傳統(tǒng)沖壓企業(yè)的智能數(shù)字化采集系統(tǒng)
——北京歐曼重型汽車廠ANDON系統(tǒng)

文/李蕾，張開普，劉遠(yuǎn)平，許宗林，趙素貞·北汽福田汽車股份有限公司北京歐曼重型汽車廠

傳統(tǒng)沖壓企業(yè)的智能數(shù)字化采集系統(tǒng)
——北京歐曼重型汽車廠ANDON系統(tǒng)

文/李蕾，張開普，劉遠(yuǎn)平，許宗林，趙素貞·北汽福田汽車股份有限公司北京歐曼重型汽車廠

北京歐曼重型汽車廠沖壓工廠是一個(gè)年產(chǎn)三十萬輛車的專業(yè)沖壓工廠，面對(duì)企業(yè)信息化、智能化、大數(shù)據(jù)的發(fā)展，作為傳統(tǒng)沖壓企業(yè)（手工沖壓設(shè)備），具有創(chuàng)新思維的張開普廠長意識(shí)到了智能制造作為未來工廠發(fā)展的大趨勢(shì)，用改革的心態(tài)應(yīng)對(duì)新一輪技術(shù)革命。于近兩年率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京意境物聯(lián)科技有限公司開發(fā)出了適合自身生產(chǎn)情況的智能化信息采集系統(tǒng)——ANDON系統(tǒng)，目前該套系統(tǒng)處于上線運(yùn)行階段。

北京歐曼重型汽車廠沖壓工廠（簡稱沖壓工廠）成立于1985年，隸屬于福田汽車集團(tuán)，專業(yè)生產(chǎn)車身沖壓件，年生產(chǎn)能力為30萬輛車身沖壓件，主要為福田重卡、輕卡、皮卡和乘用車等車輛配套，生產(chǎn)品種多達(dá)2000多種。作為北京市成立最早的沖壓作業(yè)單位，自成立以來，沖壓工廠堅(jiān)持走市場(chǎng)創(chuàng)新、機(jī)制創(chuàng)新和管理創(chuàng)新之路，不斷提升工廠管理水平，實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，成長為極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的專業(yè)沖壓制造企業(yè)。

項(xiàng)目背景

沖壓工廠現(xiàn)有2條開卷線、1條清洗線、1條剪切線、4條沖壓線，設(shè)備多為使用年限12年以上，且為手工生產(chǎn)線，設(shè)備自身單工作臺(tái)，生產(chǎn)線由機(jī)械壓力機(jī)和油壓力機(jī)混合組成，生產(chǎn)節(jié)拍不一致，設(shè)備陳舊，卻承擔(dān)了年產(chǎn)30萬輛車沖壓件的生產(chǎn)任務(wù)，生產(chǎn)效率低下，成為生產(chǎn)組織的瓶頸，迫切需要解決。具體表現(xiàn)為以下6點(diǎn)：

⑴設(shè)備停機(jī)時(shí)間長。2015年22臺(tái)壓力機(jī)月度設(shè)備單臺(tái)平均停機(jī)時(shí)間1244分鐘。經(jīng)過調(diào)研，同行業(yè)某汽車廠每月設(shè)備停機(jī)時(shí)間在580分鐘/月左右，與同行業(yè)相比，差距較大。

⑵生產(chǎn)效率低（JPH值·單臺(tái)平均小時(shí)產(chǎn)量）。2015年實(shí)際平均值為210件/小時(shí)，與同行業(yè)對(duì)比，差距較大。

⑶生產(chǎn)節(jié)拍不一致。沖壓工廠多為使用年限12年以上設(shè)備,且為手工生產(chǎn)線，設(shè)備自身單工作臺(tái)，生產(chǎn)線由機(jī)械壓力機(jī)、油壓力機(jī)混合組成，生產(chǎn)節(jié)拍不一致，生產(chǎn)組織難度較大。

⑷換模時(shí)間長。受生產(chǎn)場(chǎng)地限制，設(shè)備都是單工作臺(tái)，2015年壓力機(jī)換模時(shí)間平均在45分鐘/臺(tái)，自動(dòng)化設(shè)備平均7～12分鐘。

⑸手工記錄生產(chǎn)信息。停機(jī)信息、JPH值等是手工在記錄，準(zhǔn)確性和及時(shí)性亟待提升。1244分的停機(jī)無法分清是設(shè)備故障、模具故障還是換線、生產(chǎn)準(zhǔn)備原材料、備件采購不及時(shí)等原因?qū)е隆?/p>

⑹生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的硬件管理現(xiàn)狀較落后，生產(chǎn)進(jìn)度及異常的可視化程度較落后，不能實(shí)現(xiàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、準(zhǔn)確暴露問題、及時(shí)響應(yīng)處理問題，對(duì)效率提升有很大制約。

