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      光伏制造企業數智化工廠規劃與建設

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      2023-01-16 來源:新工業網
      一、前言
       
      數字技術與實體經濟的緊密融合激發了企業管理的深刻變革,創造了豐碩的價值成果。生產制造企業紛紛布局數字化轉型相關業務,并將數字化轉型、產能升級作為改造提升傳統動能、培育發展新動能的重要手段,各企業開始探索構建“數據中臺”“業務中臺”等新型 IT 架構模式,為了減少工作流程中的冗余環節、減少機器設備的故障、規范技術工人操作標準、提高企業處置生產突發事件的應急指揮能力,以最大限度地減少員工人數需要,提升員工工作效率,提升企業產品質量,眾多的制造型企業紛紛采取了一系列的信息化措施,“智慧工廠”“智慧生產”“智能制造”等建設也相繼展開,從而分步驟、分階段的開啟數字化、智能化建設之路。
       
      二、光伏企業生產制造過程的管理現狀
       
      光伏制造企業數字化轉型進度緩慢、效果不佳,落后的智能化管理方式已經跟不上智能化轉型的需求。產能升級的過程中,人力成本不斷上升、產品創新周期變短、快速響應用戶的需求已經成為企業發展的痛點。受 IT/OT融合以及軟件平臺技術限制的影響,生產制造過程中數據的獲取、處理、加工業務產生了一系列嚴重問題。
       
      光伏制造企業急需建設一個具有數字化、智能化的工廠對生產過程進行管理。利用新一代信息技術,通過系統集成串聯整個生產過程,構建業務數據的采集、傳輸、存儲、處理、分析、可視化結果和反饋的閉環,從而提高信息及時性、準確性,提高企業整體的運行效率。
       
      三、數智化工廠技術架構
       
      為了實現數智工廠的目標,在工廠建設過程用引入(人工智能、區塊鏈、云計算、大數據、物聯網、機器人、5G、虛擬現實)等新技術,打破 IT 和 OT 獨立發展的局面,將兩者聯合在一起,加速生產節奏,降低能源和消耗;虛擬與現實融合,將物理工廠在虛擬世界中描繪出來,在虛擬工廠中進行仿真學習和測試,通過這些技術,打造出一個自動化、智能化、數字化的工廠。通過更透徹的感知、更廣泛的互聯互通和更加智能的系統,創新生產模式,實現生產過程的可視化與信息流的集成化,降低成本,提高效率,實現整個價值鏈的共贏。
       
      建設數智化工廠需有四層技術架構作為支撐(如圖 1)。
       
      圖 1 數智化工廠技術架構
       
      決策層支撐。通過大數據分析等現代信息技術,對已獲取數據自動分析,實現企業數據實時驅動、實時智能決策。
       
      執行層支撐。預定數據格式和內容,規范業務操作要求和信息內容與格式,定義各種突發情況的流程預案,同時實現生產執行系統、設備管理系統、能源管理系統實現制造協同。
       
      傳感層支撐。鏈接自動化系統、物聯網中間件,縱向連接執行層和設備層,執行軟硬件一體化融合,自動獲取執行反饋狀態、反饋實物狀態、自動讀取設備狀態、工藝參數、工件精度等。
       
      設備層支撐。操作員工、智能終端、產品物料、加工設備、監測設備、物流設備、測量儀表、動力設備、圖像監控作為現場管理底層基礎設備。
       
      數智化工廠的特征:
       
      更透徹的感知。從射頻識別(RFID)裝置、傳感器、攝像頭、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備所能感知到的數字信息,可以在任何時間、任何地點,通過多種方式感知、測量、捕獲和傳遞信息。
       
      更廣泛的互聯互通。通過各種形式的高速的高帶寬的通信網絡工具,將個人電子設備、生產設備、建筑設施、和工廠信息系統中收集和儲存的分散的信息及數據連接起來,進行交互和多方共享。使得工作和任務可以通過多方協作來得以遠程完成,從而徹底地改變了整個工廠的運作方式。
       
      更深入的智能化。使用先進技術 ( 如數據挖掘和分析工具、科學模型和功能強大的運算系統 ) 來處理復雜的數據分析、匯總和計算,以便整合和分析海量的跨地域、跨行業和職能部門的數據和信息,更好地支持決策和行動。
       
      四、數智工廠建設需考慮的關鍵業務點
       
      三個維度:產品生命周期維度即生產制造 + 現場工藝;系統層級維度即設備、控制、生產及車間內決策;供應鏈維度即生產物料管理。
       
      六大業務活動:車間規劃與改善、生產運行、工藝執行、庫存物流、質量控制、設施維護。
      七大類數據:人、機、料、法、測、能。
       
      五、數智工廠建設需考慮的關鍵技術
       
      互聯工廠技術:以控制和優化為目的,將資源、設備、運輸工具或產品等相關對象連接起來,通常是利用接口技術將 ERP、 MES 進行集成。
       
      模塊化生產類資產或設備技術:采用靈活的、模塊化的生產類資產或設備,而不是傳統的生產線;機器人、儲存設備、固定裝置等模塊化生產類資產或設備靈活地按照當前生產流程的要求整合進生產環節。
       
