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智能化印厂的规划与建设

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发表时间:2022-02-17 16:41作者:周林斌来源:印刷工业

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天津荣联汇智智能科技有限公司总经理周林斌


荣联汇智专注于印刷包装行业智能制造整体解决方案的产品研发与集成实施,致力于为印刷包装企业提供从厂区布局规划、智能化设计、整体系统构建、软硬件研发与集成、可持续运维支撑为核心价值的一体化服务。


荣联汇智的智慧印厂建设的总体规划思路是:以提高效率、增强活力为突出重点,建立工厂的协调联动机制,优化流程,整合资源,提高科技力、制造力和采购力,建成“行为规范、富有效率、充满活力”的现代工业企业。同时,考虑软件和硬件协同设计,通过构建数字化信息管理系统、自动化物流设备和智能化生产设备之间协同和融合,实现数据和信息的流通,实现生产与运营管理过程的智能化应用,并在中长期保持先进性与整合性。

荣联汇智的智慧印厂设计蓝图、规划设计原则如图1、图2 所示。


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智能化印厂规划设计的核心内容及建设原则

1. 智能化印厂整体规划设计涵盖的核心内容

1)功能分区:整体功能区规划,包括办公区、生产车间、仓储库房、物流方向、生活区、预留区等。

2)设备排位设计:根据产品工艺路线要求和企业经营发展规划,统筹产能平衡、优化产线布局、减少物料无效搬运。

3)物流设计:结合产品特征,设计智能仓库、AGV/RGV 自动转运、自动物流线等。

4)人员流向设计:涵盖现场操作人员、管理人员、外来参观人员等非物线路设计,以完全规范为主体设计思想。

5)辅助设施设计:考虑到环保等要求,设计废纸边自动回收系统,减少废料搬运、净化车间环境、提高过程品质管理。

6) 以软件为中心的物流驱动: 利用“MES +WMS”系统,以工单为生产纽带,排产到每台设备,并根据实时的生产节拍拉动立体库的备料,指挥AGV 叉车的物料运输,并全面跟踪和驱动质量、设备和人员为生产执行服务。

7)目视化看板:设计参观通道,方便客户参观,提升企业形象;设置中央控制中心,将工厂整体生产情况与设备执行情况进行集中呈现,方便管理者及时了解工厂动态,便于监控。

2. 智能化印厂建设原则

1)规范性:以MES 规范中控和生产数据、流程设计及集成模式,协助印刷企业建立从数据到流程的标准化运营模式。

2)先进性:项目要配合印刷企业进行资源整合、流程优化和技术整改,有效提高管理水平和工作效率。既要满足公司目前的经营管理要求,又可以支撑未来一定时期的企业发展要求。

3)集成性:做到ERP、MES、WMS 等系统的无缝集成,做到统一调度数据共享,用软件系统将智能设备互联互通,形成一个整体。

4)成熟性:采用成熟技术,在成熟技术中选择,采用先进的IT 技术和架构;避免过时和落后的技术,给企业以后的扩展和维护带来人员和成本上的风险。

5)扩展性:具备良好的扩展性,能够适应未来组织和流程改进的需要,项目技术生态良好,市场上具备良好的人力资源储备。

6)稳定性:项目需要的硬件设施均采用优良的硬件和货架结构,确保底层硬件和AGV 的稳定运行。


智能化印厂建设实例精选

历经十年,荣联汇智已经成长为拥有智能制造整体规划设计、软件研发、电气与控制、精益生产、产品解决方案、项目实施与维护等多元技术专家组成的国家级高新技术企业,到目前一共获得16 个软件著作权证书和4 项技术专利证书,全面覆盖行业智能制造核心技术领域。荣联汇智产品与解决方案家族如图3所示。


