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工业互联网助推正泰电器智能制造

2021-10-23     作者:e-works整理       
关键字:正泰电器  工业互联网  智能制造  
正泰积极推进“一云两网”战略布局,持续分阶段推进大数据、物联网、人工智能与制造业的深度融合,着力打造平台型企业,引领行业发展新风向。
咪乐|直播|苹果版 ”  当被问及如何评价中国队以及对于南宁的印象时,吉格斯坦言:“今晚的比赛对中国队来说很困难,我们一开始就在状态,进了很多好球。

一、企业简介

    正泰集团股份有限公司(以下简称正泰集团),创始于1984年,是全球知名的智慧能源解决方案提供商。集团积极布局智能电气、绿色能源、工控与自动化、智能家居以及孵化器等“4+1”产业板块,形成了集“发电、储电、输电、变电、配电、售电、用电”为一体的全产业链优势。业务遍及140多个国家和地区,全球员工超3万名,年营业收入超800亿元,连续18年上榜中国企业500强。旗下上市公司正泰电器为中国第一家以低压电器为主营业务的A股上市公司,位列亚洲上市公司50强。围绕能源“供给-存储-输变-配售-消费”体系,正泰以新能源、能源配售、大数据、能源增值服务为核心业务,以光伏设备、储能、输配电、低压电器、智能终端、软件开发、控制自动化为支柱业务,打造平台型企业,构筑区域智慧能源综合运营管理生态圈,为公共机构、工商业及终端用户提供一揽子能源解决方案。在全球能源发展面临资源紧张、环境污染、气候变化三大难题的背景下,能源格局优化成必然趋势。正泰积极推进“一云两网”战略布局,持续分阶段推进大数据、物联网、人工智能与制造业的深度融合,着力打造平台型企业,引领行业发展新风向。

正泰集团股份有限公司

图1 正泰集团股份有限公司

二、CIO个人简历

    潘睿刚,在国际顶级管理咨询和IT公司德勤,埃森哲,IBM等工作过,历任项目经理,总监和合伙人高管级别,具备深厚和丰富的国内外大型信息化项目管理和实施的实际经验,实施过诸如上海通用汽车,美国惠普和联想\IBM PC事业部业务和IT整合等国内外顶级项目。2015年6月加入三一集团长沙产业园,曾任集团副总经理兼流程信息化部门副总监(CIO首席信息官),协调各事业部IT部门,是集团的高级信息化经营管理者,负责集团总体信息化、数字化和智能制造多方面的工作,成功地推进了三一CRM营销平台,SCM全产业链平台和PLM研发平台的建设。2020年1月加入正泰集团,现任集团CIO,信息化部总经理和数字化技术研究院院长,全面推进正泰全球数字化变革项目群“一云两网”的规划,实施落地和运维。

正泰集团股份有限公司 CIO 潘睿刚

图2 正泰集团股份有限公司 CIO 潘睿刚

三、个人信息化从业经历及主要业绩

    1、联想集团和IBM PC事业部全球整合高级项目管理,(2007年1月-2009年12月),管理超过1200万美元的供应链系统集成项目和70个顾问、客户人员。作为PMO的重要成员,参与联想集团和IBM历时7年约10亿美元的IT转型项目全部实施过程和重要决策,管理约1000人的超大型集群项目。

    2、上海通用主要旗舰店金桥工厂的SAP实施项目管理,(2005年3月-2006年3月),集成发动机总成和装配总线,成功使用最新SAP APO PPDS生产计划排程和IPPE主数据管理系统集成SAP ERP和通用汽车全球MES系统,该项目为中国汽车行业生产制造的经典IT成功项目。

    3、作为埃森哲高级顾问实施了惠普美国影像和打印机事业部的全球供应链计划,(2003年5月-2004年12月),在北美和拉美地区设计和实施推广SAP APO高级供应链计划。整体项目历时3年约1.5亿美元,管理超过200名在美国、加拿大、巴西和印度同时参与项目的埃森哲员工。这是当年美国惠普和康帕克800亿美元合并的重要IT和业务集成子项目。