      流程可視化 / 自動化技術:工廠流程的可視化和自動化,例如以移動應用(APP)結合平板電腦或數字化眼睛等虛擬及增強現實解決方案,改善人機協作和創新型的用戶接口。
       
      綜合規劃技術:工廠內部的綜合規劃及排產系統、從 MES 到 ERP、涵蓋供應商和客戶等外部伙伴;綜合規劃能對資源可用性或需求的變化立即做出反應。
       
      無人值守的廠內物流技術:工廠系統能夠在無人干預的情況下開展物流活動,這些系統實時感知和處理來自周圍數字環境或現實環境的信息,安全地在室內外通行,同時完成指定的任務。
       
      預防性維護技術:在傳感器數據和大數據分析的幫助下遠程監控設備的動態情況,從而預測維護和維修;該技術有助于提高資源可用性,優化運維。
       
      基于數據的資源優化技術:通過智能化的數據分析和控制優化能耗和資源消耗,例如根據實際的供需情況,開展對廠房能耗及壓縮空氣的管理。
       
      完全無人值守的數字化工廠技術:工廠根據自主學習的算法,完全獨立運作,人工介入僅在初期的設計和設立階段,以及后續的監控和意外處理;該技術能減少運營成本,主要應用于危險品或遠程生產設施。跟蹤技術:通過傳感器以及與 MES 或 EPR 系統連接的內部數據平臺,對產品和原材料的位置進行跟蹤;該技術讓生產流程和庫存水平透明化,對各個零部件/產品進行跟蹤。
       
      六、光伏制造企業數智工廠建設業務實現
       
      光伏制造企業數智化工廠建設將生產過程中所有資源進行整合,以計劃信息為紐帶、以訂單工藝為主線、以信息 - 實物關聯為手段,實現對產品生產整個周期透明化管理,通過系統集成串聯整個生產過程,達到有序、協調、可控、高效的制造執行效果(如圖 2)。
       
      圖 2 數智工廠系統集成串聯整個生產過程
       
      (一)ERP 企業資源與計劃管理系統與智慧工廠對接功能實現
       
      數字智能工廠平臺系統對上承接企業資源管理 ERP系統,無縫集成 ERP 系統主要實現功能包括:物料需求計劃、物料采購計劃、主生產計劃、實績接收、計劃完結、成本分析等。
       
      (二)MES 生產制造執行系統功能實現
       
      在執行層面,MES 生產制造執行系統處于企業級的資源計劃系統 ERP 和工廠底層的控制系統之間,是提高企業制造能力和生產管理能力的重要手段。主要實現功能:主生產計劃下達后,MES 系統接收訂單 / 手工維護訂單,實現工藝規范管理、詳細排產、生產準備、工單管理、調度派工、生產監視、質量過程管控、設備運行管理、物料 / 在制品管理、人員信息管理、生產跟蹤、文檔管理、生產統計查詢等,通過工藝、進度、質量、成本等業務全面管理,實現生產過程的自動化、智能化、網絡化。光伏制造組件生產環節相關模塊功能實現如表 1。
       
      表 1 制造模塊功能實現
       
       
      表 2 硬件集成
       
      (三)現場管理硬件集成
       
      綜合考慮產品、工藝、生產綱領、制造資源等約束,確定車間布局和作業單元劃分,合理安排作業單元及相關輔助單元的位置關系與面積大小,對各種物流與非物流關系進行分析,確保車間內生產制造過程能持續高效進行,最大限度降低物流成本,高效利用人力、設備、能源等制造資源。推進智能制造的基礎設施,實現工業領域的人、機器、產品、物料、控制系統、應用軟件之間互聯互通,信息空間和物理系統之間的深度交融,通過各類傳感設備硬件相關指令流轉、加工設備數控程序自動下達、質量檢驗裝置的自動數據采集。實現制造過程信息自動感知、獲取、分析,實現對系統執行層面高效、準確的數據支撐。
       
      七、數智能化工廠建設實施效果
       
      (一)實現數字化設計與產研一體化??焖贊M足個性化定制,利用企業已有數據實現數字化設計、上下游協同設計,縮短研發周期;通過智能模具工裝夾具研究,縮短研發轉換為生產的時間和提升產品質量;并與企業經營管理系統、生產控制等系統集成,實現數據透明與實時互聯。
       
      (二)實現產業鏈協同。實現企業外部協同和企業內部多工廠協同,包括企業互聯、產銷協同、計劃協同、物料協同等,提升產業鏈的敏捷度。
       
      (三)實現智能工廠業務管理。物聯設備集成、產品智能化、工裝工具模具智能化、儀表及檢測、自動化升級、生產實時監視、排程調度、車間作業、工廠物流、能源管理、質量管理、設備管理、健康安全環保管理、異常管理等,實現精細化生產管理,降低運營成本和提升生產質量、提升生產效率。
       
      (四)實現工程服務。實現設備實時運行監控、云分析診斷、云工藝優化升級、云維修維護、云備品備件響應、云培訓等數字化服務,提升設備的可靠性和可利用率。
       
      (五)實現經營管理重構。通過新技術,引導企業新商業模式和新運營模式下經營管理系統的重構,包括全面預算、財務、人力資源、資產管理、協同、智能決策分析等。
       
      八、結語
       
      智能工廠的建設,從物理角度鏈接了企業自動化系統、物聯網中間件,從而連接了系統架構的執行層和設備層。將軟硬件一體化融合,實現了制造過程業務信息的自動感知、獲取及分析。通過系統集成串聯整個生產過程,提高了數據采集的及時性、準確性,達到有序、協調、可控、高效的制造執行效果。數智化工廠的建設,實現了精細化生產管理的目標、從而降低企業運營成本和提升生產質量、提升生產效率。
       
       

        

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