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厦门ABB低压电器设备MES系统项目
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    1、客户概况

          ABB集团位列全球500强企业,集团总部位于瑞士苏黎世。致力于为工业和电力行业客户提供解决方案,以帮助客户提高生产效率,同时降低对环境的不良影响。ABB发明、制造了众多产品和技术,其中包括全球******套三相输电系统、世界上******台自冷式变压器、高压直流输电技术和******台电动工业机器人,并率先将它们投入商业应用。

    ABB集团的业务遍布全球100多个国家,拥有约14.5万名员工。ABB在中国拥有研发、制造、销售和工程服务等全方位的业务活动,员工1.9万名,拥有37家本地企业和遍布全国109个城市的销售与服务网络。2014年ABB在华的销售收入超过58亿美元,保持ABB集团全球第二大市场的地位。

          ABB拥有广泛的产品线,包括全系列电力变压器和配电变压器,高、中、低压开关柜产品,交流和直流输配电系统,电力自动化系统,各种测量设备和传感器,实时控制和优化系统,机器人软硬件和仿真系统,高效节能的电机和传动系统,电力质量、转换和同步系统,保护电力系统安全的熔断和开关设备。这些产品已广泛应用于工业、商业、电力和公共事业中。

     

          目前,ABB下设5大业务部门,其中低压产品部下设控制产品、断路器和开关、开关插座、箱体和导轨元件以及低压系统业务单元。ABB低压产品可以广泛应用于工商业与民用建筑配电系统、各种自动化设备和大型基础设施。主要产品包括:低压控制及自动化产品、自动转换开关电器、断路器、开关、线路保护、电网质量、开关插座、智能建筑控制系统、箱壳类产品和低压配电系统。

     

     

    图:ABB低压柜展厅

          本项目的客户即为行业领导者的ABB旗下子公司之一,厦门ABB低压设备有限公司。

    2、技术创新说明

          本项目实施对象是厦门ABB低压设备有限公司(以下简称ABB低压)。项目目前已经实施二期,主要涵盖了低压开关柜产品的2个自制车间:抽屉生产车间和柜体生产车间,以及多个外包车间。

    n 抽屉生产车间:包含2条产线,其中一条原人工生产线、一条为全新自动化生产线以及多个预装部件生产线。

          n 柜体生产车间:包含3条生产线,其中一条原传统生产线、两条单件流生产线以及Kitting备料、多个预装部件生产线。

          项目主要涉及工艺建模、产品制造工艺管理、工时管理、计划管理、生产执行与智能车间调度、质量管理、报表及系统集成。其中柜体单件流、自动化生产线为领先的行业生产方式,对ABB低压客户团队的管理和项目团队实施而言,都面临行业全新的创造和创新挑战。整个项目团队都以智能制造为项目目标,迎接挑战,以下为主要实现的创新。

          1) 灵活自定义各个不同车间、产线的生产模型

          ABB低压的开关柜产品多元化,导致生产工序也有较大差异。如果按照每种产品去客制化独有的功能,不仅会浪费大量的工时,也使得对企业的MES系统受到限制,无法自由扩展。Hanthink的SmartWork平台根据以往案例,总结设计出可自定义的生产模型以满足企业新产品的研发生产、以及车间、产线的扩展。

     

     

    图:SmartWork的工艺建模

      

          2) MES将订单、设计、工艺、制造无缝集成。

          ABB低压的订单是完全的定制订单。全球统一实施的SAP系统为企业信息管理核心。 设计信息的源头来自于ABB自由知识产权的PDM系统——集成了AutoCAD,solidwork等相关设计软件。

    3者间由MES作为中间介质者,协调计划、实时调度,完成制造。SAP、PDM的设计、图纸变更会即时自动通知MES,反之亦然。设计也保留了意外时人工干预的能力。当设计、图纸发生变更时,MES会进行版本控制并及时将变更信息推送到各个生产岗位,以及车间主管,提醒按照******方案生产装配未开工的产品、指示已完工的产品进行返工。

     

    图:项目BOM同步查看

     

          3) 计划及现场调度智能化。

          对于长期计划,MES系统根据产品制造工艺、生产资源能力、第三方供应商的生产能力、物料的交期等,运算得到初步的月度生产计划,满足初步的生产排期预估及产线平衡,协调相关单位进行生产准备工作。

     

    图:产线平衡

          对于周期滚动计划,MES系统会根据产品交期、制造工艺信息,生产设备(主要是人员及其技能)情况,排产已经准备完成的订单,并同时发布备料、预装、厂外叫料等相关计划。

    滚动计划还显示在现场的关键岗位的触摸屏上,岗位的开工完工信息即时扫描到MES系统,系统再自动根据后续工艺路线岗位上的实际生产负荷、设备和物料情况,即时调度每个工序的下一个生产产品。

