新一代信息技术与制造业深度融合打造智能制造示范工厂

陈 洲

（福建星网锐捷通讯股份有限公司，福建 福州 350002）

1 背景情况

1.1 生产模式亟待升级

小批量多品种生产的行业痛点，需要通过两化融合改造升级，实现快速、精准、稳健的柔性化生产。

当前电子制造行业客户的多样化、个性化需求涌现，导致产品更新换代加速，如何提升质量，是我国在智能制造推进过程中需要优先解决的主要课题。随着“互联网+”战略的深入，行业客户积极拥抱互联网，各种基于细分场景的应用需求层出不穷，信息技术企业唯有自身先实现数字化、网络化、智能化，方能对客户的场景化需求做出快速响应，保持市场竞争力。多品种、小批量、多品种小批量的生产模式，因为产品工艺上相差很大，检测、装配、包装各个环节均有不同的作业要求，在自动化装备的导入方面，常常存在无法兼容的情况发生，因此造成设备的投入产出比不高，甚至会出现无法收回投资而造成导入计划搁浅。

1.2 关键装备受制于人

大型生产设备、自动化生产设备主要由国外进口，系统闭塞，接口不开放，设备数据采集难度高，价格昂贵且存在供货风险。

工业传感器、数字伺服电机等关键技术是实现制造业机械化和数字化融合的关键，然而我国国产在工业关键元器件领域的研究落后，数字化、软件化和网络化程度偏低等多种因素是制约我国智能装备功能和性能提升的重要瓶颈，重要领域关键生产装备依赖国外使得我国智能装备和智能制造的发展严重受制于人，制约了国际竞争力的提升。

1.3 信息孤岛亟需解决

制造企业存在信息孤岛，设备状态和生产数据缺乏量化检测和分析手段。

制造业企业内部存在的信息孤岛问题，导致存在管理信息孤岛和业务无缝衔接孤岛，主要存在以下三个方面的问题：

1）终端种类繁多，协议类型复杂，部署环境千差万别，对终端性能要求高。

2）数据类型多样难以融合、技术协议相对封闭难以互通。

3）新、老应用间数据无法互通，部门间数据割裂，难以共享互通。

要进一步提升整体效能，亟需解决企业内部存在的信息孤岛问题，实现系统间互联互通和信息共享。

1.4 国内发展趋势

智能化工厂建设是“十四五”时期新一代信息技术产业实现创新发展的重要驱动。新一代信息技术产业对整个制造过程提出了更高的质量、效率、生产稳定性等要求，而智能化工厂的建设，在以下几个方面可以得到较大发展。

1）高效灵活的生产模式：实施智能制造推动企业从生产方式到管控模式的变革，使企业实现优化工艺流程，降低生产成本，促进劳动效率和生产效益的提升。

2）产业链有效协作与整合：推广智能制造技术在装备制造行业的应用，推动产业链在研发、设计、生产、制造等环节的无缝合作，为进一步提高产业链协作效率打下基础。

3）新型生产服务型制造：实施智能制造促进企业从生产型组织向服务型组织的转变，通过运用物联网、大数据、云计算等智能制造关键技术，不断催生远程运维、智能云服务等新的商业模式和服务形态，全面提升企业创新能力和服务能力。

4）协同开发和云制造：实现信息共享，整合企业间优势资源，在各产业链环节实施协同创新，推动制造资源和制造能力的优化配置，以提高劳动生产率、提升产品质量。

2 项目目标

本项目在原有信息化、自动化、智能化成果的基础上，按照总体规划、分步实施的原则，通过核心技术装备应用、关键短板装备突破、工业软件升级等，打造包括从SMT贴装、检测、装配、PQC、打包、装箱等环节的智能化应用，实现智能生产装配、智能控制、智能检测、智能物流。电子行业全流程软硬件数智工厂解决方案如图1所示。

图1 电子行业全流程软硬件数智工厂解决方案

3 项目总体建设情况

总体建设情况分为智能化工厂和工业互联网平台建设两大部分。

3.1 智能化工厂建设

星网锐捷采用“多品种、小批量”的定制模式，生产必然存在“备料烦琐、频繁切线”的特性，传统模式原材料仓储和配送属于人员密集型，人为失误率高，同时存在典型的换线和续料设备停机时间长，停机损耗大且影响交付速度。必须尽快建立强大的数字化和网络化的产品全流程运营管理平台，实现全资源要素在线管理、系统有序集成、多维度互联互通、信息充分融合、企业内外高效协同，以支撑公司行业客户定制的新型业态，持续扩展公司的市场竞争力和市场占有率。智能工厂总体设计图如图2所示。

