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NEW MES系統驅動電力裝備生產精益化

在當前日趨激烈的市場競爭中,建設智能工廠成為企業實施差異化競爭、提升自身市場競爭力的重要途徑之一。南自自動化在企業現有的基礎上,結合多品種、小批量和離散型制造的生產特點,建立了具備自身特色的數字化、自動化、網絡化和精益化制造系統,在行業內起到了標桿引領作用。

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順應新趨勢,把握新需求

1. 行業發展新趨勢

伴隨著中國電力制造業發展步伐的不斷加快,中國電網也得到迅速發展,特別是智能電網建設已成為我國電力建設的主要方向。我國計劃2020年全面建成統一的堅強智能電網,初步實現建設世界一流電網的目標。作為電力行業二次設備的主要制造商,面對激烈的市場競爭格局,同時為了不斷滿足包括電力、工業等應用領域在內的快速發展的市場需求,迫切需要應用自動化和信息化技術對傳統工廠進行升級改造。

高端、精密且技術密集、集成化的智能制造裝備,有效縮短了產品研發與生產周期,大幅度提高了產量和質量,支撐了更加嚴格的生產安全與可追溯性要求。智能工廠是實施智能制造的基礎,智能制造具有以智能工廠為載體、以關鍵研發與生產制造環節智能化為核心、以端到端數據流為基礎和以網絡互聯為支撐等特征,能夠有效縮短產品研制周期、降低運營成本、提高生產效率、提升產品質量和降低資源能源消耗。在當前日趨激烈的市場競爭中,智能工廠的建設成為企業實施差異化競爭策略、提升自身市場競爭力的重要手段之一。

2. 企業發展新需求

由于傳統制造業過多的依賴人力進行生產,因此收集完整、可靠的數據化信息非常困難,同時人為因素也造成了質量的不可有效控制和追溯,直接影響了企業的競爭力。用智能化生產系統代替人工勞作,一方面幫助企業節約了勞動力成本,另一方面則促使企業將節約的資金投入到提高全要素生產率的領域,進而推動生產管理、人力資源管理及信息化管理等的轉變和創新。

作為電力設備制造商,南京國電南自自動化有限公司(以下簡稱“南自自動化”)在多品種、小批量和離散型智能制造行業中,面對的市場競爭格局越來越為復雜,不僅需要面對激烈的國內競爭,同時也參與到了國際競爭當中。為此,企業迫切需要應用信息化、網絡化、自動化和智能化技術對傳統工廠進行升級改造。

建設電力裝備智能制造項目被南自自動化視為超越競爭對手、取得成功的關鍵。該項目是將信息技術與制造技術深度融合的對標項目,充分體現了數字化、智能化制造的行業發展方向。

電力裝備智能制造解決方案

針對電力產品多品種且小批量的生產模式,南自自動化自主設計了生產工藝流程,通過校企聯合開發NEW MES系統,構建了車間的數字化制造平臺,實現了制造數據管理、計劃排產管理、生產進度管理、庫存管理、質量管理和工藝文件管理等,同時通過智能設備的互聯互通,實現了全生產過程中的數據采集,有效降低了生產成本,在確保按期交貨的同時,還大大提高了產品質量和服務質量。

1. 打破信息孤島,實現系統集成

為了解決日益突出的“信息孤島”問題,南自自動化將3套信息服務系統——ERP、MES和條碼系統集成為NEW MES,如圖1所示,實現數據采集和資源共享。NEW MES系統被定義為位于上層的計劃管理系統與底層的工業控制之間的面向車間層的管理信息系統,它為操作人員和管理人員提供計劃的執行、跟蹤以及所有資源(人、設備、物料和客戶需求等)的當前狀態,目的是解決工廠生產過程中的黑匣子問題,實現生產過程的可視化、可控化。

