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获奖案例 I 东土“ 5G+工业互联网 ” 缔造智慧工厂

  • 时间(jian):2022-01-10
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         ​在刚刚过去不久的“2021(第三届(jie))全球工(gong)业互联网大会(hui)”中,东土科技《5G+数智(zhi)工(gong)厂解决(jue)方案》成功(gong)入(ru)选“工(gong)业互联网融(rong)合创新应(ying)用典(dian)型案例(li)”。

        该案(an)例(li)由(you)多位业(ye)内知名评委专家通过(guo)技术创新及(ji)产品(pin)质量、案(an)例(li)落地实施(shi)效果及(ji)标(biao)杆(gan)性等多个维度选拔(ba)而出,入(ru)选案(an)例(li)面向(xiang)重点行业(ye),可形成(cheng)一批(pi)可复制的、可推(tui)广的典(dian)型模式和应(ying)用场景,具有很强的示范效应(ying)。

东土科技宜昌(chang)工厂(chang),是东土集团的制造及(ji)(ji)教育中心(xin)。目前,工厂(chang)在生(sheng)产(chan)制造环节,存(cun)在诸多(duo)行业痛(tong)点及(ji)(ji)企业关(guan)键问题:电子产(chan)品结构复杂、料件(jian)种类(lei)繁多(duo)、元器件(jian)互换性强、替(ti)代(dai)物(wu)料多(duo)、材料编号(hao)不易管理;订单(dan)交(jiao)期(qi)短、生(sheng)产(chan)计划编制效(xiao)率低(di)、周期(qi)长、易出错;客户需求(qiu)变化大、生(sheng)产(chan)协调(diao)及(ji)(ji)订单(dan)执(zhi)行情况全(quan)程跟踪(zong)难;订单(dan)跟踪(zong)困难、信息收集反馈滞后(hou)、限额(e)领料难;质量控制及(ji)(ji)可靠性要求(qiu)高、对产(chan)品需要进行全(quan)面质量跟踪(zong)等。

针对这些(xie)问题,东土(tu)科技打造《5G+工业互联网》全(quan)流程(cheng)解(jie)决方(fang)案,方(fang)案结合整体架构运行模式,针对性(xing)采(cai)用(yong)5G方(fang)式进行现(xian)场通(tong)讯(xun),极(ji)大程(cheng)度(du)降低了施(shi)工难度(du),并利用(yong)5G网络高带(dai)宽、低延时等特性(xing),本地流量卸载等功(gong)能,实现(xian)系统、设备、人员(yuan)交互、现(xian)场立体库堆(dui)垛机调(diao)度(du)、AGV调(diao)度(du)、芯片(pian)针脚的(de)缺陷检测等工作,保障(zhang)了方(fang)案的(de)整体落地实施(shi)。

方案内容

        方案主要分为(wei)三个大块进行架构(gou)设(she)(she)(she)计(ji),包含(han)管理系(xi)(xi)统(tong)(MES、WMS、WCS、AHM),生产(chan)(chan)设(she)(she)(she)备(bei)(bei)(半成品(pin)生产(chan)(chan)设(she)(she)(she)备(bei)(bei)、成品(pin)生产(chan)(chan)设(she)(she)(she)备(bei)(bei)、测试设(she)(she)(she)备(bei)(bei)、包装设(she)(she)(she)备(bei)(bei)),仓储设(she)(she)(she)备(bei)(bei)(立体库、堆垛机、物流输送线(xian))。工厂生产(chan)(chan)制(zhi)造运行实现(xian)上(shang)(shang)通(tong)下(xia)连的(de)核心,向上(shang)(shang)对接(jie)(jie)ERP、KySRM,向下(xia)通(tong)过(guo)KySCADA、AHM等(deng)软件系(xi)(xi)统(tong),向下(xia)对接(jie)(jie)产(chan)(chan)线(xian)设(she)(she)(she)备(bei)(bei)及东土边缘通(tong)用控制(zhi)器等(deng)相关设(she)(she)(she)备(bei)(bei),中间对接(jie)(jie)WMS仓储系(xi)(xi)统(tong),以打通(tong)物料环节并对接(jie)(jie)自(zi)动化测试平台,时刻监控生产(chan)(chan)过(guo)程(cheng)中产(chan)(chan)生的(de)测试数据,各协(xie)同系(xi)(xi)统(tong)的(de)业务接(jie)(jie)口如网状交织,依赖关系(xi)(xi)紧密(mi)。

