随着“德国工业4.0”和“中国制造2025”的提出,智能工厂的打造成为当今工厂建设追求的高级目标,智能工厂的基础就是数字化、信息化、网络化,一切要以准确透明的数据来说话,整个工厂运营信息要通过网络互联互通,拒绝产生信息孤岛。通过数字量化,客观反映工厂运营各环节存在的问题,进而有针对性地去制定优化方案,逐步持续地解决问题,提高工厂的运营效率。数据的采集、分析及应用成为了第一步,本着为智能制造打基础,逐步解决生产问题的思想,在公司领导和IT 部门的大力支持下,北京奔驰开始在冲压工厂引入BDE（生产数据采集系统)。
技术介绍
冲压工厂引入的BDE 系统,是FORCAM 公司开发的适用于智能制造的工业互联网(IIoT)解决方案的一部分。IIoT 本质上就是基于网络技术搭建的一个工厂框架,该解决方案的优势是其作为一个开放的平台,通过基于Web 的开放API 集成到现有的IT 环境中,不依赖于某个系统,高度灵活且安全性高,该平台预留多个可以用于功能扩展的接口,可以与未来工业4.0 技术无缝对接。这个框架确保信息在工厂内部传输更顺畅,数据更加透明准确,具备可追溯性,各项KPI 指标得到有效控制。它既可以在单一工厂中对少量设备进行数据采集、分析汇总和管理,又可以在全球范围内布局管理,实现多工厂、多时区、多语言、多机器的互联互通,极大地提高管理效率,降低管理成本。
⑴IIoT 的架构主要涉及四个层级,第一层级为数据池,收集各种类型的数据；第二层级涉及数据的采集、处理及关联数据间的逻辑定义；第三层级为展示数据汇总结果；第四层级为组合应用模块,如图1所示。
⑵BDE 系统在工业中的应用思路。对于问题的发现、分析、方案制定、效果评价都以数据为依据展开,更客观、透明。
⑶BDE 系统实现的目标。所有的信息及数据互联互通,提高运营效率,问题解决有据可依,杜绝主观盲目。
⑷应用功能模块与接口。每个功能模块都有预先设置的规则引擎,可按具体工作内容进行修改,创建生产现场需要的业务流程和控制流程,大幅提高应用功能模块的开发效率。
图1 IIoT 网络架构层级
BDE 系统在北京奔驰工厂中的应用
存在的问题
冲压工厂没有IT 系统覆盖,长期以来,生产信息都是通过邮件或者纸质版计划的形式进行传递,这种传递方式效率低。BDE 系统会设有员工终端手持面板,所有信息在BDE 系统更改后,都会直接在员工终端实时反映,现场生产情况也会根据反馈问题类型的预先设置,通过员工终端及时上传给BDE 系统,管理人员和现场信息保持通畅,无死角。
手工统计停机时长及停机原因易导致SPH(每小时冲压次数)/OEE(设备综合利用率)等KPI 分析不够透明。专人进行停机统计,停机或开机时需给人员留有反应时间,且统计记录可能受主观判断影响,造成准确性差。另外,停机情况汇报存在滞后,时效性差,不利于问题的及时暴露,人工工时投入较多,成本高。
第一期BDE 系统应用功能
北京奔驰第一期BDE 系统应用到的功能,同德国戴姆勒工厂基本保持一致,主要涉及图2 所示红色字体按钮指示的功能。
⑴与SAP 接口功能。
图2 BDE 系统应用模块
BDE 系统设置了SAP 接口,为以后实现全自动信息交互处理打下基础。目前还无法实现自动排定生产计划,需要人工排定后通过EXCEL 表导入SAP 系统,供BDE 系统读取并将生产任务下发到员工终端。自动排产实现后,SAP 接口可以自动下载订单信息,上传自动排产计划。
⑵设备数据采集。
BDE 系统通过PLC 与机床设备连接,实时读取预先设置的需要跟踪的机床信息（包括机床的运行班次、时长、各种零件的生产日期、所属生产线、管理层级),便于对采集到的生产数据进行归类汇总,这些信息包括生产总冲次、每分钟冲次、停机及恢复生产的时间。停机时,现场员工在终端面板上输入停机原因,由于常见的停机原因事先已经以选项形式录入系统,这使得员工录入数据方便快捷,准确度高,具体应用如下。
1)可以选取任意时间点,查看在此时间点时已经完成的冲次或生产数量,如图3 所示,绿色为正常生产,其他颜色代表已定义的不同停机原因。
图3 实时生产数量及生产停机原因
2)对于一条或几条生产线的实时运行状态,通过表格可以自定义查看任何时间段的状态信息,是停机或生产,还是生产准备等,事先对各种状态进行约定,用不同颜色加以标示,如图4 所示。