    4、2011年代表IBM中国区参与卡特彼勒全球SAP Mach1计划,赢得IBM全球项目金额约2.5亿美元。撰写了整个IBM的全球共享运作模式,结合SAP项目对卡特彼勒带来的发展价值为中国年度国资委CIO会议发表演讲,该演讲稿成为了IBM中国企业的经典论文。

四、近2年在企业主要推进的信息化或智能制造相关项目

    2018年正泰又成功申报国家技改专项《基于物联网的低压电器数字化工厂技改项目》,完成塑壳断路器、框架断路器等5个数字化车间的建设,进一步深化打造升级版的数字化工厂,于2021-10-23顺利通过验收,在智能制造方面取得了瞩目的成效。2021-10-23正泰低压电器未来工厂入围浙江省首批“未来工厂”名单,并被评为引领型“头雁工厂”。正泰低压电器未来工厂,演绎了正泰从传统手工,到关键工序开展“机器代人”;从自主研发国内首条小型断路器、交流接触器及继电器全自动生产线,到自主搭建企业信息化平台建设数字化示范车间;再到深度融合5G、大数据等新技术构建能源电力垂直领域的首个工业互联网平台,描绘出了一幅智能制造战略新蓝图。

    基于物联网的低压电器数字化工厂技改项目

    (1)项目概况

    项目主要打造了小型断路器、交流接触器、继电器等数字化车间,正泰通过自主研发加工、装配、检验、包装等全制程自动化生产线,以及自主研发智能制造云平台(包含制造执行MES、智能仓储WMS、计划排程APS等系统),并集成ERP、自动物流、订单管理OMS、能效管理EMS、产品全生命周期管理PLM等系统,实现从设计到销售的全价值链数字化,率先完成离散型智能制造新模式在用户端电器行业中的应用。

数字化车间

图3 数字化车间

    (2)项目实施

正泰智能制造架构

图4 正泰智能制造架构

    正泰智能制造架构分为设备层、控制层、车间层、企业层和协同层五个层级,通过工业互联网平台实现生产设备与智能制造云平台的衔接,集成数字化设计、产品全生命周期管理、制造过程管理、供应链管理、物流仓储、订单交付系统等一体化企业数字化平台,打造智能制造示范工厂,实现生产业务自动化、柔性化,提高工作效率,降低生产成本。

    1、工业互联网平台建设

    在智能制造建设框架指导下,通过设备连接、数据采集、数据传输、应用服务、对外接口等标准建设;从设备安全、边界安全、网络安全,结合传统IT应用安全管理以及生产过程的监控管理,打造正泰工业互联网平台安全管理标准,实现企业设备数据采集互联能力、全过程质量保障能力、用户体验与服务能力的建设,支持正泰应用创新。

智能制造建设框架

图5 智能制造建设框架

    从标准、技术、方法、建立一套设备与产品的数据采集系统,实现拥有自主知识产权的设备数据采集能力解决方案,支持PLC设备接入、SCADA系统接入、IoT网关数据接入等多种数据采集接入方式。

    工业互联网平台提供设备接入引擎、协议解析引擎、规则处理引擎等基础数据处理能力,支持工厂多种设备的快速联网和数据解析;提供统一的多源异构数据存储能力和数据智能管理工具,为上层应用提供统一的数据服务;提供低代码的组态化可视工具,微服务的部署能力,可快速构建SaaS应用;提供统一的设备管理和安全管理功能,为企业应用保驾护航。

    实现工业设备网络与办公网络物理隔离,保障工业网络的安全性。通过网络访问控制ACL(Access Control List)的技术,严格控制终端设备直连工业设备网络,确保设备数据的可信度,降低安全风险。通过OPC数据采集系统,实现数字化车间自动化设备运行状况采集和监控、车间制造过程质量信息实时采集和监控。

