杭叉集团:打造“工业互联网+大数据+5G”未来工厂

发布时间:2021-02-23 来源:e-works

  一、企业简介

  杭叉集团股份有限公司是中国工业车辆行业的排头兵企业、中国工程机械工业协会工业车辆分会轮值会长单位、全国工业车辆标准化技术委员会副主任委员单位。公司总部位于浙江杭州青山湖科技城,占地面积1600余亩,下属72个控股子公司、8个参股公司,有员工3800多人。2016年在上海证券交易所主板(A股)成功上市。杭叉集团主要经营叉车、牵引车、智能工业车辆等机动工业车辆产品及主要部套件的研发、生产及销售;同时提供智能物流系统解决方案及配件服务、车辆修理、车辆租赁等工业车辆后市场业务。

  公司入围中国大企业集团竞争力500强(第35位)、中国制造业500强企业、中国民营500强企业、中国质量诚信示范企业、中国出口质量安全示范企业、中国机械工业百强企业、浙江省高新技术百强企业、浙江省高端装备制造业骨干企业、浙江经济年度榜样、省级创新型示范企业等之列。

  公司是国家高新技术企业,拥有国家认定企业技术中心、智能工业车辆省级重点企业研究院、浙江省工业车辆工程技术研究中心、浙江省省级高新技术企业研究开发中心、工业车辆省级工业设计中心、浙江省院士专家工作站、浙江省博士后工作站以及国家认可实验室等技术创新载体。杭叉试验检测中心拥有电磁兼容试验室、半消声室、传动链试验台、电池充放电试验台等100余套国际一流的核心零部件及整车试验检测设备,获中国合格评定认可委员会颁发的实验室认可证书。

  图1杭叉集团股份有限公司

  二、企业在智能制造方面的现状

  2.1物资采购

  杭叉目前共有17家生产型子公司、50多家销售公司、数百家合作供应商。在现有ERP采购、供应商管理等模块基础上,依托杭叉工业互联网平台,构建端到端的采购物流一体化协作平台,紧密配合生产体系,实现系统采购计划下达后,自动生产采购订单,且与研发设计、生产计划紧密形成,实现非标件快速采购,满足生产需求。同时,建立供应商评价系统,对供应商的供货质量、技术、响应交付、成本等要素进行量化评价,如供应商零部件抽查合格率等,建立供应商准入/评价机制,提升供应商标准化管理能力。

  2.2计划调度

  2.2.1生产计划协同体系构建

  建立跨公司协同生产平台,构建生产计划协同体系。围绕1个总部基地,加强与生产型子公司杭叉门架、杭叉桥箱、杭叉铸造等的生产协同,对物料缺件预警,提前采取措施,提升成台率(做一台是一台)。通过智能MRP(物料需求计划)系统应用,确保物料供需平衡,提升物料齐套性。基于安全库存、采购提前期、生产提前期、制造过程数据等要素实现物料需求运算,创建最佳采购订单。同时,通过全局产品可用性检查,及时发现物料短缺并快速响应客户交期承诺。

  2.2.2智能化调度

  杭叉MES的调度管理充分考虑了车间线上和线下可能出现的异常情况,如物料送达异常、零件质量异常、设备异常等,并针对每种异常进行记录和调整,以确保实际生状态和系统的高度一致。如,线上作业时,系统支持产品的少装、停装、下修、离线、挂起等操作。支持产品线下补装、下修、重装和续装。线上整机可随时通过线上异常操作转成下线状态,下线整机经过异常处理后,可转成挂起返回待上线状态,重新上线。以上状态的管理,能够处理整机因质量原因,缺料原因,计划调整(插单)等造成的各种异常操作。MES通过调度和同步两个层次,完成详细进度计划的更新,使进度计划重新回到“协调”状态。

  以上异常操作会关联系统的同步计算,对后续计划的动态计划时间进行调整,及时反馈异常操作所产生的一系列时间变化,包括计划进度时间,物料需求时间等。管理人员可根据系统的动态时间推算决策是够进行后续的关联调整。

