中集安瑞环科:构建5G透明工厂

发布时间:2021-02-23 来源:e-works

  一、企业简介

  中集安瑞环科技股份有限公司(简称“中集安瑞环科”)是中集集团能源化工食品装备板块的重点企业,中集安瑞科能源化工食品装备板块骨干企业基地。公司是全球最大的罐箱集装箱生产基地,技术研发水平始终处于国内外同行业的领先地位,生产的罐箱产品世界占有份额达50%以上。

  中集安瑞环科专业从事能源、化工食品装备行业的化学品物流装备、气体能源储运装备、化工过程装备和核磁医疗装备等设计与制造业务,可为客户提供研发、设计、制造、维修服务及关键零部件供应等一站式增值服务,具有标准罐箱、特种罐箱、压力容器、核磁医疗设备、不锈钢部件等八条生产线,生产近20个产品线的近百个产品品种,产品远销亚洲、欧洲、美洲、澳洲等全球上百个国家和地区。公司资产30多亿元,员工2300余人。2019年公司共实现销售收入近35亿RMB,净利润4.2亿元。

  图1中集安瑞环科技股份有限公司

  二、企业在智能制造方面的现状

  自中集安瑞环科成立之日起,中集安瑞环科两化融合建设工作步步为营、稳扎稳打,伴随着中集安瑞环科成长步伐,两化融合发展大致经历了三个阶段:

  第一阶段:起步建设阶段(2001—2010年):中集安瑞环科重点完成了信息化和工业化基础设施建设和环境营造工作。

  第二阶段:单项覆盖阶段(2011年—2016年)一方面将信息技术应用到研发管理、物料管理、财务管理、人力资源管理等关键业务环节,并逐步实现覆盖,另一方面大规模使用数控化、自动化设备。

  第三个阶段:集成提升阶段(2017年—2020年)一方面推动已有系统已有功能的深入应用,强化数据质量;另一方面整合各系统的数据关系,消除信息孤岛,实现各业务的集成和协同;

  智能制造方面:公司目前使用的智能设备终端数量184台,其中联网设备134台。其中包括(智能焊接机器人工作站、激光切割机、数字探伤等大型设备及各种手持终端设备)。

  单项应用方面:公司先后上线了CRM、APS、SAP、SRM、MES、TMS、OA、罐程、BI等系统。通过这些单项应用的覆盖,实现了各职能的数字化,为全面数字化升级打下坚实基础。

  1.应用场景举例:

  1)各部门协同:市场、经营部门通过CRM、APS系统将销售订单进行下达后,技术部门在PLM系统进行设计,采购部门通过SRM系统进行材料采购,生产部门通过MES系统进行生产报工,各部门通过系统间的集成有效协同,提高信息传递的准确性和效率。

  2)供应商协同:供应商通过SRM系统接收采购部门的订单后,创建送货单单,然后在中集物流助手APP进行送货预约,物流部接受预约分配月台,供应商将送货单打印后随货物一起送至仓库,仓库通过扫描条码入库。

  2.取得成功及效益:

  通过智能制造及信息化项目建设,公司各项运营指标得到显著提升,产品质量等级品率达到100%,单位可变成本下降20%,劳动生产率上升18%,订单交付率达到100%,万元产值能耗下降10%,资产收益率上升17%。通过打造差异化核心竞争力,继续巩固在罐箱市场龙头地位。

  三、参评智能制造项目详细情况介绍

  1.项目背景介绍

  近年来,公司虽然市场份额一直处于行业领先地位,但面临来自竞争对手的压力越来越大。大家在交期、成本、质量、效率等方面的竞争已白热化。对市场的敏捷响应、柔性制造、全价值链过程精确运营管控等等都依赖于完备的信息系统提供及时、完整、有效的数据支撑。

  随着公司业务的快速发展,未来几年将会在新的业务领域形成新的突破。现有的信息系统是基于现有业务模式设计开发的,并不一定能满足或覆盖新业务领域的运营管理要求。公司需建立功能更先进、覆盖面更广、应用更深入的信息系统,支撑对整个业务进行全方位立体运营管理。

  管理层到车间现场执行层的纵向信息交互以及车间现场范围内的信息流转,还需要依靠大量的人工传递,效率低、异出错、异常信息的联动协同不够敏捷。

  基于以上背景,公司管理层提出通过信息化建设打造差异竞争能力,巩固市场龙头地位的要求。

  1)项目目标:

