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2022

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菲尼克斯亚太电气:数字时代打造智能工厂


一、企业简介

       菲尼克斯电气是全球电气连接、电子接口、防雷及浪涌保护、电动汽车充换电技术、现场总线、工业以太网和工业自动化技术的市场领导者,也是“隐形冠军”和工匠精神的代表。

       菲尼克斯电气中国公司不是上市公司,也非独角兽或瞪羚企业。菲尼克斯电气中国公司是德国菲尼克斯电气集团在华子公司,1993年进入中国,总部位于南京,员工2200余人,是菲尼克斯电气集团面向全球的竞争力中心之一。

       近年来,公司荣获了中国电气工业10强/创新力10强、江苏智能制造突出贡献奖等荣誉,是国家认定的高新技术企业,拥有省级企业技术中心和博士后创新实践基地,先后被评为江苏省示范智能车间、江苏省工业互联网标杆工厂和南京市智能工厂,并入选工信部“中德智能制造合作试点示范项目”和《智能制造系统解决方案供应商规范条件》企业名录,参与了《数字化车间术语和定义(GB/T 37413-2019)》、《数字化车间通用技术要求(GB/T 37393-2019)》、《智能工厂 安全控制要求(GB/T 38129-2019)》等多项国家标准的制定。2018-2020年公司“PLCnext 开放式控制平台”、“基于物联网的Emalytics智能楼宇能效管理系统”、“基于Proficloud的云-边-端一体化协同解决方案”连续三年入选“世界智能制造十大科技进展”项目。

图1 菲尼克斯亚太电气(南京)有限公司  
图1 菲尼克斯亚太电气(南京)有限公司


二、企业在智能制造方面的现状

       根据毕马威的数字化成熟度模型,对菲尼克斯电气中国公司现状评估后,最终评分达到中等水平,仍有较大提升空间。

       围绕研发、生产、仓库物流、质量服务四大体系能力建设,菲尼克斯电气已经完成了产品生命管理系统(PLM)、生产质量管理系统(MES)、仓储物流管理系统(WMS)、企业资源计划系统(ERP)、智能排产系统(APS)等系统的新建和升级扩建;推进生产现场数字化和智能化建设,建立了现场工控网,完成了机加、注塑、金工、装备制造等制造业务的数字化改造;积极探索新技术应用研究,开展了Shuttle穿梭车技术、AGV技术、仿真技术、AR技术、5G等新技术试点应用。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

1.项目背景介绍

       菲尼克斯电气在2016年正式启动IT 2.0数字化转型战略。此时恰逢公司新基地的建设,所以决定组织多方力量,花大力气将新基地建设成基于工业4.0要求,国内一流的数字化智能工厂。同时确定了:以APS为大脑、MES+WMS作为生产物流执行系统,实现ERP、APS、PLM、MES、WMS、DCS六大系统的全面集成,打造智能制造创新平台,来满足生产现场快速、柔性、全自动的需求。

2.项目实施与应用情况详细介绍

2.1数字化车间智能装备应用情况

       菲尼克斯电气的IC生产数字化车间,具有多品种,小批量离散型制造的特点。车间拥有82台自动化注塑机、124台全自动装备设备,共206台,占车间总设备数量的100%。目前IC车间通过对设备联网实现所有关键加工数据全面监测,生产所有过程均记录在MES系统中。

(1)    自动化装配机

       自动装配机首先将杂乱无章的零件通过振动料斗,变成固定的方向进入相应的装配工站;装配工站则由电缸、气缸、夹爪等机械零部件组成,辅以电气程序控制,按照既定的工艺流程,装配出成品。穿插在各个关键工艺过程以及最后的成品输出工站之前,会有一系列传感器及视觉检测,确保成品质量达到客户需求。部分自动装配机更有自动折叠纸盒、自动包装、自动装箱单元降本增效。

(2)    自动化注塑机

       注塑机是用于对注塑粒子进行重塑,生产注塑件的设备。注塑机使用GOLDEN ELECTRIC和ALLDRIVE时,注射,预塑以及开合模采用伺服电动驱动,始终完全独立,高加速度以及同步动作可以实现快速循环,通过曲臂合模系统,伺服电驱动的高效率以及制动能量的转换利用是高功率效率的基础,使整体能耗降低50%以上,该智能注塑机的众多技术细节保证了机器在运行过程中具有卓越的可靠性和最小的变化。 

(3)    配送AGV

       当Shuttle穿梭车完成原材料出库将原材料放置在AGV的货物收发站点后,WMS系统会向配送AGV发出指令,配送AGV自动运动到发货口的出口下方,将原材料箱抱起,配送AGV将原材料箱按照系统分配的路线运行,AGV到达指定线边库位后,自动将原材料箱放置线边库料架上,放置结束后,AGV自动回到等待工位等待下一个任务指令。 

