?在剛剛過(guò)去不久的“2021（第三屆）全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)”中，東土科技《5G+數(shù)智工廠解決方案》成功入選“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合創(chuàng)新應(yīng)用典型案例”。
該案例由多位業(yè)內(nèi)知名評(píng)委專(zhuān)家通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)品質(zhì)量、案例落地實(shí)施效果及標(biāo)桿性等多個(gè)維度選拔而出，入選案例面向重點(diǎn)行業(yè)，可形成一批可復(fù)制的、可推廣的典型模式和應(yīng)用場(chǎng)景，具有很強(qiáng)的示范效應(yīng)。
東土科技宜昌工廠，是東土集團(tuán)的制造及教育中心。目前，工廠在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，存在諸多行業(yè)痛點(diǎn)及企業(yè)關(guān)鍵問(wèn)題：電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、料件種類(lèi)繁多、元器件互換性強(qiáng)、替代物料多、材料編號(hào)不易管理；訂單交期短、生產(chǎn)計(jì)劃編制效率低、周期長(zhǎng)、易出錯(cuò)；客戶需求變化大、生產(chǎn)協(xié)調(diào)及訂單執(zhí)行情況全程跟蹤難；訂單跟蹤困難、信息收集反饋滯后、限額領(lǐng)料難；質(zhì)量控制及可靠性要求高、對(duì)產(chǎn)品需要進(jìn)行全面質(zhì)量跟蹤等。
針對(duì)這些問(wèn)題，東土科技打造《5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)》全流程解決方案，方案結(jié)合整體架構(gòu)運(yùn)行模式，針對(duì)性采用5G方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)通訊，極大程度降低了施工難度，并利用5G網(wǎng)絡(luò)高帶寬、低延時(shí)等特性，本地流量卸載等功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、設(shè)備、人員交互、現(xiàn)場(chǎng)立體庫(kù)堆垛機(jī)調(diào)度、AGV調(diào)度、芯片針腳的缺陷檢測(cè)等工作，保障了方案的整體落地實(shí)施。
方案內(nèi)容
方案主要分為三個(gè)大塊進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，包含管理系統(tǒng)（MES、WMS、WCS、AHM），生產(chǎn)設(shè)備（半成品生產(chǎn)設(shè)備、成品生產(chǎn)設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、包裝設(shè)備），倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備（立體庫(kù)、堆垛機(jī)、物流輸送線）。工廠生產(chǎn)制造運(yùn)行實(shí)現(xiàn)上通下連的核心，向上對(duì)接ERP、KySRM，向下通過(guò)KySCADA、AHM等軟件系統(tǒng)，向下對(duì)接產(chǎn)線設(shè)備及東土邊緣通用控制器等相關(guān)設(shè)備，中間對(duì)接WMS倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，以打通物料環(huán)節(jié)并對(duì)接自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)，時(shí)刻監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的測(cè)試數(shù)據(jù)，各協(xié)同系統(tǒng)的業(yè)務(wù)接口如網(wǎng)狀交織，依賴(lài)關(guān)系緊密。
整體設(shè)計(jì)架構(gòu)圖如下：
（1）管理系統(tǒng)
MES生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)：對(duì)外提供生產(chǎn)能力整合、產(chǎn)品和產(chǎn)線管理、生產(chǎn)工位定義、人員自動(dòng)匹配、智能排程、工藝可視化、軟件定義工藝流程，實(shí)現(xiàn)SOP的在線設(shè)計(jì)等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)任務(wù)直達(dá)工位，工位人員通過(guò)掃碼操作校驗(yàn)物料準(zhǔn)確性，并由KyMOM記錄相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
圖2：系統(tǒng)界面
WMS倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)：基于B/S（瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)配置終端一體機(jī)供操作，并與MES系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)派單出庫(kù)，入庫(kù)等協(xié)同功能的操作。
WCS堆垛機(jī)調(diào)度系統(tǒng)：完成巷道內(nèi)堆垛機(jī)的調(diào)度工作，根據(jù)生產(chǎn)需求，將生產(chǎn)所需零部件出庫(kù)并通過(guò)物流輸送線輸送至指定位置供現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)使用。
（2）生產(chǎn)設(shè)備
在半成品生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)東土產(chǎn)品的特性設(shè)定SMT生產(chǎn)線的設(shè)置工藝并整體搭建完成后，通過(guò)東土網(wǎng)關(guān)設(shè)備，完成了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)的采集，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況3D建模進(jìn)行監(jiān)控，核算設(shè)備利用率，合理安排設(shè)備生產(chǎn)。
