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北京和利時智能技術有限公司

1　項目背景

目前國內電子產品制造企業基本采用分散式組裝、測試、包裝的生產方式，存在效率低、周期長、生產穩定性差以及在產物料、在制品的滯留時間長、數量多、管理難度大的問題，已經不能適應現在的多品種、小批量、高效率、高可靠性的生產需求。

針對這種產業化的劣勢，和利時通過引入智能制造概念，建設和利時自主控制系統產品制造的智能工廠，實現訂單管理、產品管理、物料管理、生產作業管理、設備管理、能源管控、質量管理、生產過程可視化等功能，使得控制系統產品的生產達到了敏捷生產、透明生產、可視化生產和智能化生產，為“中國制造2025”提供國產自主的核心控制裝備與系統，實現“用中國心實施中國制造”。

2　項目實施與應用情況

自動控制系統產品制造智能工廠的建設目標是實現ERP、MES、WMS、SCADA、PLC/MC和智能傳感器/執行器等不同生產層次之間的信息集成，形成制造決策、執行和控制等信息流的閉環；提高生產設備的智能化水平和生產過程管控與優化的能力，使控制系統產品制造過程的效率最大化，將制造過程的浪費降低到最小程度，實現靈活的小批量、多批次均勻連續生產。

整個智能工廠的系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

系統結構可劃分為五層：

（1）第一層，是生產現場層，包括儀表、機械設備、在線感知傳感器和執行機構，電機和機器人/手臂等生產設備和檢測設備，分布在現場生產線的各個工位；

（2）第二層，是產線控制層，采用可編程控制器（PLC/MC）對現場各個設備/機械、執行機構等進行數據采集與控制操作，對生產線生產自動化運行起過程控制作用；

（3）第三層，是數據采集與操作層，采用SCADA系統對設備專機、PLC系統、工業視覺系統、現場監控視頻等生產裝置或生產線進行生產數據采集和監視數據的綜合收集與集成工作，并提供HMI可視化界面進行人機交互與監視，同時，下達生產指令給生產線控制系統；

（4）第四層，是車間管理信息系統，包括MES系統和WMS系統，MES系統完成車間執行系統的管理自動化，WMS系統完成物料的綜合管理；

（5）第五層，是企業資源計劃ERP系統和產品數據管理系統，完成整個企業的產、供、銷、人、財、物的綜合總體管理以及產品數據管理。

通過5層的規劃建設，縱向集成ERP系統、PDM系統、SCADA/MES/WMS信息化系統、用戶操作層、控制層以及現場生產線設備，達到打通工廠上下層之間的信息孤島，實現生產數據的互聯互通，從而有效實現產品從訂單到生產的智能制造。

和利時控制系統產品智能工廠的組成主要包括以下內容：

（1）PLC自動化柔性生產線。主要由PCBA自動化生產線、自動化裝配測試線、智能電子看板和自動化物流倉儲系統等四部分組成。

自動化PCBA生產線。主要包括自動上/下板機、焊膏印刷機、高速貼片、回流焊、AOI、波峰焊機等標準的電子產品SMT和THT生產工藝設備，這部分設備具備網絡數據通訊接口，具備設備運行參數遠程整定的能力，可以接受來自產品數據平臺的生產數據，同時具備設備運行狀態采集功能，可以向SCADA系統提供實時運行數據。

自動化柔性裝配測試線。采用PLC、MC、智能傳感器等智能化生產設備實現PLC產品生產過程的控制和檢測，正確、及時地執行來自生產執行層的控制指令，達成生產計劃目標；同時獲取制造裝備狀態、生產過程進度以及質量參數控制的第一手信息，并傳遞給生產執行層，實現制造過程透明化，為敏捷決策提供依據。

智能電子看板。采用可視化技術，實現對生產狀態的實時掌控，快速處理生產過程中常見的延期交貨、物料短缺、設備故障、人員缺勤等各種異常情形，解決制造過程中的各類異常，保證生產有序進行。

自動化物流倉儲系統。主要包括物料識別系統、貨位管理系統、自動分揀系統、物料傳輸系統，以及立體倉庫和AGV系統等部分。

（2）車間制造執行系統MES。主要包括生產過程管理、計劃管理、質量管理、設備管理、能源管控等功能。這是車間執行業務邏輯的關鍵環節，承上啟下打通ERP到操作層的業務邏輯處理，實現智能化管理。