  2.2.3生产作业

  杭叉MES系统与ERP系统互联互通,接收ERP发出的N+3日的滚动计划和计划相关的BOM信息及工艺信息。以此为基础,通过单台计划动态排程优化排序总装计划并拉动涂装计划,以该计划为主线,同步拉动外购物料的配送和内投物料的计划,实现生产和物料的协同精益生产。

  为保证计划有条不紊按序生产,采用计划协同模块,依据车间的物料类型、厂内路线、物料的配送路线和配送方式,制定灵活多样的配送机制。基于门架焊接/钣焊/车桥等集团内部供应的物料计划,匹配需求,分阶段定时进行物料供给状态跟踪和预警,提供针对性的物料跟催计划,尽量减少缺料。同时,根据动态计划结果,同步供料,按需供料,即满足生产需要,又降低线边存储,提高车间分拣效率,减少一切不增值活动,从而降低企业的管理难度和活动成本。

  通过对制程中的计划、物料的跟踪管控,将现场的生产执行数据(含装配人员信息)、工艺信息、物料配送信息、制造过程信息等进行集成,形成整机档案,做到企业车辆信息的整合和统一信息共享,避免信息孤岛,便于各部门的调阅,提高数据一致性和利用率,为企业决策提供稳定可靠的数据来源。

  2.2.4产品质量全生命周期追溯

  杭叉高度重视质量过程控制,依托MES系统,根据质检计划对零部件、成品进行检验,充分发挥在线质检作用,及时发现生产过程中的质量缺陷,将以事后检查与纠正为主的模式向以事前预防与控制为主的模式转化,避免大面积不合格品的产生。建立产品质量档案,如图所示,实现对“人、机、料、法、环、测”各个环节有价值的追溯信息。

  图2杭叉MES系统产品质量档案模型

  积极探索基于工业互联网的工业车辆质量管理方案,形成产品原料、生产过程、客户使用全方位的质量信息采集,实现对产品质量的全生命周期追溯。

  2.3仓储配送

  2.3.1数字化仓储

  杭叉在总装工厂和部套件子公司、直供供应商、中心仓库之间,已建立一个以一定批量进行补给拉动的精益物流配送信息系统,保障生产高效运行。同时,广泛应用AGV、积放链、智能立库等数字化仓储设备、配送设备,与WMS、MES、ERP等信息系统集成,能够基于生产线实现生产情况拉动物料配送,能够根据客户和产品需求调整目标库存水平。

  2.3.2精益化物流

  MES以总装计划为主线,同步拉动外购物料的配送和内投物料的计划,实现生产和物料的协同精益生产。采用计划协同模块,依据车间的物料类型、厂内路线、物料的配送路线和配送方式,制定灵活多样的配送机制。

  仓储人员需要根据物料的属性和生产线边的库存量设定合理的备投料方式,掌握企业物流配送的节拍、数量、提前期等基本参数,遵照系统的指示,及时按照系统指示备投料。

  三、参评智能制造项目详细情况介绍

  3.1项目背景介绍

  叉车作为工业车辆中最重要的一种,在企业的物流系统中扮演重要角色,广泛应用于工厂车间、仓库、流通中心和配送中心等。根据叉车行业分析数据,全世界叉车销量从2006年的82.41万台增长到2019年的149.3万台,年复合增长率4.5%,2019年销量再创新高。我国是世界第一大叉车生产国和消费市场,中国叉车的全年总销售量高达60.8台,占全球的40.7%,近10年年复合增长率为15.9%,行业潜力巨大。

  叉车是制造业智能化转型的核心设备,从我国叉车分行业的销售情况来看,制造业约占52%,交通运输仓储、物流仓储及邮政业约占21%。伴随着“人口老龄化”、劳动力成本升高,未来叉车替代人工成为必然趋势。

