生产设备实时海量数据驱动的制造持续改进和效能提升



       为落实《广东省人民政府关于深化“互联网+先进制造”发展工业互联网实施方案及配套政策措施的通知》(粤府〔2018〕23号),广东省工业互联网产业联盟根据《广东省工业互联网应用标杆培育工作方案》,按照“对接-培育-评价-挂牌-推广”要求,组织开展省工业互联网应用标杆培育对接工作。省联盟现已组织标杆实施单位(工业企业和工业互联网供应商,下同)进行标杆特色和行业推广场景梳理,大力支持标杆的工业互联网供应商单位开展行业推广和供需精准对接活动。



 广东长盈是长盈精密的主体企业。
       2010年落户东莞,主要研发、生产智能手机金属外观件,现有员工8100人。现为东莞市大型骨干企业。2017年营收53亿元,占整个上市公司62%,同比增长42.5%;缴纳税收2.68亿元,同比增长95.52%。广东长盈与深圳长盈紧密联系:广东长盈精密技术有限是深圳市长盈精密技术股份有限公司(股票代码:300115)在东莞设立的全资子公司,成立于2010年06月03日,注册资本6亿元人民币,坐落于东莞市松山湖高新技术产业开发区工业北西三路6号。


 联合单位数途信息科技为一家专注工业物联网技术开发和数据分析的科技创新企业。
       在中国智能制造大背景下,主要服务以CNC数控机床为主的零件加工生产企业,从数字化和智能化两大方向为客户提供迅速提高生产力的端到端软件产品与解决方案。数途信息团队主要成员由中美互联网技术精英,制造业行业专家和数据分析算法科学家组成。创始人田野曾任亚马逊西雅图总部全球网络实施高级经理、500强雅芳纽约总部网络与存储总监、云计算转型事业部负责人、Web.com NetworkSolution 纽约总部首席架构师。技术研发与产品团队均来自阿里巴巴、联想、松下等企业,曾负责业内最大规模数据架构设计与运维。客户成功与支持团队主要来自上汽集团与上海电气,有能力支持服务行业内最优质大规模生产制造企业的整体数字化改造。

       CNC机床加工精密制造领域伴随着消费类电子产品在过去5年的巨大增长之后进入一个稳定增长时期,竞争格局相对稳定,企业对资产投入相对谨慎。随着人力、土地、环境污染等成本不断上升,提升企业运营管理能力、不断提升生产效率、降低成本、提高质量水平已经成为企业盈利的核心能力。长盈精密作为行业龙头企业,与业内一流巨头企业竞争激烈。


 一、项目概况
1. 项目背景
       CNC精密加工领域在经过过去几年的高速发展后进入了稳定增长时期,生产工艺水平逐渐稳定,企业盈利能力逐渐步入对生产效率,生产成本竞争的格局。在此背景之下,生产管理能力凸显成为企业核心竞争力。企业生产制造管理环节传统基于精益生产理念,大量依赖高素质专业人才,生产环节的运营数据主要来自人员统计,成本高昂,错漏多,导致数据驱动型的管理模式无法落地。近年来由于云计算,物联网,大数据技术的不断发展,使得工业制造等传统领域的应用条件逐渐成熟。新一代的工业互联网企业已经在不断尝试对自动化生产设备数据的收集采集结合现有人员业务流程,实现数字化工厂的运营管理,帮助企业进一步提高效率降低成本。

