浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司(簡稱：南都電源，股票代碼：300068)是國家高新技術(shù)企業(yè)，創(chuàng)立于1994年9月，2010年4月在A股創(chuàng)業(yè)板上市。公司面向通信信息、新能源動(dòng)力、新能源儲(chǔ)能及節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，提供以先進(jìn)閥控密封電池、鋰離子電池、燃料電池為核心的系列化產(chǎn)品、系統(tǒng)解決方案及運(yùn)營服務(wù)，主營業(yè)務(wù)包含閥控密封電池、鋰離子電池全系列產(chǎn)品及系統(tǒng)的研發(fā)、制造、銷售及服務(wù)。2015-2017年，公司收購安徽華鉑再生資源科技有限公司，進(jìn)入環(huán)保型資源再生產(chǎn)業(yè)，打通了蓄電池產(chǎn)業(yè)鏈。
公司成立至今已有二十余年，一直專注于高端工業(yè)電池及新能源領(lǐng)域，通過專業(yè)化發(fā)展，現(xiàn)已成為下轄18家子公司，業(yè)務(wù)和分支機(jī)構(gòu)覆蓋全球150多個(gè)國家和地區(qū)的企業(yè)集團(tuán)，產(chǎn)業(yè)布局也從通信后備電源領(lǐng)域，擴(kuò)展至新能源儲(chǔ)能電源、新能源動(dòng)力電源、環(huán)保型資源再生及相關(guān)系統(tǒng)集成等領(lǐng)域，成為通信、儲(chǔ)能、資源再生產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，并形成了“原材料-電池制造-產(chǎn)品應(yīng)用-運(yùn)營服務(wù)-資源再生-原材料”的全封閉產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建生態(tài)循環(huán)體系，提升行業(yè)生命力。
圖1 浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司
企業(yè)在智能制造方面的現(xiàn)狀
浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司鋰電工廠智能制造試點(diǎn)車間目前正在應(yīng)用的信息系統(tǒng)有SAP系統(tǒng)，MES系統(tǒng)(涵蓋生產(chǎn)制造執(zhí)行管理、PDA物料條碼管理和配送、Andon異常報(bào)警控制)、裝配檢測線自動(dòng)控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)有效的支撐了企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)，提高了車間的智能化管理水平。
智能制造項(xiàng)目詳細(xì)情況介紹
1.項(xiàng)目背景及目標(biāo)介紹
南都動(dòng)力鋰電智能車間工廠物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目將公司的SAP 系統(tǒng)和底層的自動(dòng)化系統(tǒng)集成在一起，主要用于對(duì)鋰電車間的生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備等方面進(jìn)行詳細(xì)作業(yè)計(jì)劃、實(shí)時(shí)信息反饋和數(shù)據(jù)分析。該項(xiàng)目通過MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)制造過程信息的實(shí)時(shí)采集、管理和反饋，進(jìn)行批次跟蹤，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量追溯，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)物料進(jìn)行管理，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行有效監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程與管理決策的高效集成;為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)營決策提供及時(shí)、準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)，有效地支撐了企業(yè)生產(chǎn)管理。
技術(shù)解決方案：
1)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)提升：在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、保障網(wǎng)絡(luò)安全，完成多個(gè)極片車間、干電芯車間、電芯車間、裝配車間等多個(gè)車間的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備改造，優(yōu)化數(shù)據(jù)鏈路。
2)云平臺(tái)搭建：采用VMWARE技術(shù)，搭建南都的企業(yè)私有云。