（3）企業資源計劃ERP。ERP系統是一個基于客戶機/服務機架構的開放的、集成的企業資源計劃系統。其功能覆蓋與PLC生產制造和銷售相關的供應鏈管理、訂單管理、生產計劃、庫存管理等方面。

（4）產品數據平臺：采用配置管理數據庫系統管理電子CAD系統生成的BOM與PCBA數據、機械CAD生成的三維產品信息和裝配數據等，實現版本控制并按照生產計劃的要求及時、準確地向生產線發放生產數據。

3　項目創新、重點與難點問題及解決思路介紹

3.1　主要創新點

（1）對工廠內部產品信息、原材料信息、設備信息、人員信息、工藝過程信息等進行全面的數字化改造，使之滿足智能工廠的基本要求。

（2）生產過程全面數字化，對產品的生產信息、設備信息、工藝信息、質量信息等進行全面的數據實時采集。

（3）建立全面的產品追溯系統。實現產品、原材料批次、生產過程和質量級的全方位追溯，包括正向追溯和反向追溯。

（4）建立全面的過程防錯體系。實現程序糾錯、原材料糾錯、上料過程糾錯、設備程序使用糾錯、自動化設備防錯防呆等防錯體系，生產數據可防止人工篡改。發生重大故障時，生產數據不丟失。

（5）建立透明的生產現場管理體系。生產進度、狀態、報警、產品履歷、物料流動等過程數據可視、可及時通知。

（6）建立可量化的人員績效體系、設備綜合效率（OEE）。

（7）高效自動排產。可實時動態調整，并實時更新到生產線和管理看板，易用性好。

（8）質量管理標準化。事先設置標準、系統管控執行流程；事后自動統計分析原因，實現持續改進，提高直通率和質量。

（9）全面信息無縫集成和貫通，實現與ERP、研發系統、OA系統之間的縱向數據交互。

（10）設計開發了一套全自動化封閉的智能裝配測試生產線，滿足柔性和混線生產的高要求。混線柔性生產，即可以在一條線上生產不同型號、不同品種的產品，最多可同時生產50多種產品。混線生產方式的好處是快速響應、靈活制造，通過生產管控，能夠進行小批量、多批次的連續生產，從而最小化待售產品量，極大減少庫存，規避貨品積壓問題。同時混線生產也可以實現單件產品生產，滿足個性化定制化的生產要求。因此，混線生產就是一種自動化和信息化程度高，精益效果明顯的柔性生產模式。

3.2　難點問題及解決思路

智能工廠的建設過程中遇到的最大難點就是產品身份的數字化問題。

為了準確收集生產過程的數據，可編程控制器系列每一個產品都有自己的“身份證”。在智能工廠內，整個生產過程中，無論元件、半成品還是待交付的產品，均有各自編碼，在制品一旦在生產線啟動生產之后，可全程自動確定每道工序；生產的每個流程，包括焊接、裝配測試或物流包裝等，一切過程數據和質量數據都被系統自動采集記錄，以供追溯和數字化集成；更重要的是，在柔性裝配測試流水線上，根據工單信息，可自動裝配不同元件，流水生產出各具特性的產品，這一切都依賴于所有信息的數字化，這是智能工廠建設的基礎。

為此，需要在產品生產加工的第一道工序就為每一個產品的PCB電路板鐳刻條碼。由于有大量各種各樣的老產品，其PCB電路板內條碼粘貼的位置只有一個，且在PCB內完全是隨機的，有的位于Top面，有的位于Bottom面，位置均不固定，這樣就導致產品在生產過程中的自動識別將會非常困難。產品識別困難對后續所有生產工序都會造成致命影響，并將嚴重影響生產的效率，甚至對智能工廠整個建設造成嚴重阻礙。