成品生產(chǎn)設(shè)備的整條自動(dòng)化線共13個(gè)工位，其中自動(dòng)工位9個(gè)，人工工位4個(gè)，整條線體采用一臺(tái)邊緣通用控制器，完成整條生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、標(biāo)識(shí)解析等相關(guān)工作。
圖3：現(xiàn)場(chǎng)架構(gòu)圖
現(xiàn)場(chǎng)使用一臺(tái)邊緣通用控制器運(yùn)行13個(gè)PLC內(nèi)核、1個(gè)內(nèi)核運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)上云，完成了產(chǎn)線電氣控制、機(jī)械手臂調(diào)度、直角坐標(biāo)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換上云。邊緣通用控制器連接高速運(yùn)動(dòng)區(qū)、低速控制區(qū)、數(shù)據(jù)采集區(qū)、工業(yè)云服務(wù)。同時(shí)，邊緣通用控制器運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及設(shè)備管理Agent，數(shù)據(jù)上云，實(shí)現(xiàn)KyMOM指令的上傳與下達(dá)及工業(yè)服務(wù)器的云端管理(AHM)。
（3）測(cè)試設(shè)備
測(cè)試桌上安裝一體機(jī)訪問(wèn)測(cè)試界面，通過(guò)測(cè)試的產(chǎn)品則通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)打印產(chǎn)品信息標(biāo)簽貼至產(chǎn)品側(cè)面。未通過(guò)測(cè)試產(chǎn)品則檢查原因進(jìn)行返修處理。在成品測(cè)試與終測(cè)之間，設(shè)備會(huì)進(jìn)入到老化測(cè)試環(huán)節(jié)，設(shè)備安裝至老化車(chē)，進(jìn)入老化柜后，則通過(guò)掃描老化車(chē)上的二維碼，即可完成產(chǎn)品老化溫度及電壓的選擇，完成整個(gè)老化過(guò)程。
（4）包裝設(shè)備
兩條包裝線電源控制分為二級(jí)控制，包裝線與測(cè)試桌之間電源單獨(dú)供電。生產(chǎn)廠房頂部統(tǒng)一采用吊燈，包裝線配備單工位照明，經(jīng)測(cè)量各區(qū)域照度均在300-320lux，符合裝配的亮度要求。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)整機(jī)設(shè)備標(biāo)簽掃描，即可完成對(duì)包裝標(biāo)簽的打印，外包裝與設(shè)備標(biāo)簽一一對(duì)應(yīng)，與系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一化管理，真正實(shí)現(xiàn)一物一碼的管理原則。
（5）倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備
立體倉(cāng)庫(kù)滿足東土宜昌產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中所有結(jié)構(gòu)件、半成品、成品等物料存放及周轉(zhuǎn)運(yùn)輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程運(yùn)行要求，包含周轉(zhuǎn)箱、紙箱托盤(pán)堆碼等。立體倉(cāng)庫(kù)管理信息系統(tǒng)（WMS）與SRM供應(yīng)商管理系統(tǒng)、QIS質(zhì)量管理系統(tǒng)、RFS條碼系統(tǒng)、SAP企業(yè)資源信息系統(tǒng)等信息對(duì)接，在MES指揮中實(shí)現(xiàn)物料出、入庫(kù)的實(shí)物流和信息流的自動(dòng)化管理。
方案亮點(diǎn)
（1）技術(shù)架構(gòu)
扁平化了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，基于統(tǒng)一開(kāi)放靈活的平臺(tái)架構(gòu)面向多種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)從IT到OT的縱向打通，實(shí)現(xiàn)IT系統(tǒng)之間的橫向協(xié)同，實(shí)現(xiàn)從OT到IT的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。
在現(xiàn)場(chǎng)層，通過(guò)基于IPv6的寬帶實(shí)時(shí)總線統(tǒng)一現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)總線，具有高帶寬、長(zhǎng)距離、時(shí)間敏感等特性；邊緣計(jì)算層通過(guò)邊緣控制器實(shí)現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備代替多個(gè)PLC/DCS的替代，同時(shí)兼具協(xié)議網(wǎng)關(guān)能力直接數(shù)據(jù)到云，云端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。
（2）系統(tǒng)升級(jí)
Intewell實(shí)時(shí)微內(nèi)核，采用安全隔離內(nèi)核技術(shù)構(gòu)建高實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，采用分時(shí)調(diào)度方式實(shí)現(xiàn)多個(gè)高實(shí)時(shí)系統(tǒng)并行調(diào)度，使高實(shí)時(shí)系統(tǒng)可以直接訪問(wèn)中央處理器的特殊指令和輸入輸出地址區(qū)，并直接響應(yīng)硬件中斷，實(shí)現(xiàn)高實(shí)時(shí)虛擬化的運(yùn)行環(huán)境。對(duì)于每個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，工程師可以單獨(dú)設(shè)置其運(yùn)行的處理器核及可能的周期時(shí)間。
圖4：方案優(yōu)勢(shì)
（3）可編程邏輯控制
