北京和利時(shí)智能技術(shù)有限公司

1　項目背景

目前國內電子產(chǎn)品制造企業(yè)基本采用分散式組裝、測試、包裝的生產(chǎn)方式，存在效率低、周期長(cháng)、生產(chǎn)穩定性差以及在產(chǎn)物料、在制品的滯留時(shí)間長(cháng)、數量多、管理難度大的問(wèn)題，已經(jīng)不能適應現在的多品種、小批量、高效率、高可靠性的生產(chǎn)需求。

針對這種產(chǎn)業(yè)化的劣勢，和利時(shí)通過(guò)引入智能制造概念，建設和利時(shí)自主控制系統產(chǎn)品制造的智能工廠(chǎng)，實(shí)現訂單管理、產(chǎn)品管理、物料管理、生產(chǎn)作業(yè)管理、設備管理、能源管控、質(zhì)量管理、生產(chǎn)過(guò)程可視化等功能，使得控制系統產(chǎn)品的生產(chǎn)達到了敏捷生產(chǎn)、透明生產(chǎn)、可視化生產(chǎn)和智能化生產(chǎn)，為“中國制造2025”提供國產(chǎn)自主的核心控制裝備與系統，實(shí)現“用中國心實(shí)施中國制造”。

2　項目實(shí)施與應用情況

自動(dòng)控制系統產(chǎn)品制造智能工廠(chǎng)的建設目標是實(shí)現ERP、MES、WMS、SCADA、PLC/MC和智能傳感器/執行器等不同生產(chǎn)層次之間的信息集成，形成制造決策、執行和控制等信息流的閉環(huán)；提高生產(chǎn)設備的智能化水平和生產(chǎn)過(guò)程管控與優(yōu)化的能力，使控制系統產(chǎn)品制造過(guò)程的效率最大化，將制造過(guò)程的浪費降低到最小程度，實(shí)現靈活的小批量、多批次均勻連續生產(chǎn)。

整個(gè)智能工廠(chǎng)的系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

系統結構可劃分為五層：

（1）第一層，是生產(chǎn)現場(chǎng)層，包括儀表、機械設備、在線(xiàn)感知傳感器和執行機構，電機和機器人/手臂等生產(chǎn)設備和檢測設備，分布在現場(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)的各個(gè)工位；

（2）第二層，是產(chǎn)線(xiàn)控制層，采用可編程控制器（PLC/MC）對現場(chǎng)各個(gè)設備/機械、執行機構等進(jìn)行數據采集與控制操作，對生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化運行起過(guò)程控制作用；

（3）第三層，是數據采集與操作層，采用SCADA系統對設備專(zhuān)機、PLC系統、工業(yè)視覺(jué)系統、現場(chǎng)監控視頻等生產(chǎn)裝置或生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行生產(chǎn)數據采集和監視數據的綜合收集與集成工作，并提供HMI可視化界面進(jìn)行人機交互與監視，同時(shí)，下達生產(chǎn)指令給生產(chǎn)線(xiàn)控制系統；

（4）第四層，是車(chē)間管理信息系統，包括MES系統和WMS系統，MES系統完成車(chē)間執行系統的管理自動(dòng)化，WMS系統完成物料的綜合管理；

（5）第五層，是企業(yè)資源計劃ERP系統和產(chǎn)品數據管理系統，完成整個(gè)企業(yè)的產(chǎn)、供、銷(xiāo)、人、財、物的綜合總體管理以及產(chǎn)品數據管理。

通過(guò)5層的規劃建設，縱向集成ERP系統、PDM系統、SCADA/MES/WMS信息化系統、用戶(hù)操作層、控制層以及現場(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)設備，達到打通工廠(chǎng)上下層之間的信息孤島，實(shí)現生產(chǎn)數據的互聯(lián)互通，從而有效實(shí)現產(chǎn)品從訂單到生產(chǎn)的智能制造。

和利時(shí)控制系統產(chǎn)品智能工廠(chǎng)的組成主要包括以下內容：

（1）PLC自動(dòng)化柔性生產(chǎn)線(xiàn)。主要由PCBA自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、自動(dòng)化裝配測試線(xiàn)、智能電子看板和自動(dòng)化物流倉儲系統等四部分組成。

自動(dòng)化PCBA生產(chǎn)線(xiàn)。主要包括自動(dòng)上/下板機、焊膏印刷機、高速貼片、回流焊、AOI、波峰焊機等標準的電子產(chǎn)品SMT和THT生產(chǎn)工藝設備，這部分設備具備網(wǎng)絡(luò )數據通訊接口，具備設備運行參數遠程整定的能力，可以接受來(lái)自產(chǎn)品數據平臺的生產(chǎn)數據，同時(shí)具備設備運行狀態(tài)采集功能，可以向SCADA系統提供實(shí)時(shí)運行數據。

