關(guān)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的汽配企業(yè)智能工廠架構(gòu)及實(shí)踐

導(dǎo)讀：本文以汽配企業(yè)智能工廠建設(shè)工程為研究對象，對汽配行業(yè)智能項(xiàng)目建設(shè)的全流程進(jìn)行梳理和總結(jié)，針對離散智能工廠建設(shè)過程中的自動化、信息化和智能化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施，從智慧物聯(lián)、智能物流、移動管理、實(shí)時追溯、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等方面，提出離散智能工廠建設(shè)實(shí)踐的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容，幫助企業(yè)通過智能工廠實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的透明化、少人化和協(xié)同化。

一、引言

智能工廠在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界得到了巨大的發(fā)展和深入探索［1-3］。智能工廠的基本特征是將柔性自動化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)等全面應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、工廠運(yùn)營等各個階段［4］。發(fā)展智能工廠有助于滿足客戶的個性化需求、優(yōu)化生產(chǎn)過程、提升制造智能、促進(jìn)工廠管理模式的改變 ［5］。

汽配行業(yè)智能工廠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要以汽配企業(yè)的行業(yè)特色為背景，實(shí)現(xiàn)從訂單下達(dá)到成品的整個生產(chǎn)過程透明化管理，滿足生產(chǎn)加工過程全流程可質(zhì)量追溯，存在工廠與組織間計(jì)劃協(xié)同、生產(chǎn)協(xié)同、業(yè)務(wù)頻繁等現(xiàn)實(shí)要求，企業(yè)必須持續(xù)改進(jìn)自身供應(yīng)鏈和生產(chǎn)方式，以滿足不斷變化的市場需求。

二、智能工廠實(shí)踐

2.1 需求分析

汽配企業(yè)采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能工廠解決方案，實(shí)現(xiàn)了全新工業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的升級改造，提升了整個網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的高效性和可靠性，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明工廠打下重要基礎(chǔ)。應(yīng)用需求包括：

（1）產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同要求高。以家用汽車為例，主機(jī)廠每生產(chǎn)一輛汽車，就會牽扯到1500~2000個零部件。而先進(jìn)的整車裝配線，幾分鐘就會下線一輛汽車，最快的生產(chǎn)線一分鐘就下線一輛汽車。這就給下游的一級配套商以及二級配套商提出了很嚴(yán)苛的要求。如何保證從主機(jī)廠到一級配套企業(yè)再到二級配企業(yè)的物流、信息流、資金流高效地運(yùn)行是一個很大的挑戰(zhàn)。

（2）品種多、數(shù)量大、追溯難。很多汽配企業(yè)生產(chǎn)的零部件有上千種，每種產(chǎn)品的每天生產(chǎn)數(shù)量可能會有上萬件。如果采用傳統(tǒng)方法，很難做到實(shí)時計(jì)劃、實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時物流監(jiān)控。特別是零部件供應(yīng)及內(nèi)部物流管理工作量大，易造成生產(chǎn)缺料、物料上線不及時、庫存積壓等問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為這種要求提供了可能。

（3）精細(xì)化管理難。從時間節(jié)拍上看，整車廠的生產(chǎn)節(jié)拍是分鐘級，零部件廠的生產(chǎn)節(jié)拍要控制到秒級。從管理粒度看，過去僅能管理到班次、班組，現(xiàn)在要考核每臺設(shè)備的OEE、每個人的生產(chǎn)效率，甚至到每臺設(shè)備的毫秒級工藝參數(shù)監(jiān)控。

2.2 總體要求

本項(xiàng)目建設(shè)一套面向汽配企業(yè)智能工廠系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車間精細(xì)化、可視化、智能化管理。對本系統(tǒng)提出的技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的全流程管理，從ERP接收生產(chǎn)計(jì)劃為流程起點(diǎn)，以產(chǎn)品加工完成入庫、發(fā)貨為流程終點(diǎn)；支持生產(chǎn)表單的數(shù)字化；

（2）實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、統(tǒng)計(jì)、搜索功能；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化、智能化、便捷化采集及集中保存和共享；

（3）實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期全要素的質(zhì)量追溯，支持從產(chǎn)品追溯到材料，也支持從材料追溯到產(chǎn)品；

（4）實(shí)現(xiàn)與供應(yīng)商的在線協(xié)同，在線接單、發(fā)貨、收貨、信息交互、績效發(fā)布等。

2.3 智能工廠架構(gòu)設(shè)計(jì)

主要建設(shè)內(nèi)容包括：

（1）建立基于5G私有云的智能化車間IoT體系架構(gòu)，建立設(shè)備異常實(shí)時采集、檢測機(jī)制，進(jìn)行設(shè)備OEE核算；對不同參數(shù)進(jìn)行限值設(shè)定，進(jìn)行設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)分析。同時將實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)度的實(shí)時監(jiān)測，通過采集設(shè)備運(yùn)行的指令號，獲知當(dāng)前加工的產(chǎn)品型號、加工數(shù)量，對生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、反饋。