图2 智能化工厂总体设计图

星网锐捷智能化工厂信息系统框架解决方案主要涵盖了智能设计、智能运营、智能生产(T6 iAPS、T6 iWMS、T6 iMES、T6 eSOP、T6 iMCP、PLC/DNC/DCS、智能检测与装配装配、智能物流与配送)、工业互联网系统(供应云、仓储云、生产云、设备云、追溯APP、决策APP等)集成等方面，实现生产全过程智能化作业、设备监控、质量监控、数据互联互通与交互共享、生产经营管理智能决策支持、工厂内外协同系统的互联与集成应用，供应商、客户、用户等与企业的全产业链/全要素的价值链高度集成。智能化技术架构图如图3所示。

图3 智能化技术架构图

3.2 工业互联网平台

星网锐捷工业互联网平台是工业云平台的延伸发展，其本质是在传统云平台的基础上叠加物联网、大数据、云计算等新兴技术，构建基于海量数据采集、汇聚分析的更精准、实时、高效的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台，包括边缘、平台(工业PaaS)、应用三大核心层级。从平台技术架构上，主要分为：前端中心平台、应用服务中心、数据服务中心、安全监控平台等一系列产品和智能制造整体解决方案，打造企业智慧的引擎，为集团内各子公司事业部提供优质的服务平台，为网络通信产品制造注入坚强的动力。公司已建立企业信息化系统，均建立门户网站、OA系统、企业邮箱、视频会议等信息化系统，实现核心业务流程信息化覆盖，PDM产品数据管理系统、ERP企业资源计划系统、S6EC电子商务系统、T6iMES制造执行系统、T6iWMS智能仓储管理系统、APP工艺工程系统、TMS货运管理系统、CRP产能管理系统、T6iAPS生产排程系统等均正常运行，优化并涵盖了研发、生产供应链(计划、采购、库存、生产、销售)、财务资金以及上游供应商、下游代理商、承运商等业务，初步打造一个从产品研发、工艺工程到生产计划、物料采购、生产制造、销售服务等为一体的“星网锐捷产品设计、工艺及生产制造综合集成应用平台”，整合上下游相关企业资源，事项上游供应商与内部供应链跨企业间的有机协同的新型经营管理模式，全面提高了企业信息化管理能力。平台技术架构图如图4所示。

图4 平台技术架构图

星网锐捷工业互联网平台主要涵盖双核心交换机、虚拟化的核心网络，高可靠、针对虚拟化服务的智能感知策略自动实时迁移的数据中心网络，分区块、高安全、高性能的汇聚和接入网络，全覆盖、依据业务不同的SSID、统一身份、统一管理的无线网络，多链路负载均衡、高安全防护、应用识别、实名流控的出口网络，配以易用、易管理、实时动态监控、流程化的RIIL运维系统。

4 项目主要场景建设情况

4.1 场景名称：生产作业-人机协同作业

在产品整机组装工作中，紧固件的作业需要员工反复耗时操作，工作强度大，出错率高，是最容易造成产品不良的工序段之一。针对产品的螺丝锁付，由工业机器人、工业相机、PLC、伺服控制器、传送机构、AI 视觉锁螺丝软件等部分组成 AI 智能螺丝锁付系统，实现主板螺丝锁付、外壳螺丝锁付等的智能锁付。AI视觉锁螺丝设备如图5所示。

图5 AI视觉锁螺丝设备

主要优势如下：

1）产品可以任意方向进入作业，无需轨道限位和导向，换线无需硬件调整，适应多品种、小批量生产模式。

2）锁付作业过程全程视觉纠偏，提高锁付成率，同时在锁付过程中监控螺丝是否正常进入螺丝孔，未进孔时不启动锁付，防止意外损坏产品，有效保证产品质量。

3）锁付过程中集成视觉内观检测，功能更强、效率更高。

4）设备系统化、网络化部署，对于任意一台设备都可采集视觉图像生成锁付工艺，并在所有设备中共享，换线时间更少、现场效率更高。

5）设备开机智能自动校准，无需人工干预，降低设备维护难度。

实施成效：企业导入 AI 视觉无工装螺丝锁付及检测系统后，在生产装配环节可节省人力 4 人，同时效率提升 50%、产品优化率 100%；产品检测环节可省人力 6 人，同时生产效率提升 20%；每年可节省80 万元生产投入；同时显著提高产品装配不良的拦截率，每年减少 20 起因装配品质产生异常投诉，每年减少因异常投诉而导致的损失 40 万元，总体经济效益超过 120 万元；同时 AI 视觉无工装螺丝锁付及检测系统更能适应变化的市场、个性化的生产定制需求，更能满足多品种、小批量的自动化生产方式，实现产品的灵活锁付及检测，帮助制造企业实现智能柔性生产。