為解決上述問題，并與ERP系統和現有產品體系保持兼容，通過增加另一種條碼，即PCB模板上刻印兩種規格的DM碼：

（1）一種是PCB板內的4mm×4mm DM碼，稱為板內SN碼。

這個條碼在現有條碼的基礎上進行改進，一方面與原有條碼保持兼容性，另一方面將原來的一維碼改為現在的二維碼，提高條碼的可識別性。

（2）新增一種：工藝邊上的6mm×3mm DM碼，稱為板邊SN碼。

板內SN碼與板邊SN碼的作用與區別如表1所示。

表1 板內SN碼與板邊SN碼的作用與區別

因此，解決的思路是修改PCB設計規范，完善產品設計準則，使之滿足智能工廠產品識別的要求。

4　效益分析

控制系統產品制造智能工廠，經過“精益化、自動化、數字化、智能化”的智能制造綜合建設，覆蓋了產品從研發設計到生產制造的全過程，優化了產品制造過程信息的傳遞過程，實現了ERP系統、PDM系統、MES系統、WMS系統、SCADA系統、PCBA柔性生產線系統、自動柔性裝配測試生產線系統、物流控制系統等縱向層次之間的數字化信息集成，形成制造決策、執行和控制等信息流的閉環；提高了生產線的智能化水平和生產過程管控與優化的能力，提高了產品質量的管控能力，及時發現并處理質量問題，杜絕因質量缺陷流入下道工序，從而提升了產品的整體生產效率和制造質量，縮短了制造周期，降低了生產成本，實現了多品種、小批量、多批次的用戶定制化制造。

和利時智能工廠經過實際的運行檢驗，效果如表2所示。

表2 智能工廠建設效果

和利時智能工廠還將在實踐中進行持續改進和優化，未來將會在質量、交期和成本方面的改善，為企業創造持續的價值

5　項目意義

智能制造是制造業發展的趨勢，也是中國未來的產業升級之路。

以自動控制系統產品為代表的智能裝備是我國制造業升級的關鍵設備，通過“智能工廠”的建設，不但可以有效降低和利時自主產品的制造成本，穩定產品質量，降低庫存，提高國產控制系統產品的市場競爭力；而且可以作為制造業智能工廠解決方案的典型案例在中國制造業推廣應用，推進《中國制造2025》的落地實施，提升中國制造業的國際競爭力。

后記

和利時始創于1993年，是中國領先的自動化與智能制造解決方案提供商，公司二十多年來一直堅持自主創新，以自主技術為國內外超過1萬家工業生產和制造業客戶提供了數萬套智能控制系統和智能制造解決方案，并能為客戶的生產設備和工廠運行提供全生命周期的服務，和利時的自動化和智能制造解決方案所管理的客戶資產達到數萬億，以自主可控技術為我國制造業的產業安全提供了保障。

和利時的智能制造解決方案，堅持以自主核心技術為基礎，開辟“立地頂天”的發展路徑，依次涵蓋了智能裝備、智能工廠、以工業云服務平臺為基礎的智能服務三個層次。解決方案基于自主可控的核心技術，包括：智能控制器、現場總線和工業網絡、工業數據庫、工廠建模軟件和仿真軟件、生產計劃軟件、能源管理軟件、數據分析軟件、設備管理軟件、基于工業云平臺的運營優化APP軟件等。和利時的解決方案，采用“云+端”的架構。在工業終端方面，依托于HOLLiAS智能控制系統平臺，發展新一代高端高速DCS、PLC、SCADA系統，推進傳統裝備向智能裝備升級，實現裝備的數字化、網絡化和智能化，推進裝備互聯互通；在工業云方面，依托HiaCUBE工業互聯網集成開發平臺和HiaCloud工業云運行平臺，實現數據集成、信息集成和知識集成，推進工業知識軟件化、服務化，解決裝備門類眾多造成的工業知識分散和行業知識信息過于碎片化、不易共享的問題，最大化發揮工業知識的價值。

和利時提供的智能制造解決方案，著力兩大方面為制造業客戶創造價值：一是提升客戶設備資產的利用率，二是提升客戶設備資產的投入產出率。綜合這兩方面，提升制造業客戶資產的運營效率和產品質量，提升企業的盈利能力，最終提升客戶資產的投資回報率。為此，解決方案要保證工業制造業客戶的功能安全、信息安全以及365天×24小時連續可靠運行，并在此基礎上通過大數據分析、智能決策來提升設備的運行效率。對于以重資產高能耗為特征的流程型工廠，可以實現節能減排的綠色制造；對于離散制造業，可實現高效率低成本的個性化定制。

摘自《自動化博覽》2018年1月刊