中鐵隆昌


中鐵隆昌鐵路器材有限公司(以下簡稱“中鐵隆昌”)是中國鐵建重工集團股份有限公司的全資子公司,是國家級高新技術企業,是中國“鐵道器材開發中心研究發展基地”。公司主要生產經營產業包括扣件系統、摩擦材料和特種零部件三大產業板塊。


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 圖 中鐵隆昌核心產品



項目一:



一、業務特點


中鐵隆昌主要產品包括鐵路用彈條扣件及螺栓,主要工藝包括下料、冷/熱壓成型,機械加工,熱處理等工藝。其生產管理業務最主要的挑戰是需要兼顧大批量生產和多品種、小批量制造模式。


中鐵隆昌的主力產品具備典型的批量制造特點,產品標準化程度較高、產量大。另一方面,公司同時還承接了大量小批量或非標產品(以螺栓為典型)的生產訂單,造成了生產、物流及質量管理的需求較為復雜。主要有以下幾點:


產能與交付之間的矛盾難以調和:對于標準化、大批量生產的訂單而言,計劃調度體系優先考慮的目標通常是減少換產,提高產能及設備的利用率。而對于多品種、小批量生產的訂單而言,目標則變成了如何促進確保產品的準時化交付上。中鐵隆昌同時存在兩類模式并且共用生產資源,依靠人工的經驗判斷生產瓶頸,往往顧此失彼,達不到最優化排產的結果。


生產資源配置存在浪費:傳動的調度手段,包括生產協調會議、紙質工單下達和收集、人工協調物料領用等,在應對生產插單及異常時需要重走流程,反復溝通,管理成本高,反應慢,作業拉動不及時出現資源閑置、在制品積壓等問題,成為了制約企業生產能力的痛點。


批次追溯與管控難:中鐵隆昌在流水線上通常采取連續生產的模式,而半成品在下線后還需要進行熱處理、表面處理等多道工藝,物料存在分批次加工及外協。傳統批次管理方式只能以時間、班次的形式對物料批次進行區分和管理,無法滿足鐵路器材產品對物料批次和質量追溯的嚴格要求。


過程質量管控的難:中鐵隆昌的生產自動化程度較高,生產節拍短,一旦生產工藝出現偏差,帶來的可能是大批量產品的連續報廢,對于過程質量管控的要求較高。而傳統的過程管控主要依賴生產工人對設備參數及運行狀態的觀察與巡視,而且監控的效果會受到人員經驗、責任心的差異的影響,使得車間難以實現對工藝的實時監控,難以對重大的質量風險進行有效的管控。


成本精細化管控難以實現:由于數據采集能力和實時性無法保障,中鐵隆昌采取了傳統的成本管理法,即將一段時間的總生產成本均攤到產品上,計算得到理論的單耗值。由此得到的產品單耗是“絕對不準確的”,而且由于采用了平攤的方式,無法體現產品在不同工作中心、不同時段、不同批次下的單耗差異,使得對影響成本的因素的分析與成本的優化控制活動難以開展。



二、實現功能及成效


針對上述的需求,中鐵隆昌于2018年底正式啟動了MES系統建設項目。通過建設制造運行管理平臺,實現了全廠生產、質量、物流、設備、能源等管理業務的一體化協同管理。結合此前完成產線自動化改造建設,實現了智能排程和調度、設備數據實時采集、生產過程實時監控、質量在線檢驗與預警、設備預防性維護、批次與質量溯源等目標。


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圖 中鐵隆昌MES/MOM項目實現的業務目標


通過項目的實施,MES/MOM成為智能制造的大腦,通過工業互聯網網絡驅動設備從而實現智能化生產。例如,智能排程 和調度、拉動物料和模具準備、生產過程防呆防錯、驅動在制品周轉、在制品的自動規則抽樣、在線檢驗與質量預警、設備的預防性維護、生產過程的遠程監控等功能實現了對人的進一步的解放。