圖1 NEW MES信息流圖

NEW MES系統直接指導生產一線的操作工人、生產線和庫房的管理人員,通過手持PDA或條碼掃描槍進行操作,數據通過覆蓋整個園區的無線網絡傳遞到NEW MES服務器,NEW MES系統將數據處理后,再傳遞到ERP接口,在ERP中實現物料轉移和財務核算。NEW MES系統上線投入使用后,實現了對計劃、生產過程、質量、工藝、庫房、設備和資料等的信息共享和統一管理。

NEW MES系統體系架構如下:

(1)計劃管理

計劃管理主要包含從ERP導出插件、裝置和屏柜的生產計劃,生成配料計劃,制定作業計劃,進行挪料管理和BOM查詢等。

(2)非標管理

非標管理主要針對非標準化的生產過程,如新品、變更以及產品技術和參數更改需要完成的各種處理。非標管理中的大部分功能在現有MES系統中都已具備,新系統中將結合條碼和用戶的新需求,對其進行整合,以提高系統的運行效率,滿足生產管理的需要。

(3)工藝管理

工藝管理是本系統中最為復雜的部分,需要跟蹤到生產過程中的每個工藝流程。在這個過程中,從工單被制定了作業計劃后即產生條碼,條碼可以定位到每一個插件、裝置和屏柜,將來還可以追溯到每個元器件成品。

在生產流程控制中將條碼與轉序結合,在插件生產中讓條碼驅動轉序,并且要在需要扣料的工序為ERP生成接口數據,便于ERP中實現物料扣除。

(4)條碼管理

條碼管理模塊可以生成、打印元器件、插件、裝置、工業交換機屏柜和外購設備的條碼,還可以識別作廢的條碼和報廢的插件。

(5)合格證管理

該模塊對出廠產品實現合格證的電子化管理,使每一個出廠產品都有唯一的合格證ID,并且通過打印方式出具合格證,有效地避免了外部產品的仿制和假冒問題。合格證管理模塊包含了生成合格證、變更合格證、打印合格證和作廢合格證功能。

2. 利用信息化技術,實現生產過程自動化、智能化

通過信息化改造,建立NEW MES系統的倉儲物流、計劃分析和產線生產模塊,可對物料進行齊套分析、信息化派工。倉儲、物流和產線可通過各智能終端獲取并傳遞生產信息,施行齊套下單、配料上線、信息化派工及生產,減少物料缺項及紙質信息傳遞的等待和浪費。圖2所示為NEW MES生產功能流程圖。

圖2 NEW MES生產功能流程圖

3. 自主開發智能測試系統,大幅提高生產效率

南自自動化自主開發了PCBA在線式自動測試系統(如圖3所示)和IED裝置的自動化測試系統(如圖4所示),并集成到生產線,對產品進行在線測試,替代了原有的手工模式。通過掃描產品條碼,實現了自動選擇相應的測試程序,對產品進行耐壓、功能和在線老化測試,同時各測試步驟間還具有防錯和追溯的功能,測試效率提高200%。

圖3 自主設計的IED自動測試系統

圖4 自主設計的 PCBA自動測試線

整個測試系統在條碼信息采集時用數據庫記錄并管理產品的序列號和測試信息,并定期發送到NEW MES服務器端以便工作人員查詢產品的條碼、測試結果和一次通過率等信息。在條碼信息采集階段,數據庫將產品的各組成硬件的序列號及運行所需軟件的版本號和產品自身的序列號進行關聯,使得在測試過程中測試軟件依據輸入的產品條碼信息即可判定產品的種類,選擇相應的測試序列來對產品進行測試,避免了人工干預可能造成的錯誤。各測試環節中還加入了反查功能,即在進行當前的測試時會檢索前一個測試環節的測試結果,檢索不到則無法進行當前測試以保證每一臺產品都經過嚴格測試。