整体(ti)设计(ji)架构图如(ru)下:

(1)管理系统

        MES生产(chan)(chan)(chan)制造执(zhi)行系统:对外提供(gong)生产(chan)(chan)(chan)能力(li)整合、产(chan)(chan)(chan)品和产(chan)(chan)(chan)线(xian)管理、生产(chan)(chan)(chan)工(gong)位定义、人员(yuan)自动匹配、智(zhi)能排程(cheng)、工(gong)艺可视(shi)化、软件定义工(gong)艺流程(cheng),实(shi)现SOP的在线(xian)设计等(deng)技术手段实(shi)现任务直达(da)工(gong)位,工(gong)位人员(yuan)通过扫(sao)码操作校验物料(liao)准确性,并由KyMOM记录(lu)相关生产(chan)(chan)(chan)数据(ju)。

图2:系统界面

        WMS仓储管理系统:基于B/S(浏览器/服务器结(jie)构)结(jie)构,现(xian)场配(pei)置(zhi)终端一(yi)体机供操作(zuo),并与MES系统对(dui)接(jie),实现(xian)派单(dan)出库,入(ru)库等协同功能的操作(zuo)。

        WCS堆垛(duo)机(ji)调度(du)系(xi)统:完成巷(xiang)道内堆垛(duo)机(ji)的调度(du)工作,根据生产需求,将生产所需零部件出库并(bing)通过(guo)物流输送线输送至指定位置供现场生产使用。

(2)生产设备

        在半成品(pin)生(sheng)产(chan)设备的(de)(de)生(sheng)产(chan)过(guo)程(cheng)中,根据东土产(chan)品(pin)的(de)(de)特性设定SMT生(sheng)产(chan)线的(de)(de)设置工艺并整体搭(da)建(jian)完(wan)成后,通过(guo)东土网(wang)关设备,完(wan)成了对现场所有生(sheng)产(chan)设备的(de)(de)关键参数的(de)(de)采集,工业互(hu)联网(wang)平台对设备运(yun)行情况3D建(jian)模进行监控(kong),核算设备利用率(lv),合理(li)安排(pai)设备生(sheng)产(chan)。

        成品生产设(she)备(bei)的整条自(zi)(zi)动化线共13个工(gong)(gong)位(wei),其(qi)中(zhong)自(zi)(zi)动工(gong)(gong)位(wei)9个,人工(gong)(gong)工(gong)(gong)位(wei)4个,整条线体采(cai)用(yong)一台边缘通用(yong)控制器,完成整条生产线的数据采(cai)集、设(she)备(bei)控制、标识解(jie)析等相(xiang)关(guan)工(gong)(gong)作。

图3:现场架构图

        现场(chang)使(shi)用一台边缘通(tong)用控制器(qi)(qi)(qi)运(yun)(yun)行13个PLC内(nei)核、1个内(nei)核运(yun)(yun)行实(shi)时数据(ju)库和数据(ju)上(shang)云(yun),完成了产线电(dian)气控制、机械(xie)手臂调度、直角坐(zuo)标机械(xie)臂运(yun)(yun)动(dong)控制、现场(chang)数据(ju)采集、协议转换上(shang)云(yun)。边缘通(tong)用控制器(qi)(qi)(qi)连(lian)接高(gao)速运(yun)(yun)动(dong)区(qu)(qu)、低速控制区(qu)(qu)、数据(ju)采集区(qu)(qu)、工业(ye)云(yun)服务(wu)。同时,边缘通(tong)用控制器(qi)(qi)(qi)运(yun)(yun)行实(shi)时数据(ju)库及设备管(guan)理(li)(li)Agent,数据(ju)上(shang)云(yun),实(shi)现KyMOM指令的上(shang)传与下达及工业(ye)服务(wu)器(qi)(qi)(qi)的云(yun)端管(guan)理(li)(li)(AHM)。

