傳統沖壓企業的智能數字化采集系統
——北京歐曼重型汽車廠ANDON系統

文/李蕾，張開普，劉遠平，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

傳統沖壓企業的智能數字化采集系統
——北京歐曼重型汽車廠ANDON系統

文/李蕾，張開普，劉遠平，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年產三十萬輛車的專業沖壓工廠，面對企業信息化、智能化、大數據的發展，作為傳統沖壓企業（手工沖壓設備），具有創新思維的張開普廠長意識到了智能制造作為未來工廠發展的大趨勢，用改革的心態應對新一輪技術革命。于近兩年率領團隊聯合北京意境物聯科技有限公司開發出了適合自身生產情況的智能化信息采集系統——ANDON系統，目前該套系統處于上線運行階段。

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，專業生產車身沖壓件，年生產能力為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，生產品種多達2000多種。作為北京市成立最早的沖壓作業單位，自成立以來，沖壓工廠堅持走市場創新、機制創新和管理創新之路，不斷提升工廠管理水平，實現了快速發展，成長為極具市場競爭力的專業沖壓制造企業。

項目背景

沖壓工廠現有2條開卷線、1條清洗線、1條剪切線、4條沖壓線，設備多為使用年限12年以上，且為手工生產線，設備自身單工作臺，生產線由機械壓力機和油壓力機混合組成，生產節拍不一致，設備陳舊，卻承擔了年產30萬輛車沖壓件的生產任務，生產效率低下，成為生產組織的瓶頸，迫切需要解決。具體表現為以下6點：

⑴設備停機時間長。2015年22臺壓力機月度設備單臺平均停機時間1244分鐘。經過調研，同行業某汽車廠每月設備停機時間在580分鐘/月左右，與同行業相比，差距較大。

⑵生產效率低（JPH值·單臺平均小時產量）。2015年實際平均值為210件/小時，與同行業對比，差距較大。

⑶生產節拍不一致。沖壓工廠多為使用年限12年以上設備,且為手工生產線，設備自身單工作臺，生產線由機械壓力機、油壓力機混合組成，生產節拍不一致，生產組織難度較大。

⑷換模時間長。受生產場地限制，設備都是單工作臺，2015年壓力機換模時間平均在45分鐘/臺，自動化設備平均7～12分鐘。

⑸手工記錄生產信息。停機信息、JPH值等是手工在記錄，準確性和及時性亟待提升。1244分的停機無法分清是設備故障、模具故障還是換線、生產準備原材料、備件采購不及時等原因導致。

⑹生產現場的硬件管理現狀較落后，生產進度及異常的可視化程度較落后，不能實現及時發現問題、準確暴露問題、及時響應處理問題，對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，重點解決以下三個問題。

⑴如何提高生產作業現場響應速度。

⑵如何自動采集設備停機、維修時間、沖次數等。

⑶如何縮短換模時間。

針對這個課題，工廠成立了由主管領導牽頭的項目組，對同行業進行調研和深入學習，結合自身特點，決定聯合北京意境物聯科技有限公司，自主開發ANDON系統。

解決方案

針對這三個課題制定解決方案。

⑴建立ANDON系統，提高生產現場的響應速度；工位出現設備、質量問題可以呼叫報警，維修人員現場響應，修好后機臺長恢復；停機報警異常情況在呼叫板顯示。

⑵通過生產設備加裝PLC，實現生產過程的數據自動采集。利用PLC自動采集設備收集開關機時間、停機時間、換模時間、沖次數、響應時間、維修時間等。

⑶通過軟件系統開發實現生產過程的目視化管理。通過大屏顯示實現車間生產過程的目視化管理，車間生產過程中開始時間、換模時間、計劃數、目標值、完成數量、指標值、生產狀態等相關信息在LED屏幕顯示；實現設備狀態監控及KPI指標管理（設備可動率、JPH管理等）。

項目實施

開發實施進度

ANDON系統2015年經過調研和招標，最終簽訂合同，2016年經過藍圖設計和系統開發，2017年1月份系統上線運行，目前運行穩定。

ANDON系統網絡架構圖

ANDON系統由服務器、工業可編程控制器（PLC），生產線按鈕呼叫裝置、報警指示燈、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系統網絡架構圖