  随着国内经济结构的持续优化以及发展质量的不断提升,叉车市场需求在规模、结构和层次上仍有较大发展空间,特别是中高端内燃叉车、电动新能源叉车及智能化、移动互联技术的深度应用将成为未来发展重点,同时经营租赁、融资租赁、配件服务、再制造等后市场增值服务业也将不断扩大,具备技术创新能力、高端制造能力、增值服务能力和国际化运营能力的优质企业将获得持续发展空间。杭叉正是以“未来工厂”建设为契机,朝着品牌化、集团化、专业化、全球化“四化”方向稳步前进。

  3.2项目实施与应用情况详细介绍

  3.2.1数字孪生应用

  1.产品数字孪生模型及应用

  开展产品数字孪生模型建设,并进行仿真模拟、虚拟化调试,测试和验证叉车设计合理新,提升叉车研发效率与产品质量。

  图3 AGV数字孪生仿真调度

  图4 AGV调度仿真平面场景示意图

  2.生产数字孪生应用

  1)数字化工厂搭建

  项目对车间总体设计、布局进行数字化建模与仿真。采用三维建模软件,如图5所示,构建了工厂总体设计数字化模型、车架等多个数字化车间模型。

  图5杭叉工厂总体设计及制造车间数字化模型

  进一步对生产线、工艺流程开展数字化布局,实现对焊接、涂装、装配及物流配送等的仿真,优化提升生产过程。

  图6车架自动化焊接生产线数字化模型(左)及电叉装配生产线模拟仿真(右)

  2)生产数字孪生模型及应用

  以门架生产为例,门架是叉车举升货物的重要结构,其力学性能直接影响整车的承载能力,利用数字孪生技术,对其应力、应变以及位移情况进行仿真模式,检验其强度、刚度是否合格,可提高门架的工作性能、工作效率和作业的稳定性,进而提高叉车的整体寿命。

  以装配过程为例建立如图7所示的面向制造过程的叉车门架数字孪生体实施框架。鉴于装配生产线是实现产品装配的载体,该架构同时考虑了产品数字孪生体和装配生产线数字孪生体。

  图7面向制造过程的叉车门架数字孪生体实施框架

  (1)实体空间的动态数据实时采集:叉车门架在生产装配过程中产生的动态数据可分为生产人员数据、仪器设备数据、工装工具数据、生产物流数据、生产进度数据、生产质量数据、实做工时数据、逆向问题数据八大类。首先,针对制造资源(生产人员、仪器设备、工装工具、物料、自动导引小车、托盘),结合产品生产现场的特点与需求,利用条码技术、无线射频识别、传感器等物联网技术进行制造资源信息标识,对制造过程感知的信息采集点进行设计,在生产车间构建一个制造物联网络,实现对制造资源的实时感知。将生产人员数据、仪器设备数据、工装工具数据、生产物流数据等制造资源相关数据归为实时感知数据;将生产进度数据、实做工时数据、生产质量数据和逆向问题数据归为过程数据。实时感知数据的采集将推动过程数据的产生。另外,针对以上数量庞大的多源、异构生产数据,在预定义制造信息处理与提取规则的基础上,对多源制造信息关系进行定义,并进行数据的识别和清洗,最后进行数据的标准化封装,形成统一的数据服务后对外发布。

  (2)虚拟空间的数字孪生体演化:通过统一的数据服务驱动装配生产线三维虚拟模型以及门架产品三维模型,实现门架数字孪生体实例及装配生产线数字孪生体实例的生成和不断更新,将虚拟空间的装配生产线数字孪生体、产品数字孪生体实例与真实空间的装配生产线、实体产品进行关联,彼此通过统一的数据库实现数据交互。

