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金狮贵宾会电子产品制造智能工厂解决方案

来源:《自动化博览》时间:2018-02-07

1、项目背景

目前国内电子产品制造企业基本采用分散式组装、测试、包装的生产方式,存在效率低、周期长、 生产稳定性差以及在产物料、在制品的滞留时间长、数量多、管理难度大的问题,已经不能适应现在的多品种、小批量、高效率、高可靠性的生产需求。

针对这种产业化的劣势,金狮贵宾会通过引入智能制造概念,建设金狮贵宾会自主控制系统产品制造的智能工厂,实现订单管理、产品管理、物料管理、生产作业管理、设备管理、能源管控、质量管理、生产过程可视化等功能,使得控制系统产品的生产达到了敏捷生产、透明生产、可视化生产和智能化生产,为“中国制造2025”提供国产自主的核心控制装备与系统,实现“用中国心实施中国制造”。

2、项目实施与应用情况

自动控制系统产品制造智能工厂的建设目标是实现ERP、MES、WMS、SCADA、PLC/MC和智能传感器/执行器等不同生产层次之间的信息集成,形成制造决策、执行和控制等信息流的闭环;提高生产设备的智能化水平和生产过程管控与优化的能力,使控制系统产品制造过程的效率最大化,将制造过程的浪费降低到最小程度,实现灵活的小批量、多批次均匀连续生产。

整个智能工厂的系统结构如图1所示。

系统结构图

系统结构可划分为五层:

(1)第一层,是生产现场层,包括仪表、机械设备、在线感知传感器和执行机构,电机和机器人/ 手臂等生产设备和检测设备,分布在现场生产线的各个工位;

(2)第二层,是产线控制层,采用可编程控制器(PLC/MC)对现场各个设备/机械、执行机构等进行数据采集与控制操作,对生产线生产自动化运行起过程控制作用;

(3)第三层,是数据采集与操作层,采用SCADA系统对设备专机、PLC系统、工业视觉系统、现场监控视频等生产装置或生产线进行生产数据采集和监视数据的综合收集与集成工作,并提供HMI可视化界面进行人机交互与监视,同时,下达生产指令给生产线控制系统;

(4)第四层,是车间管理信息系统,包括MES系统和WMS系统,MES系统完成车间执行系统的管理自动化,WMS系统完成物料的综合管理;

(5)第五层,是企业资源计划ERP系统和产品数据管理系统,完成整个企业的产、供、销、人、 财、物的综合总体管理以及产品数据管理。通过5层的规划建设,纵向集成ERP系统、PDM系统、SCADA/MES/WMS信息化系统、用户操作层、控制层以及现场生产线设备,达到打通工厂上下层之间的信息孤岛,实现生产数据的互联互通,从而有效实现产品从订单到生产的智能制造。

金狮贵宾会控制系统产品智能工厂的组成主要包括以下内容:

(1)PLC自动化柔性生产线。主要由PCBA自动化生产线、自动化装配测试线、智能电子看板和自动化物流仓储系统等四部分组成。

自动化PCBA生产线。主要包括自动上/下板机、焊膏印刷机、高速贴片、回流焊、AOI、波峰焊机等标准的电子产品SMT和THT生产工艺设备, 这部分设备具备网络数据通讯接口,具备设备运行参数远程整定的能力,可以接受来自产品数据平台的生产数据,同时具备设备运行状态采集功能,可以向SCADA系统提供实时运行数据。

自动化柔性装配测试线。采用PLC、MC、智能传感器等智能化生产设备实现PLC产品生产过程的控制和检测,正确、及时地执行来自生产执行层的控制指令,达成生产计划目标;同时获取制造装备状态、生产过程进度以及质量参数控制的第一手信息,并传递给生产执行层,实现制造过程透明化,为敏捷决策提供依据。

智能电子看板。采用可视化技术,实现对生产状态的实时掌控,快速处理生产过程中常见的延期交货、物料短缺、设备故障、人员缺勤等各种异常情形,解决制造过程中的各类异常,保证生产有序进行。

自动化物流仓储系统。主要包括物料识别系统、货位管理系统、自动分拣系统、物料传输系统,以及立体仓库和AGV系统等部分。

(2)车间制造执行系统MES。主要包括生产过程管理、计划管理、质量管理、设备管理、能源管控等功能。这是车间执行业务逻辑的关键环节,承上启下打通ERP到操作层的业务逻辑处理,实现智能化管理。

(3)企业资源计划ERP。ERP系统是一个基于 客户机/服务机架构的开放的、集成的企业资源计划系统。其功能覆盖与PLC生产制造和销售相关的供应链管理、订单管理、生产计划、库存管理等方面。

(4)产品数据平台:采用配置管理数据库系统管理电子CAD系统生成的BOM与PCBA数据、机械 CAD生成的三维产品信息和装配数据等,实现版本控制并按照生产计划的要求及时、准确地向生产线发放生产数据。

