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廈門ABB低壓電器設備MES系統項目
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    1、客戶概況

          ABB集團位列全球500強企業,集團總部位于瑞士蘇黎世。致力于為工業和電力行業客戶提供解決方案,以幫助客戶提高生產效率,同時降低對環境的不良影響。ABB發明、制造了眾多產品和技術,其中包括全球******套三相輸電系統、世界上******臺自冷式變壓器、高壓直流輸電技術和******臺電動工業機器人,并率先將它們投入商業應用。

    ABB集團的業務遍布全球100多個國家,擁有約14.5萬名員工。ABB在中國擁有研發、制造、銷售和工程服務等全方位的業務活動,員工1.9萬名,擁有37家本地企業和遍布全國109個城市的銷售與服務網絡。2014年ABB在華的銷售收入超過58億美元,保持ABB集團全球第二大市場的地位。

          ABB擁有廣泛的產品線,包括全系列電力變壓器和配電變壓器,高、中、低壓開關柜產品,交流和直流輸配電系統,電力自動化系統,各種測量設備和傳感器,實時控制和優化系統,機器人軟硬件和仿真系統,高效節能的電機和傳動系統,電力質量、轉換和同步系統,保護電力系統安全的熔斷和開關設備。這些產品已廣泛應用于工業、商業、電力和公共事業中。

     

          目前,ABB下設5大業務部門,其中低壓產品部下設控制產品、斷路器和開關、開關插座、箱體和導軌元件以及低壓系統業務單元。ABB低壓產品可以廣泛應用于工商業與民用建筑配電系統、各種自動化設備和大型基礎設施。主要產品包括:低壓控制及自動化產品、自動轉換開關電器、斷路器、開關、線路保護、電網質量、開關插座、智能建筑控制系統、箱殼類產品和低壓配電系統。

     

     

    圖:ABB低壓柜展廳

          本項目的客戶即為行業領導者的ABB旗下子公司之一,廈門ABB低壓設備有限公司。

    2、技術創新說明

          本項目實施對象是廈門ABB低壓設備有限公司(以下簡稱ABB低壓)。項目目前已經實施二期,主要涵蓋了低壓開關柜產品的2個自制車間:抽屜生產車間和柜體生產車間,以及多個外包車間。

    n 抽屜生產車間:包含2條產線,其中一條原人工生產線、一條為全新自動化生產線以及多個預裝部件生產線。

          n 柜體生產車間:包含3條生產線,其中一條原傳統生產線、兩條單件流生產線以及Kitting備料、多個預裝部件生產線。

          項目主要涉及工藝建模、產品制造工藝管理、工時管理、計劃管理、生產執行與智能車間調度、質量管理、報表及系統集成。其中柜體單件流、自動化生產線為領先的行業生產方式,對ABB低壓客戶團隊的管理和項目團隊實施而言,都面臨行業全新的創造和創新挑戰。整個項目團隊都以智能制造為項目目標,迎接挑戰,以下為主要實現的創新。

          1) 靈活自定義各個不同車間、產線的生產模型

          ABB低壓的開關柜產品多元化,導致生產工序也有較大差異。如果按照每種產品去客制化獨有的功能,不僅會浪費大量的工時,也使得對企業的MES系統受到限制,無法自由擴展。Hanthink的SmartWork平臺根據以往案例,總結設計出可自定義的生產模型以滿足企業新產品的研發生產、以及車間、產線的擴展。

     

     

    圖:SmartWork的工藝建模

      

          2) MES將訂單、設計、工藝、制造無縫集成。

          ABB低壓的訂單是完全的定制訂單。全球統一實施的SAP系統為企業信息管理核心。 設計信息的源頭來自于ABB自由知識產權的PDM系統——集成了AutoCAD,solidwork等相關設計軟件。

    3者間由MES作為中間介質者,協調計劃、實時調度,完成制造。SAP、PDM的設計、圖紙變更會即時自動通知MES,反之亦然。設計也保留了意外時人工干預的能力。當設計、圖紙發生變更時,MES會進行版本控制并及時將變更信息推送到各個生產崗位,以及車間主管,提醒按照******方案生產裝配未開工的產品、指示已完工的產品進行返工。

     

    圖:項目BOM同步查看

     

          3) 計劃及現場調度智能化。

          對于長期計劃,MES系統根據產品制造工藝、生產資源能力、第三方供應商的生產能力、物料的交期等,運算得到初步的月度生產計劃,滿足初步的生產排期預估及產線平衡,協調相關單位進行生產準備工作。

     

    圖:產線平衡

          對于周期滾動計劃,MES系統會根據產品交期、制造工藝信息,生產設備(主要是人員及其技能)情況,排產已經準備完成的訂單,并同時發布備料、預裝、廠外叫料等相關計劃。

    滾動計劃還顯示在現場的關鍵崗位的觸摸屏上,崗位的開工完工信息即時掃描到MES系統,系統再自動根據后續工藝路線崗位上的實際生產負荷、設備和物料情況,即時調度每個工序的下一個生產產品。