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荣联汇智的智慧印厂整体系统已经在天津、上海、广东、广西、陕西、浙江、山东、河北、河南、安徽、湖北、贵州、四川、云南等地为多家印厂提供了服务,完成了近百家企业规划设计、软件系统部署(ERP、MES、WMS、APS、MDIS、TMS、EPN 等)、通用硬件集成联动(自动化密集库、高架库、RGV/AGV 等)、自动化物流线的非标定制以及5G 通信技术的落地应用等,为印刷包装企业智能化发展提供了可参考案例。

1. 永吉股份智能制造示范项目

在过去的三年中,永吉股份一步一个脚印,坚定地以数字化、信息化为基础,稳健地结合自动化走向智能化,树立不断创新变革的管理思想。

2018 年3 月,永吉股份正式启动智能工厂一期项目——数字车间管理系统MES 项目。该项目的核心目标是实现全厂60 余台大型设备的数据联接,实现生产透明化管理。具体来说,分成四个小目标:一是实现数据规范上传,避免人工填写的主观随意性,比如生产自动报工、设备状态等;二是让管理者全面、实时掌握生产和设备情况,比如应用车间看板与生产管理APP 等;三是实现生产全过程可追溯,发现问题、锁定问题,快速处理,降低日常损耗,比如按托盘为管理维度等;四是实现机器连接之后的工序间协同,快速应对客户需求,提高工单切换效率,比如即时信息推送与预警等。这些小目标也都是永吉股份过去二十余年发展过程中,不断累积的问题,同时也是在日常管理中困扰着企业整体运营的要点。经过与合作伙伴的精诚协作,一期项目如期完成,并且各项指标均达到预期目标。

在完成了智能工厂二期项目——WMS 仓储管理系统后,永吉股份物料批次管理实现了端到端的管理与追溯,从供应商订单/ 打码协同、原材料进检出库、按单领退料、半成品管理,直到成品入库的全面数字化应用。2019 年4 月,永吉股份接着启动了智能工厂三期项目——自动化仓库项目。由于场地限制,自动化仓库定位成辅料仓库,主要解决物料批次管理、先进先出、临期预警、安全操作等现实需求,规划并实现的库位数比原仓库提升了两倍,完全满足规划预期。难能可贵的是,经过多轮研讨论证,结合整体信息系统可持续主动运营的目标,一套全新的完整的软件系统与标准硬件系统实现了无缝集成,真正完成了数字化车间与自动仓库的联动。目前,一座“黑灯仓库”正在有序完成各项工作。

随着三期项目的顺利落地,永吉股份智能化项目也被授予“贵州省智能制造示范项目”。

2. 智能制造新标杆——宽窄印务新工厂

智能化印厂规划设计是新工厂建设的前置要点,前期的规划设计到位,将直接为后期精益生产优化奠定更牢靠的基础。为此,荣联汇智与宽窄印务双方紧密沟通、精诚合作,紧密围绕以下要点开展新工厂的规划设计:

1)规划原则:整体规划,分步实施;重塑标准、数字先行;持续创新、精益为魂;智能互联、软驱硬动。

2)功能分区规划布局:新工厂要充分考虑厂址环境因素对厂区布局的影响,合理划分工厂功能分区。

3)物流布局规划:新建工厂首先要充分分析生产工艺的特点,确定工厂合理的物流组织方案,使新工厂平面布置更趋于科学、先进和合理。

4)软件和硬件协同规划:从整体角度规划,明确阶段性目标并逐步推进建设、逐点消化吸收、逐渐提升精益管理水平。

宽窄印务新工厂落地建设项目包括以下内容:MES数字化车间管理系统、WMS 智能仓储管理系统、MDIS机台数据采集与交互、成品自动化仓库、综合物料自动化仓库以及AGV 自动引导叉车等。

1)利用先进的物联网技术实现设备数据的自动采集。完成全厂自动化设备的数据联接和自动数据采集,实现生产透明化管理,管理者可全面、实时掌握生产和设备情况;所有生产结果实现可追溯,发现问题、锁定问题,快速处理,降低日常损耗。