ANDON系統布局圖

PLC控制系統基于SIEMENS公司的架構，采用SMART 200子站就近各監控點布置，具體部署圖如圖2、圖3所示。

圖2 ANDON系統備料部布局圖

圖3 ANDON系統沖壓部布局圖

ANDON系統實現的功能

圖4所示為ANDON系統功能圖。

圖4 ANDON系統功能圖

ANDON系統主要功能介紹

⑴ANDON呼叫報警功能，工位出現設備、質量問題可以呼叫報警，維修人員現場響應，修好后機臺長恢復；紅黃綠三色指示燈用于指示本工位的呼叫狀態,正常狀態是綠色、出現異常是紅色、正在處理時是黃色，如圖5所示。

圖5 ANDON系統按鈕

停機報警異常情況在呼叫板顯示。當工位按鈕按下進行報警后，車間作業部或班組呼叫大屏將實時顯示對應工位的報警信息。

⑵通過生產設備加裝PLC，實現生產過程的數據自動采集。PLC控制系統基于SIEMENS公司的架構，采用SMART 200子站就近各監控點布置；利用PLC自動采集設備的開關機時間、停機時間、換模時間、沖次數、響應時間、維修時間等；圖6至圖8為部分參數。

圖6 停機時間

圖7 沖次數

圖8 換模時間

⑶通過軟件系統開發實現生產過程的目視化管理。通過大屏顯示車間作業部正在生產產品的開始時間、換模時間、計劃數、目標值、完成數量等相關信息；設備狀態監控（停機時間、沖次數）及KPI指標（設備可動率、JPH管理等）動態顯示。圖9為生產現場大屏圖。

⑷數據查詢和統計報表功能，通過數據查詢和統計，生成相關生產報表,并且可以導出XLS并打印，生產日報、月報：反映各條生產線當天、當月生產信息（產量、JPH、可動率等指標完成情況及效率損失統計），ANDON報表（系統存儲24個月的數據）。主要包含以下幾項。

圖9 生產現場大屏

1)各生產線維修故障率目標跟蹤報表；

2)各生產線模具故障率目標跟蹤報表；

3)停機數據分析月報表；

4)各生產線月平均故障率跟蹤圖表。

⑸集成共享數據接口，實現了信息系統與設備底層PLC的無縫集成。

1)設備PLC與ANDON系統PLC的集成；

2)利用OPC軟件，將PLC接收到的設備和ANDON 信號采集后寫入系統數據庫中；

3)與生產計劃系統進行集成。

效果及收益

ANDON系統的開發可以用“摸著石頭過河”來形容，難度較大，經過多家企業的深入調研及大量的資料學習，最后開發出了這套具有自主知識產權的產品。系統上線后，由于PLC采集到的制造生產、設備停機等數據準確全面，員工自動拋棄了手工記錄方式，積極應用，可以真實全面地反應生產KPI指標。

該系統的投入使用，整體提升了沖壓工廠對生產現場響應、設備管理及生產作業計劃等各項指標的信息化管理，生產異常響應速度提高50%，生產數據采集準確率達到95%以上，作業計劃排產準確率提高到98%，生產KPI指標值數據準確率在98%以上，提高了管理人員的工作效率，提高了車間作業部的勞動生產率。上線后實現的具體收益如下：

⑴生產現場響應時間由10分鐘降低到5分鐘。

⑵換模時間由單臺平均45分鐘降低到35分鐘。

⑶JPH（單臺每小時產量）值由210件/小時/臺提高到221件/小時/臺。

⑷系統自動采集設備1分鐘以上4分鐘以下的小停機，作業部形成專題對小停機時間進行改善。

⑸對設備故障進行分類管理，根據設備不同的故障模式進行預防性維修。

⑹建立沖壓件生產管理指標，切實提高勞動生產率。

結束語

經過前期最初數據的采集工作，設備開關機時間、換模次數、沖次數隨著生產的進行自動并入大數據系統，未來還將有云平臺的介入。經過前期的探索階段，目前該項目無論在經濟效益，還是在管理效益層面都達到了原來的設定目標，收益遠大于投入，實現了手工沖壓線的數字化自動采集，開啟了智能制造的第一步。

李蕾，IT科科長，高級工程師，主要從事信息系統的建設及日常運維，主持完成的福田汽車沖壓件管理系統獲得北京市現代化管理成果一等獎，福田汽車資金管理系統獲得北京市現代化管理成果二等獎。