3、项目创新、重点与难点问题及解决思路介绍

3.1主要创新点

(1)对工厂内部产品信息、原材料信息、设备信息、人员信息、工艺过程信息等进行全面的数字化改造,使之满足智能工厂的基本要求。

(2)生产过程全面数字化,对产品的生产信息、设备信息、工艺信息、质量信息等进行全面的数据实时采集。

(3)建立全面的产品追溯系统。实现产品、原材料批次、生产过程和质量级的全方位追溯,包括正向追溯和反向追溯。

(4)建立全面的过程防错体系。实现程序纠错、原材料纠错、上料过程纠错、设备程序使用纠错、自动化设备防错防呆等防错体系,生产数据可防止人工篡改。发生重大故障时,生产数据不丢失。

(5)建立透明的生产现场管理体系。生产进度、状态、报警、产品履历、物料流动等过程数据可视、可及时通知。

(6)建立可量化的人员绩效体系、设备综合效率(OEE)。

(7)高效自动排产。可实时动态调整,并实时更新到生产线和管理看板,易用性好。

(8)质量管理标准化。事先设置标准、系统管控执行流程;事后自动统计分析原因,实现持续改进,提高直通率和质量。

(9)全面信息无缝集成和贯通,实现与ERP、 研发系统、OA系统之间的纵向数据交互。

(10)设计开发了一套全自动化封闭的智能装配测试生产线,满足柔性和混线生产的高要求。混线柔性生产,即可以在一条线上生产不同型号、不同品种的产品,最多可同时生产50多种产品。混线生产方式的好处是快速响应、灵活制造,通过生产管控, 能够进行小批量、多批次的连续生产,从而最小化待售产品量,极大减少库存,规避货品积压问题。同时混线生产也可以实现单件产品生产,满足个性化定制化的生产要求。因此,混线生产就是一种自动化和信息化程度高,精益效果明显的柔性生产模式。

3.2难点问题及解决思路

智能工厂的建设过程中遇到的最大难点就是产品身份的数字化问题。

为了准确收集生产过程的数据,可编程控制器系列每一个产品都有自己的“身份证”。在智能工厂内,整个生产过程中,无论元件、半成品还是待交付的产品,均有各自编码,在制品一旦在生产线启动生产之后,可全程自动确定每道工序;生产的每个流程,包括焊接、装配测试或物流包装等,一切过程数据和质量数据都被系统自动采集记录,以供追溯和数字化集成;更重要的是,在柔性装配测试流水线上,根据工单信息,可自动装配不同元件,流水生产出各具特性的产品,这一切都依赖于所有信息的数字化, 这是智能工厂建设的基础。

为此,需要在产品生产加工的第一道工序就为每一个产品的PCB电路板镭刻条码。由于有大量各种各样的老产品,其PCB电路板内条码粘贴的位置只有一个,且在PCB内完全是随机的,有的位于Top面, 有的位于Bottom面,位置均不固定,这样就导致产品在生产过程中的自动识别将会非常困难。产品识别困难对后续所有生产工序都会造成致命影响,并将严重影响生产的效率,甚至对智能工厂整个建设造成严重阻碍。

为解决上述问题,并与ERP系统和现有产品体系保持兼容,通过增加另一种条码,即PCB模板上刻印两种规格的DM码:

(1)一种是PCB板内的4mm×4mm DM码,称为板内SN码。这个条码在现有条码的基础上进行改进,一方面与原有条码保持兼容性,另一方面将原来的一维码改为现在的二维码,提高条码的可识别性。

(2)新增一种:工艺边上的6mm×3mm DM码,称为板边SN码。 板内SN码与板边SN码的作用与区别如表1所示。

因此,解决的思路是修改PCB设计规范,完善产品设计准则,使之满足智能工厂产品识别的要求。

4、效益分析

控制系统产品制造智能工厂,经过“精益化、自动化、数字化、智能化”的智能制造综合建设, 覆盖了产品从研发设计到生产制造的全过程,优化了产品制造过程信息的传递过程,实现了ERP系统、PDM系统、MES系统、WMS系统、SCADA系统、PCBA柔性生产线系统、自动柔性装配测试生 产线系统、物流控制系统等纵向层次之间的数字化信息集成,形成制造决策、执行和控制等信息流的闭环;提高了生产线的智能化水平和生产过程管控与优化的能力,提高了产品质量的管控能力,及时发现并处理质量问题,杜绝因质量缺陷流入下道工序,从而提升了产品的整体生产效率和制造质量,缩短了制造周期,降低了生产成本,实现了多品种、小批量、多批次的用户定制化制造。

金狮贵宾会智能工厂经过实际的运行检验,效果如表2所示。

金狮贵宾会智能工厂还将在实践中进行持续改进和优化,未来将会在质量、交期和成本方面的改善,为企业创造持续的价值。

5、项目意义

智能制造是制造业发展的趋势,也是中国未来的产业升级之路。

以自动控制系统产品为代表的智能装备是我国制造业升级的关键设备,通过“智能工厂”的建设,不但可以有效降低金狮贵宾会自主产品的制造成本, 稳定产品质量,降低库存,提高国产控制系统产品的市场竞争力;而且可以作为制造业智能工厂解决方案的典型案例在中国制造业推广应用,推进《中国制造2025》的落地实施,提升中国制造业的国际竞争力。