3)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及設(shè)備改造項(xiàng)目：對(duì)現(xiàn)有的重要工序購進(jìn)和改裝傳感終端，采集工藝數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、自動(dòng)上傳。包括混料、涂布設(shè)備、激光焊接、測厚儀、注液設(shè)備、化成分容等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。
4)移動(dòng)MES管控平臺(tái)項(xiàng)目：通過PDA采集現(xiàn)場的生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場工單的開工、數(shù)據(jù)采集、完工報(bào)工等。
5)MES系統(tǒng)項(xiàng)目：為工廠現(xiàn)場各項(xiàng)生產(chǎn)信息收集整合的系統(tǒng)，連接SAP系統(tǒng)和生產(chǎn)、倉庫現(xiàn)場作業(yè)之間，提供實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)來源。通過計(jì)算機(jī)、智能終端、條碼等設(shè)備結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通訊、軟件和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，即時(shí)收集現(xiàn)場資料，提供即時(shí)且準(zhǔn)確的實(shí)際生產(chǎn)狀況，整合現(xiàn)場各單位(物料、生管、制造、品管、庫管)的各項(xiàng)資料，通過控制包括人員、設(shè)備、物料、生產(chǎn)流程和作業(yè)程序等在內(nèi)的所有工廠資源來提高制造競爭力，從而大幅度提高生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)效率。收集生產(chǎn)現(xiàn)場各種信息，并自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析，為管理者提供正確、實(shí)時(shí)的資訊，協(xié)助管理者進(jìn)行正確的管理決策。
2.實(shí)施與應(yīng)用情況詳細(xì)介紹
2.1 IT基礎(chǔ)建設(shè)
1)對(duì)極片車間、干電芯車間、電芯車間、裝配車間等多個(gè)車間的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造，加裝通訊模塊，并將設(shè)備接入內(nèi)部局域網(wǎng)。所有的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，北車間177臺(tái)，南車間359臺(tái)設(shè)備連成一個(gè)大局域網(wǎng),并將設(shè)備網(wǎng)與辦公網(wǎng)隔離，防止辦公網(wǎng)病毒影響生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行，保障網(wǎng)絡(luò)安全。
圖2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)
2)該項(xiàng)目為保障PDA和無線掃描槍的正常運(yùn)行，全廠共布置無線AP 77個(gè)，并用無線控制器進(jìn)行管理，保證無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、安全。
2.2 云平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目
利用業(yè)界可靠的服務(wù)器整合軟件套件VMware vSphere來整合服務(wù)器硬件，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)：
a)將現(xiàn)有硬件利用率從5-15%提高到80%;
b)將硬件需求減少到原來的十分之一或更少。
2.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及設(shè)備改造項(xiàng)目
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)備的智能互聯(lián)，側(cè)重于末端信息采集。整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)主要分為以下兩部分：
1)設(shè)備的硬體改造
主要是設(shè)備的狀態(tài)信息，如電流、電壓、功率、功率因數(shù)、溫度、濕度、壓力、轉(zhuǎn)速等，通過改造實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口的輸出功能。如果設(shè)備本身帶有輸出接口，則進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。公司現(xiàn)有需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的設(shè)備共有536臺(tái)，硬件接口主要分為串口232、485、422、網(wǎng)口。
