元工CPS在劍橋科技的應用

--開啟電子行業CPS應用模式和實施方法的探索之路

上海劍橋科技股份有限公司是以高端通訊電子設備研發制造為核心的高新技術企業。劍橋科技的CPS應用探索實踐從全局出發,由上而下進行頂層規劃設計,通過SoS級CPS的應用探索,自下而上打造了具備互聯互通一體化、智能管控透明化、全生命周期統一化、決策分析科學化的“四化”平臺,形成以CPS為代表的信息技術與虛擬仿真技術、制造技術、管理技術等融合技術創新。

圖1 劍橋科技CPS項目整體架構圖

圖2 劍橋CPS項目總體流程圖

2016年,北京元工國際科技股份有限公司與上海劍橋共同組建CPS專項項目組,充分分析生產過程中的痛點和需求,著力解決產線設備的運行監控、多種類生產設備的數據采集、分析、決策和執行的困境,以精益生產為最終目標,分為以下幾個階段進行項目實施。

1、產線設備改造階段 針對劍橋科技的產線設備進行定制改造,加大自研設備投入,對自研設備以及集成設備做初步模塊集成,實現CPS的自動感知。

2、設備采集及集成階段 使用CPS總線對設備采集信息進行集成,通過總線傳輸協議,集成不同設備、不同廠家、不同控制系統的設備和系統,確保數據的完整性和實時性,為精益生產打造數據基礎。

圖3 設備物聯采集控圖

圖4 通過CPS總線實現數據集成

3、工業軟件集成階段 建立工廠內部CPS互聯互通網絡架構,實現設計、工藝、制造、檢驗、物流等制造過程各環節之間,以及與制造執行系統(MES)和企業資源計劃系統(ERP)的高效協同與集成,建立全生命周期產品信息統一平臺。

圖5 軟件集成架構

4.大數據分析集成階段 平臺選型、確定大數據平臺技術構圖、物理部署架構、建立數據標準、實現數據規范化和共享,打通生產數據和經營數據,通過機器學習、人工智能等技術對數據進行深度分析和挖掘,減少停工時間,提高產能。

圖6 大數據分析及信息看板

5.整體優化提升 提升工業大數據業務分析中的優化運營,引入霧計算應用,優化采集性能和時效性等。

圖7 霧計算示意圖

CPS項目實施后取得了顯著效果:

1、實現了生產數據可視化、生產管理透明化,搭建實時、全面的生產監控體系。通過對人機料法環測各個方面的數據收集,將隱性的生產制造過程數據變為可見的顯性數據。設備運行狀態及時間、人員工作效率、物料配送情況、測試結果等都清晰可見。

2、解決了多渠道、多樣式的數據統一問題,消除了信息孤島。通過CPS總線實現了跨車間、跨系統的有效數據交互,避免在操作復雜、種類繁多的信息系統中重復操作。同一數據來源唯一、確保一致,各個系統中存儲的產品相關數據匯集到統一平臺,提升工作效率,減少人為差錯,保證了數據的關聯性和完整性。截止2016年6月,產線換線時間由45分鐘降至18分鐘,每人每天的人均產出由34.5臺提升至48.9臺。

3、建立了可視的數字化工廠,數據信息一目了然,方便生產管理人員及時發現問題。采用先進的霧計算技術完成邊緣計算,滿足數據實時型和延時敏感的需求,將顯性數據轉化為直觀的圖表、信息看板、3D仿真模擬等可視化信息。信息獲取時間大幅降低,由2015年6月的120分鐘降至2016年6月的5分鐘。

4、建立了與物理空間相對應的虛擬信息空間,以虛控實,虛實融合。人和設備這些實體可以與生產相關的軟件系統交互,相互協同,真正的實現了廉價個性化制造,具有充分的柔性和敏捷性,能夠適應定制化生產對計劃、協同、物流等的要求。同時,對設備監控、排除設備異常信息等,設備可以自主控制、自主適應,極大的提升效率,降低了成本,實現少人化工廠。2016年劍橋工廠月均用工人數相對于2015年降低了25%。

5、系統旨在追求精益求精和不斷改善,生產均衡化、同步化,使上海劍橋的生產制造更適合多品種小批量生產,尤其是配置化/訂單化/定制化的生產,以最優品質、最低成本和最高效率對市場需求做出最迅速的響應。

元工CPS在劍橋科技的應用,開啟了電子行業CPS的應用模式和實施方法的探索之路。基于CPS構建了企業智能化、信息化的平臺,取得了良好的實施效果,既能滿足客戶高標準的質量要求,又能快速響應客戶的定制化產品需求的生產,并且為劍橋科技的生產管控和智能制造奠定了統一的數據基礎,促使劍橋科技的生產制造邁上了新的臺階。作為電子行業龍頭企業,劍橋科技為CPS的應用樹立了標桿,已然走在電子產品生產領域的前列,為電子行業CPS的推廣應用起到了良好的帶頭作用和示范效果。

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