工業富聯:燈塔引領的離散制造業數字化轉型實踐
2022-06-01
來源:智能制造IMS
在數字化浪潮與高質量發展疊加下,智能制造已成為制造業的主攻方向,不同行業領域的制造企業也在積極探索符合行業特色、滿足企業真實需求的智造升級之路。本文即通過工業富聯多年的燈塔工廠建設經驗,以及在電子、機械加工、汽車及零部件等為代表的離散行業的數字化賦能案例,洞察該行業企業在轉型之路上的共性需求、挑戰、具體實踐,為離散制造業的智造之路提供可借鑒經驗。
燈塔之光照亮離散制造業數智之路
回歸工業制造的本質, 擁有39 大類、191 中類和525 小類的制造業可分為流程制造業和離散制造業,他們在洶涌的數字化浪潮中的轉型需求和路徑也呈現出典型差異。據2021 年燈塔工廠白皮書調查顯示,在全球90 家燈塔工廠中,流程行業有32 家,而離散行業有58 家, 占比64%,其中,電子設備、消費品、汽車、家用電器和電子元件是產生燈塔工廠最多的細分行業。2021 燈塔工廠白皮書全球及中國燈塔工廠行業分布如圖1 所示。
從中不難發現燈塔模式的普適性價值,尤其在離散制造業表現不俗。這既有離散行業的先天特性使然,也是燈塔引領的數字化轉型實踐持續探索的成功必然。同時,這些燈塔也為更多離散企業的數字化之路指明了方向,提供了一系列符合行業典型場景需求的可借鑒經驗。
尋找離散制造共性需求及挑戰
離散制造業主體多、總量大、民生關聯度高,在我國經濟體系中占據著重要位置。據第四次全國經濟普查公報顯示,2020 年中國工業增加值31.3 萬億元,其中離散制造業工業增加值17.2 萬億元,占比55%。而在新時期高質量發展的目標下,我國離散制造業也面臨著提質升級的全新挑戰,急需為創新發展注入新的動力源。
然而離散型制造企業普遍存在著綜合效率低(平均不到40%)、人力成本高、招工難、多品種小批量和混線生產需求強烈、技術工藝和供應鏈高度復雜、生產制造周期長以及工序高度離散等共性特點,轉型需求也多集中于單個工廠的極致降本增效。工業富聯在具體的轉型實踐中也發現,離散行業面臨著各種碎片化的挑戰,既有設備和協議不統一導致的數據采集碎片化,也有多種工藝、工序下的待改善問題碎片化,還有不同細分行業帶來的制造場景碎片化。
洞察離散制造的轉型之道及典型行業
面對挑戰,工業富聯認為工業互聯網平臺的規模化能力是破解碎片化難題的基礎支撐,即通過平臺實現對關鍵制造場景、不同工藝工序及設備協議等全面覆蓋和接入管理,同時,在核心服務層做好數據的集成管理與加工服務,把不同應用所需要的軟件、組件進行標準化統一和模塊化解耦,在業務層面,圍繞生產、設備、品控、經營等主要環節梳理場景化的價值需求,如基于精益的數字化排產與數字化現場管理、設備管理系統、AI 產品質量管理、企業運營決策等,為企業打造數據驅動的產品應用,實現關鍵技術的革新、業務的優化、模式的創新以及各個運營環節的價值協同。
當然,實際的數字化探索還需要進一步考慮轉型企業的行業特點及價值驅動因素。麥肯錫即根據產品種類數量和平均批量將離散制造劃分成三種代表不同度量組合的工廠原型:小批量制造、大規模定制化生產、大規模生產,并為每種工廠原型選擇了機械、汽車和消費電子行業三種典型的代表行業。這三種行業不僅數量規模巨大,而且處于工廠原型集群中心的位置,同時也是工業富聯多年重點發展的數字化賦能服務領域。
燈塔引領,典型離散企業的數字轉型實踐
在電子行業,更短的產品技術生命周期、少量多品種以及柔性的混線生產需求、人力成本攀升且勞動力短缺等痛點問題都強烈驅使著企業進一步降本增效。而電子行業的“燈塔工廠”建設主要集中在單個工廠內部的數字裝配與加工、數字質量管理、數字化績效管理、數字化可持續發展及數字設備維護。2021 燈塔工廠白皮書電子行業典型燈塔用例及價值見表1。