  以计划体系为基础,工艺BOM、作业任务、图纸、工艺标准等细化到关键工序级,通过IT手段自动推送到班组、胎位,实现车间现场的无纸化。基于班组和关键工序的动态计划及实时进度跟踪,实现精益物流配送。基于关键工序BOM、过点跟踪等,通过作业成本法实现车间成本核算精细化。

  通过与SAP、SRM、各设备的接口与信息整合,实现真正的生产计划、生产订单的一体化跟踪管理。消除信息孤岛,将计划准备、调度、编制工作量降低50%,物流效率提升至少20%,库存下降至少10%,设备可动率由现在的89.5%提升到95%;基于关键工序BOM、过点跟踪等,通过作业成本法实现车间成本核算精细化,进而推动成本改善工作;通过与设备的接口,现场的工位屏等手段,使生产现场透明化,消除黑盒效应,促使生产节拍缩短至480秒。

  2)建设方法

  公司精益管理各模块已推行多年,理念已被广泛被认可,工具、方法等逐步被掌握,再加上外部顾问公司(比如德勤等)成熟的项目推广体系。公司成立了由总经理亲自牵头的变革决策委员会、项目管理办公室。执行层面有各部门长作为业务流程负责人,部门骨干作为关键用户,顾问层面有供应商团队组成的外部顾问及IT团队组成的内部顾问,在组织层面对项目推进做保障。

  3)系统架构

  项目整体架构基于工业互联网分层架构分为以下四层:智能设备数据采集层(主要包括智能设备、车间终端等的数据采集)、数据中心(主要包括数据网络(5GMEC)、服务器虚拟化等)、技术工具平台(SAPBW、泛微引擎、DORADO)、安瑞环科全要素全感知应用层(SAPBI、TANKMILES、“新丝路”端到端系统群等)。

  图2中集安瑞环科智能工厂项目架构

  2.项目实施与应用情况详细介绍

  1)生产工艺优化

  公司的工艺设计采用的PLM系统是公司基于上海思普软件有限公司的研发管理平台开发的。PLM系统里建立了生产工艺的建模分析环境,能基于工艺参数优化模型,评估和改进当前生产制造工艺流程,对偏离标准工艺流程的情况进行报警,并实现生产过程中工艺流程的快速优化与调整。

  针对现有的PLM系统进行升级改造,以满足MES工序齐套性要求,实现实现BOM组件分配,根据SAP运行MRP的要求,需要在PLM系统中维护提前偏置时间的数据。实现物料(含原材料)的BOM反查功能,提高设计人员对于BOM数据查询效率。以及以下其他工艺系统优化。

  图3生产工艺优化

  2)质量检验分析

  与GE合作研发基于DR数字平板技术的数字探伤系统,替代了传统的胶片技术,快捷、绿色环保、经济。

  图4质量检验

  3)进度智能管控

  此次方案中,我们使用移动RFID扫描终端,由工人在作业过程中的一进一出节点各扫描一次。在人孔、阀件、封头等装配点,通过扫描将人孔、阀件、封头与罐箱生产号、箱号关联,完成车间计划进度的实时采集,随时知道当前计划的整体进度,现在所处的关键工序,预计的计划交期等关键信息,实现透明工厂,将MES建设成为真正的实时指挥系统的基础。同时,根据采集的进度信息,结合系统中的工厂建模信息,以可视化的形式,实现车间实况的展示,同步进行计划调度管控。

  运用大数据技术,以车间看板形式,图形化整体动态展示计划执行情况、(设备、质量、物料)异常情况、能耗情况等信息,实现对车间整个生产过程的智能管控。

  图5车间现场智能看板

  4)全流程质量优化

  系统根据生产进度和检验标准,自动生成检验计划,检验人员按照检验计划填写检验结果。也可以是全自动的,比如系统根据设备采集,获取质量检测数据,根据检测数据,与检测标准对比,自动判定是否合格。以上3种形式检测数据的结果,可直接与生产关联进行工序流转控制。即前工序不合格,后工序不能开工。