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圖 MES/MOM定義制造和驅動制造


設備的自動化減少對人的體力勞動的依賴;通過MES/MOM等軟件系統,部分替代了人腦,進一步減少了對低附加值腦力勞動的依賴,人可以從中得以解放,從而可以從事更有價值的工作。現在來到車間,已看不到滿是工人的手工流水線,取而代之的是全自動化的流水線,自動上料裝置、機械臂、自動輸送線、在線檢測裝置、智能大屏……


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圖 MES驅動下的自動化生產



系統實現的特點功能和應用成效:



1. 生產計劃管理精細化,提升計劃準確性


在本項目中,通過在生產排程功能基礎設置里細化設備產能、效率,其中支持將每個設備的產能細化到一件產品、時間上細化到分鐘、安裝拆卸加工轉運等每一個小環節,進而可以針對每個訂單計算出更準確的總體加工時長、規劃更準確的生產班次、更充分的利用產能。


排產功能可以配合企業工作日歷、設備維護維修計劃即時更新設備產能設置、考慮緊急插單計劃、結合物料實時庫存,實現排程結果的即時滾動更新。


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圖 中鐵隆昌生產計劃資源甘特圖示例


通過排產及可視化功能,系統能夠協助管理人員對產能利用率優化,降低調度員的工作強度,全面提升生產計劃管理的準確性。



2. 生產過程管理透明化,為產品進度監控、成本分析提供支撐


系統上線后,只需要一名生產調度人員在生產指揮中心,借助實時數據采集控制系統,實現對生產過程的監控。這包括:


  • 在線報工生產工序每天按班次進行匯報,實時更新訂單的生產進度,為生產排程的滾動更新提供數據支持、為生產插單等計劃調整提供決策支撐。


  • 工序信息工序匯報要求記錄每個工序的投入與產出數據,通過投入產出差異報表對大量數據的分析可以發現產出率相對低的工序。


  • 參數監控進一步通過產品質量檢驗結果和設備參數的分析,改進工藝參數或設備性能,可以達到提升產品質量的目的。

  

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圖 中鐵隆昌生產指揮中心



3. 優化產品批次管理,提升可追溯性


中鐵隆昌公司在項目的建設過程中對物料的編碼規則和追溯數據體系進行了改善。這包括:


  • 通過系統中對批次編號的統一管理和自動生成,保證了產品批次的唯一性,即使在復雜的生產與物流分、合批情況下,仍然能夠保證提升產品批次的可追溯性,并為產品質量提升、使用年限提升、追溯需求加強預留足夠的空間。


  • 通過在生產、物流、質量業務活動的數據與批次信息歸集與關聯,形成基于產品制造BOM的產品檔案,能夠完整追溯制造全過程的人機料法環測信息,并實現了基于樹狀架構的便捷查詢。


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圖 基于樹狀架構的追溯


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圖 追溯明細的查詢



4. 生產數據可靠性提升


MES/MOM系統上線后,系統通過軟硬一體化的手段,實現關鍵的生產進度、工藝參數的在線采集,避免人工干預產生數據錯、漏及篡改的風險,提高的數據的準確性和及時性。這包括:


  • 生產進度控制通過與SCADA系統集成,實現配備并利用SCADA系統集成工位上的激光計數數據,實現投入產出、合格品及不合格品的實時、精確計數。員工通過車間看板監控產品生產進度,準確控制產品的加工數量,減少返工、增補、多投入等各種原因帶來的成本損失,提升經濟效益。


  • 在線成本管理同時工序匯報時也從SCADA數據庫實時讀取真實的加工數據,能夠更準確的分析每種產品每個工序的投入產出、在制品在工序間的物流情況,為成本分析和控制提供更好的數據支撐。


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圖 基于移動端的在線數據采集與匯報


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圖 工序信息統計



5. 質量檢驗電子化填補數據空白,為質量控制數據分析提供數據基礎


MES/MOM系統上線后,完全取代了原來在ERP系統中使用的QMS模塊,將質量檢驗數據采集完全轉移到線上,填補了質量分析數據源的空缺。工序檢驗全部在線上執行,員工使用移動PDA以及立式固定終端進行申請報檢、檢驗數據采集。這包括:


  • 數據質量提升實現檢驗結果即時、在線匯報,避免紙質單據流轉破損丟失、記錄的字跡不清無法辨識、紙質單據難以保存和查閱等諸多問題。


  • 在線質量分析質量數據線上存檔后,可以很方便的與質量分析系統集成,為其提供質量分析的全部數據,甚至在MES/MOM系統中建設質量分析報表,極大程度提高了工作效率。


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圖 質量檢驗活動在線管理


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圖 設備儀器數據采集


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圖 在線質量控制圖生成



6. 自動化計算取代復雜人工操作,提升過程質量控制的效率和準確性


MES/MOM系統通過輔助人員對現場數據進行實時的計算與判斷,能夠實現部分管理上自動化,提升過程質量控制的效率和準確性。這包括:


  • 取樣標準自動計算可以在系統中設置取樣程序,系統根據報檢數量自動計算抽樣數量和合格標準,員工只需要按要求錄入規定數量的檢驗結果,系統自動判定每個結果是否合格,以及是否符合國家或企業的抽樣標準。


  • 測量結果自動計算建立檢驗方案時,定義好多次測量求平均值、或最大值、甚至一些更加復雜的計算公式,員工在采集數據時,只需要錄入簡單的原始測量值,系統會自動進行計算。員工不在需要隨身攜帶計算器、甚至反復計算校驗,降低檢驗員的工作強度和工作難度,數據記錄準確性有了質的提升。


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圖 系統根據標準固化測量次數


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圖 根據測量結果在線判斷需要二次檢驗



7. 生產執行與設備維護協調管理,提升資源利用率


通過將設備點檢、維修、維護活動與生產的計劃、調度與執行業務緊密結合,提升生產執行與設備維護的協同效果,進而提升資源的利用率。這包括:


  • 計劃協同生產排程過程中,將設備的維護計劃作為一條限制規則,將設備維護時段的設備不作為有效資源考慮,維護計劃和生產計劃一起考慮,合理安排,最大效率使用生產設備,避免搶占設備出現生產事故、或者干擾生產進度帶來生產混亂等問題。


  • 維修知識庫維修項目組聯合設備管理部門一起梳理歷史的設備維修記錄,歸納整理出常見故障以及對應的維修方式,形成初版知識庫,并作為設備故障保修時的下拉列表型參數。


  • 設備異常協同員工在生產工位上可直接匯報設備異常,故障描述與參數可配置為下拉選項,設備異常的審批、處理、反饋與關閉全部在線上閉環完成,完全替代手寫紙質故障申報單帶來的書寫、辨別、流轉、存放等一系列問題。


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圖 設備維保計劃及狀態監控



8. 模具壽命管理進一步提升生產計劃準確性,降低成本


系統實現了對模具壽命的監控與預警。通過模具壽命管理功能與生產工作匯報綁定使用,每次工作匯報時,系統根據模具原始壽命或剩余壽命,以及本次生產中加工的產品數,計算出模具的剩余壽命,如果小于安全值,則提示員工準備更換模具。


避免了沒有模具壽命預測時模具的突然性損壞,降低了企業成本和模具庫存,同時避免突然停機影響后續的生產計劃,多方面促進企業的生產效益提升。


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圖 模具壽命監控與預警



三、總結


中鐵隆昌作為鐵路、軌道交通建設的重要材料供應源,此次上線MES/MOM項目后,從計劃、生產、質量、設備、模具等多個方面深入優化業務模式,通過MES/MOM系統配合管理制度雙管齊下,提高以生產為核心的工作效率和資源利用率,降低企業成本,提升企業效益,并且為以后的業務擴展、質量提升提供明確的方向指引和數據支撐。



項目二:


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一、項目概述


為滿足中國鐵建重工集團股份有限公司關于“兩型、三化、九力”的發展戰略要求,依據總體規劃,一期在中鐵隆昌建設制造執行系統(以下簡稱“MES系統”),實現了數字化制造的全過程貫通和生產過程的信息化統一管控。


經過中鐵隆昌MES系統一期項目建設,解決了制造數據和業務信息化“從無到有”的問題,并且在一些方面顯著促進了業務改善。由于一期項目覆蓋業務和功能有限,且在系統的應用過程中業務部門不斷產生了新的需求,需要通過二期項目建設,對MES系統進一步擴展和深度開發。