（2）建設(shè)生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)，構(gòu)建生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、文檔管理、物料批次管理、倉儲管理、生產(chǎn)調(diào)度等功能，對數(shù)據(jù)資產(chǎn)、數(shù)據(jù)流動、數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)統(tǒng)一調(diào)配管理，實(shí)現(xiàn)車間精細(xì)化、可視化、智能化管理。

（3）建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同平臺，通過平臺與主機(jī)廠、設(shè)備供應(yīng)商、二級供應(yīng)商、物流公司及勞務(wù)公司多維度互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)訂單自動導(dǎo)入、便捷采購、人力協(xié)同、智慧物流等功能，提升訂單準(zhǔn)確性、財(cái)務(wù)核算效率，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品可追溯性，提高企業(yè)對高端汽車零配件的供給服務(wù)能力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展。

（4）建設(shè)企業(yè)工業(yè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，通過將設(shè)備采集的工作信息與訂單信息、工藝數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，打通PLM、MES、ERP等系統(tǒng)信息互聯(lián)，進(jìn)行工業(yè)大數(shù)據(jù)梳理、清洗、分析與挖掘，構(gòu)建知識圖譜和算法數(shù)據(jù)庫、工業(yè)機(jī)理庫，將工業(yè)知識進(jìn)行沉淀和復(fù)用，形成企業(yè)新能力。

（5）基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的工業(yè)APP應(yīng)用系統(tǒng)，開發(fā)應(yīng)用覆蓋維修與生產(chǎn)、質(zhì)量巡檢、綜合管理等全過程的工業(yè)APP，以實(shí)現(xiàn)輕便快速的數(shù)字化管理。

2.4 核心功能及作用

以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為技術(shù)支撐，以汽車企業(yè)的實(shí)際需求為導(dǎo)向，主要實(shí)現(xiàn)了平臺的下述功能。

（1）智慧物聯(lián)基于IoT技術(shù)達(dá)成設(shè)備互聯(lián)互通，建立完備的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

對某企業(yè)工廠內(nèi)有1條沖壓線、4條開卷線，以及361個焊接機(jī)器人島，31臺AGV 運(yùn)料小車；通過對廠內(nèi)的所有設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與升級，實(shí)時采集每臺設(shè)備的工作信息，并與訂單、工藝相關(guān)聯(lián)，進(jìn)行工業(yè)大數(shù)據(jù)分析與挖掘，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)線實(shí)時監(jiān)控、報(bào)警。通過智慧物聯(lián)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)的自動采集；開工前對工藝參數(shù)實(shí)際設(shè)定值校驗(yàn)；自動采集工藝中定義的參數(shù)信息，進(jìn)行異常監(jiān)控；對訂單進(jìn)行工藝參數(shù)的超差變更，訂單完成后進(jìn)行提醒恢復(fù)；查看工藝參數(shù)的趨勢變化；采集工序完工數(shù)量，并進(jìn)行工序自動報(bào)工；自動完成數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計(jì)等功能。

（2）智能物流通過OPCS接口、供應(yīng)商協(xié)同、條碼技術(shù)、AGV集成、ERP集成等應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)從主機(jī)廠接單、到計(jì)劃下達(dá)、供應(yīng)商接單、供應(yīng)商發(fā)貨、現(xiàn)場收貨、散件入庫、散件消耗、總成入庫以及總成發(fā)貨的全流程應(yīng)用，日均打印條碼超3萬張。降低員工工作強(qiáng)度，可以使員工對整個車間物流現(xiàn)場了如指掌，提升物流效率與運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量。

（3）移動管理系統(tǒng)全面接軌移動應(yīng)用，管理人員通過移動APP，隨時隨地查看 OEE、CMK、VBZ、生產(chǎn)異常、實(shí)時物流、實(shí)時產(chǎn)線、實(shí)時質(zhì)量等信息，同時還能通過移動應(yīng)用與關(guān)鍵崗位、供應(yīng)商等進(jìn)行溝通協(xié)作，相比傳統(tǒng)模式，既解放了管理人員，也提升了管理精準(zhǔn)性。

（4）實(shí)時追溯通過唯一標(biāo)識產(chǎn)品與生產(chǎn)資源、實(shí)時采集生產(chǎn)大數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)行產(chǎn)品的全生命周期追溯，隨時隨地能夠查詢到產(chǎn)成品是在何人何時在哪臺設(shè)備上使用了哪個批次的散件完成的加工，加工時的工藝參數(shù)如何。

（5）物料跟蹤與管理通過物料跟蹤號及物料事件，準(zhǔn)確記錄物料在整個生產(chǎn)組織過程中發(fā)生的所有事件，完成對物料的整個生產(chǎn)加工、形態(tài)變化全過程的跟蹤與追溯，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的全程物料跟蹤和集中管控，如圖2所示。

