浙江南都電源動力股份有限公司(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,、新能源動力、新能源儲能及節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域,，提供以先進閥控密封電池,、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)和分支機構(gòu)覆蓋全球150多個國家和地區(qū)的企業(yè)集團，產(chǎn)業(yè)布局也從通信后備電源領(lǐng)域,，擴展至新能源儲能電源、新能源動力電源,、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、儲能,、資源再生產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導者,，并形成了“原材料-電池制造-產(chǎn)品應(yīng)用-運營服務(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
浙江南都電源動力股份有限公司鋰電工廠智能制造試點車間目前正在應(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異常報警控制),、裝配檢測線自動控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)有效的支撐了企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動,，提高了車間的智能化管理水平,。
智能制造項目詳細情況介紹
1.項目背景及目標介紹
南都動力鋰電智能車間工廠物聯(lián)網(wǎng)項目將公司的SAP 系統(tǒng)和底層的自動化系統(tǒng)集成在一起，主要用于對鋰電車間的生產(chǎn),、質(zhì)量,、設(shè)備等方面進行詳細作業(yè)計劃、實時信息反饋和數(shù)據(jù)分析,。該項目通過MES系統(tǒng)實現(xiàn)對生產(chǎn)制造過程信息的實時采集,、管理和反饋，進行批次跟蹤,，實現(xiàn)質(zhì)量追溯,，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，改進產(chǎn)品質(zhì)量,，對物料進行管理,，對關(guān)鍵設(shè)備進行有效監(jiān)控，并實現(xiàn)生產(chǎn)過程與管理決策的高效集成;為企業(yè)領(lǐng)導經(jīng)營決策提供及時,、準確的科學依據(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)上進一步完善網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),、保障網(wǎng)絡(luò)安全,，完成多個極片車間、干電芯車間,、電芯車間,、裝配車間等多個車間的網(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)備改造項目：對現(xiàn)有的重要工序購進和改裝傳感終端,，采集工藝數(shù)據(jù),，實現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的自動采集、自動上傳,。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MES管控平臺項目：通過PDA采集現(xiàn)場的生產(chǎn)情況,，實現(xiàn)現(xiàn)場工單的開工,、數(shù)據(jù)采集、完工報工等,。
5)MES系統(tǒng)項目：為工廠現(xiàn)場各項生產(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,，提供實時且準確的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)來源,。通過計算機、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)，即時收集現(xiàn)場資料,，提供即時且準確的實際生產(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,，并自動進行數(shù)據(jù)整理與分析,，為管理者提供正確、實時的資訊,，協(xié)助管理者進行正確的管理決策,。
2.實施與應(yīng)用情況詳細介紹
2.1 IT基礎(chǔ)建設(shè)
1)對極片車間、干電芯車間,、電芯車間,、裝配車間等多個車間的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備進行改造，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,，南車間359臺設(shè)備連成一個大局域網(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)備的運行,，保障網(wǎng)絡(luò)安全,。
圖2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)
2)該項目為保障PDA和無線掃描槍的正常運行,，全廠共布置無線AP 77個，并用無線控制器進行管理,，保證無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定,、安全。
2.2 云平臺建設(shè)項目
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,，計劃實現(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)備改造項目
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實現(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,，通過改造實現(xiàn)標準以太網(wǎng)接口的輸出功能,。如果設(shè)備本身帶有輸出接口，則進行協(xié)議轉(zhuǎn)換,。公司現(xiàn)有需要進行數(shù)據(jù)采集的設(shè)備共有536臺,，硬件接口主要分為串口232、485,、422,、網(wǎng)口。
工廠將536臺設(shè)備中部分設(shè)備進行改造,，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)存儲服務(wù)器,。
2)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控平臺建設(shè)
主要實現(xiàn)用戶管理、采集設(shè)備通道,、頻率,，報警信息等參數(shù)設(shè)置。監(jiān)控終端支持現(xiàn)場和遠程監(jiān)控,，通過授權(quán)的IP地址及用戶,，可通過瀏覽器實現(xiàn)實時監(jiān)控。
a) 設(shè)備數(shù)據(jù)采集項列表
表1 設(shè)備數(shù)據(jù)采集項列表
b)采集軟件界面
在每臺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,、采集項名稱,、采集項別名和采集項單位，設(shè)置完后,，采集上來的參數(shù)將自動傳入MES系統(tǒng),。
2.4 移動MES管控平臺項目
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),，實現(xiàn)設(shè)備與MES系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換,。每臺設(shè)備生產(chǎn)過程中自動收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，判斷合格與否,，生產(chǎn)數(shù)據(jù),、工藝數(shù)據(jù)實時傳送到MES管理系統(tǒng)。開發(fā)應(yīng)用生產(chǎn)管理APP模塊,，隨時查看各道工序的生產(chǎn)情況和質(zhì)量情況,。也可對工序進行完工回報。
