本文為“2017年度中國兩化融合暨智能制造應(yīng)用領(lǐng)先暨最佳實踐獎”參評案例。本次活動將評選出2017年度，為中國兩化融合暨智能制造領(lǐng)域帶來突出效益的最佳實踐工程，全面介紹企業(yè)推進兩化融合或者智能制造的步驟、重點與難點、獲得效益等，分享建設(shè)過程中的經(jīng)驗，供廣大制造業(yè)行業(yè)企業(yè)學(xué)習(xí)供鑒。

一、企業(yè)簡介

南京南瑞繼保電氣有限公司總部位于南京江寧開發(fā)區(qū)，員工人數(shù)有2300多人，主要從事電力保護控制、智能電力裝備、工業(yè)控制系統(tǒng)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，是國家能源局“國家能源電力控制保護技術(shù)研發(fā)(實驗)中心”依托單位，國內(nèi)電力保護控制領(lǐng)域最大的科研和產(chǎn)業(yè)化基地，全球五大繼電保護設(shè)備供應(yīng)企業(yè)之一。公司高壓繼電保護、直流輸電控制保護等產(chǎn)品在國內(nèi)市場占有率超過40%，海外已覆蓋90多個國家和地區(qū)，成功實施了城市綜合能源互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)和園區(qū)能源管控系統(tǒng)、城市綜合管廊集中監(jiān)控、軌道交通監(jiān)控系統(tǒng)等項目。

圖1南京南瑞繼保電氣有限公司

二、企業(yè)兩化融合暨智能制造應(yīng)用總體現(xiàn)狀

南瑞繼保在業(yè)內(nèi)率先上線SAP、MES、WMS、MIS等信息系統(tǒng)，并結(jié)合上述信息系統(tǒng)功能，廣泛應(yīng)用自動化生產(chǎn)、測試、物流設(shè)備，向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化制造模式探索；側(cè)重于人機互動、智能生產(chǎn)物流、智能服務(wù)，管理產(chǎn)品從產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)實施直至技術(shù)服務(wù)的全生命周期。近年來，公司先后承擔(dān)了工信部強基工程項目，獲得江蘇省示范智能車間認定，被列入南京市首批智能工廠建設(shè)計劃。

三、參評兩化融合暨智能制造項目詳細情況介紹

1、項目背景介紹

由于項目實施單位特點為多類型、小批量的生產(chǎn)測試，生產(chǎn)過程涉及板卡外接端子的多樣性、裝置配置的多樣性、測試項目的多樣性，導(dǎo)致板卡及裝置的功能測試需要人工手動測試，工作強度大，效率低，另外測試過程狀態(tài)的監(jiān)控、測試結(jié)果的輸出、測試數(shù)據(jù)的存儲以及質(zhì)量追溯等問題也亟待解決。

2、項目目標(biāo)與實施原則

基于南瑞繼保的現(xiàn)狀分析以及功能測試的需求匯總，主要目標(biāo)如下：

1）實現(xiàn)機器換人，通過引進工業(yè)機器人，將人員從簡單重復(fù)的勞動中解放出來。

2）精益生產(chǎn)原則：通過機器人搬運和軌道載具周轉(zhuǎn)實現(xiàn)單件流，考慮需求節(jié)拍和實際節(jié)拍間匹配，設(shè)計4個工作站并行測試，消除中間等待。

3）質(zhì)量為先原則：為保證產(chǎn)品一致性，產(chǎn)品試驗環(huán)節(jié)無人化，全部由工作站自動完成，避免人為錯漏檢測實驗。

4）系統(tǒng)嵌入式設(shè)計：在設(shè)計系統(tǒng)時考慮嵌入生產(chǎn)流水線，將生產(chǎn)環(huán)節(jié)和測試環(huán)節(jié)有機結(jié)合，實現(xiàn)單件流，提升生產(chǎn)效率，降低在制品庫存。