    2、智能制造云平台

    建设智能制造云平台,平台集成了APS、MES、WMS、EMS、易维保等应用系统,通过单点登录实现入口统一,为用户提供一站式的业务操作平台,提升用户体验。建设计划排程APS、制造执行MES系统,实现计划排程、车间作业管理、质量管理、设备管理、人员管理等功能模块,同时MES连接着生产作业现场与上层的ERP系统,它汇聚了整个产品从下单生产到成品入仓库全过程的软、硬件控制流程,利用各种数据来引导车间的各项活动。MES系统通过实时采集现场数据,实现车间设备运行监控、质量异常预警、管理报表生成等,提高现场生产过程的透明度与效率,实现车间现场的信息化实时动态管理。

计划排程

图6 计划排程

关键工序分析报表

图7 关键工序分析报表

    建设智能物流与仓储管理系统,实现采购入库、收货送检、订单发料、发料监控、库存盘点、货位管理、拣配管理等功能,并通过二维码,统一供方内部管理条码和正泰零部件条码,实现全流程质量追溯;运用遗传算法结合深度优先搜索算法实现拣配路径最优化及零部件先入先出,降低仓储管理的工作强度和难度,提升工作效率;同时通过AGV调度指令、5G网络实现AGV小车、升降梯、辊筒线之间互联互通,实现无人化智能配送。

智能配送

图8 智能配送

    3、大数据监控与决策平台

    建设大数据监控与决策平台,与智能制造平台、工业互联网平台集成,实现IT/OT数据融合,通过对数据的概念模型、逻辑模型、物理模型的设计,从公司、制造部、车间、产线、工序五个层级,展示了生产、质量、设备、能耗等方面的实时情况。实现通过生产运营、需求计划、库存金额、运行监控、重要订单交付、产销存分析、万元产值综合耗能、人力资源等关键指标,辅助高层管理决策。

大数据监控与决策平台

图9 大数据监控与决策平台

    (3)项目效益

    1、技术经济效益

    项目实施后,公司的运营成本、生产效率和产品不良率等方面都有了显著的优化。

    ●运营成本降低36%

    ●产品不良率降低53.9%

    ●生产效率提升252%

    ●关键加工工序数控化率达100%

    ●生产数据自动采集率达100%

    ●数据采集分析系统与MES之间的数据自动传输率达100%

    2、社会效益

    项目成功实施提高我国在低压电器行业制造水平、效率以及产品质量,推动企业转型升级与可持、续性发展,引领我国电器行业智能制造的深入研究与应用:

    ●提升产品质量与可靠性,保障电力系统安全

    ●形成智能制造系统解决方案,提升行业智能制造能力

    ●带动自主品牌智能装备产业水平助推制造业转型升级

    ●工业互联网平台建设应用示范

    ●示范智能制造新模式,引领行业转型升级

    ●提升我国产品竞争力,打破国外产品市场垄断

    智能工厂建设的总体情况(浙江正泰新能源开发有限公司)

    (1)项目概况

    浙江正泰新能源开发有限公司成立于2009年,注册资金53.2亿元。现有员工4500余人,从事光伏组件的生产和销售,光伏电站的投资和建设,运营及对外工程总包等业务,是国内规模较大的民营光伏发电投资企业。

    参评工厂坐落于杭州市滨江区,前身为“浙江正泰太阳能科技有限公司”,为公司旗下三大生产基地之一,主要生产单多晶光伏组件,为国内在自动化生产作业领域教领先的光伏组件生产工厂。因其自动化程度高,智能化管理手段较全,其工厂员工总数已从建厂初期300余人锐减至70人左右,人员缩减2/3,2019年产值规模为35亿元人民币。