1)MES系統(tǒng)移動APP平臺實時顯示各車間生產(chǎn)情況,、產(chǎn)品合格率,、預警信息，領(lǐng)導和管理人員可以實時查看生產(chǎn)報表,，實時了解生產(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) 實現(xiàn)PDA移動作業(yè)
工廠工作人員使用PDA對部分過站產(chǎn)品進行掃描,，實現(xiàn)現(xiàn)場移動作業(yè)。
圖4 作業(yè)現(xiàn)場
圖5 過站現(xiàn)場
2.5 MES系統(tǒng)項目
在集團中整合底層采集數(shù)據(jù),，實施集團MES系統(tǒng),。為工廠現(xiàn)場各項生產(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,，提供實時且準確的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)來源。通過計算機,、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),，即時收集現(xiàn)場資料,，提供即時且準確的實際生產(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,，并自動進行數(shù)據(jù)整理與分析，為管理者提供正確,、實時的資訊,，協(xié)助管理者進行正確的管理決策。
1)需求設(shè)計及出發(fā)點
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(機器設(shè)備),、料(原材料),、法(工藝、方法)等信息,，適用性強,，可擴展。
c)雙向追溯,、4M追溯體系,。正反實現(xiàn)對人(操作者)、機(機器設(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,、透明,。透過SPC、預警平臺、實時看板,、綜合報表等管理工具,，實時呈現(xiàn)生產(chǎn)運營成效和及時批露生產(chǎn)、品質(zhì)異常,。
e)輔助SAP完善成本計算,。逐步完善工單產(chǎn)量和工時報工機制。
2)MES系統(tǒng)藍圖設(shè)計
圖6 MES系統(tǒng)藍圖
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,、工藝用錯等作業(yè)發(fā)生,。
MES實施前：SAP中有維護工藝信息，多個同類型的機種可共用一個工藝;SAP中的工藝無法細分到工藝中的管控工位,，無法采集各工位的生產(chǎn)信息,，以及對在制品的生產(chǎn)流程管控。
MES實施后：對工藝的生產(chǎn)管理,，細化到各個工序點,，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,，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)化和改善當前由PC執(zhí)行的生產(chǎn)計劃下達,、變更以及有車間執(zhí)行的時段產(chǎn)量/WIP統(tǒng)計過程，相對原有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)計的實時性,、真實性;
●保證工單主數(shù)據(jù)的完整性;
●減少工單變更時由于數(shù)據(jù)不一致導致的部門協(xié)同沖突;
●實現(xiàn)與SAP工單的協(xié)同管理：
●SAP工單自動同步給MES;
●同時同步更新工單BOM;
●工單計劃變更時，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追溯查詢對應(yīng)的生產(chǎn)制令單和產(chǎn)品SN。
MES實施前：設(shè)備按手工帳目管理,，同時產(chǎn)生大量的紙質(zhì)表單;設(shè)備保養(yǎng)(計劃性保養(yǎng)和非計劃性保養(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實施后：
●設(shè)備按唯一SN建立電子履歷,。
●形成設(shè)備電子臺帳,，并且可以提示保養(yǎng)到期的設(shè)備。
●設(shè)備的保養(yǎng)和維護能夠形成電子化記錄,。
●設(shè)備開線前點檢形成電子化記錄,。
●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)制造過程管理等復雜業(yè)務(wù)需求。
MES實施后：通過對生產(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、型號,、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實施前：倉庫人員在現(xiàn)場清點來料到貨，質(zhì)檢人員在現(xiàn)場進行來料質(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、檢驗規(guī)程等均是紙質(zhì)文件,，如有變更時,，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)檢兩個方面：
●來料質(zhì)檢：通過與SAP來料信息的對接,，MES對來料進行質(zhì)檢, 生成檢驗報告，自動判斷允收或拒收,。
●過程質(zhì)檢：通過與多條裝配線自動控制系統(tǒng)的對接,，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)自動實時上傳,，并自動判定產(chǎn)品品質(zhì)，保證數(shù)據(jù)的實時性,、準確性,。
●遵循PDCA原則，在企業(yè)內(nèi)部建立完善的質(zhì)量體系,，基于準確實時的數(shù)據(jù)采集和數(shù)理統(tǒng)計技術(shù)實現(xiàn)質(zhì)量管理目標,。
f)預警管理
預警管理模塊可以對生產(chǎn)過程中的相關(guān)指標，如直通率,、工序良率,、KPI等，設(shè)置相應(yīng)的預警方案,，并實時監(jiān)控生產(chǎn)過程上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是否達到預警方案的條件,。在發(fā)生預警時，系統(tǒng)會以消息機制(如郵件,、看板,、微信消息等)通知給相關(guān)人員，進行現(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，實時顯示生產(chǎn)工單完成比例,、各工序完成比例,、良率、計劃達成率以及24小時產(chǎn)量趨勢,。
3.效益分析
1)項目實施前后相關(guān)指標對比分析
●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60%以上;
●基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確率提升到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%;
●配料準確率有原來的92%達到100%;
●生產(chǎn)統(tǒng)計時間由原來的半天縮短為30分鐘;
2)經(jīng)濟效益和社會效益分析
通過集團級MES管控平臺實施：
●基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確率提升到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)達到93%,。
通過移動MES：
●減少專職報工人員4人;
●減少檢驗人員7人;
●縮短生產(chǎn)實績的采集時間達95%;
●縮短了關(guān)鍵件的數(shù)據(jù)采集錄入時間90%。