自動(dòng)化柔性裝配測試線(xiàn)。采用PLC、MC、智能傳感器等智能化生產(chǎn)設備實(shí)現PLC產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的控制和檢測，正確、及時(shí)地執行來(lái)自生產(chǎn)執行層的控制指令，達成生產(chǎn)計劃目標；同時(shí)獲取制造裝備狀態(tài)、生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)度以及質(zhì)量參數控制的第一手信息，并傳遞給生產(chǎn)執行層，實(shí)現制造過(guò)程透明化，為敏捷決策提供依據。

智能電子看板。采用可視化技術(shù)，實(shí)現對生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌控，快速處理生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的延期交貨、物料短缺、設備故障、人員缺勤等各種異常情形，解決制造過(guò)程中的各類(lèi)異常，保證生產(chǎn)有序進(jìn)行。

自動(dòng)化物流倉儲系統。主要包括物料識別系統、貨位管理系統、自動(dòng)分揀系統、物料傳輸系統，以及立體倉庫和AGV系統等部分。

（2）車(chē)間制造執行系統MES。主要包括生產(chǎn)過(guò)程管理、計劃管理、質(zhì)量管理、設備管理、能源管控等功能。這是車(chē)間執行業(yè)務(wù)邏輯的關(guān)鍵環(huán)節，承上啟下打通ERP到操作層的業(yè)務(wù)邏輯處理，實(shí)現智能化管理。

（3）企業(yè)資源計劃ERP。ERP系統是一個(gè)基于客戶(hù)機/服務(wù)機架構的開(kāi)放的、集成的企業(yè)資源計劃系統。其功能覆蓋與PLC生產(chǎn)制造和銷(xiāo)售相關(guān)的供應鏈管理、訂單管理、生產(chǎn)計劃、庫存管理等方面。

（4）產(chǎn)品數據平臺：采用配置管理數據庫系統管理電子CAD系統生成的BOM與PCBA數據、機械CAD生成的三維產(chǎn)品信息和裝配數據等，實(shí)現版本控制并按照生產(chǎn)計劃的要求及時(shí)、準確地向生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)放生產(chǎn)數據。

3　項目創(chuàng )新、重點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題及解決思路介紹

3.1　主要創(chuàng )新點(diǎn)

（1）對工廠(chǎng)內部產(chǎn)品信息、原材料信息、設備信息、人員信息、工藝過(guò)程信息等進(jìn)行全面的數字化改造，使之滿(mǎn)足智能工廠(chǎng)的基本要求。

（2）生產(chǎn)過(guò)程全面數字化，對產(chǎn)品的生產(chǎn)信息、設備信息、工藝信息、質(zhì)量信息等進(jìn)行全面的數據實(shí)時(shí)采集。

（3）建立全面的產(chǎn)品追溯系統。實(shí)現產(chǎn)品、原材料批次、生產(chǎn)過(guò)程和質(zhì)量級的全方位追溯，包括正向追溯和反向追溯。

（4）建立全面的過(guò)程防錯體系。實(shí)現程序糾錯、原材料糾錯、上料過(guò)程糾錯、設備程序使用糾錯、自動(dòng)化設備防錯防呆等防錯體系，生產(chǎn)數據可防止人工篡改。發(fā)生重大故障時(shí)，生產(chǎn)數據不丟失。

（5）建立透明的生產(chǎn)現場(chǎng)管理體系。生產(chǎn)進(jìn)度、狀態(tài)、報警、產(chǎn)品履歷、物料流動(dòng)等過(guò)程數據可視、可及時(shí)通知。

（6）建立可量化的人員績(jì)效體系、設備綜合效率（OEE）。

（7）高效自動(dòng)排產(chǎn)?？蓪?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調整，并實(shí)時(shí)更新到生產(chǎn)線(xiàn)和管理看板，易用性好。