  (3)基于数字孪生体的状态监控和过程优化反馈控制:通过对装配生产线历史数据、产品历史数据的挖掘以及装配过程评价技术,实现对产品生产过程、装配生产线和装配工位的实时监控、修正及优化,通过实时数据和设计数据、计划数据的比对实现对产品技术状态和质量特性的比对、实时监控、质量预测与分析、提前预警、生产动态调度优化等,从而实现产品生产过程的闭环反馈控制以及虚实之间的双向连接。具体功能包括产品质量实时监控、产品质量分析与优化、生产线实时监控、制造资源实时监控、生产调度优化和物料优化配送等。

  3)设备孪生应用

  1.设备数字化设计与仿真

  在设备档案的基础上,通过收集设备运行数据,建立标准、统一、完备的设备信息数据库,将数据库中内容与工厂信息模型相关联,为调度运行、设备管理、维修和维护提供可视化信息支持,提升对主要设备和固定资产的运营管控水平。杭叉未来工厂将建立设备生产过程自动采集和分析系统,实现设备运行状态在线监控和可视化展示,并提供设备故障报警,并建立预测性维护模型。对电叉制造车间涂装线工艺设备进行数字化仿真模拟,实现实时监控,包括液位、温度、风机、水泵等运行情况。

  图8电叉车间涂装线总监控界面

  图9电叉车间涂装线冷热水泵监控界面

  4)设备数字孪生模型及应用

  采用设备数字孪生技术,实现物理设备运行状态在线监控和可视化展示,设备运行优化、预测性维护与保养,通过设备运行信息,对产品设计、工艺和制造迭代优化。

  图10杭叉设备数字孪生虚拟运行图

  3.2.2智慧化管理

  1.数据平台

  杭叉“未来工厂”,依托SAP搭建统一数据平台,深化整合企业已有汉和ERP系统、思普PLM系统、生产执行MES系统、仓库管理WMS系统等,整合数据资源,支持企业内部跨部门高效运作。在“云智能叉车平台”工业车联网基础上,围绕产业链、供应链构建杭叉工业互联网平台,实现企业采购、研发、制造、营销、运维全价值链各环节、各要素(人、机、料、法、环)的数据流、信息流的互联互通,推动“管理制度化、制度流程化、流程信息化”。

  图11杭叉统一数据平台架构

  构建以质量为核心的绩效管理模式,支持研发、采购、制造、售后等部门内、跨部门常规数据分析,辅助开展决策。

  图12杭叉质量管理平台

  2.智慧决策

  通过杭叉工业互联网建设,依托统一数据平台,提升集团管控和经营分析能力、生产精益化成本管理和产品质量保证能力,实现采购、计划、生产、销售等方面的协同,推进企业决策、管理可视化、智慧化:

  (1)财务与业务一体:打通业务、财务信息壁垒,做到分析口径的一致,为生产经营关键绩效指标(KPI)提供实时、准确性的决策分析数据。探索以目标成本为指导、实时过程成本控制、事后多维分析的成本管理方法及手段,实现成本发生关键点、细化差异分析维度,为成本管控重点指明方向。同时,集团角度可对总装厂、配件厂、销售公司及各单位成本利润更加明晰。

  (2)计划与执行一体:集成化计划/物流/质量等控制系统,从生产计划下达、物料配送、作业标准查询、质量管理等维度进行在线管控,实现了人员、资源实时调度,生产制造现场与生产管控中心的实时交互。

  (3)合同到交付一体:实现客户订单下达到生产制造、产品交付以及售后追踪的全流程信息化,实现了生产制造现场与客户的实时交互。客户的个性化需求可以第一时间到达计划、制造、商务等相关部门,制造人员就能直接按照客户的要求进行快速生产和交付,客户也可以随时了解所购买生产进度。

  图13杭叉智慧决策能力支撑

  3.设备管理

  杭叉关键生产设备均为自动化生产线,通过设备自动读取或触摸屏、扫码录入、智能感知在线监测等多种手段,可实现数据自动上传,关键装备数据化率近90%。广泛采用智能感知、在线监测等先进技术,实现工艺质量参数的在线测量及设备安全运行状态的在线监测。

