一、案例简介

三友智造科技发展有限公司（以下简称“三友智造”）智能制造系统的建立极大改善操作者作业环境、减轻工作强度、提高工作效率、降低人工成本。实现成本低、易用性强、公司内部一体化运作的特点，做到提高产能、降低损耗、节约人力物力资成本。

二、总体规划

三友智造智能智造机器人生产线，搭建整合制造执行系统（MES）、产品生命周期管理系统（PLM）、数据采集与监视控制系统（SCADA）和企业资源计划管理系统（ERP）等，形成连续生产、联网管理、集中管控、资源共享的现代化智能制造模式，实现机器人代替人的目标，实现汽车轻量化材料自动生产、智能取件、智能修边的自动化机器人生产线。

一是PDCPD智能生产线建设。2019年6月至12月完成PDCPD生产线建设，2020年3月至8月完成智能取件系统自动化建设，2020年7月至2021年2月完成智能修边系统自动化建设。

二是2021年3月至2021月10月实现MES二期实施MES、WMS、ERP系统集成。MES 智能化制造执行系统方案用于冲压自动线和智能焊接线的设备运行监控，为后续整体控制提供基础性数据准备，同时为生产线智能系统提供数据支持。

图1 数字化工厂技术路线

三、具体举措

（一）PDCPD材料件数字化车间总体设计

PDCPD材料件数字化车间定位为省内领先和国内先进，整体设计突出“高起点”、“高技术”、“高效益”，严格遵循安全、集约、标准、智能的方针，广泛采取行业内先进、成熟、适用的新工艺、新技术、新装备、新材料，提高企业技术创新能力、工艺水平、装备水平和管理水平，增强企业核心竞争力。公司以“智能制造”、“智能管理”为核心，以智能装备及智能物流装备为基础，改变各工序间不连续、信息传递不及时、管控不集成的落后局面，打通企业战略决策、运营管理、自动化控制各个层面，以及营销、生产、采购、研发、技术、仓库、服务全业务流程，使制造过程更加柔性与智能化，降低制造成本的同时，严格控制产品质量。通过建设设计工艺一体化平台、智能协同管理平台、设备物联网DNC、智能制造执行系统，实现数字化工厂的快速设计、快速报价、协同办公和智能化工厂，达到减少不合格品，提高生产效率，加速市场响应能力，节约资源等目的。

（二）生产线智能控制系统实施

一是智能生产线控制系统由设备层、控制层和监控层组成。设备层是整个控制系统的关键环节，主要包括现场操作站、现场设备检测单元、现场执行机构等，直接或通过现场总线与控制层中的PLC相联系。控制层是整个控制系统的核心，采用PLC对现场设备进行控制，通过ETHERNET网将有关数据传给上位监控计算机。监控层位于中央控制室，通过TCP/IP 协议对车间内各个受控设备的运行状况进行集中监测，并对有关信息进行统计和保存。该系统采用 PLC 作为控制站主机，向下采用现场总线技术，将现场 I/O 站与控制站连接起来；向上采用开放的工业以太网（10/1）负责各子系统PLC之间的通讯，充分利用组态监控能力将上位监控机、服务器与控制站的数据、控制、管理等信息紧密连接。

二是人机交互系统采用以WINCC为基础软件的系列操作员站，既能完成本地现场操作需要，同时又可实现对其它生产区域生产状况的监控。整个控制系统分为若干个部分，各部分自成独立的控制系统。

三是中央监控系统设在制造车间中控室，并留有试制车间监控接口，制造车间和试制车间作为同一级平台进行通讯，总厂ERP 系统有专用交换机与该中控系统交换信息。此外，中控系统和每条生产线的车身连锁信号有专用的交换机连接，所有交换机由中控系统提供。