  5)能源效率优化

  能源效率优化,是以企业能源消费为管理对象,对水电气等能源的计划、组织、控制和监督进行管理。通过例行节能监测、能源审计、能效对标、内部审核、组织能耗计量与测试、管理评审、自我评价、节能技改、节能考核等措施,不断提高能源管理体系持续改进的有效性,实现能源管理方针和承诺并达到预期的能源消耗或使用目标。

  6)产线物流自动化升级

  拼板线板材自动物流线的研制使用,使得拼板焊接同步作业实现,大大缩短了辅助物流时间,研制上线的配板桁架机器人及强制同步节拍使得拼板线达成项目目标。

  罐体线加强圈物流线的投产使用,利用各输送功能单元及空中输送线组成立体物流系统将加强圈从开卷成型、切割、打包,直接配送至各装配工位,促使加强圈生产单向流和物料输送整合集成。

  总装线同步物流系统采用同步杆方式将各焊接工位贯穿并强制同步节拍,取代了原先多台输送车往返驳运方式,节省了物流辅助时间,物流效率提升近50%以上。

  7)智能安全管控

  为提升公司安全管控的信息化程度,公司大规模使用视频监控系统,每个重要的生产区域都能进行现场监控、视频回放,并安排专人监控,并以此督促员工的规范操作,发违章及时纠正,确保操作安全以及物料安全。

  为掌握生产设备的运行情况,公司可对重点设备运行安装监控设备,通过以太网将实现状况进行实时监控,如温度、消防水压等各种运行参数均能保存至数据库,一是可用来进行实时监控车间实时运行情况,二是并通过计算机数据处理,将生产过程异常由系统自动检索出来,紧急事务直接短信发给维护人员,为公司安全生产了有力保障。

  本次项目将利用集团统建的物联网平台,通过专业的检测和传感器采集数据,实时显示。如果达到设定的警戒值,系统将自动通过短信、邮件等方式报警。

  在危险区域、关键设备周围设置红外电子围栏或光栅,当出现异常时,可控制声光报警,并视屏记录通过设备联网实现生产运行中的实时管理,对故障进行预测。对于危险设备,可通过接受到危险信号时发送信息给设备控制系统,停止设备工作。

  8)生产管控一体化

  将MES系统与SAP、PLM系统集成,实现系统间数据的无缝对接,确保生产计划来源的一致性。在MES系统中将计划员的经验值转化为系统参数,通过系统进行排产排程,并对数据进行验证,同时在MES系统中计算出单箱/单件的ID号,通过ID号进行上下游的关联校验,实现生产计划自上而下的一体化管理,提高计划员的工作效率。

  将PLM的零件图通过网络下发到生产现场MES系统,精确指导现场的加工。

  图6 PLM零件图下发到MES系统

  本项目将设计通过系统间的数据集成,将计划员的经验值转化为参数,通过系统进行排产排程,将人脑转换为电脑,减少对关键岗位人工的依赖,减少计划员手工处理数据工时。最大化产能利用率,实现自动化多产线多设备多班次的均衡生产。以计划的交付周期为统一目标,分别拉动各车间的日计划,同时,在生产过程中,通过上游计划的完成情况动态推动下游计划的交付日期。推拉结合,实现计划的一体化上下游协同,满足上下游计划生产串联需求,减少无谓生产等待停滞,综合提高生产效率60%以上。

  9)库存管理

  公司围绕订单式生产模式,依托于ERP订单及采购模块构建了以拉动式的采购与生产模式,极大的减少原料及资金的占用,针对物料编码,ERP中建立最高、低安全库存量,并形成预警机制。

  根据历年常规品种使用量,确定安全最低库存和最高库存,可定期根据实际情况调整。

  基于库存总量预测模型,结合可用库存、车间库存及预测库存数量,对于即将超过安全库存范围的进行预警,提前调节。

  10)财务流程优化

  财务流程优化主要体现在如下四个方面:

  (1)建立了财务核算标准化体系

  通过标准化财务核算流程、统一会计科目和辅助核算,规范集团、板块、企业的核算规则,满足不同层级报表披露和管理要求。

  (2)建立了业财一体化流程体系

  基于发货过账的收入确认,实现收入成本匹配,合规、透明、可追溯;通过OA与SAP集成实现按订单的收款清账和账龄分析,有效促进货款回收;基于收货的发票校验,实现三单采购物料、数量、单价的精确匹配(采购合同、进货验收单、发票),有效控制风险;与业务集成的存货明细账管理,确保账实一致,有效控制存货管理风险;通过费控与SAP的集成,实现对费用预算的事前控制和核算自动化;通过内部订单对研发费用等专项费用进行重点跟踪。