(1)離散行業典型用例一:智慧排產APS 驅動生產自動流轉
鴻富錦(成都)是一家從事電腦、通信、消費電子等6C 產業的高科技生產制造商,但在日常生產計劃中曾長期采用人工排產,導致排產耗時長、效率低下、資源浪費、計劃易受影響、主要指標無法量化評價和生產成本居高不下等問題。
工業富聯結合大數據分析、機器學習和數據建模優化求解技術,對生產過程中的約束條件及人工排程結果進行深入分析,研發出APS 高級智能排產系統,為鴻富錦提供了從物料齊套到生產排程的端到端解決方案,打造了具備自主學習能力的優化決策引擎,幫助生產計劃員能夠快速制定物料齊套和排程計劃結合,實現對大規模排程問題進行多目標協同優化,同時也支持對優化目標的實時配置和結果反饋。通過對接不同的業務操作系統與整體算法的優化, 高效、優質的生產計劃能自動生成, 形成系統自治、自反饋、自決策的智慧化排產, 實現生產線之間的資源分配和任務調度,數據的自動流轉,從而達到工廠運作的整體優化。智慧排產系統業務邏輯如圖2 所示。
鴻富錦也因此增強了管理層與執行層的銜接,實現了需求預測與訂單承諾、計劃與排產、排產與執行、訂單承諾與訂單履約發貨的四大閉環,提升了企業的生產決策質量和時效性,為企業的生產管理提供了科學依據,更在2021 年成功榮獲世界“燈塔工廠”榮譽。同時,該系統預計可提高排產準確率約5%;提高生產管理人員作業效率,日節省2h+ 每人;降低換產損失約5%;有效管控庫存天數,降低材料成本0.5% ~ 5%;提升綜合產能2% ~ 5%。
(2)離散行業典型用例二:用智能決策中心構建“透明工廠”
富頂精密是全球知名的CPU Socket 生產商,全球市場份額高達70%。但在生產經營過程中往往局限于傳統的經驗式管理模式,存在人工整理報表費時費力、數據實時性差;缺乏數據管理機制和保障;數據孤島嚴重;信息不對稱決策難等問題。
工業富聯以企業決策運營中心為核心應用,通過對已有機臺的設備數據進行采集、存儲、抽取、轉換、匯總后存儲到決策大腦的數據庫中,實現數據集成,然后梳理搭建不同管理層級的關鍵KPIs指標體系庫,按決策邏輯建立多種算法模型進行智能預警和智能追蹤,實現數據分析,最終通過iDs、3DStudio等可視化組件,快速配置可決策、可分析、可管理頁面,實現工廠級、車間級、產線級的指標分析及決策在多個場景落地,助力業務閉環、操作閉環、知識圖譜和輔助決策等方面的創新。
通過應用該系統,該公司建立了異常檢測算法模型及趨勢預測算法模型,大幅提高產品良率10%,降低周轉庫存1.5 天,提升機臺稼動率10%,成功樹立了離散行業的“透明工廠”范例。
(3)離散行業典型用例三:AI 賦能的機器視覺加工檢測助力全球協同運營戰略落地
以汽車行業為代表的離散企業屬于大規模定制化生產模式,面對日益個性化的市場需求,會將客戶體驗置于戰略核心地位,需要保持大規模的定制、穩定的質量、快速的交付以贏得市場先機。因此,汽車行業“燈塔工廠”建設主要集中在單個工廠內部的數字化績效管理、數字裝配與加工、數字質量管理、數字設備維護,以及打通端到端價值鏈的端到端交付。2021燈塔工廠白皮書汽車行業典型燈塔用例及價值見表2。
2021 年新晉燈塔工廠成員中信戴卡作為全球最大的鋁車輪和底盤鋁鑄件供應商,在全球有將近30 個基地, 每個制造基地對于產品生產的標準化、一致化是企業發展的重要內容。但由于各產線信息分散,工藝質量標準化難落實;傳統X 光缺陷檢測方式需要大量人力;專家經驗難以傳承;易出錯;廢品多等問題,中信戴卡提出了打造全封閉、無返修、無廢品的智能制造產業能力和適時、精準交付能力。