計(jì)劃員在系統(tǒng)上下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)，對生產(chǎn)線、生產(chǎn)速率、生產(chǎn)數(shù)量及人員配置等信息規(guī)范化管理。班組長登錄生產(chǎn)訂單門戶查詢生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)，在線打印生產(chǎn)條碼，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)訂單跟蹤。對工作現(xiàn)場的發(fā)貨看板、生產(chǎn)計(jì)劃看板、到貨看板和維修看板使用屏幕投放進(jìn)行可視化處理。企業(yè)員工可在手機(jī)端對OEE、VBZ、CMK、生產(chǎn)線情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，實(shí)時查看車間生產(chǎn)狀況。

（6）搭建產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同平臺，將主機(jī)廠、供應(yīng)商、物流公司和外包公司多維度互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、人、產(chǎn)品和系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)同。

產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同平臺整體解決方案

如圖所示，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同平臺將實(shí)現(xiàn)真正意義上的供應(yīng)鏈協(xié)同、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，信息完全共享，提高溝通效率，降低溝通成本，避免重復(fù)錄入和出錯，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合。在連接主機(jī)廠環(huán)節(jié)，通過OPCS導(dǎo)入車企生產(chǎn)計(jì)劃并同步到ERP系統(tǒng)，通過MRP運(yùn)算后拉動采購計(jì)劃及生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)。在ERP下單后，供應(yīng)商登錄門戶系統(tǒng)，完成訂單確認(rèn)、發(fā)貨、條碼打印粘貼，并支持系統(tǒng)對賬，包含到貨、工位器具、質(zhì)量文件等情況。

三、應(yīng)用效果及價值

本項(xiàng)目的實(shí)施，一方面智能工廠運(yùn)行和管理可以減少甚至完全取消不必要的手工操作，最大限度地消除不確定因素，使產(chǎn)品質(zhì)量得到有效控制和提高。另一方面數(shù)字化管理有利于企業(yè)從以事務(wù)為中心的傳統(tǒng)管理模式向以客戶為中心的管理模式轉(zhuǎn)型，提供更符合客戶需求的產(chǎn)品和服務(wù)，提升客戶滿意度，從而提升公司承接高端汽車零配件訂單能力。項(xiàng)目執(zhí)行后的直接效益。

（1）通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，打通了零部件企業(yè)與上游主機(jī)廠、下游供應(yīng)商（二級配套企業(yè)）、物流公司、勞務(wù)公司、IT服務(wù)商、設(shè)備廠商、銀行之間全業(yè)務(wù)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了信息共享，提高了溝通效率，降低溝通成本，不用重復(fù)錄入，減少了出錯概率。

（2）通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)流程的互聯(lián)網(wǎng)化、智能化、透明化、數(shù)據(jù)實(shí)時化，實(shí)現(xiàn)了全部零部件的全流程質(zhì)量追溯。員工工作強(qiáng)度大大降低，工作更簡單有樂趣，普通員工也能對整個車間物流現(xiàn)場了如指掌，提升物流效率與運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量，更能確保車間的交期與質(zhì)量。

（3）通過智能物流與倉儲、智能調(diào)度工具、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)簡單、準(zhǔn)確、高效的溝通，充分發(fā)揮員工效用，實(shí)現(xiàn)工廠透明化，提升物流運(yùn)轉(zhuǎn)效率，優(yōu)化庫存，實(shí)現(xiàn)物料采購效率提升15%，生產(chǎn)過程事件記錄完整性提升20%，助力產(chǎn)能提升，生產(chǎn)線節(jié)拍提升至47JPH。

（4）通過智能報(bào)表管控、制造檔案網(wǎng)絡(luò)化、批次追溯、參數(shù)監(jiān)控等智能工具，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造過程透明化，實(shí)時監(jiān)控產(chǎn)品加工的每一道工序，提升過程監(jiān)控時效性，綜合提升制造過程可監(jiān)控性30%，提升產(chǎn)品制造過程可追溯性50%。

（5）通過OPCS接口、供應(yīng)商協(xié)同系統(tǒng)、勞務(wù)工系統(tǒng)，零部件廠、整車廠、99家供應(yīng)商、15家勞務(wù)公司，日均1041名勞務(wù)人員、200余輛車輛實(shí)現(xiàn)了在線協(xié)同。相對于原來郵件加電話的方式，訂單的準(zhǔn)確性、采購效率、財(cái)務(wù)核算效率均有大幅提升。

四、結(jié)語

本解決方案在某企業(yè)配件企業(yè)的三家屬地工廠進(jìn)行了推廣，用戶反饋應(yīng)用效果良好。該應(yīng)用模式在汽車零部件行業(yè)有較強(qiáng)的可推廣性。通過對汽配企業(yè)智能工廠建設(shè)，一方面實(shí)現(xiàn)設(shè)備物聯(lián)和生產(chǎn)運(yùn)營過程透明化，形成數(shù)字化運(yùn)營和管理能力，幫助企業(yè)提升整體運(yùn)營效率，提升企業(yè)核心競爭力。另一方面通過產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，提升產(chǎn)業(yè)鏈整體韌性和響應(yīng)能力。

作者：中國寶武工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院 李輝

來源：《信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化》2021年第4期

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