工廠將536臺(tái)設(shè)備中部分設(shè)備進(jìn)行改造，加裝通訊模塊，使之接入企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，并將數(shù)據(jù)上傳至采集電腦，將數(shù)據(jù)上傳到MES服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器。
2)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)
主要實(shí)現(xiàn)用戶管理、采集設(shè)備通道、頻率，報(bào)警信息等參數(shù)設(shè)置。監(jiān)控終端支持現(xiàn)場和遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過授權(quán)的IP地址及用戶，可通過瀏覽器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
a) 設(shè)備數(shù)據(jù)采集項(xiàng)列表
表1 設(shè)備數(shù)據(jù)采集項(xiàng)列表
b)采集軟件界面
在每臺(tái)的采集電腦端安裝采集軟件，并設(shè)置設(shè)置采集參數(shù)、采集頻率和采集別名。
c)MES系統(tǒng)采集設(shè)置界面
MES系統(tǒng)采集參數(shù)設(shè)置，設(shè)置采集設(shè)備或工序、采集項(xiàng)名稱、采集項(xiàng)別名和采集項(xiàng)單位，設(shè)置完后，采集上來的參數(shù)將自動(dòng)傳入MES系統(tǒng)。
2.4 移動(dòng)MES管控平臺(tái)項(xiàng)目
利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將設(shè)備接入企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與MES系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換。每臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)過程中自動(dòng)收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，判斷合格與否，生產(chǎn)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到MES管理系統(tǒng)。開發(fā)應(yīng)用生產(chǎn)管理APP模塊，隨時(shí)查看各道工序的生產(chǎn)情況和質(zhì)量情況。也可對(duì)工序進(jìn)行完工回報(bào)。
1)MES系統(tǒng)移動(dòng)APP平臺(tái)實(shí)時(shí)顯示各車間生產(chǎn)情況、產(chǎn)品合格率、預(yù)警信息，領(lǐng)導(dǎo)和管理人員可以實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)報(bào)表，實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)信息，消除信息孤島，提高生產(chǎn)管理決策效率。
圖3 車間不良類型和排名
2) 實(shí)現(xiàn)PDA移動(dòng)作業(yè)
工廠工作人員使用PDA對(duì)部分過站產(chǎn)品進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場移動(dòng)作業(yè)。
圖4 作業(yè)現(xiàn)場
圖5 過站現(xiàn)場
2.5 MES系統(tǒng)項(xiàng)目
在集團(tuán)中整合底層采集數(shù)據(jù)，實(shí)施集團(tuán)MES系統(tǒng)。為工廠現(xiàn)場各項(xiàng)生產(chǎn)信息收集整合的系統(tǒng)，連接SAP系統(tǒng)和生產(chǎn)、倉庫現(xiàn)場作業(yè)之間，提供實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)來源。通過計(jì)算機(jī)、智能終端、條碼等設(shè)備結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通訊、軟件和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，即時(shí)收集現(xiàn)場資料，提供即時(shí)且準(zhǔn)確的實(shí)際生產(chǎn)狀況，整合現(xiàn)場各單位(物料、生管、制造、品管、庫管)的各項(xiàng)資料，通過控制包括人員、設(shè)備、物料、生產(chǎn)流程和作業(yè)程序等在內(nèi)的所有工廠資源來提高制造競爭力，從而大幅度提高生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)效率。收集生產(chǎn)現(xiàn)場各種信息，并自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析，為管理者提供正確、實(shí)時(shí)的資訊，協(xié)助管理者進(jìn)行正確的管理決策。