二、項目目標


示范線在項目立項之初,設立了八大建設目標:


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  • 直接材料成本的統計和控制。實現基于產品生產批次的直接材料成本統計、控制和分析。為進一步壓縮生產周期、強化工序卡控和消除浪費打下基礎。


  • 生產活動的全面拉動。通過計劃管理實現包括訂單間的拉動,生產工序間的拉動,生產對非生產活動(質量檢驗,物流配送,工裝模具準備等)拉動。


  • 促進在制品流動。通過基于標準化容器的物流控制與追溯,現場看板拉動,業務在線協同等方式,促進在制品小批量、準時化的流轉,減少在制品積壓及帶來的浪費。


  • 生產過程的自働化。通過對生產過程的實時數據采集與校驗,實現對于生產過程中工藝參數異常、物料物流異常、質量異常等事件的在線察覺和卡控,避免返工、不良品流出。


  • 基于統計分析的質量在線控制。通過對質量檢驗業務的閉環管理及在線的分析,實現對質量異常趨勢的實時判斷和預警,提前發現并排除質量風險。


  • 生產資源的TPM落實。通過對工裝、模具、生產設備的運行履歷及閉環管理,能夠實現對生產資源使用壽命的預判,保障生產資源的正常使用和運行。


  • 基于SCADA集成應用的軟硬一體化。通過與SCADA系統的集成應用,實現實時的生產數據采集與歸集,并可實現工藝參數的自動下達。


  • 問題暴露與持續改善。通過對生產過程的透明化監控及事后的人機料法環測追溯數據統計分析,對生產環節出現的浪費及異常進行統計,并對關聯因素進行分析,實現持續改善。



三、規劃設計


為了實現項目立項的八大建設目標,結合智能制造和精益的理念,建立全生產過程的數據追溯??紤]到中鐵隆昌的組織架構和業務職能,本項目劃分以下六個模塊進行設計執行。


工藝管理模塊:支持多版本工藝路線,跨車間工藝路線的復雜業務場景。


生產管理模塊:支持精益生產排程、生產批次的拆分合并、生產工作匯報等生產精益化管理。


質量管理模塊:支持來料檢驗、生產過程、成品檢驗類型,自檢/互檢/專檢/總檢等不同檢驗類型。


設備管理模塊:支持設備運行狀態監控、設備維修維護計劃、建立設備故障字典等功能。


物料物流模塊:支持物料配送需求、在制品管理、物料轉入轉出的追溯管理。


統計分析模塊:支持對生產、質量、設備、成本等進行統計分析。



四、應用成效


中鐵隆昌MES二期系統實施前后價值呈現:


1.范圍全面覆蓋


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從工務器材車間的1個品類2條產線,覆蓋到2個園區6個廠房所有產線,讓MES和中鐵隆昌的信息化系統更好地進行交互。


2.精益生產執行


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通過對訂單工單的拆分合并做優化靈活處理,更好地符合車間的復雜多變的業務;解決了制動部件車間不同工序產物的編碼不斷變化的線上處理邏輯,極大地減少以前手工填寫的錯誤率,提升了匯報的準確率和效率;解決了機加車間工藝變化復雜、質量過程追溯難的問題;


3.系統提升優化


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優化了工務器材車間的訂單層級、按產線排產、設備故障卡控的排程方式,便捷地解決了線下排程問題;優化了模具管理方式,能透明化、系統化管理模具的出入庫和使用記錄;優化了設備故障處理方式,解決了設備與維修備件脫離的問題,且結合匯報時間進行設備運行狀態的統計分析管理。



五、總 結


此次項目實現了基于計劃生產調度體系的全面拉動,進一步開展系統建設,滿足精益生產和精細管理工作推進的需求,基于看板拉動和業務協同功能落實提升一、二園區之間,生產工序之間,生產與物流、質量、維修維護活動之間的準時化協作,降低生產活動中的中斷、繞道、等待、回流等浪費,降低在制品水平并提高生產效率,降低生產成本,實現可持續發展。