(4)    智能高位货架

       目前注塑车间可以通过智能仓库运送线,实现成品缴库。当注塑机生产完注塑件,通过打印的标签在输送线上进行扫描,将箱子放置输送线上,Shuttle小车会自动过来将成品箱运送至高位货架中,并实现将库存信息同步至ERP,WMS,MES等系统。

2.2车间物联网

       车间内已实现5G全面覆盖,并广泛采用传感器等数据采集装置与PLC联接,PLC通过和MES、WMS、WCS等系统的信息交互,将整个生产过程的信息串联起来,车间内的台自动化、智能化设备已100%实现联网。

       目前IC车间生产计划是由APS系统通过将齐套情况、订单交期紧急情况、报工情况、工艺工装情况等各种因素考虑进去,实现一键排程。在生产过程中,系统实时报工直至产品完工入库。为支撑整个业务过程的有效运营,菲尼克斯电气已经打通ERP与MES、APS、EMS、WMS的集成,实现数据互联互通。

2.3工业软件和智能系统应用

(1)智能排产系统   

       通过打造计划排产引擎、计划排产模型、常规则配置、自定义规则扩展实现长周期计划、粗产能规划、产能平衡、详细高级排产等,在多场景下进行计划排产运算,可以实现多规则模拟、多计划集控制、正逆排、插单处理、交期预测、实际反馈响应。并且可以针对现场的情况的变化实现快速计划调整,在现场情况变化之后,可以实现计划排产重新评估、资源评估、滚动计划、计划排产优化等。

   

       APS系统的正式上线,主要实现了:

       插单的订单根据订单交货期、优先级规则,自动排程答复交期,插单的订单根据现有产能,插空排程答复最早交货期。

       打通需求订单和计划订单之间的信息壁垒,直接查看订单对应的生产计划;打通订单计划和实际生产订单的信息壁垒,直接查看订单对应的生产实际进度。

       制定多种不同参数排程策略,分别评估延期订单指标;分工序制定不同的成组规格来减少切换,据人员和设备的最佳组合优化生产效率,规避组合禁区。

(2)质量管理系统

       菲尼克斯电气质量管理系统(CAQ/QMS系统)主要包含如下场景:来料质量控制、生产过程质量控制、客户投诉管理、不合格品管理、质量检验设备对接、质量数据分析、自动物流平台集成等。

       进料检测包含:来料检验区域、金工检验区域、注塑来料区域以及实验室区域,其中来料检与实验室均有复数检具/检测设备。进班组长可实时查看全部任务、任务进度,并可以进行快速任务分配。

       过程检验系统提供车间首检及巡检功能,生产过程中关键产品特性,采用SPC控制图进行实时监控分析。同时通过CPK指标考评,定期监控生产过程能力,为管理决策提供数据支持,建立过程质量预警、及时处置及改进的机制。

       CAQ/QMS系统众多场景实现自首样放行管理、来料检验、过程检验控制、售后质量到售后成本等全生命周期的质量管理系统,助力质量管理无纸化、智能化管理及持续改进。
 
       CAQ/QMS系统使用生产执行MES系统中计算机辅助质量管理CAQ模块的底层基础数据结构,运用其质量判定执行方法,搭配菲尼克斯电气自主产权的数字工业解决方案前端界面,集成MES系统内智能物流、图形排程、资源管理、设备管理等模块。通过智慧数据采集的方法,对接实验室内多种质量量检工具,实现质量检验数据实时采集,并打通仓储管理WMS系统、产品数据管理PDM系统(OSM)、客户管理CRM系统(NBMP系统)、供应商管理SRM系统、办公自动化OA系统(iPortal)进行信息桥梁,实现菲尼克斯电气全生命周期的质量管理系统。

(3)设备管理系统

       通过设备管理系统实现资产全生命周期管理:建立企业资产管理系统,将生产设备、计量设备的信息统一录入系统,将资产管理过程线上化,实现资产从登记、报修、维保、改造、转移到报废的全生命周期管理。目前公司设备管理系统借助大数据,对维修维保计划进行数据分析,得到最优的、资源利用率最高的维修计划,并且实现在线监测与故障诊断:利用AR/VR技术,实现远程在线监测,快速的发现问题,利用专家的能力,高效解决问题。结合数据采集,实现设备状态、运行参数的实时收集,设备故障的自动报修,任务单的自动分派。

  

       与供应商合作,通过设备管理系统标准功能,结合公司特殊需求定制开发的方式进行实施。充分利用市场已有的设备管理方案与供应商丰富的实施经验,将已经运行成熟的方案在项目中进行应用,包括设备台账管理、故障报修、故障维保、点巡检管理、备件管理等。同时结合公司业务实际,对报修单自动分派、维保自动验收、手机端批量执行点巡检任务、设备管理展示大屏等需求进行定制开发,使其方便操作,提升使用效率;同时结合数据报表,对业务数据进行全面分析,查找优化点,进行改善。