1)需求設(shè)計(jì)及出發(fā)點(diǎn)
a)靈活可配置工藝流程。工藝流程中靈活定義生產(chǎn)過程參數(shù)、投料信息、品質(zhì)參數(shù)流程工藝中靈活定義。
b)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能。生產(chǎn)現(xiàn)場信息采集涵蓋人(操作者)、機(jī)(機(jī)器設(shè)備)、料(原材料)、法(工藝、方法)等信息，適用性強(qiáng)，可擴(kuò)展。
c)雙向追溯、4M追溯體系。正反實(shí)現(xiàn)對(duì)人(操作者)、機(jī)(機(jī)器設(shè)備)、料(原材料)、法(工藝、方法)、品質(zhì)的追溯。
d)打破管理黑箱，信息及時(shí)、透明。透過SPC、預(yù)警平臺(tái)、實(shí)時(shí)看板、綜合報(bào)表等管理工具，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)營成效和及時(shí)批露生產(chǎn)、品質(zhì)異常。
e)輔助SAP完善成本計(jì)算。逐步完善工單產(chǎn)量和工時(shí)報(bào)工機(jī)制。
2)MES系統(tǒng)藍(lán)圖設(shè)計(jì)
圖6 MES系統(tǒng)藍(lán)圖
3)功能模塊
a)工藝管理
工藝建模是在生產(chǎn)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)流程工藝的信息化管理，將工序、流程、工作中心、物料、產(chǎn)品類型等生產(chǎn)要素相結(jié)合，用結(jié)構(gòu)圖的形式直觀的將工序串接形成流程，合理有效的配置產(chǎn)品工藝路線，防止工序跳站、漏站、工藝用錯(cuò)等作業(yè)發(fā)生。
MES實(shí)施前：SAP中有維護(hù)工藝信息，多個(gè)同類型的機(jī)種可共用一個(gè)工藝;SAP中的工藝無法細(xì)分到工藝中的管控工位，無法采集各工位的生產(chǎn)信息，以及對(duì)在制品的生產(chǎn)流程管控。
MES實(shí)施后：對(duì)工藝的生產(chǎn)管理，細(xì)化到各個(gè)工序點(diǎn)，通過MES系統(tǒng)有效的管控生產(chǎn)制程;在MES系統(tǒng)中，通過工藝上的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，管控生產(chǎn)制程，形成完善的產(chǎn)品追溯體系。
b)工單管理
MES工單管理流程適用于優(yōu)化和改善當(dāng)前由PC執(zhí)行的生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)、變更以及有車間執(zhí)行的時(shí)段產(chǎn)量/WIP統(tǒng)計(jì)過程，相對(duì)原有SAP粗放式的管理模式，在以下幾方面有顯著提升：
●生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的實(shí)時(shí)性、真實(shí)性;
●保證工單主數(shù)據(jù)的完整性;
●減少工單變更時(shí)由于數(shù)據(jù)不一致導(dǎo)致的部門協(xié)同沖突;
●實(shí)現(xiàn)與SAP工單的協(xié)同管理：
●SAP工單自動(dòng)同步給MES;
●同時(shí)同步更新工單BOM;
●工單計(jì)劃變更時(shí)，只在SAP中執(zhí)行關(guān)于BOM物料、數(shù)量等信息的修改，再同步到MES。
c)設(shè)備管理
相對(duì)于原有的手工作業(yè)模式，設(shè)備管理流程可在以下方面取得改善：
●按設(shè)備ID建立設(shè)備電子履歷，包括領(lǐng)用、保養(yǎng)/維修、點(diǎn)檢記錄。
●提供設(shè)備保養(yǎng)到期提示。
●可按設(shè)備ID追溯查詢對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)制令單和產(chǎn)品SN。
MES實(shí)施前：設(shè)備按手工帳目管理，同時(shí)產(chǎn)生大量的紙質(zhì)表單;設(shè)備保養(yǎng)(計(jì)劃性保養(yǎng)和非計(jì)劃性保養(yǎng)、維修)無法提前提醒;線體、車間設(shè)備經(jīng)常更換而未保留記錄，無法按照設(shè)備來查詢追溯相應(yīng)的生產(chǎn)產(chǎn)品記錄。
MES實(shí)施后：
●設(shè)備按唯一SN建立電子履歷。
●形成設(shè)備電子臺(tái)帳，并且可以提示保養(yǎng)到期的設(shè)備。
●設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)能夠形成電子化記錄。
●設(shè)備開線前點(diǎn)檢形成電子化記錄。
●設(shè)備領(lǐng)用、更換等在系統(tǒng)中形成精確時(shí)間記錄，從而能夠按照設(shè)備來查詢追溯相應(yīng)的生產(chǎn)產(chǎn)品記錄。
●能夠按月提供備件損耗清單。