（8）質(zhì)量管理標準化。事先設置標準、系統管控執行流程；事后自動(dòng)統計分析原因，實(shí)現持續改進(jìn)，提高直通率和質(zhì)量。

（9）全面信息無(wú)縫集成和貫通，實(shí)現與ERP、研發(fā)系統、OA系統之間的縱向數據交互。

（10）設計開(kāi)發(fā)了一套全自動(dòng)化封閉的智能裝配測試生產(chǎn)線(xiàn)，滿(mǎn)足柔性和混線(xiàn)生產(chǎn)的高要求?；炀€(xiàn)柔性生產(chǎn)，即可以在一條線(xiàn)上生產(chǎn)不同型號、不同品種的產(chǎn)品，最多可同時(shí)生產(chǎn)50多種產(chǎn)品?；炀€(xiàn)生產(chǎn)方式的好處是快速響應、靈活制造，通過(guò)生產(chǎn)管控，能夠進(jìn)行小批量、多批次的連續生產(chǎn)，從而最小化待售產(chǎn)品量，極大減少庫存，規避貨品積壓?jiǎn)?wèn)題。同時(shí)混線(xiàn)生產(chǎn)也可以實(shí)現單件產(chǎn)品生產(chǎn)，滿(mǎn)足個(gè)性化定制化的生產(chǎn)要求。因此，混線(xiàn)生產(chǎn)就是一種自動(dòng)化和信息化程度高，精益效果明顯的柔性生產(chǎn)模式。

3.2　難點(diǎn)問(wèn)題及解決思路

智能工廠(chǎng)的建設過(guò)程中遇到的最大難點(diǎn)就是產(chǎn)品身份的數字化問(wèn)題。

為了準確收集生產(chǎn)過(guò)程的數據，可編程控制器系列每一個(gè)產(chǎn)品都有自己的“身份證”。在智能工廠(chǎng)內，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)論元件、半成品還是待交付的產(chǎn)品，均有各自編碼，在制品一旦在生產(chǎn)線(xiàn)啟動(dòng)生產(chǎn)之后，可全程自動(dòng)確定每道工序；生產(chǎn)的每個(gè)流程，包括焊接、裝配測試或物流包裝等，一切過(guò)程數據和質(zhì)量數據都被系統自動(dòng)采集記錄，以供追溯和數字化集成；更重要的是，在柔性裝配測試流水線(xiàn)上，根據工單信息，可自動(dòng)裝配不同元件，流水生產(chǎn)出各具特性的產(chǎn)品，這一切都依賴(lài)于所有信息的數字化，這是智能工廠(chǎng)建設的基礎。

為此，需要在產(chǎn)品生產(chǎn)加工的第一道工序就為每一個(gè)產(chǎn)品的PCB電路板鐳刻條碼。由于有大量各種各樣的老產(chǎn)品，其PCB電路板內條碼粘貼的位置只有一個(gè)，且在PCB內完全是隨機的，有的位于Top面，有的位于Bottom面，位置均不固定，這樣就導致產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)識別將會(huì )非常困難。產(chǎn)品識別困難對后續所有生產(chǎn)工序都會(huì )造成致命影響，并將嚴重影響生產(chǎn)的效率，甚至對智能工廠(chǎng)整個(gè)建設造成嚴重阻礙。

為解決上述問(wèn)題，并與ERP系統和現有產(chǎn)品體系保持兼容，通過(guò)增加另一種條碼，即PCB模板上刻印兩種規格的DM碼：

（1）一種是PCB板內的4mm×4mm DM碼，稱(chēng)為板內SN碼。

這個(gè)條碼在現有條碼的基礎上進(jìn)行改進(jìn)，一方面與原有條碼保持兼容性，另一方面將原來(lái)的一維碼改為現在的二維碼，提高條碼的可識別性。

（2）新增一種：工藝邊上的6mm×3mm DM碼，稱(chēng)為板邊SN碼。

板內SN碼與板邊SN碼的作用與區別如表1所示。

表1 板內SN碼與板邊SN碼的作用與區別

因此，解決的思路是修改PCB設計規范，完善產(chǎn)品設計準則，使之滿(mǎn)足智能工廠(chǎng)產(chǎn)品識別的要求。

4　效益分析

控制系統產(chǎn)品制造智能工廠(chǎng)，經(jīng)過(guò)“精益化、自動(dòng)化、數字化、智能化”的智能制造綜合建設，覆蓋了產(chǎn)品從研發(fā)設計到生產(chǎn)制造的全過(guò)程，優(yōu)化了產(chǎn)品制造過(guò)程信息的傳遞過(guò)程，實(shí)現了ERP系統、PDM系統、MES系統、WMS系統、SCADA系統、PCBA柔性生產(chǎn)線(xiàn)系統、自動(dòng)柔性裝配測試生產(chǎn)線(xiàn)系統、物流控制系統等縱向層次之間的數字化信息集成，形成制造決策、執行和控制等信息流的閉環(huán)；提高了生產(chǎn)線(xiàn)的智能化水平和生產(chǎn)過(guò)程管控與優(yōu)化的能力，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的管控能力，及時(shí)發(fā)現并處理質(zhì)量問(wèn)題，杜絕因質(zhì)量缺陷流入下道工序，從而提升了產(chǎn)品的整體生產(chǎn)效率和制造質(zhì)量，縮短了制造周期，降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現了多品種、小批量、多批次的用戶(hù)定制化制造。