2. 项目简介
       生产设备实时海量数据驱动的制造持续改进和效能提升(简称长盈精密数字工厂一期)项目主要针对长盈精密5000余台CNC设备的金属精密加工生产环节,覆盖大朗,生态园等关键厂区,实现以实时设备数据为关键依据的数字化透明化生产过程管理,配合人员业务流程将数据驱动型的持续改进持续提升精细化管理方法落地,快速实现降本增效。
       数途信息科技将以无线网为主的连接方式对长盈精密的所有机台设备进行连接,通过边缘计算网关向云端大数据平台发送,最终以SaaS软件及服务模式交付用户使用,使企业生产管理人员随时随地能够掌握到设备详细运行状态,零件产量进度,质量检测等实时丰富的信息;使得企业能够快速发现问题进行根本原因分析,在提高OEE设备全局稼动率的同时,提升生产计划能力。将新一代的数据工具彻底融入日常生产管理流程当中,实现真正的数据驱动型制造企业。在生产管理持续改进持续提升的过程中降低生产成本与资源浪费,提升设备与人员效率,提高良品率,提高交货周期准确性。

3. 项目目标
       项目要达到预期效果必须具备的硬件、软件方面的技术指标。
       利用物联网连接与海量数据存储与处理技术,以较低的成本部署制造业大数据解决方案。通过采集设备运转数据,进行数据分析与算法提取数字化工厂关键运营指标,同时提供高效便捷的生产管理工具,旨在透明工厂运作状态,建立高效的数字化运营体系,以数据工具支撑公司的生产运营管理,进而实现提升设备效率,提升产能效能,降低运营成本的目标。
       系统采用无线网技术解决方案,对长盈精密下属的生态园厂区与大朗厂区,全面部署针对CNC机床的实时数据采集功能(边缘计算网关)。通过该系统,实时捕获现场设备的运行状态。
       搭建私有数据集群,支撑应用系统需求;同时存储运行日志,为后续的数据应用场景提供基石。
       Factory Insights软件提供以下功能,验证生产数据透明化的业务价值:
Ø  数据分析:OEE计算、停机分析、制品周期分析
Ø  生产管理:实时监控、排产管理、生产报告、BI报表
Ø  报警功能:监控报警
Ø  现场辅助功能:刀具监控功能、刀补仪监控
为全厂建立数字化运营体系提供有力工具。


 二、项目实施概况
1. 解决问题
       本项目主要解决长盈精密目前生产过程中人员、设备效率损失,原材料浪费等生产管理问题。在设备利用率、设备使用效率、产品良率和订单排产排期计划能力等4大方面通过设备产生实时海量数据结合人员业务流程,实现效率提升、成本降低、良品率提升。

2. 项目方案具体介绍
A.基础设施
工业以太网连接
       结合有线与无线技术,长盈精密两大厂区实现工业以太网部署,平台设计一期技术目标为支撑5000台设备实时数据采集,历史数据转存,数据存储期限为两年。系统设计的性能目标为100的并发用户数。

●设备数据收集——云端发送
       利用边缘计算技术,无需添加额外硬件设备二次改造,实现不同厂商设备型号设备数据兼容,安全云端发送,并且在业界首次采用无线WIFI方式对设备机台进行网络连接。

●构建私有化大数据环境
       旨在为长盈精密构建自有数据平台,蓄积组织数据资产。当下阶段主要为Factory Insights 数字工厂提供可靠运行环境。通过Factory Insights软件产品的持续运行,累计海量数据,进而实现基于大量数据分析挖掘的应用,如设备预测性运维,刀具寿命推荐等。

大数据环境的基础构成分为三层:
Ø  底层为基础架构,主要构成为物理服务器,网络设备,负载均衡。底层网络设备通过防火墙与公网隔离,实现私有数据安全;
Ø  中间层为核心服务组件,主要构成为业务服务、中间件服务、存储与数据服务;
Ø  上层为行业软件与平台管控,行业软件与服务为最终提供给客户使用的软件产品,比如本次交付的Factory Insights数字工厂产品为软件即服务。平台管控作为架设完成的私有数据环境的管控台,涵盖的功能有服务治理、任务调度、系统监控等。

上述部分的构成概览见下图:

       长盈私有化数据环境以支撑已有及新增的功能为目的,确定本期的交付范围包括底层物理结构的搭建完善,包括物理服务器、网络设备、负载均衡;中间层交付必要的核心服务组件,包括用户&安全、设备中心、通知服务、消息队列、规则引擎、缓存、数据库、Hbase、Spark、HDFS;上层包括Factory Insights应用、设备数据采集、智能排产、DNC等,平台管控功能本期交付系统监控模块,其他功能根据用户需要可以考虑后期部署。

       长盈精密数字工厂解决方案配套的监控产品,旨为监测解决方案基础配套设施的健康状态,及时感知系统异常,当感到异常事件达报警级别时及时通知责任人。实现系统运维的高效与精准。







B.业务系统
●设备实时监控
      代替传统看板应用,实时显示设备当前运行状态的关键指标:加工零件信息、产量计件、产量进度、OEE。

●生产数据历史分析
      自动化的工序/零件计数分析,目标产量与实际产量达成比分析,时间、单台设备、产线多维度产能分析。
      停机分析,时间、设备、产线不同维度对停机原因、停机时常、停机次数分析。
      生产效率分析,单制品周期分析,实际生产单制品周期时间、有效开动时间对比标准单制品周期分析。
      质量分析,以批次、设备、产线等不同维度,结合人工与检测设备对质量缺陷数量、原因分析。
      全厂OEE分析,对设备利用率,设备使用效率,质量合格率分析。

●设备运行分析
       单台设备历史运行参数统一时间轴回放分析,任意时间颗粒度停机故障根本原因分析。

●程序上下载执行
       加工程序集中管理,自动化生产程序下发。

●排产排期
       生产任务,生产计划,生产资源根据设备实际生产数据合理优化匹配。
●移动端
       事件报警流程跟踪,移动端数据录入。




 
三、项目特色和实施效果
1. 方案特色
       数途目前的数字化工厂产品 Factory Insights,从一台设备,一条生产线,到整个工厂和集团不同层面,利用物联网与云计算技术将生产过程中产生的原始数据转化为对业务决策有价值的信息。数途的软件产品有三个关键技术环节,一是兼容主流工业设备和通讯协议,实现安全云端传输的边缘计算模块, 在边缘计算层面实现IT/OT两化融合;二是支持工业设备云端接入,流时数据计算,时间序列数据库驱动新一代数据仓库和机器学习引擎的云端大数据平台;三是基于 Web端、移动端可配置标准化模块化业务系统。
       行业解决方案上,数途通过对设备的实时原始数据结合人员业务流程产生的数据,对设备利用率、加工效率、质量等问题进行不同维度的历史数据分析,对产能产效、设备故障等根本原因进行分析与预判,在减少设备停机、提升产品直通率、优化加工任务排产排期等多个生产业务环节提供决策支持,对提升资产利用率OEE与TEEP有显著效果。
       数途目前主要服务的细分领域是使用大量数控机床的金属零件加工行业,在消费类电子产品、汽车、交通运输、高铁航空等装备制造业都有广泛的应用。全国数控机床保有量大约为350多万台,并以每年6-8%的速度递增。数控机床金属加工领域生产企业自动化程度较高,具有良好的数据应用基础,并且企业已经具备利用数据在生产管理、设备管理、工艺优化等方面做出提升的意识。


2. 实施效果
       长盈精密在短时间内的局部部署中,通过对真实海量加工过程单制品周期时间的分析,提炼推荐参数,代替原有静态单制品周期数据,对设备产能更优化的调配,实现智能化的自动排产应用。同时对于计划外停机的快速响应,提升全局设备利用OEE/TEEP 达到8%,生产成本降低8%。
       经济效益:在企业提质降本增效等方面带来的收益等。
       短期(1-6个月)生产效率提升预期5%,中长期生产效率提升8-10%(6-12个月),良品率提升5%。