自主開發的機器人智能化進料檢測系統(如圖5所示),測試數據實時上傳NEW MES服務器。該系統由上位機主控軟件系統、機器人自動入料出料機構及軟件系統、儀器儀表自動測試系統、PLC自動控制及軟件系統等子系統組成,綜合組成了一套完整的自動測試繼電器動作電壓等級并完成分類篩選的智能自動化測試系統,同時具備測試特殊規格繼電器的微小吸合動作時間值的功能。該系統效率比手工操作提高300%,節省人力成本每年約30萬元,大大提高了檢測的精度與速度。

圖5 自主設計的機器人智能化進料檢測系統

NEW MES系統的特點及先進性

電力裝備智能制造項目的核心是建設NEW MES系統。該系統是在消化吸收國外先進技術和生產經驗的基礎上,結合企業自身的生產特點和需求,研制開發出的智能化系統。項目實施后,南自自動化提高了生產效率,降低了制造成本,產品質量和可靠性得到顯著提升,產品上市時間得到大幅縮短。這種引進和自研、自制相結合的方法與成功經驗,在電力裝備制造和相關行業具有較強的示范與引領作用。

1. 提高了IED生產線的生產效率,降低了運行成本

通過NEW MES系統驅動生產,解決了企業日益突出的“信息孤島”問題。通過信息化改造,建立NEW MES系統的倉儲物流、計劃分析和產線生產模塊,對物料進行齊套分析、信息化派工,倉儲、物流和產線可通過各智能終端獲取并傳遞生產信息,提高了IED生產線工作效率,優化了流水作業,最終達到縮短合同齊套交貨期的目的,生產線整體效率提升50%,減少非增值時間的浪費3 h/天,大大降低了運行成本,可幫助企業每年節省約110萬元的制造成本。

2. 促進生產工藝流程的優化,提升了產品的質量

混線生產施行預組裝工序,消除了不同型號裝置生產的工序差異,優化了生產節拍;適用的裝配夾具,減少了裝配不良現象的出現;皮帶流水作業代替了原先的搬運傳遞,大大降低了外觀的不良;由于手工操作存在著人為操作的因素影響,開發自動化測試機柜,逐步推廣至各產線,減少并減輕了員工的勞作需求,同時提高了生產效率和測試質量。經過數據對比,產品的一次通過率由原來的92%提高到接近99%,產線不良品的返工大幅減少。

3. 實現數據的可追述性

通過與NEW MES系統互聯,能夠實時地將生產數據保存到服務器中,避免了人工記錄帶來數據的誤差與出錯,取消了原有的紙質保存記錄,實現了數據的實時可追溯性。

4. 自動化測試設備提高了檢測的效率和精度

自主開發了PCBA和IED裝置智能化自動測試系統,并集成到生產線中,對產品進行在線測試。通過掃描裝置條碼,實現了自動選擇相應的測試程序,對產品進行耐壓、功能和在線老化測試,同時各測試步驟間還具有防錯和追溯的功能,測試效率提高200%。

做產業升級的先行者

在現有的信息化和自動化的基礎上,結合當前企業產品多品種且小批量的離散型制造的生產模式,南自自動化建成了具備自身特色的數字化、自動化、網絡化和精益化制造系統,形成了從上游到下游的整合型服務體系,擁有低成本制造基地,幫助企業優化供應鏈、縮短產品量產和面市所需時間,同時降低了資本投入和生產成本,在行業內起到了標桿引領作用。

該項目建立了設備的唯一身份認證二維碼,利用微信企業號中的服務管理中的掃碼功能,可追溯該設備的版本、板卡及插件更換記錄,給國網、南網乃至各大電廠將來的設備運行維護提供了必要的數據支撐,對系統運維將起到非常重要的支持作用。未來,我們還可以將系統的部分功能開放給用戶,通過工業互聯網技術,讓用戶可實時了解到產品全生命周期生產的情況。同時作為設備制造商,我們也可以監測到客戶終端的產品運行質量數據,真正實現了與用戶的對接。接下來,我們還要繼續拓展NEW MES系統中高級排產模塊(APS),結合車間資源實時負荷情況和現有計劃執行進度,真正實現生產的敏捷制造。

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