    继531光伏行业大震动后,国内光伏企业悉数换血,留下的光伏龙头企业面临成本压力大、产品质量要求高、组件单价骤降的局面,如何降低用人成本、提高产品质量,在行业内继续保持竞争优势,在逆境中挤出更多的利润空间是光伏企业必须解决的问题,而通过信息化、大数据、工业物联网、工业互联网手段来破局,无疑是目前最立竿见影的技术手段。

    为此,正泰新能源自2016年建立杭州智能组件工厂以来,始终秉持技术引领行业,成本控制数据化、产品质量可视化、生产全过程数字化、智能化的理念,朝着“打造业内先进的智能光伏标杆工厂”的目标前进。

    (2)项目实施

    对原组件生产线进行自动化改造,旨在打造国内同行业领先的光伏组件生产标杆工厂。通过各部门市场调研,行业内工厂考察,设备厂家沟通以及内部各部门的研讨,项目引进国内先进的全自动化生产设备,在组装工艺中集中使用大型重载机器人,智能生产线涵盖智能装备(自动化设备)、工业互联网(RFID、以太网、传感器等)、工业软件(MES、CPS)以及设备自动化集成与生产线集成。其中工业互联网就是智能工厂的神经。通过各种信息采集和感知技术,将生产中的信息转为数字信号,通过无线传输、总线技术、工业以太网等技术将信号传递给计算机系统或者展示给生产人员,经过数据分析处理后,实现更加精确和更高效率的工业生产操作。这将帮助正泰新能源建成国内光伏行业领先的太阳能电池、组件智能制造工厂。

系统架构

图10 系统架构

    核心应用场景:

    工厂除使用了业内较先进的智能化装备外,还充分利用SAP、MES、CPS、工业APP、AI质检平台打通了生产、物料、质量、设备的数据链路,利用当前较成熟的人工智能技术实现了质量自动化监测,并实现了流水线级颗粒度的精细化生产过程管理。

精细化生产过程管理

图11 精细化生产过程管理

    项目进展:

    1.引进先进技术与智能化装备和产线

    引进了业内领先的CPS系统,实现了生产全过程流水线台面级追踪,生产过程已实现MES自动过站,数据实时呈现;

    ●质检过程使用自研APP完成质检过程电子化记录与可视化;

    ●EL检测工序引入阿里工业大脑,利用AI技术精准达成业内首个自动化EL检测示范点;

    ●引入自动串焊机、自动交联度测试仪、自动装框设备、AGV物流智能小车、自动IV测试仪、自动分档包装等先进设备实现无人值守,少人值守的自动化智能车间。

    2.针对工厂如生产、装配、检测、包装等工艺,进行了自动化智能化改造。

    单串焊工序引入自动串焊机,将传统人工串焊的操作实现自动化,并通过CPS系统自动采集串焊数据,将组件信息精准对应到电池片,成为业内首家解决方案落地企业;

    层压工序引入自动层压机,通过控制系统实现全自动智能层压和柔性制造;

    交联度性能测试工序引入自动交联度测试仪,与SPC系统无缝集成,实现自动在线全检和自动异常预警;

    装框工序引入自动装框设备,配合ABB机器人实现自动装框及质量全检;

    EL检测工序引入阿里ET工业大脑,利用AI技术实现业内首家单多晶组件均可实现自动EL检测的企业;

    上料环节通过AGV无人驾驶小车实现物料自动配送与上料,通过CPS线上物料自动预警机制,与线边仓仓储管理系统无缝衔接;