  (3)建立了精细化的成本控制体系

  通过标准成本,从计划、归集、分析三个阶段加强对成本的精细化管理;按照“班组+关键胎位”设置直接生产成本中心,方案满足未来进一步细化的要求。

  (4)财务分析报告

  提供按订单、按客户、按产品等多维度获利能力分析报告,支持板块内部的横向比较;立覆盖销售报价、订单设计、成品制造交付的全流程收入、成本、利润分析模型,提供多场景决策支持。

  11)综合设计仿真优化

  采用PDM模块化管理,并通过CAE对产品进行设计仿真分析。不断动态更新FMEA失效经验数据库,对产品关键因子与因子水平值进行DOE优化设计。并严格遵守APQP设计管理流程,对产品设计与产品实现过程设计进行充分仿真技术确定与验证。公司实验室采用撞击检测与数据监控等多种分析方式对产品进行自动检测,并将检测结果反馈到生产、研发等部门,为改进产品性能提供依据,同时将相关技术参数反馈给顾客,满足顾客的要求。建立数据分析模型,发现可改善点,并以此为目标、衍生和开展持续改善项目,驱动产品优化。

  图7仿真分析

  12)设计制造一体化

  SAP系统同步PLM中生产BOM和工艺数据,提升维护效率,以及减少数据不同而对生产造成的风险,最大限度减少因产品数据造成的不稳定性;通过PLM系统传输变更信息到SAP系统,记录各种变更信息,使得各种变更业务更加具有追溯性。

  图8设计制造一体化

  13)产品服务优化

  根据客户的需求,提供可选配的智能监管模块,智能监管模块硬件包括电加热控制盒、压力传感器、液位传感器、温度传感器、GPS定位、电池等;通过远程监控平台,可实时监测到运营中的罐箱的压力、温度、位置、撞击信息等,实现对物流装备在整个全球物流过程中受到管控,并确保物流装备的安全性。

  图9智能服务

  14)工厂资产运行优化

  应用物联网技术,将核心关键设备联网,对设备状态、报警信息进行采集,不断丰富故障库,及时高质量处置故障,降低设备故障对生产的影响。

  15)供应链协同

  以OTD优化为目标构建供应链协同平台,实现与供应商对采购订单交货日期的交互,提高订单交期确认工作的效率,为齐套性检查提供依据;实现供应商交货单的条码生成,并帮助仓库实现扫描入库,提高仓库入库效率及准确性;通过SRM发票对账功能,改变发票核对模式,减少发票匹配工作量,提高效率。

  图10供应链协同

  16)制造资源协同

  以精益思想为指引,解决生产什么(计划、调度)、如何生产(工艺、现场指示、设备控制)、用什么生产(要货、拉料、投料和设备管理)、质量控制和完成情况的实时获取(同步采集)。其核心目标是“保质保量低成本”地完成生产目标。

  17)全价值链集成优化

  公司先后引入了CRM、APS、PLM、SRM、ERP(SAP S4 HANA)MES、TMS等系统,从订单排产、订单设计、物料准备、订单生产、成品运输全流程协同、集成与优化。

  以端到端业务支撑为目标,通过531项KPI指标、159个五级流程的构建和优化,10大IT系统的有机集成,以数据为驱动,不断迭代、优化,实现了决策的数据化、智能化;并将指标固化至SAPBI平台。

  18)基于供应链的产品设计优化

  与全球知名的阀件供应商FORT合作,基于PLM系统,形成了关键零部件-阀件的标准件库,双方共同根据市场出现的新的应用场景,开发新的阀件解决方案。

  3.效益分析

  图11显性效益

  隐形效益:

  1)通过端到端的流程贯通、IT系统固化和集成,实现了全价值链联接,运营风险点得到有效管控;

  2)以两化融合管理体系为指引,以工业互联网标杆工厂建设为抓手,构建了文化、机制、流程、平台、数据有机循环,打造了差异化的核心竞争力,巩固了市场的龙头地位。

责任编辑:刘小瑜