021月10月實現MES二期實施MES、WMS、ERP系統集成。MES 智能化制造執行系統方案用于沖壓自動線和智能焊接線的設備運行監控，為后續整體控制提供基礎性數據準備，同時為生產線智能系統提供數據支持。
圖1 數字化工廠技術路線
三、具體舉措
（一）PDCPD材料件數字化車間總體設計
PDCPD材料件數字化車間定位為省內領先和國內先進，整體設計突出“高起點”、“高技術”、“高效益”，嚴格遵循安全、集約、標準、智能的方針，廣泛采取行業內先進、成熟、適用的新工藝、新技術、新裝備、新材料，提高企業技術創新能力、工藝水平、裝備水平和管理水平，增強企業核心競爭力。公司以“智能制造”、“智能管理”為核心，以智能裝備及智能物流裝備為基礎，改變各工序間不連續、信息傳遞不及時、管控不集成的落后局面，打通企業戰略決策、運營管理、自動化控制各個層面，以及營銷、生產、采購、研發、技術、倉庫、服務全業務流程，使制造過程更加柔性與智能化，降低制造成本的同時，嚴格控制產品質量。通過建設設計工藝一體化平臺、智能協同管理平臺、設備物聯網DNC、智能制造執行系統，實現數字化工廠的快速設計、快速報價、協同辦公和智能化工廠，達到減少不合格品，提高生產效率，加速市場響應能力，節約資源等目的。
（二）生產線智能控制系統實施
一是智能生產線控制系統由設備層、控制層和監控層組成。設備層是整個控制系統的關鍵環節，主要包括現場操作站、現場設備檢測單元、現場執行機構等，直接或通過現場總線與控制層中的PLC相聯系。控制層是整個控制系統的核心，采用PLC對現場設備進行控制，通過ETHERNET網將有關數據傳給上位監控計算機。監控層位于中央控制室，通過TCP/IP 協議對車間內各個受控設備的運行狀況進行集中監測，并對有關信息進行統計和保存。該系統采用 PLC 作為控制站主機，向下采用現場總線技術，將現場 I/O 站與控制站連接起來；向上采用開放的工業以太網（10/1）負責各子系統PLC之間的通訊，充分利用組態監控能力將上位監控機、服務器與控制站的數據、控制、管理等信息緊密連接。
二是人機交互系統采用以WINCC為基礎軟件的系列操作員站，既能完成本地現場操作需要，同時又可實現對其它生產區域生產狀況的監控。整個控制系統分為若干個部分，各部分自成獨立的控制系統。
三是中央監控系統設在制造車間中控室，并留有試制車間監控接口，制造車間和試制車間作為同一級平臺進行通訊，總廠ERP 系統有專用交換機與該中控系統交換信息。此外，中控系統和每條生產線的車身連鎖信號有專用的交換機連接，所有交換機由中控系統提供。
（三）生產線 MES 系統實施
通過建立制造執行系統（MES），實現計劃、排產、生產、檢驗全過程閉環管理，與企業資源計劃管理系統（ERP）集成，以實現PDCPD生產與聚氨酯拉擠生產智能車間。一是生產過程數據采集和分析系統，能充分采集制造進度、現場操作、質量檢驗、設備狀態等生產現場信息，并與車間制造執行系統實現數據集成和分析。二是建立車間級的工業通信網絡，在系統、裝備、零部件以及人員之間實現信息互聯互通和有效集成。三是在MES系統中定制供應鏈管理模塊，實現采購、外協、物流的管理與優化。四是利用工業云等新一代信息技術，在保障信息安全的前提下，實現經營、管理和決策的智能優化。
（四）MES監控生產進度
一是生產計劃執行過程動態監控，可管理到關鍵工序、實時進度，通過控制自動化設備實現柔性生產，對人工實現電子化作業指導和防錯裝配。二是監控到生產異常，及時報警提示，并記錄異常時間、設備、原因等因素。三是生產線效率分析，明細到單班每小時實際產出、生產節拍及人均小時產能，形成柱狀圖、折線圖、餅狀圖等可視化分析圖形。四是生產過程產品動態監控，對各批次產品在生產上下線、質量檢測、成品入庫等幾個環節實時進度監控，自動記錄產品各個環節的狀態、工藝參數、檢測結果等信息。五是統一查詢各單計劃完成情況，并顯示當前班次或當天的計劃完成率。
圖2 計劃入庫情況查詢
四、工作成效
智能制造建成后生產線年生產能力可達到年產100萬套，預計新增企業產值10000萬元，利潤達到1000萬元，可上繳稅金600萬元。實現生產過程自動化，提高生產效率 12%，降低人工成本10%；通過設備互聯互通，采集生產進度、設備狀態等現場信息，建立生產過程數據庫，提高管理效率20%；采用MES 實現需求對接，多品種小批量混合排產柔性化管理，降低生產過程成本 15%。
一是用能成本優化建立制造過程成本檢測系統，可對產品各工藝流程成本自動記錄分析，可視化圖形顯示制造成本組成、制造周期組成；可顯示各工藝流程工序的歷史數據曲線和各工序制造周期歷史曲線。當出現用能異常時進行警告提示，自動對產耗數據進行分析，建立產耗預測模型，提出降耗解決方案。通過智能化調度和系統性優化，實現全流程生產與能耗協同，企業能源利用率達到行業領先水平。
二是裝備與產品協調發展，相互促進，通過全自動化生產模式，進行實時質量監控、智能化質量分析等，可有效保證產品質量，保證產品性能和參數的一致性。利用大數據及云計算技術對復雜的產品數據進行分析研究，進一步改進產品質量和性能，極大提升PDCPD材料/聚氨酯拉擠材料的質量和可靠性。
三是系統建成后可實現生產過程數據全面采集，生產工藝數據自動數采率達到92%，并建立實時數據庫平臺，將生產工藝數據實時上傳到數據中心。通過自動化、信息化及網絡化整合，融入精益管理的思想和理念，生產流程更加合理，信息流、物流更加順暢，在現有基礎上生產效率將再度提升10%以上，進一步節省直接生產人員20%以上，人均日產量再提升1.5倍以上。
四是縮短產品研發周期，通過智能制造運營體系的搭建，為產品設計提供有市場預見性、針對性，以及產品設計需求信息（市場需求信息），避免盲目立項、重復立項。將新產品開發與智能化、數字化生產相結合，有利于未來新產品技術成果的產業化實施，可進一步縮短產品研發周期12%，降低設計出錯率10%。公司研發團隊前期已展開大量相關基礎工作，包括實施企業資源計劃（ERP）、倉庫管理系統（WMS）、辦公自動化（OA）、電子監管碼、電子訂單等信息系統；完成項目可行性研究，包括質量檢測軟件在PDCPD/聚氨酯拉擠生產質量控制中的應用，信息系統企業數據總線集成與應用，制造執行系統與PDCPD/聚氨酯拉擠生產工藝融合研究，智能化裝備、智能物流設備、機器人工作站在PDCPD/聚氨酯拉擠生產線中的應用研究，數據采集與分析模型與試驗，數字化生產線布局與工藝建模仿真設計等；完成智能化工業物流系統平臺框架設計與初步運行測試。