●產(chǎn)品需要能追溯到設(shè)備。
d)生產(chǎn)管理
MES實(shí)施前：生產(chǎn)制程管理主要以紙張手工記錄或EXCEL文檔作信息記錄與共享。隨著電池業(yè)務(wù)需求的不斷增長，目前的業(yè)務(wù)管理流程及模式就無法滿足小批量多品種、多配方、生產(chǎn)制造過程管理等復(fù)雜業(yè)務(wù)需求。
MES實(shí)施后：通過對(duì)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)能夠形成產(chǎn)品完整的生產(chǎn)檔案，包含產(chǎn)品序列號(hào)、型號(hào)、生產(chǎn)日期、關(guān)鍵物料批次、生產(chǎn)班次、關(guān)鍵工序履歷信息、關(guān)鍵加工設(shè)備信息、操作人員等，供事后查詢和追溯。
圖7 電池產(chǎn)品追溯結(jié)構(gòu)圖
e)質(zhì)量管理
MES實(shí)施前：倉庫人員在現(xiàn)場清點(diǎn)來料到貨，質(zhì)檢人員在現(xiàn)場進(jìn)行來料質(zhì)檢，這些信息只能在作業(yè)完成后，回到辦公室人工錄入EXECL或紙張記錄，實(shí)效性低。過程質(zhì)檢也存在諸多不便，具體表現(xiàn)：工藝流程卡、操作規(guī)程、檢驗(yàn)規(guī)程等均是紙質(zhì)文件，如有變更時(shí)，通過人工收回和發(fā)放;成品與工位關(guān)鍵料沒有關(guān)聯(lián)，成品與原料批次的追溯通過execl與紙張記錄。
MES實(shí)施后：
質(zhì)量檢測的改善包括來料質(zhì)檢和過程質(zhì)檢兩個(gè)方面：
●來料質(zhì)檢：通過與SAP來料信息的對(duì)接，MES對(duì)來料進(jìn)行質(zhì)檢, 生成檢驗(yàn)報(bào)告，自動(dòng)判斷允收或拒收。
●過程質(zhì)檢：通過與多條裝配線自動(dòng)控制系統(tǒng)的對(duì)接，獲取過程質(zhì)檢數(shù)據(jù)，將產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的質(zhì)檢數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)時(shí)上傳，并自動(dòng)判定產(chǎn)品品質(zhì)，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。
●遵循PDCA原則，在企業(yè)內(nèi)部建立完善的質(zhì)量體系，基于準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理目標(biāo)。
f)預(yù)警管理
預(yù)警管理模塊可以對(duì)生產(chǎn)過程中的相關(guān)指標(biāo)，如直通率、工序良率、KPI等，設(shè)置相應(yīng)的預(yù)警方案，并實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是否達(dá)到預(yù)警方案的條件。在發(fā)生預(yù)警時(shí)，系統(tǒng)會(huì)以消息機(jī)制(如郵件、看板、微信消息等)通知給相關(guān)人員，進(jìn)行現(xiàn)場處理與判定，防止問題一再發(fā)生。
g) 生產(chǎn)看板
生產(chǎn)車間共安裝22塊生產(chǎn)看板，實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)工單完成比例、各工序完成比例、良率、計(jì)劃達(dá)成率以及24小時(shí)產(chǎn)量趨勢(shì)。
3.效益分析
1)項(xiàng)目實(shí)施前后相關(guān)指標(biāo)對(duì)比分析
●提升生產(chǎn)和經(jīng)營效率30%以上;
●將服務(wù)器的利用率從10-15% 提高到高達(dá)60%以上;
●基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率提升到95%以上;
●產(chǎn)品合格率從96%提升到99%，產(chǎn)品一次合格率從85%提升到93%;
●配料準(zhǔn)確率有原來的92%達(dá)到100%;
●生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)時(shí)間由原來的半天縮短為30分鐘;
2)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析
通過集團(tuán)級(jí)MES管控平臺(tái)實(shí)施：
●基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率提升到98%;
●半成品周轉(zhuǎn)率提高15%;
●訂單的履約率提升到98%以上;
●產(chǎn)品制作周期縮短18%;
●生產(chǎn)成本降低15%;
●產(chǎn)品一次合格率(次產(chǎn)品合格率)達(dá)到93%。
通過移動(dòng)MES：
●減少專職報(bào)工人員4人;
●減少檢驗(yàn)人員7人;
●縮短生產(chǎn)實(shí)績的采集時(shí)間達(dá)95%;
●縮短了關(guān)鍵件的數(shù)據(jù)采集錄入時(shí)間90%。