          抽屉生产线是全新设计的链式托盘自动化线,,HanThink凭借长期生产线集成经验,参与了自动化线的设计工作,并有针对性的强化了线体与系统的集成部分设计。对于自动化线会即时指挥生产线移动对应产品的物料托盘进入岗位进行生产。MES系统智能根据每个员工的技能、以及对类似产品的设计方案优先进行排产,即时进行高效平衡的生产调度,减少了类似设计方案长期错误分派的资源浪费,提供了员工生产的熟练度,使得产线效率提高了20%以上。调度还可人工干预。

          从中长期计划的智能排产到现场制造的智能调度,体现了2家公司的智能制造理念。

     

    图:手工调度

          4) 现场制造可视化,制造岗位上/下游沟通即时及可视化。

          定制产品有着变化多端的制造特性,对设计变更、工艺变更的管理,要求更细致更及时。系统在每个岗位都可以通过扫描零件条码查看******的设计、工艺图纸及文档、相应的物料及关联的BOM信息。生产异常时,可以即时在岗位触摸屏上呼叫该产品的该工序的生产工艺及设计工程师进行现场支持。该问题如需长效解决,会在每个岗位开始该产品该工序或指定的后续工序的生产时自动进行解决方案提示。

     

    图:现场MES操作工作站UI

          这些变更会在PDM、SAP及MES系统中同步,MES系统会记录每个生产时所用的这些图纸及文档的版本。当有变更发生时,如产品正在制,这些变更会通知到对应工序的岗位。

    生产的所有进度,以及自动线的自动调度全程可在现场大屏上显示。

     

     

     

     

    图:MES生产进度监控

          每岗位收集工时,可即时显示生产效率。自动化线体的运转也同步实时显示。

          制造是智能、透明、可预知、可持续不断的。

     

    图:MES生产实时效率图

          5) 质量管理

          实现对各工序、工段、车间的生产控制、工艺标准执行情况和在制品质量进行有效监视和及时反馈。系统通过产品的质量规程中的作业指导以及SOP中的标准操作流程,引导操作人员按标准进行操作,并通过采集的实时数据记录质量操作记录。

          MES系统实现对每个工序创建标准的检验项目以及特殊项目的检验内容,称之为检验工艺路径,内容包括检验项目、检验标准等,检验值可以是用户手工录入,或是自动采集。MES系统对检验值进行分析和判定,根据预设的规则评分,并给出综合判定。由于质量岗位流动性比较大,Hanthink采用移动终端为ABB设计质量检验操作功能。

     

    图:APP功能面板

     

          检验过程中,质量确保产品、图纸、文档都符合交付要求并严格一致,如发生缺陷、设计图纸不明等异常问题,质量、生产、工程设计等各部门可通过MES系统进行反馈、处理,使得各部门间无缝交流。

          每产品的每项质量检验结果、生产过程中出现的各类异常状况、处理方式也******保存在MES系统中。标准、多元化的大数据,不仅能统一产品的质量报告、也让质量问题的跟踪、分析更高效。

          6) 物流拉动

          MES系统根据生产计划或实际生产进度确定物料需求后,及时调度相关的物料到各个岗位,以保证后续生产不间断。Hanthink根据ABB的实际需求,规划以下几种配送路线:

          n 仓库直送:一些标准零件,或小件,需求批次比较大,按一个料篮(包装)方式配送,比如常用的螺丝螺帽,标准零件、标准线束等,即使配送量大于需求量,也会在后续被消耗完毕;或出现特殊情况,标准零件等出现短缺,采用在线呼叫紧急配送。

          n 仓库—>Kitting区域—>预装或主线:所有物料(除了一些标准零件外),根据生产计划,拉动仓库物料根据项目的生产批次配送到Kitting区域,由Kitting进行捡料分包,按实际生产进度同步配送到预装、主线。一些零件属于大件物料,不需要捡料分包、二次自制,直接配送主线。

          n 预装—>主线:将物料进行二次自制后,按实际生产进度配送到主线。

     

    图:物料配送示意图

     

     

    3、项目现场照片

     

     

     

    图:项目开工纪念

     

    图:系统现场调试

     

     

    图:现场用户培训

     

     

    图:自动化流水线现场监控画面

     

     

     

     

    图:上线剪彩仪式

     


     

     

     

    图:MES参观学习

     

    4、MES产品介绍-SmartWork

          ABB优秀的生产管理理念,在智能制造的共同目标下,结合HanThink优秀的MES制造信息系统软件及自动化实施经验,双方探索性地创造出了行业全新的智能制造方式。HanThink自主知识产权的MES软件平台——SmartWork也完善了低压行业套件。

          HanThink Smart Work(HTSW)是汉思的MES平台软件,基于SOA架构,J2EE技术。

          该软件完全符合S95标准,提供了丰富的业务对象,如生产线、在制品、设备、路经等,具有强大的建模能力。用户也可以在HTSW的开放二次开发环境中定制开发自己的需求。

    HTSW基本模块

     

          u Production Center: 工厂级应用服务平台

          u SOS Server : 与第三方系统集成平台

          u SDTM:设备层、数据层数据采集转换平台

          u Report: 报表设计器、报表服务管理器,专业的报表平台

          HTSW提供各种接口技术以实现和企业上层信息系统(如ERP)及下层生产控制设备(如第三方PLC)的集成。

          其特点是:

          ü 基于J2EE架构

          HTSW的架构体系自下而上分为四层:数据层、商业逻辑层、web层和客户端层。

          数据层存储系统的数据,包括系统设计数据和系统运行时的系统数据和生产数据。

          商业逻辑层包括商业逻辑和数据访问,其中商业逻辑为一层session beans,用于完成应用,操作交易(transaction)管理,调用底层的元件(如bean);数据访问用于从数据库获得数据或保存数据到数据库,session bean调用数据操作类直接通过JDBC访问数据库。

          Smartwork Production Center提供了生产排程、物料谱系和跟踪,工厂建模、资源管理,工艺管理、数据采集、整合和同步,CAPA(Corrective action and preventative action ),HACCP(Hazard Analysis Critical Control Point ), 规则依从和报表,质量管理, SPC,报表和数据分析工具, 基于角色的操作员管理,物料状态查询,实时生产状态监控。通过工单、批次、在制品和零部件的状态来跟踪生产质量、产量和性能,并生成报表、进一步的数据分析和ERP的信息反馈。数据可以从多个生产现场采集汇总,来进行企业级的质量和性能分析。Production Centre可以适应一个工厂到整个企业的解决方案应用。

          平台支持客户灵活的二次开发,容易学习。HanThink提供开发培训。

     

          框架支持不同类型的客户端接入。不同的客户端只要用对应的Channel进行就可以相同功能的Action,然后由Action去执行相同的逻辑业务层,最后再到数据库。此种设计方式大大提高了业务逻辑的复用性,以及不同客户端直接的交互问题。

          ü 热部署

          HTSW的两种客户端,Java客户端和HTML客户端的开发都是在Java客户端Process Designer上完成的,用户可以同时登陆多个Process Designer客户端对同一个系统进行开发(协同开发)。在系统运行时,Process Designer仍能继续开发工作,两种客户端都只需一次完成,不需要分开开发,客户端除了安装JRE环境,不需要其他部署和安装额外的程序,并且每次登录客户端会自动下载服务器端的******版本,做到一次修改,全厂更新。

          ü 扩展性

          HTSW具备大系统所必须的良好扩展性,主要由于HTSW是基于java技术的系统开发平台,能够实现跨平台整合。

          同时其数据处理既支持分布式处理数据再总体收集或者集中式处理数据两种形式。

          系统的应用集成设计应遵循SOA的整体框架规范,采用webservice为主要接口通讯标准。

          在与.net/COM+开发的系统集成时,HTSW提供了Integrate WebService Client可自动转换数据对象,实现系统无缝集成。HTSW集成了常用的设备和系统接口,可方便的与外部系统对接。

          ü 支持集群

          HTSW支持集群方式。当系统负载较大时,在Web层和业务逻辑层均可扩展成集群方式。采用集群方式时,可起到负载平衡作用,同时也起到提高系统可用性的作用。当一台服务器故障时,集群中的其他服务器科自动运行故障服务器上的应用,客户端只感觉到短暂的服务停滞

          ü 同步/异步的事件处理方式

          HTSW的事件是以Activity的形式运行的。Activity是一个以Java开发和部署的类,包含一系列的函数(function)、输入(input)、输出(output),以实现相应的系统功能(如物料消耗,批次接受,条码打印等)。

          Activity可以分为GUI-Activity和None GUI-Activity,其执行方式可分为同步执行(Synchronous Execution)和异步执行(Asynchronous Execution)。

    开发人员可以根据所需系统功能的特点设计相应事件是以同步方式还是异步方式执行。

          对于那些逻辑简单但是需要高速执行的事件,可以通过同步方式执行。

          ü 多级数据存储架构

          支持生产数据库(Production Database),历史数据库(Operational Data Store),数据仓库(Analytical Datamart)等多级的数据存储方式。

          用户可以根据实际生产需要,设计和构架合适的数据存储架构,进行分布式、集中式等灵活的数据库配置方式。

          用户操作主界面:

     

     


          ü 支持集中式和分布式两种部署方式

          Smartwork具备大系统所必须的良好扩展性和系统架构,对于数据服务管理模式支持分布式和集中式两种形式。如下所示。


    分布式数据服务管理模式示意图


     


    集中式数据服务管理模式示意图

          ü 组件化、模块化及SOA架构

          整个MES系统设计成开放的SOA平台架构,提供丰富的业务对象和设计对象库供开发者调用定制开发服务模块。同时,功能服务模块与系统SOA为松散耦合结构,模块可以“可插拔式”的方法进行部署和运行,用户可以按照实际需要部署相应的功能模块。

     

     

     


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