HMI圖元和控制算法綁定，均采用圖形化方式，界面風(fēng)格統(tǒng)一，基于同一個(gè)平臺(tái)即可進(jìn)行控制器算法程序和HMI圖形組態(tài)，HMI的圖形組態(tài)和算法編程緊密結(jié)合，可由一個(gè)工程師完成；層次化編程，支持全局編程組態(tài)，支持工程師先從全局實(shí)現(xiàn)控制工藝算法設(shè)計(jì)組態(tài)，然后再將算法分配到適合的實(shí)時(shí)控制內(nèi)核，可以避免傳統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)先分解功能再合并工程造成的設(shè)計(jì)重復(fù)或遺漏。
圖5~6：編程頁(yè)面
（4）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)協(xié)同
通過(guò)集成云資源、工業(yè)應(yīng)用中間件、工業(yè)數(shù)據(jù)中間件，工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境、統(tǒng)一運(yùn)維、統(tǒng)一安全、工業(yè)微服務(wù)編排管理等一系列功能管理體系，為工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)者提供靈活高效的工業(yè)云開(kāi)發(fā)環(huán)境、豐富的工業(yè)應(yīng)用中間件，快速高效安全地獲取工業(yè)數(shù)據(jù)。工業(yè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)通過(guò)服務(wù)API管理接口即可獲得相應(yīng)資源，無(wú)需關(guān)心應(yīng)用的維護(hù)監(jiān)控，無(wú)需關(guān)心如何獲取以及連接數(shù)據(jù)，從應(yīng)用資源管理和應(yīng)用數(shù)據(jù)管理的復(fù)雜性中脫離出來(lái)，從而更高效地開(kāi)發(fā)、部署、運(yùn)維及管理應(yīng)用。
（5）實(shí)現(xiàn)智能排程和過(guò)程優(yōu)化
提供生產(chǎn)工藝建模能力、仿真能力、工藝路線管理能力以及生產(chǎn)工藝模型自學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)軟件定義生產(chǎn)工藝流程;對(duì)車(chē)間生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行全過(guò)程的跟蹤和信息采集,根據(jù)生產(chǎn)排程策略進(jìn)行生產(chǎn)資源的配置，把任務(wù)及生產(chǎn)指導(dǎo)文件下發(fā)到指定資源，并通過(guò)對(duì)接產(chǎn)線獲取設(shè)備的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。
通過(guò)構(gòu)建產(chǎn)品規(guī)范與質(zhì)量管理模型，對(duì)產(chǎn)品制造過(guò)程中的質(zhì)量信息進(jìn)行詳細(xì)記錄，建立產(chǎn)品質(zhì)量檔案，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的全程追蹤和可追溯；按要求進(jìn)行取樣、檢驗(yàn)與判定，并能在質(zhì)量發(fā)生異常時(shí)，可追溯到生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)和每一個(gè)物料。
價(jià)值成效
經(jīng)濟(jì)價(jià)值
縮短生產(chǎn)周期，快速響應(yīng)客戶需求，提高設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的柔性,達(dá)到增強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)能力。通過(guò)智能化改造，打通了生產(chǎn)線各個(gè)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)效率可提高30%左右。利用產(chǎn)品可溯源等技術(shù)加持，使得勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量提高，產(chǎn)能提升20%左右，產(chǎn)品的銷(xiāo)售額提高15%左右。
轉(zhuǎn)型變革
采用科學(xué)化方式對(duì)部門(mén)管理進(jìn)行改革，使公司技術(shù)人員占比從30%提升至40%；基礎(chǔ)性崗位降低至30%，促進(jìn)企業(yè)從勞動(dòng)力密集型企業(yè)走向人才密集型企業(yè)。
平臺(tái)模式
目前，平臺(tái)已開(kāi)發(fā)完成26個(gè)工業(yè)App，支持多層級(jí)管理，實(shí)現(xiàn)行業(yè)層面宏觀管理、企業(yè)層面微觀管理、設(shè)備層面基礎(chǔ)管理。具備200多種工業(yè)協(xié)議的解析能力，能為離散型生產(chǎn)企業(yè)提供設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障報(bào)警響應(yīng)、生產(chǎn)任務(wù)精準(zhǔn)管理等功能。
未來(lái)，東土科技將深入貫徹落實(shí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)科技創(chuàng)新賦能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的工作要求，以構(gòu)建中國(guó)面向未來(lái)自主可控的工業(yè)控制體系為使命。立足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)底層“根”技術(shù)，搭建5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧化工、智能制造、智慧城市、智慧園區(qū)等領(lǐng)域傾力打造新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)集群，建設(shè)先進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)小鎮(zhèn)，扎根宜昌、立足湖北，走向全國(guó)，賦能經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。