2)先进的AI 人脸识别技术引入一线生产管理。生产一线员工刷脸上岗,扫码报工,人员到岗实况及工作量有据可查,使管理者有效监控代岗、夜班抽检人员到岗等问题,同时还解决了人资部门手工统计计件薪酬的人力消耗。

3)实现全流程信息追溯管理。部署MES 和WMS,通过WMS 实现精细化的库存管理,贯穿从供应商发货到成品发货的全部物流过程,并对原材料或成品进行批次质量管理,完成保质期预警等功能应用,实现了全流程信息追溯管理。

4)企业控制中心构建可视化管理。数据可视化将技术与艺术完美结合,借助图形化的手段,清晰有效地传达与沟通信息;具有辅助决策,实时监控,联合办公,快速协同的功能。

5)应用自动化立体仓库和AGV 无人叉车。智能仓储管理及自动化立体仓库的部署,完成自主软件管理系统(MES/WMS/WCS)与通用硬件(自动化立体仓库、AGV 无人叉车和自动物流线等)的顺利集成与调度,实现了拉动式生产管理。

3. LTE-U/5G 电信级通讯技术在东风股份的应用

智能制造的实现主要依托两方面的基础能力:一个是工业制造技术,一个是工业互联网。工业互联网是实现智能制造的关键使能技术,为智能制造提供了关键的共性基础设施,为企业的智能化发展提供了重要支撑。

东风股份是印刷包装行业的领军企业,主营烟标印制及相关包装材料的设计、生产与销售。企业ERP和MES 系统数据,需要车间生产线数据采集和后台及时同步,对于网络的稳定性和健壮性要求十分高。东风股份车间网络使用工业WiFi 方案时,遇到了诸多问题无法解决:

1)稳定性:单AP 覆盖范围有限,多AP 互相干扰、覆盖不均;

2)容量有限:终端设备数据并发数较多时出现网络拥塞;

3)施工和维护:AP 数较多,施工和维护的复杂度和成本高;

4)安全性:比蜂窝连接更容易被攻击;

5)时效性:计数卡顿与丢包情况严重,直接影响生产作业。

针对于此,我们采用了荣联汇智LTE-U/5G 企业专网方案。该方案通过电信级接入和空口技术、核心网元微型化本地化& 边缘部署,高度适配智能制造、工业4.0、智慧园区等生产需要,为产业互联网提供安全、稳健、高移动性的无线网络。LTE-U/5G 是在3GPP 技术框架下的移动网络,采用5.8G 非授权频段,自主可控;相较于传统通信设备更轻便小巧且成本更低,便于各种工业、行业场景的安装部署;全下沉部署,信息在本地产生、本地处理,数据不出企业/ 园区,确保工业安全。

根据东风股份C 厂LTE-U/5G 试点项目连续3 个月的实测数据可以看出,相比较WiFi,LTE-U/5G 在时延方差、丢包率、高延迟方面具有明显优势(见图4);上线LTE-U/5G 专网系统后,原先严重卡顿和数据堆积问题消除(见图5)。


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智能化印厂规划与建设思考

数字化转型、智能制造、高质量发展等关键词已经写入国家“十四五”规划,为传统制造行业指明了发展方向,也是新时期企业实现新增长的推进剂。当然,我们也清晰地看到当前印刷行业智能制造发展仍处于起步阶段,企业发展也受到各方面的制约,并未形成行业智能化全面发展的基础条件,例如区域发展不均衡、传统生产模式持续、设备智能化进程不足、先进技术转化成生产力的周期等。

荣联汇智作为信息技术与服务供给者,我们很欣喜地看到越来越多的印刷包装企业管理都开始重视信息化技术与智能化管理手段的应用发展趋势,同时,对于智能制造在印刷业的未来发展前景保持一致的乐观态度。继往开来,印刷包装行业智能化发展需要更广泛的管理组织、行业协会、企业单位、科技服务企业共同推进、协同发展。

回顾走过的十年发展历程,荣联汇智始终未改初心:不断创新、努力前行,助力行业智能化发展进程,让印刷包装不再艰苦,是我们坚定的企业发展愿景!

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