在數字質量管理的指導下,中信戴卡導入AI賦能的機器視覺加工檢測系統,全線規模化部署AI視覺檢測應用,實現輪轂外觀和尺寸的快速檢測和質量追溯;根據產品二維碼,自動關聯X光抽檢結果與壓鑄機臺號,向前道工序實時反饋抽檢結果,提示質量問題;根據機臺缺陷趨勢,動態優化抽檢頻率,提高抽檢效果;通過監控壓鑄送檢間隔時長,杜絕漏檢、錯檢情況;當檢出異常時,系統可以遠程、閉環輔助調整壓鑄工藝參數。五大燈塔用例打造柔性自動化、閉環的智能制造能力如圖3所示。
通過應用該系統,中信戴卡成功構建了全球X 光智能評判與工藝閉環管控中心,實現了產品生產的標準化, 產品不良率下降了20.9%,交付時間縮短了37.9%,更填補了全球鋁車輪行業燈塔工廠的空白,加速了“全球協同運營戰略”的落地。
(4)離散行業典型用例四:基于物聯網的預測性維護實現設備全生命周期管理
在機械行業為代表的小批量制造模式中,企業需要更有競爭力的成本,實現高效小批量的生產,縮短產品交付周期,打通端到端價值鏈。因此,機械裝備制造行業“燈塔工廠”建設主要集中在單個工廠內部的數字裝配與加工、數字化績效管理、 數字質量管理,以及打通端到端價值鏈的端到端產品開發、端到端規劃、供應網絡連接性。2021燈塔工廠白皮書機械裝備行業典型燈塔用例及價值見表3。
強信機械作為國內外知名的縫紉機零件生產商,面對生產過程不透明、質量反饋不及時、設備缺乏預警手段、經營決策無量化依據等問題,以更加集成協同、精益化、敏捷化和智能化為目標,從精益生產出發,通過導入現場生產管理系統、設備管理系統、生產資源管理系統、現場質量管理系統等核心用例實現智造升級。
面對設備管理不透明問題,強信機械在產線上積極部署物聯網、SCADA數采系統,打通設備的數據連接,針對CNC/ 熱處理系統等關鍵設備數據采集,梳理關鍵指標,實時監控CNC設備的運行狀態和能耗數據。從而實現設備全生命周期管理,一旦產品故障,系統也能自動告警,便于維修人員及早發現,快速定位和修理。最終 有效提升設備綜合效率15% ~ 20%,有效作業時間提升3%~ 5%,在制品減少40%。
通過一系列典型用例的綜合應用,工業富聯成功助 力這些離散行業的代表企業完成了生產工藝專業化、輔助生產網絡化、生產管理信息化、運營管理數據化的智 能工廠建設,實現了數字化轉型升級,甚至打造了一批 世界級燈塔工廠。在此過程中,工業富聯也驗證了自身 的一站式數字化服務能力,并進一步豐富了全場景的賦能方案的內涵,全面覆蓋了頭部企業、中小企業以及區 域產業集群的梯度轉型需求。迄今為止,工業富聯已成 功深入電子、汽車及零配件、住宅家居、機械加工、上 游材料、醫療、精密等行業領域,服務企業超1300 家, 助力建設了5座燈塔工廠。工業富聯數字化轉型服務圖譜如圖4所示。
隨著我國智能制造的持續推進,工信部等八部門在2021 年12 月聯合印發了《“十四五”智能制造發展規劃》, 對未來的中國智能制造發展提出了具體規劃和量化目標。 中國制造業的轉型升級步伐也進一步加快,轉型需求也更為迫切、豐富,面對機遇與挑戰,工業富聯仍將立足 制造本質,夯實工業互聯網平臺的底座能力,深挖場景 業務價值需求,持續探索燈塔引領的數字化轉型實踐, 攜手產業伙伴共攀智能制造新高峰。
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