图4 某条生产线实时运行状态
3)针对一个订单或几个订单的生产过程,实时追踪进展状况,是正常生产、异常停机、计划停机,还是定义的其他原因停机等,通过不同颜色实时区分,如图5 所示。
图5 每个生产订单实时进展情况
4)针对任一个班次或每个工作日,可将总的生产冲次、生产停机时长、停机原因、废品数量、返修数量等信息以表格形式汇总到一起,如图6 所示。
图6 每个班次工作信息汇总
⑶报告功能(分析对比,发现问题)。
设备数据采集后,BDE 系统配置了常用的报告格式,用户可以根据汇报习惯,对报告的格式和布局进行自定义。
1)设备综合使用效率。采集的基础数据包括机床等待的可利用时长、使用效率和产品质量等综合因素,通过计算可得出各条生产线的设备综合使用效率,如图7 所示。
2)生产信息报告。可以对同一生产线不同时间段的生产情况,或是不同生产线的同一时间段的生产数量、停机原因、质量情况等参数形成对比报告,寻找到制约生产的问题并制定出合理的解决措施,如图8 所示。
图7 各条生产线的设备综合使用效率
图8 不同时间段生产情况汇总
3)设备负荷。形成机床资源分配情况报告,实时了解机床在不同时间段的负荷情况,如图9 所示。
4)订单完成汇总报告。对于各订单完成情况做统一汇总,如图10 所示。
5)设备故障原因记录。记录机床正常的计划检修时长和突发抢修时长,并对停机原因进行汇总分析,找到最重大的停机风险予以预防,如图11 所示。
图9 机床工作负荷情况实时跟踪
图10 各订单完成情况汇总
图11 停机原因汇总
6)报告整合展示。展示形式灵活多样,可以将需要展示的相关报告汇总到一页中自定义其布局,如图12 所示。
⑷可视化。
可以将工厂内各个区域的实时状态信息汇总到一起,通过LED 大屏幕的方式,在会议室内展示,有利于管理人员掌握全局的实时生产状况,如图13 所示。
图12 关键KPI 指标汇总报告
图13 各区域实时工作情况可视化展示
⑸报警功能。
对报警邮件的生成条件、格式、接收邮件的人员列表进行定义,可以定期自动发送。
BDE 系统应用界面
BDE 系统提供三个应用界面,满足不同层级人员的管理需要。
⑴办公室领导层界面(Office client)。领导在办公室中可以统揽到各个区域的情况,重点跟踪所关注区域,实时检查现场处于正常或非正常状态,提前预设报告格式,按需自动生成报告。
⑵工作组织界面(Workbench)。该界面可以定义各个工作区域的分工情况,定义工作人员的角色及管理层级,形成工作区域的报告。
⑶工作现场层面员工终端(Shopfloor terminal)。员工将现场发现的问题,按照预先设定的问题分类进行实时反馈,确保信息的流畅准确、时效性强。
BDE 系统带来的收益
⑴生产信息快速准确传递,快速生成报告,提高工作及沟通效率。
作为一个庞大的生产体系,各种各样的信息都需要在整个体系中及时准确的传递,各种关键数据可及时形成汇总报告,极大地提高了沟通效率,领导可根据汇报信息作出正确的决策。同时,数据需要被积累下来形成经验,对未来工作有重要参考价值,这样将极大地提高整个系统的运营效率。
⑵信息透明准确,问题清晰,提高解决问题的效率。
在生产体系中,每天都会面临各种各样的问题需要解决,BDE 系统可以提供实时准确、高度透明的数据,这样就可以给问题分析提供客观的理论依据,缩短了问题调查分析时间,大大提高了决策效率。
⑶可扩展性好,利于未来智能设备的对接互联。
BDE 系统在满足目前使用的基础上,也同时考虑到了将来的发展应用方向,为将来其他智能设备的对接扩展打下了良好的基础。随着智能制造技术的发展,该系统会日趋完善,更好的服务于企业的运营。
结束语
冲压工厂引入的BDE 系统,已于2018 年10 月底成功实现与现有的5 条自动化冲压生产线的对接,这成为北京奔驰搭建冲压工厂信息化平台的第一步,具有划时代意义,它既能高效采集、汇总冲压工厂的繁杂数据,为管理层提供科学的决策依据,又为将来智能制造搭建了基础设施。
作者简介
高锦辉,冲压工艺工程师,主要从事汽车冷冲压模具的开发工作,完成了奔驰E 级车机盖、顶盖及行李箱类模具的交付投产。
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