    组件分档工序使用自动分档解决方案,实现无人作业。

    3.推进物流自动化升级改造

    目前参评工厂已经历了从传统人工送料到使用AGV小车自动送料,直至今天可以通过线上单工序物料预警智能提醒线边仓进行自动派料的物流自动化过程。

    4.针对小批量多品种的生产模式实现柔性自动化

    目前参评工厂可通过MES进行多工单投料,系统可根据在线设备产能与物料配置,实现柔性制造。

    5.应用了MES、质量管理、设备管理、DCS、能源管理等软件系统

    已使用MES、SPC、CPS、监控平台来管理参评工厂从生产管理到数据采集到能源监控的作业环节。

    6.实现生产过程的全流程追溯

    参评工厂生产的每块组件都会打上唯一的条码,通过报表或对外质量追溯APP可扫码查看产品生产过程中的数据,跟踪产品过站信息。

    7.实现了工厂的无纸化

    工厂内已取消流程卡辅助员工作业模式,生产过程已实现90%自动过站,质量抽检过程产生的表单均已实现电子化。

    8.工业机器人和协作机器人的应用

    车间内自动化设备已全覆盖,大型装配工序均使用ABB机械手操作,物料运送均使用AGV完成。

    9.开展了工业物联网应用

    CPS物理信息系统建设项目的上线标志着工厂已通过智能工控设备打通了设备与生产系统的链路,组件生产过程已实现实时监测与追溯。

    工业质检APP项目的上线标志着工厂内首个工业APP已将质量作业过程电子化,并打通了与MES、OA等信息系统的数据采集与传输链路。

    10.应用了柔性制造系统

    工厂已使用柔性制造模式排单,使用MES+CPS系统进行作业调度。

    11.实现了边缘计算

    已在各工序配备CPS小型工控设备,进行现场数据快速处理分析,作为设备与生产系统间的桥梁。

    12.确保安全生产

    公司有专门的EHS部门,有成熟的体系管理,各部门也有安全专员,配合EHS管理部门和生产生产现场的安全管理工作,EHS也会不定期组织各类生产、消防等安全演练。

    13.应用了机器视觉、人工智能、增强现实等新兴技术

    与阿里云深度合作,引入阿里ET工业大脑,利用AI图像识别技术,快速精准解决了业内EL瑕疵自动检测的难题。

    (3)项目收益

    1、行业影响

    被国家工信部评为“中德智能制造合作试点示范项目”,被杭州经济和信息化委员会授于“机器换人”示范应用企业,2020年又荣获”2020年智能光伏试点示范企业”称号,每年都会获得各项殊荣。正泰也是我省较早实施“机器换人”的企业之一,该工厂人员从之前的400人减少到现在的70人,而单条线产能从每天的1800块提升到现在的2300块。

    2、项目回报周期3年内完成

    在正泰,所有智能制造项目的投资回报周期需在3年以内方能立项,参评工厂累计的投入早已在营收、利润和标杆工厂企业形象等方面提前回本,每年也有不同级别的政府、企事业单位前来参观学习。参评工厂的智能化程度已处于业内领先,无论从人力成本的降低,还是作业效率的提升都有显著效果,每年都会有大量人员参观智能工厂,见证其每年不断迭代的成果,也一定程度上让客户见证了正泰智能制造品牌的公信力,提高了用户订单的数量。

五、个人在智能制造工作中的体会或观点

    浙江正泰电器股份有限公司是国内产销量最大的低压电器生产企业,随着低压电器市场强劲增长的同时,对产品的质量、技术性能、节能效应及材料环保性也提出了新的、更高的要求,传统生产线已无法快速响应高端市场不断变化的产品需求。同时,提升中国低压电器行业持续发展动力和核心竞争力,唯一出路就是向产品高端化、装备智能化、管理精细化、生产组织网络协同化的智能制造方向转型,使行业由低端制造迈向敏捷、柔性化、定制化、可视化高端制造,持续增强中国低压电器制造业的全球竞争力。实施高端低压电器智能制造新模式,扩大企业高端低压电器的生产能力,提高生产工艺和技术水平,提升企业核心竞争力,是企业的必经之路。

    在实施智能制造前,公司的生产模式为劳动密集型大批量重复制造,底层的自动化设备占比较少,工业化与信息化集成度不高,导致生产效率低、人力成本高、产品的可靠性及一致性与国际先进水平有较大差距。通过智能工厂的建设,推进企业两化深度融合,提升了公司在全球中高端低压电器领域的行业地位。

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