和利時(shí)智能工廠(chǎng)經(jīng)過(guò)實(shí)際的運行檢驗，效果如表2所示。

表2 智能工廠(chǎng)建設效果

和利時(shí)智能工廠(chǎng)還將在實(shí)踐中進(jìn)行持續改進(jìn)和優(yōu)化，未來(lái)將會(huì )在質(zhì)量、交期和成本方面的改善，為企業(yè)創(chuàng )造持續的價(jià)值

5　項目意義

智能制造是制造業(yè)發(fā)展的趨勢，也是中國未來(lái)的產(chǎn)業(yè)升級之路。

以自動(dòng)控制系統產(chǎn)品為代表的智能裝備是我國制造業(yè)升級的關(guān)鍵設備，通過(guò)“智能工廠(chǎng)”的建設，不但可以有效降低和利時(shí)自主產(chǎn)品的制造成本，穩定產(chǎn)品質(zhì)量，降低庫存，提高國產(chǎn)控制系統產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力；而且可以作為制造業(yè)智能工廠(chǎng)解決方案的典型案例在中國制造業(yè)推廣應用，推進(jìn)《中國制造2025》的落地實(shí)施，提升中國制造業(yè)的國際競爭力。

后記

和利時(shí)始創(chuàng )于1993年，是中國領(lǐng)先的自動(dòng)化與智能制造解決方案提供商，公司二十多年來(lái)一直堅持自主創(chuàng )新，以自主技術(shù)為國內外超過(guò)1萬(wàn)家工業(yè)生產(chǎn)和制造業(yè)客戶(hù)提供了數萬(wàn)套智能控制系統和智能制造解決方案，并能為客戶(hù)的生產(chǎn)設備和工廠(chǎng)運行提供全生命周期的服務(wù)，和利時(shí)的自動(dòng)化和智能制造解決方案所管理的客戶(hù)資產(chǎn)達到數萬(wàn)億，以自主可控技術(shù)為我國制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)安全提供了保障。

和利時(shí)的智能制造解決方案，堅持以自主核心技術(shù)為基礎，開(kāi)辟“立地頂天”的發(fā)展路徑，依次涵蓋了智能裝備、智能工廠(chǎng)、以工業(yè)云服務(wù)平臺為基礎的智能服務(wù)三個(gè)層次。解決方案基于自主可控的核心技術(shù)，包括：智能控制器、現場(chǎng)總線(xiàn)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò )、工業(yè)數據庫、工廠(chǎng)建模軟件和仿真軟件、生產(chǎn)計劃軟件、能源管理軟件、數據分析軟件、設備管理軟件、基于工業(yè)云平臺的運營(yíng)優(yōu)化APP軟件等。和利時(shí)的解決方案，采用“云+端”的架構。在工業(yè)終端方面，依托于HOLLiAS智能控制系統平臺，發(fā)展新一代高端高速DCS、PLC、SCADA系統，推進(jìn)傳統裝備向智能裝備升級，實(shí)現裝備的數字化、網(wǎng)絡(luò )化和智能化，推進(jìn)裝備互聯(lián)互通；在工業(yè)云方面，依托HiaCUBE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)集成開(kāi)發(fā)平臺和HiaCloud工業(yè)云運行平臺，實(shí)現數據集成、信息集成和知識集成，推進(jìn)工業(yè)知識軟件化、服務(wù)化，解決裝備門(mén)類(lèi)眾多造成的工業(yè)知識分散和行業(yè)知識信息過(guò)于碎片化、不易共享的問(wèn)題，最大化發(fā)揮工業(yè)知識的價(jià)值。

和利時(shí)提供的智能制造解決方案，著(zhù)力兩大方面為制造業(yè)客戶(hù)創(chuàng )造價(jià)值：一是提升客戶(hù)設備資產(chǎn)的利用率，二是提升客戶(hù)設備資產(chǎn)的投入產(chǎn)出率。綜合這兩方面，提升制造業(yè)客戶(hù)資產(chǎn)的運營(yíng)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提升企業(yè)的盈利能力，最終提升客戶(hù)資產(chǎn)的投資回報率。為此，解決方案要保證工業(yè)制造業(yè)客戶(hù)的功能安全、信息安全以及365天×24小時(shí)連續可靠運行，并在此基礎上通過(guò)大數據分析、智能決策來(lái)提升設備的運行效率。對于以重資產(chǎn)高能耗為特征的流程型工廠(chǎng)，可以實(shí)現節能減排的綠色制造；對于離散制造業(yè)，可實(shí)現高效率低成本的個(gè)性化定制。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年1月刊