課題的提出

為解決以上問題，2015年工廠決策層提出課題，重點(diǎn)解決以下三個(gè)問題。

⑴如何提高生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)速度。

⑵如何自動(dòng)采集設(shè)備停機(jī)、維修時(shí)間、沖次數(shù)等。

⑶如何縮短換模時(shí)間。

針對(duì)這個(gè)課題，工廠成立了由主管領(lǐng)導(dǎo)牽頭的項(xiàng)目組，對(duì)同行業(yè)進(jìn)行調(diào)研和深入學(xué)習(xí)，結(jié)合自身特點(diǎn)，決定聯(lián)合北京意境物聯(lián)科技有限公司，自主開發(fā)ANDON系統(tǒng)。

解決方案

針對(duì)這三個(gè)課題制定解決方案。

⑴建立ANDON系統(tǒng)，提高生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的響應(yīng)速度；工位出現(xiàn)設(shè)備、質(zhì)量問題可以呼叫報(bào)警，維修人員現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)，修好后機(jī)臺(tái)長恢復(fù)；停機(jī)報(bào)警異常情況在呼叫板顯示。

⑵通過生產(chǎn)設(shè)備加裝PLC，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。利用PLC自動(dòng)采集設(shè)備收集開關(guān)機(jī)時(shí)間、停機(jī)時(shí)間、換模時(shí)間、沖次數(shù)、響應(yīng)時(shí)間、維修時(shí)間等。

⑶通過軟件系統(tǒng)開發(fā)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的目視化管理。通過大屏顯示實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)過程的目視化管理，車間生產(chǎn)過程中開始時(shí)間、換模時(shí)間、計(jì)劃數(shù)、目標(biāo)值、完成數(shù)量、指標(biāo)值、生產(chǎn)狀態(tài)等相關(guān)信息在LED屏幕顯示；實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及KPI指標(biāo)管理（設(shè)備可動(dòng)率、JPH管理等）。

項(xiàng)目實(shí)施

開發(fā)實(shí)施進(jìn)度

ANDON系統(tǒng)2015年經(jīng)過調(diào)研和招標(biāo)，最終簽訂合同，2016年經(jīng)過藍(lán)圖設(shè)計(jì)和系統(tǒng)開發(fā)，2017年1月份系統(tǒng)上線運(yùn)行，目前運(yùn)行穩(wěn)定。

ANDON系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

ANDON系統(tǒng)由服務(wù)器、工業(yè)可編程控制器（PLC），生產(chǎn)線按鈕呼叫裝置、報(bào)警指示燈、車間LED大屏、呼叫板（液晶電視）等部分組成。如圖1所示。

圖1 ANDON系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

ANDON系統(tǒng)布局圖

PLC控制系統(tǒng)基于SIEMENS公司的架構(gòu)，采用SMART 200子站就近各監(jiān)控點(diǎn)布置，具體部署圖如圖2、圖3所示。

圖2 ANDON系統(tǒng)備料部布局圖

圖3 ANDON系統(tǒng)沖壓部布局圖

ANDON系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

圖4所示為ANDON系統(tǒng)功能圖。

圖4 ANDON系統(tǒng)功能圖

ANDON系統(tǒng)主要功能介紹

⑴ANDON呼叫報(bào)警功能，工位出現(xiàn)設(shè)備、質(zhì)量問題可以呼叫報(bào)警，維修人員現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)，修好后機(jī)臺(tái)長恢復(fù)；紅黃綠三色指示燈用于指示本工位的呼叫狀態(tài),正常狀態(tài)是綠色、出現(xiàn)異常是紅色、正在處理時(shí)是黃色，如圖5所示。

圖5 ANDON系統(tǒng)按鈕

停機(jī)報(bào)警異常情況在呼叫板顯示。當(dāng)工位按鈕按下進(jìn)行報(bào)警后，車間作業(yè)部或班組呼叫大屏將實(shí)時(shí)顯示對(duì)應(yīng)工位的報(bào)警信息。

⑵通過生產(chǎn)設(shè)備加裝PLC，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。PLC控制系統(tǒng)基于SIEMENS公司的架構(gòu)，采用SMART 200子站就近各監(jiān)控點(diǎn)布置；利用PLC自動(dòng)采集設(shè)備的開關(guān)機(jī)時(shí)間、停機(jī)時(shí)間、換模時(shí)間、沖次數(shù)、響應(yīng)時(shí)間、維修時(shí)間等；圖6至圖8為部分參數(shù)。

圖6 停機(jī)時(shí)間

圖7 沖次數(shù)