（三）生产线 MES 系统实施

通过建立制造执行系统（MES），实现计划、排产、生产、检验全过程闭环管理，与企业资源计划管理系统（ERP）集成，以实现PDCPD生产与聚氨酯拉挤生产智能车间。一是生产过程数据采集和分析系统，能充分采集制造进度、现场操作、质量检验、设备状态等生产现场信息，并与车间制造执行系统实现数据集成和分析。二是建立车间级的工业通信网络，在系统、装备、零部件以及人员之间实现信息互联互通和有效集成。三是在MES系统中定制供应链管理模块，实现采购、外协、物流的管理与优化。四是利用工业云等新一代信息技术，在保障信息安全的前提下，实现经营、管理和决策的智能优化。

（四）MES监控生产进度

一是生产计划执行过程动态监控，可管理到关键工序、实时进度，通过控制自动化设备实现柔性生产，对人工实现电子化作业指导和防错装配。二是监控到生产异常，及时报警提示，并记录异常时间、设备、原因等因素。三是生产线效率分析，明细到单班每小时实际产出、生产节拍及人均小时产能，形成柱状图、折线图、饼状图等可视化分析图形。四是生产过程产品动态监控，对各批次产品在生产上下线、质量检测、成品入库等几个环节实时进度监控，自动记录产品各个环节的状态、工艺参数、检测结果等信息。五是统一查询各单计划完成情况，并显示当前班次或当天的计划完成率。

图2 计划入库情况查询

四、工作成效

智能制造建成后生产线年生产能力可达到年产100万套，预计新增企业产值10000万元，利润达到1000万元，可上缴税金600万元。实现生产过程自动化，提高生产效率 12%，降低人工成本10%；通过设备互联互通，采集生产进度、设备状态等现场信息，建立生产过程数据库，提高管理效率20%；采用MES 实现需求对接，多品种小批量混合排产柔性化管理，降低生产过程成本 15%。

一是用能成本优化建立制造过程成本检测系统，可对产品各工艺流程成本自动记录分析，可视化图形显示制造成本组成、制造周期组成；可显示各工艺流程工序的历史数据曲线和各工序制造周期历史曲线。当出现用能异常时进行警告提示，自动对产耗数据进行分析，建立产耗预测模型，提出降耗解决方案。通过智能化调度和系统性优化，实现全流程生产与能耗协同，企业能源利用率达到行业领先水平。

二是装备与产品协调发展，相互促进，通过全自动化生产模式，进行实时质量监控、智能化质量分析等，可有效保证产品质量，保证产品性能和参数的一致性。利用大数据及云计算技术对复杂的产品数据进行分析研究，进一步改进产品质量和性能，极大提升PDCPD材料/聚氨酯拉挤材料的质量和可靠性。

三是系统建成后可实现生产过程数据全面采集，生产工艺数据自动数采率达到92%，并建立实时数据库平台，将生产工艺数据实时上传到数据中心。通过自动化、信息化及网络化整合，融入精益管理的思想和理念，生产流程更加合理，信息流、物流更加顺畅，在现有基础上生产效率将再度提升10%以上，进一步节省直接生产人员20%以上，人均日产量再提升1.5倍以上。

四是缩短产品研发周期，通过智能制造运营体系的搭建，为产品设计提供有市场预见性、针对性，以及产品设计需求信息（市场需求信息），避免盲目立项、重复立项。将新产品开发与智能化、数字化生产相结合，有利于未来新产品技术成果的产业化实施，可进一步缩短产品研发周期12%，降低设计出错率10%。公司研发团队前期已展开大量相关基础工作，包括实施企业资源计划（ERP）、仓库管理系统（WMS）、办公自动化（OA）、电子监管码、电子订单等信息系统；完成项目可行性研究，包括质量检测软件在PDCPD/聚氨酯拉挤生产质量控制中的应用，信息系统企业数据总线集成与应用，制造执行系统与PDCPD/聚氨酯拉挤生产工艺融合研究，智能化装备、智能物流设备、机器人工作站在PDCPD/聚氨酯拉挤生产线中的应用研究，数据采集与分析模型与试验，数字化生产线布局与工艺建模仿真设计等；完成智能化工业物流系统平台框架设计与初步运行测试。