4.2 场景名称：仓储配送-智能仓储

智能仓储系统是为制造业量身打造的一款标准化、智能化过程导向管理的仓库管理系统，满足多组织、多仓库、多货主的集团化管控及精益管理需求，应用于原料仓、半成品仓、成品仓、线边仓等业务场景。智能仓储管理系统与 ERP、PLM 等传统的管理系统集成交互，充分考虑工艺需求、排产信息、质量管理、设备管理、预警管理、人员绩效、目视化看板等，辅以自主研发的自动化设备或与其他智能设备接口执行具体作业，实现从供应商来料、入库、库存管理、车间配发料到成品入库，与 TMS 系统接口发货，全流程的数字化、智能化、全局化的管控效果，并具备低投入、贯穿收货、发料/货、配送、退料/货全流程管控、智能货架亮灯引导式作业等特点，达到灵活、高效、省人、省时、省空间等管理目标，有效解决传统仓库管理困扰，实现仓储智能化管理。

实施成效：①仓储人员缩减约30%；②备料效率提升约80%；③仓库面积减少约40%；④备料方法、效率的提升，生产换线时间缩短约 25%以上，生产效率显著提高。

通过以上数据对比，智能仓储系统实现企业仓库管理模式的变革，从传统的依赖仓管人员经验变成依靠准确数据进行实时精细化管理，使现场作业在线化，仓库透明化，有效提高公司运作效率、提升管理水平，提升企业的经济效益，增强公司的整体竞争力。特别对电子信息行业，推广空间大。

4.3 场景名称：仓储配送-精准配送

目前在制造业越来越重视工业制造的质量和效率，AGV是制造现场运输货物的得力助手，可以节约成本、准确度更高、稳定性更好、安全性更强，可以24小时不停歇工作，这不仅大大降低了人工成本，工作效率远比人工要高；还可保障员工作业安全，更大程度保障工人的工作安全性，提高车间物流配送实时性、流畅性和提升物流效率。自动导引运输车（Automated Guided Vehicle，AGV）如图6所示。

图6 自动导引运输车

实施成效：AGV 系统实现现场 24 小时不停歇工作，保障员工作业安全，在生产物流方面实现无人化、智能化，配送流畅，物流效率提升，同时也推动了各衔接系统的智能化改造，从而提升整个生产车间的自动化、智能化水平。导入 5G 技术后，应用更加广泛。

5 项目实施后的经济效益和社会效益

5.1 经济效益分析

项目实施后，最终实现生产效率提升20%、运营成本降低20%、产品升级周期缩短30%、产品不良品率降低20%、单位产值能耗降低15%。

通过本项目的实施，星网锐捷将为客户提供智能制造和工业互联网整体解决方案，根据具体需求集成相关软件和硬件产品，预计每年可以产生1 500万元收入。

5.2 社会效益分析

星网锐捷形成相关的智能制造和工业互联网整体解决方案，推向市场,助力“制造”转型“智造”，服务广大渴望赶搭智能制造“高速列车”的制造业企业。工业智慧物联平台将进一步提升制造企业工业互联网的实施、应用能力，解决自动化数据采集的行业痛点，解决行业共性问题，提升生产效率，降低生产成本，全面提高企业的盈利能力，特别对电子行业的制造企业将具有很好的借鉴和标杆示范作用。

6 结束语

星网锐捷从“建平台、用平台、筑生态”三方面共同推进，加快智能制造和工业互联网平台体系化升级，打造了新模式的智能化示范工厂。

一是“建平台”，星网锐捷通过研发相关软件和硬件，打造一个适用于网络通信产品智能制造领域的工业互联网平台，实现了在该领域的深度两化融合创新，推进了网络通信产品智能制造领域的生产方式和产业形态创新变革。

二是“用平台”，星网锐捷产品线比较多，涵盖网络通信、交换机、云计算终端(瘦客户机)、支付终端、桌面云、无线接入、宽带接入、融合视讯、视频信息应用等各产品领域，星网锐捷将智能化工厂建设应用于集团所涉及产品及产业领域，摸索行业创新变革。

三是“筑生态”，星网锐捷发挥龙头企业的带头作用，带动产业链上下游企业深入智能化制造，推进该领域行业的快速发展，支持建设平台数据监测与运行分析系统，为行业提供产品数据分析和监测评价等服务，催生行业绿色高速发展。