(3)测试设备

        测(ce)试(shi)(shi)(shi)桌(zhuo)上(shang)(shang)安装一(yi)体(ti)机访问测(ce)试(shi)(shi)(shi)界面,通过(guo)(guo)测(ce)试(shi)(shi)(shi)的产品则(ze)通过(guo)(guo)系(xi)统(tong)自动(dong)打印产品信(xin)息(xi)标签贴至产品侧面。未通过(guo)(guo)测(ce)试(shi)(shi)(shi)产品则(ze)检(jian)查(cha)原(yuan)因进(jin)行(xing)返修处理。在成品测(ce)试(shi)(shi)(shi)与终测(ce)之(zhi)间,设(she)(she)备(bei)会进(jin)入(ru)(ru)到老(lao)化(hua)测(ce)试(shi)(shi)(shi)环(huan)节,设(she)(she)备(bei)安装至老(lao)化(hua)车,进(jin)入(ru)(ru)老(lao)化(hua)柜(ju)后,则(ze)通过(guo)(guo)扫(sao)描(miao)老(lao)化(hua)车上(shang)(shang)的二维码(ma),即(ji)可完成产品老(lao)化(hua)温度及电压的选择(ze),完成整(zheng)个(ge)老(lao)化(hua)过(guo)(guo)程。

(4)包装设备

        两(liang)条包装(zhuang)线电源(yuan)控制分为二级控制,包装(zhuang)线与(yu)测试桌之间(jian)电源(yuan)单(dan)(dan)独供电。生产(chan)厂房(fang)顶部统一(yi)(yi)(yi)采用吊灯,包装(zhuang)线配备(bei)单(dan)(dan)工位照明(ming),经(jing)测量(liang)各区域(yu)照度均在300-320lux,符(fu)合装(zhuang)配的(de)亮度要(yao)求。通过现(xian)场整机(ji)设(she)备(bei)标签(qian)扫描,即可(ke)完(wan)成对包装(zhuang)标签(qian)的(de)打印,外包装(zhuang)与(yu)设(she)备(bei)标签(qian)一(yi)(yi)(yi)一(yi)(yi)(yi)对应,与(yu)系(xi)统进行统一(yi)(yi)(yi)化管理,真正实现(xian)一(yi)(yi)(yi)物一(yi)(yi)(yi)码的(de)管理原则。

(5)仓储设备

        立体(ti)仓库(ku)满足东土宜昌产品生产过程中(zhong)(zhong)所(suo)有结构件、半成品、成品等物料存(cun)放及周转运输的(de)整个过程运行要求,包含周转箱、纸箱托盘堆码等。立体(ti)仓库(ku)管理信(xin)息系(xi)统(tong)(WMS)与SRM供应商管理系(xi)统(tong)、QIS质(zhi)量管理系(xi)统(tong)、RFS条(tiao)码系(xi)统(tong)、SAP企(qi)业(ye)资源信(xin)息系(xi)统(tong)等信(xin)息对接(jie),在MES指挥中(zhong)(zhong)实现物料出、入库(ku)的(de)实物流和信(xin)息流的(de)自动(dong)化管理。

方案亮点

(1)技术架构

          扁(bian)平化了(le)传统结(jie)构,基(ji)于统一开放灵活的平台架构面向(xiang)多种(zhong)工(gong)业应用场景,实现(xian)从(cong)IT到OT的纵向(xiang)打通,实现(xian)IT系统之间的横向(xiang)协同(tong),实现(xian)从(cong)OT到IT的数据驱动。

在现场(chang)层,通(tong)过基于(yu)IPv6的宽(kuan)带实(shi)时(shi)(shi)总线统(tong)一现有网络总线,具(ju)有高带宽(kuan)、长距离、时(shi)(shi)间敏(min)感等特(te)性;边(bian)缘(yuan)计算层通(tong)过边(bian)缘(yuan)控制器实(shi)现一台设备代替多个PLC/DCS的替代,同时(shi)(shi)兼具(ju)协议网关(guan)能力直接数据到云,云端进行数据分析与(yu)处理。