(4)智能物流配送体系

       车间计划完成齐套分析后,会在APS中进行排产。APS将排产结果下发WMS,WMS会根据物料的发运目的地。订单开工时的时间范围对生产订单进行波次管理,统一发运目的地并且开工时相近的生产订单会被在同一波次进行分配,部分需要分拣的物料会根据整箱的数量提前通知智能立体仓库的Shuttle小车进行自动化分拣,分拣完毕之后继续先入库。等待现场通过MES进行叫料,并且针对部分塑料外壳在WMS中维护了增湿属性,在分拣完毕后,这部分具有增湿属性的塑料外壳会提前送至增湿站进行自动化增湿。现场开工之前会在MES系统通过需求单发送至WMS,WMS会给智能立体仓库的Shuttle小车发送送到物料配送站点,并且通过AGV将原材料配送至线边库。现场人员可以在MES中根据需求单号查询对应的物料的配送进度,实时了解物料动态。

       目前整套智能物流配送体系主要分为5个站点:

       De-Palletizer & Palletizer 工作站:将拆托与组托功能整合,一个工作站实现两个功能,实现自动化的同时,尽量增加组托和拆托的运行效率。

       来料检验的IQC工作站:在质检环节,数量清点完成后,系统根据质检抽样规则,随机抽取检验箱,并由ARC送至IQC工作站。质检放行前,被冻结在质检状态,库存状态为不可用,质检完成后,料箱返回IQC工作站,ARC将料箱送至中央称重站,自动计算抽检数量,随后自动返回智能利息仓库。

       E-Kanban工作站:生产所需的零部件都摆放在E-Kanban料架上,员工自助拿取,传感器自动识别,ARC自动从智能仓库系统调取相同物料,并送货至Kanban货位。全过程自动完成。生产后的成品,绑定料箱后,员工将其放置在E-Kanban入库位,传感器自动识别,随后由ARC将其送入智能仓库系统。

       塑料件快速增湿工作站:物流系统+机械手机构+快速增湿单元,三者组合,以实现全自动工作。增湿前后的重量数据被自动记录,用于分析增湿效果,调整工艺参数。如增湿单元满负荷时,ARC自动先将料箱送入智能仓库系统,待空闲时再返回增湿。

   

       物料配送接收站:该站点为Shuttle穿梭车原材料配送的终点,AGV配送的起点,Shuttle将原材料配送至该站点后通知WMS,WMS会给AGV下发配送的指令,最终通过AGV配送至线边库。

2.4智能工厂项目的重点与难点及解决思路

       智能工厂的建设一般投入大、工期长,所以项目启动前,深入、详细、清晰的规划是项目成功的有力保障。此时,一支有丰富项目经验的供应商,以及稳定、高效的内部数字化团队也同样至关重要。菲尼克斯电气在智能工厂落地过程中,遇到了方方面面的挑战,但各团队打破边界,通力合作,最终获得了这场战役的胜利,具体有以下几个方面:

       系统集成:智能工厂项目中智能物流部分需要打通MES,WMS,ERP,AGV调度等系统,实现成品缴库,成品质检,原材料发料等功能,集成度较高,涉及周边系统较多。项目组通过优秀的项目管理,协调多家供应商,完成高度集成,实现配送、发料、确认,从仓库到线边库无需人工干预,并极大的提升了厂内物流运行效率,拉动提升生产效率。

       设备安装:该项目是国外某自主运输机器人在国内的首个应用案例,国内没有任何安装材料和安装铺设环境可作为参考。供应商通过与菲尼克斯电气的深度合作,最终完成了高位自动仓及轨道的自主设计和铺设。

       新冠疫情:由于疫情影响,供应商无法按计划安排人员驻场实施,导致项目一度存在风险。在菲尼克斯电气的技术支持下,供应商安排两名硬件工程师进行驻场,通过AR眼镜协调后方整个软硬件开发团队进行项目实施。新技术AR眼镜的应用,最终保证了整个项目的如期上线。

3.效益分析

       菲尼克斯电气二号基地智能工厂项目已实现智能化设备覆盖率90%以上,生产设备通过PLC与MES、WMS等系统连接,车间已实现全网络覆盖数据信息交互通畅,设备联网互通率100%。车间全线实施在线电子看板,对产品生产全程记录,产品100%全检,并实现了产品信息的追溯,目前对整个智能制造行业起到示范作用。从效益上看:

       数字化车间建设,引入泛在互联的自动化设备,单位生产效率提升3倍,员工劳动强度降低30%,安全性平均提升3倍。

       智能物流项目不仅实现了JIT,还真正完成了生产物流全自动配送。目前从线边叫料,到物料配送至生产现场,控制在8分钟以内,库房人员减少50%,对公司生产制造和供应链的数字化战略的孵化起到了决定性作用。 

       管理人员在数字化车间能通过计划监控看板,实时查看车间生产计划和执行进度,极大提升了公司管理效率和生产现场的运行效率。 

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