典型案例

一、項目背景

某公司為專業生產汽車橡膠配件的高新技術企業，產品知名度高、產品暢銷海內外，企業年產能達到1億件。但是，在當前智能制造和大數據深度融合的趨勢下，傳統橡塑產品生產類企業暴露出了行業內所存在的關鍵共性問題：對于車間的煉膠設備，需要依靠人工查看溫度、壓力、時間等參數，無法對密煉次數和溫度、壓力變化等制造工藝參數進行實時監控與分析，導致了制造過程效率低下、產品整體質量水平偏低的現象；橡塑的產品種類眾多、銷售量大，導致公司存在海量運營數據，僅憑借管理人員的經驗判斷不能讓企業運營得高效而合理。

通過具體需求分析，項目將通過建設MES、PDM、DNC/MDC等企業信息化系統，對該公司車間的生產過程進行數字化和智能化改造，打造智能工廠，從而提高生產效率及產品質量，最終實現過程協同和在線管控。

二、項目建設內容

智能車間建設內容主要包括以下幾個部分：現有設備智能化升級改造、車間互聯互通網絡架構、制造過程現場數據采集與可視化、現場數據與生產管理軟件實現信息集成?？傮w方案架構如下圖所示：

圖1 總體方案架構

（一）現有設備智能化升級改造

針對智能化橡塑產品自動生產線關鍵工序（密煉、配方）技術要求，在現有自動化制造裝備的基礎上進行升級改造，打造安全可控的核心智能制造裝備，形成全新的、智能化橡塑產品生產線；針對橡塑產品生產工藝和質量檢測的要求，采用自主創新與集成創新相結合的新模式，建設安全可控的DCS分散式控制系統。

1.全自動密煉機

圖2 全自動密煉機

該設備用于根據公司配方煉制公司生產所需的橡膠原料。增加工位智能終端，接收生產任務，同時將現有生產任務進行情況匯報給生產管理人員；增加數據采集裝置，將密煉機的生產狀態實時傳送給設備監控管理系統。同時定期提醒設備管理人員做維護或者故障分析；增加條碼掃描設備，根據不同物料批次，將生產的參數同生產原料綁定，支持產品追溯。

2. 磅秤系統

圖3 磅秤系統

該設備用于控制原料進入密煉機的質量，完成配方標準執行。增加工位智能終端，接收生產配方，同時將現有生產任務進行情況匯報給生產管理人員；增加數據采集裝置，將配方磅秤的生產數據實時傳送給設備監控管理系統。同時定期提醒設備管理人員做維護或者故障分析；增加條碼掃描設備，根據不同物料批次，將生產的參數同生產原料綁定，支持產品追溯；將配方管理系統集成到MES，同生產管理系統協同制造。

3.上輔機系統

圖4 上輔機系統

該設備用于密煉原材料供給。增加工位智能終端，接收生產配方，同時將現有生產任務進行情況匯報給生產管理人員；增加數據采集裝置，將配方磅秤的生產數據實時傳送給設備監控管理系統。同時定期提醒設備管理人員做維護或者故障分析；增加條碼掃描設備，根據不同物料批次，將生產的參數同生產原料綁定，支持產品追溯。

4. DCS分散式控制系統

建設分散式控制系統（DCS），用以對橡塑產品生產線設備進行分散控制與集中監控，完成數字化車間的建設工作。DCS系統網絡架構如下圖所示：

圖5 分散式控制系統（DCS）方案

在過程控制級，分別對現場設備進行單機控制，并在此基礎上，采用工業以太網將各條生產線聯接起來，通過上位工控機進行監控，構成生產監控級，從而形成基于現場總線和工業以太網的DCS系統。整個控制系統貫穿了現場設備層、車間監控層和工廠管理層。

（二）車間互聯互通網絡架構與信息模型

1.車間互聯互通網絡架構與信息模型

以MES系統為基礎，綜合考慮企業數字化車間建設基礎以及裝備制造行業建設的共性需求，進行集成開發，對已有管理信息化系統及即將實施的系統（ERP、PDM、CAPP等）、自動化裝備（密煉機、上輔機、配方磅秤等）進行集成，實現對設備、生產、物流的集成應用，從而搭建車間互聯互通網絡架構與信息模型，建立數字化車間集成平臺。

2.根據精忠橡塑需求開發模塊化信息模型

圖6 模塊化信息模型

（三）制造過程現場數據采集與可視化

1.制造過程現場數據采集與可視化

公司建設制造過程采集與分析系統，通過對制造過程現場數據全方位的信息采集，并實現可視化，高效統一的實施產品質量一致性管理，采取自動化手段實現在線、實時的質量檢測、分析、顯示和預警。

2.系統的功能、架構以及數據集成

通過建設制造過程采集與分析系統，以及與MES系統的無縫集成，實現產品生產和質量全過程控制的動態管理。通過對各個產品的質量規劃、實時采集、動態分析、在線檢測和預警功能，達到制造過程中的產品質量信息的準確掌握，加強實時現場管控能力，減少錯誤、提高效率、穩定制造過程。

系統整體上由四部分組成，依次分別為數據采集器、一體化生產線數據采集系統、采集與控制應用服務器和監控客戶端。如下圖所示，圖中右側區域為MES系統，制造過程采集與分析系統與MES系統通過數據庫實現業務互通。

圖7 系統示意圖

3.數據采集及可視化

通過對設備進行監控，采集制造過程現場數據，將生產計劃與設備加工過程中的實時溫度信息、壓力等信息進行緊密關聯，從中發掘現有加工過程中的瓶頸問題，進一步支撐企業的精益改進。

（四）現場數據與生產管理軟件實現信息集成

與ERP、CAPP系統集成，MES系統定時讀取ERP系統及CAPP系統中的任務數據，同步到MES系統數據庫中。

三、項目實施效果

通過智能化改造項目的實施，實現了企業車間生產效率提高20%以上，運營成本降低20%以上，產品研制周期縮短30%以上，產品不良品率降低20%以上，能源利用率提高10%以上，項目執行期預計創造綜合收益10億元以上。同時，由改造而實現的企業業務流程與管理模式優化，對其面向智能化轉型目標帶來了更加深遠的影響：

通過建立車間互聯互通網絡架構和信息模型，展示出工業數據的采集、傳遞、分析處理、判斷等數據信息流的運作過程；通過使用設計及工藝仿真軟件實現數字化三維設計，以及產品高速加工的仿真分析；通過建立產品數據管理系統（PDM）實現產品數據管理；通過采用DCS系統實現制造過程現場數據采集與可視化；通過實施數據交換系統，實現現場數據與信息化系統的無縫集成，有利于生產決策及生產計劃高級排程的實現。