(2)系统升级

          Intewell实(shi)(shi)时(shi)(shi)微内核,采用安全隔离内核技术构建高实(shi)(shi)时(shi)(shi)操作(zuo)系(xi)统的(de)运行(xing)环境(jing),采用分时(shi)(shi)调度方式实(shi)(shi)现多个高实(shi)(shi)时(shi)(shi)系(xi)统并(bing)行(xing)调度,使高实(shi)(shi)时(shi)(shi)系(xi)统可(ke)以直(zhi)接访(fang)问中央处(chu)理(li)(li)器的(de)特殊指令和输(shu)入输(shu)出地(di)址(zhi)区,并(bing)直(zhi)接响应(ying)硬件中断(duan),实(shi)(shi)现高实(shi)(shi)时(shi)(shi)虚拟化的(de)运行(xing)环境(jing)。对于(yu)每个实(shi)(shi)时(shi)(shi)系(xi)统,工程(cheng)师可(ke)以单独设置其(qi)运行(xing)的(de)处(chu)理(li)(li)器核及(ji)可(ke)能的(de)周(zhou)期(qi)时(shi)(shi)间。

图4:方案优势

(3)可编程逻(luo)辑控制

         HMI图元和控制(zhi)算(suan)法(fa)绑定(ding),均采用图形化方式,界面风格统(tong)一(yi),基(ji)于同(tong)一(yi)个(ge)平台即可(ke)(ke)进行控制(zhi)器算(suan)法(fa)程(cheng)序和HMI图形组(zu)(zu)态,HMI的图形组(zu)(zu)态和算(suan)法(fa)编(bian)程(cheng)紧(jin)密(mi)结合(he)(he),可(ke)(ke)由(you)一(yi)个(ge)工(gong)程(cheng)师完成;层(ceng)次化编(bian)程(cheng),支持全局(ju)编(bian)程(cheng)组(zu)(zu)态,支持工(gong)程(cheng)师先从全局(ju)实现控制(zhi)工(gong)艺算(suan)法(fa)设(she)(she)计组(zu)(zu)态,然后再将算(suan)法(fa)分(fen)配到适合(he)(he)的实时控制(zhi)内核,可(ke)(ke)以避免传统(tong)控制(zhi)系(xi)统(tong)设(she)(she)计时先分(fen)解功能再合(he)(he)并工(gong)程(cheng)造成的设(she)(she)计重复或遗漏。

图5~6:编程页面

(4)实现生产协同

         通(tong)过集成云资源、工(gong)业(ye)应(ying)用(yong)(yong)中(zhong)间件、工(gong)业(ye)数据中(zhong)间件,工(gong)业(ye)应(ying)用(yong)(yong)开(kai)发环境、统(tong)一运(yun)维(wei)、统(tong)一安全(quan)、工(gong)业(ye)微服(fu)务编排管(guan)(guan)理(li)(li)等(deng)一系列功能管(guan)(guan)理(li)(li)体系,为工(gong)业(ye)应(ying)用(yong)(yong)开(kai)发者提供灵活高效(xiao)的工(gong)业(ye)云开(kai)发环境、丰富的工(gong)业(ye)应(ying)用(yong)(yong)中(zhong)间件,快速(su)高效(xiao)安全(quan)地(di)获(huo)取工(gong)业(ye)数据。工(gong)业(ye)应(ying)用(yong)(yong)的开(kai)发通(tong)过服(fu)务API管(guan)(guan)理(li)(li)接口即(ji)可(ke)获(huo)得(de)相应(ying)资源,无需关心应(ying)用(yong)(yong)的维(wei)护监控,无需关心如何获(huo)取以及连(lian)接数据,从应(ying)用(yong)(yong)资源管(guan)(guan)理(li)(li)和(he)应(ying)用(yong)(yong)数据管(guan)(guan)理(li)(li)的复杂性中(zhong)脱(tuo)离出来,从而更高效(xiao)地(di)开(kai)发、部署、运(yun)维(wei)及管(guan)(guan)理(li)(li)应(ying)用(yong)(yong)。

(5)实(shi)现智能排程和过程优化(hua)

         提(ti)供生产(chan)工(gong)艺建模能力(li)(li)、仿真能力(li)(li)、工(gong)艺路线管理(li)能力(li)(li)以及生产(chan)工(gong)艺模型自学习能力(li)(li),实现(xian)软(ruan)件(jian)定义生产(chan)工(gong)艺流程;对车间生产(chan)作业进行(xing)(xing)全过(guo)程的(de)跟(gen)踪和信(xin)息采集,根据生产(chan)排程策略进行(xing)(xing)生产(chan)资(zi)源的(de)配置,把(ba)任务及生产(chan)指(zhi)导文件(jian)下(xia)发到指(zhi)定资(zi)源,并通过(guo)对接产(chan)线获取设备的(de)动(dong)态数据。