 四、推广场景
       作为行业龙头企业,长盈精密的CNC事业部代表了数控机床精密加工领域批量生产型企业的典型模式。数途信息科技的Factory Insights 产品以精益生产为理念,数据驱动型管理为方法,帮助企业将持续改进持续提升的能力快速落地。数途信息科技产品的使用链接贯穿整个生产管理过程,从总经理,到计划,生产制造,品质管控,设备运维,工程技术,现场操作工人,都能迅速了解生产过程中产生的种种问题,通过智能化的根本原因分析,提高响应速度,做出最科学合理的业务决策。长盈精密数字化工厂的一期工程将帮助企业在计划能力,设备利用率,设备及人员生产效率,良品率,库存等各个环节得到显著提升, OEE与TEEP达到世界先进水平。
       从复制推广的方面,数途信息科技的Factory Insights产品作为行业最领先的SaaS服务,具备低成本、快速部署、海量复制、快速落地等特点,为大量的中小型企业,二级三级供应商乃至整个行业带来整体的效率提升改善。尤其是中小型企业,整厂数字化转型的周期从之前的数月甚至一年,压缩到了一周以内,一次性投入与实施周期都大大压缩,投资回报实现快速见效。

 五、项目故事
       长盈精密数字工厂一期项目软件功能实施计划分为四个阶段:初始化数据导入阶段、具体某一零件的测试阶段、全面导入使用阶段和交付阶段。
       随着项目的各项工作的推进,目前已经进入到全面导入使用阶段。但是在整个实施过程中,却有这样一件事情让人一直铭记于心:

试试就试试!

       那是在项目立项启动会后的第二天早上,基础架构和私有数据环境已基本部署完成,但软件还未导入使用,此时长盈项目部的同事因为研发设计某品牌手机中框的B方案,需要了解该零件在技术预研和打样生产过程数据情况,对其进行分析,通过项目启动会了解到大朗正在推进数字化工厂,就联系到数字化工厂项目组负责人,希望能以该零件作为数字化项目测试阶段的验证零件快速导入,一方面提供给长盈需求的现场数据,一方面测试该数字化软件的实际使用。这对当时刚刚成立的数字化工厂项目组来说无疑是一个巨大的挑战,时任数字化工厂项目组项目经理汪轶立即与数途总部产品部、技术部和客户成功团队召开电话会议,会议持续了一整个上午的时间,当会议室的大门打开时,汪轶只对长盈项目部的同事说了一句话:“我们决定尽我们最大努力试试”
       试试就试试!长盈大朗数字化工厂项目组的同事们一起,经过2天2夜的程序开发及上线测试,终于在第三天成功导入试用。


大数据是未来的发展趋势

       试用辅导阶段,数途客户成功团队负责人凌国翔在与长盈产品开发部伍经理沟通中,伍经理由衷的感慨:“现在物联网的发展越来越快,我现在居然可以在办公室处理设计图档,也能迅速了解到现场的突发状况并及时处理,不耽误事。”
       长盈技术中心唐总在整个上线和验证过程中也给了项目组很大的支持:“大数据是未来的发展趋势,能够在后台准确分析掌握现场情况也是我们希望要的,这可以很大程度减轻工程单位在收集数据上的繁复工作,从而有充分的时间去分析和解决实际问题。”


一周内提前完成

       长盈大朗数字化工厂项目推进总协调人---大朗项目部段工在这个过程中也是殚精竭虑,几乎每一天都和数途的同事在一起工作到深夜才下班回家,当此零件顺利导入并拿到相关生产过程关键数据的那一刻,她也激动万分:“我们整个部门都非常感谢数途项目组能让我们优先体验到数字化对我们的帮助,让我们的零件在一周内提前完成了B方案的定稿,让B方案在原有基础上优化结构设计,缩短了加工周期,从而降低我们的设计成本。”


“惊艳”

       当我们把实时数据呈现在长盈大朗公司总经理陈明面前时,他对整个项目组的工作竖起了大拇指。他对数途数字化工厂的评价足以让数途公司每一名员工感到骄傲和自豪,足以让整个数字化工厂项目组忘却连日来的辛苦和疲惫,只因他说了两个字,那就是——“惊艳!”