圖8 換模時(shí)間

⑶通過軟件系統(tǒng)開發(fā)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的目視化管理。通過大屏顯示車間作業(yè)部正在生產(chǎn)產(chǎn)品的開始時(shí)間、換模時(shí)間、計(jì)劃數(shù)、目標(biāo)值、完成數(shù)量等相關(guān)信息；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控（停機(jī)時(shí)間、沖次數(shù)）及KPI指標(biāo)（設(shè)備可動(dòng)率、JPH管理等）動(dòng)態(tài)顯示。圖9為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)大屏圖。

⑷數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能，通過數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)，生成相關(guān)生產(chǎn)報(bào)表,并且可以導(dǎo)出XLS并打印，生產(chǎn)日?qǐng)?bào)、月報(bào)：反映各條生產(chǎn)線當(dāng)天、當(dāng)月生產(chǎn)信息（產(chǎn)量、JPH、可動(dòng)率等指標(biāo)完成情況及效率損失統(tǒng)計(jì)），ANDON報(bào)表（系統(tǒng)存儲(chǔ)24個(gè)月的數(shù)據(jù)）。主要包含以下幾項(xiàng)。

圖9 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)大屏

1)各生產(chǎn)線維修故障率目標(biāo)跟蹤報(bào)表；

2)各生產(chǎn)線模具故障率目標(biāo)跟蹤報(bào)表；

3)停機(jī)數(shù)據(jù)分析月報(bào)表；

4)各生產(chǎn)線月平均故障率跟蹤圖表。

⑸集成共享數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)了信息系統(tǒng)與設(shè)備底層PLC的無縫集成。

1)設(shè)備PLC與ANDON系統(tǒng)PLC的集成；

2)利用OPC軟件，將PLC接收到的設(shè)備和ANDON 信號(hào)采集后寫入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中；

3)與生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行集成。

效果及收益

ANDON系統(tǒng)的開發(fā)可以用“摸著石頭過河”來形容，難度較大，經(jīng)過多家企業(yè)的深入調(diào)研及大量的資料學(xué)習(xí)，最后開發(fā)出了這套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。系統(tǒng)上線后，由于PLC采集到的制造生產(chǎn)、設(shè)備停機(jī)等數(shù)據(jù)準(zhǔn)確全面，員工自動(dòng)拋棄了手工記錄方式，積極應(yīng)用，可以真實(shí)全面地反應(yīng)生產(chǎn)KPI指標(biāo)。

該系統(tǒng)的投入使用，整體提升了沖壓工廠對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)、設(shè)備管理及生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃等各項(xiàng)指標(biāo)的信息化管理，生產(chǎn)異常響應(yīng)速度提高50%，生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確率達(dá)到95%以上，作業(yè)計(jì)劃排產(chǎn)準(zhǔn)確率提高到98%，生產(chǎn)KPI指標(biāo)值數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率在98%以上，提高了管理人員的工作效率，提高了車間作業(yè)部的勞動(dòng)生產(chǎn)率。上線后實(shí)現(xiàn)的具體收益如下：

⑴生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)時(shí)間由10分鐘降低到5分鐘。

⑵換模時(shí)間由單臺(tái)平均45分鐘降低到35分鐘。

⑶JPH（單臺(tái)每小時(shí)產(chǎn)量）值由210件/小時(shí)/臺(tái)提高到221件/小時(shí)/臺(tái)。

⑷系統(tǒng)自動(dòng)采集設(shè)備1分鐘以上4分鐘以下的小停機(jī)，作業(yè)部形成專題對(duì)小停機(jī)時(shí)間進(jìn)行改善。

⑸對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行分類管理，根據(jù)設(shè)備不同的故障模式進(jìn)行預(yù)防性維修。

⑹建立沖壓件生產(chǎn)管理指標(biāo)，切實(shí)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

結(jié)束語

經(jīng)過前期最初數(shù)據(jù)的采集工作，設(shè)備開關(guān)機(jī)時(shí)間、換模次數(shù)、沖次數(shù)隨著生產(chǎn)的進(jìn)行自動(dòng)并入大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，未來還將有云平臺(tái)的介入。經(jīng)過前期的探索階段，目前該項(xiàng)目無論在經(jīng)濟(jì)效益，還是在管理效益層面都達(dá)到了原來的設(shè)定目標(biāo)，收益遠(yuǎn)大于投入，實(shí)現(xiàn)了手工沖壓線的數(shù)字化自動(dòng)采集，開啟了智能制造的第一步。

李蕾，IT科科長，高級(jí)工程師，主要從事信息系統(tǒng)的建設(shè)及日常運(yùn)維，主持完成的福田汽車沖壓件管理系統(tǒng)獲得北京市現(xiàn)代化管理成果一等獎(jiǎng)，福田汽車資金管理系統(tǒng)獲得北京市現(xiàn)代化管理成果二等獎(jiǎng)。