  (1)设备运行状态监控。如图3.37所示,监测生产设备的使用情况,包括使用时间、频率、运转状态等,用于设备OEE改善分析等。采集设备运行时长和运行状态等参数,从而对设备的使用效率进行评判,使设备保持良好的正常运转,与人力科学配合,提高设备利用率,提高生产质量,降低次品率,提高产能。

  (2)建立设备故障知识库。采集设备状态、故障码、监测值、周期累计或设备SPC/SPD结果,掌握设备发生故障之前的异常征兆与劣化信息、对设备运行状态进行评估,判定是否处于正常状态、以便事前采取针对性措施,控制和防止故障的发生。

  图14两桥智能制造车间涂装线设备运行状态监测界面

  4.智能物流

  建立杭叉采购内外部物流一体化协同平台,紧密配合生产计划体系,实现生产、仓储配送、运输管理多系统的集成优化,推动统一物流体系管理和全局可视。形成内外部建立从寻源到付款端到端流程,实现其与生产计划紧密结合,解决采购计划不准确和提前期不足的问题;建立统一的物流管理体系,实现准时和定量配送。

  图15杭叉内外部协同物流平台

  5.销售预测

  目前,杭叉的用户信息主要依赖50多家子公司和200多家经销商上报,信息不完整,导致无法对存量客户进行精准营销和服务推送,售后收入难以提升。商机维护不及时,存在订单下达前补录的情况,造成未来的销售预测不准确的结果。另外对分配给子公司的商机没有相应的跟踪机制,导致无法统计商机转化率,降低成单几率。

  未来工厂建设项目,将搭建客户管理平台,依托企业工业互联网平台,以个性化定制“变式配置”为核心,将客户需求无缝传递到计划、采购、生产、物流、服务等业务,形成完整闭环。

  图16杭叉客户管理平台

  同时,通过对客户信息的挖掘、分析,建立客户画像,实时更新客户的全生命视图信息,为企业对客户的盈利能力分析,客户潜在商机分析等提供重要依据,优化客户需求预测,制定精准销售计划。建立商机管理机制,进行商机事中管控,提升对销售前期过程的洞察与干预,提高对市场变化的响应能力及销售收入。

  3.2.3协同化制造

  1.产业、供应链协同

  建立跨公司协同生产平台,构建从产品开发到完成客户订单成品交付,整个供应链协同设计、协同生产、协同物流的数字化供应链管理体系。加强1个集团总部基地-杭叉股份部门内信息互通集成,打通总部与17家制造型子公司物流、资金流、信息流,实现计划、供应、制造和服务资源的在线共享和优化配置等;与销售子公司间订单进度、帐款账目、产品运输等;与进出口公司海外贸易交流等协同管理。

  图17杭叉跨公司协同生产平台

  同时,依托“云智能叉车平台”,打造工业车辆生态圈,结合人工叉车实现车辆数据采集、车辆报警、车辆远程控制和诊断、车辆调度、物流跟踪等功能,帮助用户进行车辆管理、智能调度和智能物流管控。同时收集叉车实际运行大数据,用于优化产品研发设计。

  图18杭叉“云智能叉车平台”架构

  图19杭叉“云智能叉车平台”工业车辆运行监测

  图20杭叉“云智能叉车平台”功能模块

  2.个性化定制

  杭叉有5000多种产品品类,单车3000多个零部件,依托叉车BOM结构,通过选配功能支持杭叉产品标准化、参数化,通过配置满足客户个性化的需求,同时将客户需求自动传递给生产和采购等业务部门。从目前来看,杭叉20%标准产品按计划结合订单生产,60%按配置生产(个性化定制),20%按订单设计生产,未来工厂的建设,将针对产品类型(标准和变形产品/选配产品/按单设计产品),匹配不同生产运作模式,如图3.44所示,避免采用标准产品模式管理选配产品和按单设计产品,建立从研发设计、计划、生产、采购到成本核算不同管控模式,实现以最小成本满足客户需求。