          抽屜生產線是全新設計的鏈式托盤自動化線,,HanThink憑借長期生產線集成經驗,參與了自動化線的設計工作,并有針對性的強化了線體與系統的集成部分設計。對于自動化線會即時指揮生產線移動對應產品的物料托盤進入崗位進行生產。MES系統智能根據每個員工的技能、以及對類似產品的設計方案優先進行排產,即時進行高效平衡的生產調度,減少了類似設計方案長期錯誤分派的資源浪費,提供了員工生產的熟練度,使得產線效率提高了20%以上。調度還可人工干預。

          從中長期計劃的智能排產到現場制造的智能調度,體現了2家公司的智能制造理念。

     

    圖:手工調度

          4) 現場制造可視化,制造崗位上/下游溝通即時及可視化。

          定制產品有著變化多端的制造特性,對設計變更、工藝變更的管理,要求更細致更及時。系統在每個崗位都可以通過掃描零件條碼查看******的設計、工藝圖紙及文檔、相應的物料及關聯的BOM信息。生產異常時,可以即時在崗位觸摸屏上呼叫該產品的該工序的生產工藝及設計工程師進行現場支持。該問題如需長效解決,會在每個崗位開始該產品該工序或指定的后續工序的生產時自動進行解決方案提示。

     

    圖:現場MES操作工作站UI

          這些變更會在PDM、SAP及MES系統中同步,MES系統會記錄每個生產時所用的這些圖紙及文檔的版本。當有變更發生時,如產品正在制,這些變更會通知到對應工序的崗位。

    生產的所有進度,以及自動線的自動調度全程可在現場大屏上顯示。

     

     

     

     

    圖:MES生產進度監控

          每崗位收集工時,可即時顯示生產效率。自動化線體的運轉也同步實時顯示。

          制造是智能、透明、可預知、可持續不斷的。

     

    圖:MES生產實時效率圖

          5) 質量管理

          實現對各工序、工段、車間的生產控制、工藝標準執行情況和在制品質量進行有效監視和及時反饋。系統通過產品的質量規程中的作業指導以及SOP中的標準操作流程,引導操作人員按標準進行操作,并通過采集的實時數據記錄質量操作記錄。

          MES系統實現對每個工序創建標準的檢驗項目以及特殊項目的檢驗內容,稱之為檢驗工藝路徑,內容包括檢驗項目、檢驗標準等,檢驗值可以是用戶手工錄入,或是自動采集。MES系統對檢驗值進行分析和判定,根據預設的規則評分,并給出綜合判定。由于質量崗位流動性比較大,Hanthink采用移動終端為ABB設計質量檢驗操作功能。

     

    圖:APP功能面板

     

          檢驗過程中,質量確保產品、圖紙、文檔都符合交付要求并嚴格一致,如發生缺陷、設計圖紙不明等異常問題,質量、生產、工程設計等各部門可通過MES系統進行反饋、處理,使得各部門間無縫交流。

          每產品的每項質量檢驗結果、生產過程中出現的各類異常狀況、處理方式也******保存在MES系統中。標準、多元化的大數據,不僅能統一產品的質量報告、也讓質量問題的跟蹤、分析更高效。

          6) 物流拉動

          MES系統根據生產計劃或實際生產進度確定物料需求后,及時調度相關的物料到各個崗位,以保證后續生產不間斷。Hanthink根據ABB的實際需求,規劃以下幾種配送路線:

          n 倉庫直送:一些標準零件,或小件,需求批次比較大,按一個料籃(包裝)方式配送,比如常用的螺絲螺帽,標準零件、標準線束等,即使配送量大于需求量,也會在后續被消耗完畢;或出現特殊情況,標準零件等出現短缺,采用在線呼叫緊急配送。

          n 倉庫—>Kitting區域—>預裝或主線:所有物料(除了一些標準零件外),根據生產計劃,拉動倉庫物料根據項目的生產批次配送到Kitting區域,由Kitting進行撿料分包,按實際生產進度同步配送到預裝、主線。一些零件屬于大件物料,不需要撿料分包、二次自制,直接配送主線。

          n 預裝—>主線:將物料進行二次自制后,按實際生產進度配送到主線。

     

    圖:物料配送示意圖

     

     

    3、項目現場照片

     

     

     

    圖:項目開工紀念

     

    圖:系統現場調試

     

     

    圖:現場用戶培訓

     

     

    圖:自動化流水線現場監控畫面

     

     

     

     

    圖:上線剪彩儀式

     


     

     

     

    圖:MES參觀學習

     

    4、MES產品介紹-SmartWork

          ABB優秀的生產管理理念,在智能制造的共同目標下,結合HanThink優秀的MES制造信息系統軟件及自動化實施經驗,雙方探索性地創造出了行業全新的智能制造方式。HanThink自主知識產權的MES軟件平臺——SmartWork也完善了低壓行業套件。

          HanThink Smart Work(HTSW)是漢思的MES平臺軟件,基于SOA架構,J2EE技術。

          該軟件完全符合S95標準,提供了豐富的業務對象,如生產線、在制品、設備、路經等,具有強大的建模能力。用戶也可以在HTSW的開放二次開發環境中定制開發自己的需求。

    HTSW基本模塊

     

          u Production Center: 工廠級應用服務平臺

          u SOS Server : 與第三方系統集成平臺

          u SDTM:設備層、數據層數據采集轉換平臺

          u Report: 報表設計器、報表服務管理器,專業的報表平臺

          HTSW提供各種接口技術以實現和企業上層信息系統(如ERP)及下層生產控制設備(如第三方PLC)的集成。

          其特點是:

          ü 基于J2EE架構

          HTSW的架構體系自下而上分為四層:數據層、商業邏輯層、web層和客戶端層。

          數據層存儲系統的數據,包括系統設計數據和系統運行時的系統數據和生產數據。

          商業邏輯層包括商業邏輯和數據訪問,其中商業邏輯為一層session beans,用于完成應用,操作交易(transaction)管理,調用底層的元件(如bean);數據訪問用于從數據庫獲得數據或保存數據到數據庫,session bean調用數據操作類直接通過JDBC訪問數據庫。

          Smartwork Production Center提供了生產排程、物料譜系和跟蹤,工廠建模、資源管理,工藝管理、數據采集、整合和同步,CAPA(Corrective action and preventative action ),HACCP(Hazard Analysis Critical Control Point ), 規則依從和報表,質量管理, SPC,報表和數據分析工具, 基于角色的操作員管理,物料狀態查詢,實時生產狀態監控。通過工單、批次、在制品和零部件的狀態來跟蹤生產質量、產量和性能,并生成報表、進一步的數據分析和ERP的信息反饋。數據可以從多個生產現場采集匯總,來進行企業級的質量和性能分析。Production Centre可以適應一個工廠到整個企業的解決方案應用。

          平臺支持客戶靈活的二次開發,容易學習。HanThink提供開發培訓。

     

          框架支持不同類型的客戶端接入。不同的客戶端只要用對應的Channel進行就可以相同功能的Action,然后由Action去執行相同的邏輯業務層,最后再到數據庫。此種設計方式大大提高了業務邏輯的復用性,以及不同客戶端直接的交互問題。

          ü 熱部署

          HTSW的兩種客戶端,Java客戶端和HTML客戶端的開發都是在Java客戶端Process Designer上完成的,用戶可以同時登陸多個Process Designer客戶端對同一個系統進行開發(協同開發)。在系統運行時,Process Designer仍能繼續開發工作,兩種客戶端都只需一次完成,不需要分開開發,客戶端除了安裝JRE環境,不需要其他部署和安裝額外的程序,并且每次登錄客戶端會自動下載服務器端的******版本,做到一次修改,全廠更新。

          ü 擴展性

          HTSW具備大系統所必須的良好擴展性,主要由于HTSW是基于java技術的系統開發平臺,能夠實現跨平臺整合。

          同時其數據處理既支持分布式處理數據再總體收集或者集中式處理數據兩種形式。

          系統的應用集成設計應遵循SOA的整體框架規范,采用webservice為主要接口通訊標準。

          在與.net/COM+開發的系統集成時,HTSW提供了Integrate WebService Client可自動轉換數據對象,實現系統無縫集成。HTSW集成了常用的設備和系統接口,可方便的與外部系統對接。

          ü 支持集群

          HTSW支持集群方式。當系統負載較大時,在Web層和業務邏輯層均可擴展成集群方式。采用集群方式時,可起到負載平衡作用,同時也起到提高系統可用性的作用。當一臺服務器故障時,集群中的其他服務器科自動運行故障服務器上的應用,客戶端只感覺到短暫的服務停滯

          ü 同步/異步的事件處理方式

          HTSW的事件是以Activity的形式運行的。Activity是一個以Java開發和部署的類,包含一系列的函數(function)、輸入(input)、輸出(output),以實現相應的系統功能(如物料消耗,批次接受,條碼打印等)。

          Activity可以分為GUI-Activity和None GUI-Activity,其執行方式可分為同步執行(Synchronous Execution)和異步執行(Asynchronous Execution)。

    開發人員可以根據所需系統功能的特點設計相應事件是以同步方式還是異步方式執行。

          對于那些邏輯簡單但是需要高速執行的事件,可以通過同步方式執行。

          ü 多級數據存儲架構

          支持生產數據庫(Production Database),歷史數據庫(Operational Data Store),數據倉庫(Analytical Datamart)等多級的數據存儲方式。

          用戶可以根據實際生產需要,設計和構架合適的數據存儲架構,進行分布式、集中式等靈活的數據庫配置方式。

          用戶操作主界面:

     

     


          ü 支持集中式和分布式兩種部署方式

          Smartwork具備大系統所必須的良好擴展性和系統架構,對于數據服務管理模式支持分布式和集中式兩種形式。如下所示。


    分布式數據服務管理模式示意圖


     


    集中式數據服務管理模式示意圖

          ü 組件化、模塊化及SOA架構

          整個MES系統設計成開放的SOA平臺架構,提供豐富的業務對象和設計對象庫供開發者調用定制開發服務模塊。同時,功能服務模塊與系統SOA為松散耦合結構,模塊可以“可插拔式”的方法進行部署和運行,用戶可以按照實際需要部署相應的功能模塊。

     

     

     


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