         通过(guo)构建产品(pin)规(gui)范与质量(liang)管(guan)理模(mo)型(xing),对产品(pin)制造过(guo)程(cheng)中的(de)质量(liang)信息进行(xing)详细记录,建立产品(pin)质量(liang)档案(an),实现(xian)对产品(pin)质量(liang)的(de)全程(cheng)追(zhui)踪和可追(zhui)溯(su);按要(yao)求进行(xing)取样(yang)、检验与判定,并(bing)能在质量(liang)发生(sheng)异常时(shi),可追(zhui)溯(su)到生(sheng)产的(de)各个环节和每一个物料。

价值成效

经济价值

         缩短(duan)生产(chan)(chan)(chan)周期,快(kuai)速响应(ying)客(ke)户需求(qiu),提高设计(ji)和(he)生产(chan)(chan)(chan)的(de)(de)柔性,达到增强企业的(de)(de)核心竞争能(neng)力。通过智(zhi)能(neng)化改造,打通了生产(chan)(chan)(chan)线各个环节,生产(chan)(chan)(chan)效(xiao)率(lv)可提高30%左右。利用产(chan)(chan)(chan)品可溯源等技术加持,使得(de)劳动生产(chan)(chan)(chan)率(lv)和(he)产(chan)(chan)(chan)品质量(liang)提高,产(chan)(chan)(chan)能(neng)提升20%左右,产(chan)(chan)(chan)品的(de)(de)销售(shou)额提高15%左右。

转型变革

         采(cai)用科学(xue)化方(fang)式对(dui)部门管理(li)进(jin)行改革,使公司技术人(ren)(ren)员占比从30%提升至40%;基础性(xing)岗位(wei)降低至30%,促进(jin)企(qi)业(ye)从劳动力密集(ji)型企(qi)业(ye)走向(xiang)人(ren)(ren)才密集(ji)型企(qi)业(ye)。

平台模式

         目前(qian),平台已开发完(wan)成26个工业(ye)App,支(zhi)持多层(ceng)级管理(li),实(shi)现行业(ye)层(ceng)面(mian)宏观管理(li)、企业(ye)层(ceng)面(mian)微观管理(li)、设备(bei)层(ceng)面(mian)基础管理(li)。具备(bei)200多种工业(ye)协议的解析能力(li),能为(wei)离散型(xing)生(sheng)(sheng)产(chan)企业(ye)提供(gong)设备(bei)实(shi)时监控、故障报警响应、生(sheng)(sheng)产(chan)任(ren)务(wu)精准管理(li)等功能。

         未来(lai),东土科技(ji)将深入(ru)贯彻落(luo)实工(gong)业(ye)(ye)互(hu)联(lian)网(wang)科技(ji)创新赋(fu)能产业(ye)(ye)高(gao)质量(liang)(liang)发(fa)(fa)展的(de)工(gong)作(zuo)要求(qiu),以构建中(zhong)国面向未来(lai)自主可控的(de)工(gong)业(ye)(ye)控制(zhi)(zhi)体(ti)系(xi)为使命(ming)。立(li)足(zu)工(gong)业(ye)(ye)互(hu)联(lian)网(wang)底层“根”技(ji)术,搭建5G+工(gong)业(ye)(ye)互(hu)联(lian)网(wang)生态体(ti)系(xi),在(zai)工(gong)业(ye)(ye)互(hu)联(lian)网(wang)、智(zhi)慧(hui)化工(gong)、智(zhi)能制(zhi)(zhi)造、智(zhi)慧(hui)城市(shi)、智(zhi)慧(hui)园区等领域倾力打造新一代(dai)信息技(ji)术产业(ye)(ye)链优势集(ji)群(qun),建设先进工(gong)业(ye)(ye)互(hu)联(lian)网(wang)小(xiao)镇,扎根宜(yi)昌(chang)、立(li)足(zu)湖北,走向全国,赋(fu)能经济高(gao)质量(liang)(liang)发(fa)(fa)展。