  图21杭叉个性化定制BOM选配

  按配置生产运作模式能够有效帮助杭叉开展大规模定制化生产,通过销售订单选配标准部件构建不同产品配置,自动生成订单BOM、产品价格,快速满足客户个性化需求。

  3.2.4绿色化制造

  1.能源监控

  杭叉能源综合管理监测与控制系统,可对设备的用能情况进行实时监测,方便地进行设备用能的控制操作,包括全遥测数据、回路状态、报警和故障信号的查看等。

  (1)智能用电监测云管理系统

  智能用电监测云管理系统以安装在变配电系统和用电设备的电能采集和传输设备为基础,借助无线网、以太网、光纤等多种外部通讯方式向电力用户提供电力运行监测、电能管理、维保、检修等服务。微信平台实时推送设备运行情况,可分配多个账户,满足公司对智能用电管理上的需求,使得用户摒弃了繁琐的操作,使得高频、刚需、痛点的互联网精神可以得到高度的融合。

  图22杭叉未来工厂生产运作模式

  图23杭叉电能监测平台手机端应用

  2.产耗预测

  能耗计量通过通讯管理机现场采集计量仪表数据,通讯管理机将现场采集到的能耗数据通过以太网或无线方式,上传至服务器。在平台上对所有的分项计量数据进行统一查看、分析和公示。提供分项统计、分户统计、历史对比、同级对标、排名公示等主要核心分析功能;增加无效能耗分析,对每个监测点设定不同工作时间及待机功耗,为用能异常监测提供基础数据。实现工作时间的用能异常检测数据和非工作时间的用能异常检测数据;增加峰谷利用、功率因数、电压健康、三相平衡等多方面KPI评估功能;能耗预测功能,通过至少两种预测算法,进行能耗用量预测,支持预测结果和实际用量进行对比验证;通过对园区关键能耗指标的监测及大数据分析评估,帮助园区降低运营成本,实现节能减排。同时在运行过程中,实时监测各主要设备的运行情况,通过用电、环境等大数据,及时发现设备的异常情况,并立即通过微信和短信,通知企业相关负责人,及时处理,避免或减少损失。

  图24杭叉用电总览

  图25杭叉用电需量优化

  3.节能环保

  通过能源综合管理监测与控制系统建立,厘清园区内部基础供能设施的数据档案、建立真实可靠的模型、制定配电设施的维护标准,实现对供能基础设施的精细化管理,使运维工作完成标准化、自动化、可视化的升级,及时发现各种“跑”、“冒”、“滴”、“漏”现象,方便管理者及时处理,让日常运维抢修工作有的放矢,从而减少浪费和损失。

  3.3效益分析

  3.3.1综合效益

  杭叉“未来工厂”的建设,实现数字化设计、智能化生产、智慧化管理、协同化制造、绿色化制造、安全化管控水平不断提升,具体表现在生产效率提高34.8%、能源利用率提高20.1%,企业运营成本降低21.9%、产品研制周期缩短33%、产品不良品率降低47.2%。

  3.3.2示范推广

  杭叉“未来工厂”的建设,在叉车行业工业互联网平台、大数据、5G叉车研发应用等领域起示范带动作用。突破工业车辆多品种变批量柔性生产关键核心技术;研发叉车生产静电喷粉、粉末固化、加注油和拧紧装配等重要工艺过程的在线感知与智能控制技术;构建面向工业车辆制造周期的具有独立运行能力的工业大数据综合技术平台,实现工业车辆生产制造过程的数字化和工艺数据的自动存储与自行决策优化;构建叉车行业工业互联网平台,形成工业车辆制造服务生态圈,实现供应链协同,满足个性需求的制造,拓宽工业车辆后市场服务。在项目研发过程中核心专利、软著、标准多项,培育一批懂工业懂信息化、懂技术懂管理的复合型人才。

责任编辑:刘小瑜