5）測試方式柔性化設(shè)計：項目實施單位屬于離散型生產(chǎn)模式，因此測試模式設(shè)計需兼容多品種，以確保系統(tǒng)的適用范圍最大化。

6）過程數(shù)據(jù)需實時監(jiān)控，測試結(jié)果可追溯，便于后續(xù)的質(zhì)量統(tǒng)計與分析。

因此在測試系統(tǒng)的開發(fā)上，結(jié)合項目實施單位特點以及測試環(huán)節(jié)的管理要求，設(shè)計完成了一套符合自身生產(chǎn)測試模式的智能測試系統(tǒng)。在整體項目的實施過程中，從調(diào)研，設(shè)計方案，系統(tǒng)配置，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，系統(tǒng)培訓(xùn)，系統(tǒng)優(yōu)化，正式上線每一步都穩(wěn)扎穩(wěn)打，步步推進。

3、項目實施與應(yīng)用情況詳細介紹

智能測試系統(tǒng)重點實現(xiàn)測試的柔性化，主要從以下幾個子系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)：主要由SmartTester測試系統(tǒng)、上位機系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)以及PLC系統(tǒng)組成，通過各子系統(tǒng)與上位機系統(tǒng)通訊，實現(xiàn)整體系統(tǒng)的順暢工作。

圖2智能測試系統(tǒng)架構(gòu)圖

主要功能如下：

1）板卡及單裝置在線測試

較傳統(tǒng)的電力設(shè)備制造模式，智能測試系統(tǒng)將板卡及裝置的生產(chǎn)、測試兩環(huán)節(jié)有機融合，形成單件流，消除在制品庫存及周轉(zhuǎn)等待時間，有效縮短了產(chǎn)品周期。

圖3板卡及單裝置智能測試系統(tǒng)實物圖

2）上下料自動化

通過視覺系統(tǒng)配合機器人系統(tǒng)，精準(zhǔn)定位，實現(xiàn)機器人自動抓取產(chǎn)品至測試載具上，完成待測產(chǎn)品的自動上料；產(chǎn)品測試完畢后，根據(jù)輸出結(jié)果，機器人將產(chǎn)品放置在指定位置，完成產(chǎn)品的自動下料過程。

產(chǎn)品上下料的自動化，避免了由于人工取放可能引起靜電擊穿元器件的風(fēng)險，同時減少了人員工作強度，提高了轉(zhuǎn)運效率，杜絕了由于搬運可能造成的碰傷、砸傷的隱患。

圖4機器人自動上下料

3）測試自動化和柔性化

測試過程自動化：以產(chǎn)品二維碼為信息傳遞的唯一標(biāo)準(zhǔn)，視覺系統(tǒng)拍攝產(chǎn)品的二維碼，通過上位機解析出關(guān)鍵信息，通過TCP/IP以及485通訊協(xié)議傳輸給SmartTester測試系統(tǒng)，測試系統(tǒng)自動識別產(chǎn)品型號及電壓等級，自動調(diào)用對應(yīng)的測試程序，實現(xiàn)自動測試，杜絕了誤調(diào)試和漏調(diào)試的風(fēng)險，提高了調(diào)試穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。

測試過程柔性化：針對電力系統(tǒng)產(chǎn)品多類型、小批量的特點，對該系統(tǒng)的測試站進行了柔性化設(shè)計，兼容多種型號產(chǎn)品，通過解析產(chǎn)品二維碼，PLC系統(tǒng)根據(jù)解析結(jié)果自動選擇測試模塊以及測試模塊上的把座投退，省去了人工識別測試把座的工作；同時測試系統(tǒng)的測試站設(shè)置也十分靈活，可根據(jù)產(chǎn)品節(jié)拍及產(chǎn)品種類的變化，增減測試站的數(shù)量，便于后期的維護和擴建。

4）測試過程數(shù)據(jù)實時化

通過光電感應(yīng)開關(guān)，有效記錄測試過程中各節(jié)點的狀態(tài)，設(shè)備的效能以及訂單的完成情況等測試全過程信息，通過系統(tǒng)可以實時取得整個生產(chǎn)測試狀態(tài)等相關(guān)數(shù)據(jù)，隨時隨地掌握生產(chǎn)進度以及設(shè)備運行情況。

圖5智能測試系統(tǒng)電子看板

5）測試結(jié)果可追溯

對產(chǎn)品進行逐項功能性檢測后，保存測試結(jié)果，形成產(chǎn)品的測試報告，通過無線路由器上傳至服務(wù)器進行儲存；測試數(shù)據(jù)可通過產(chǎn)品型號、條碼信息、測試時間、測試工號及測試結(jié)果等多維度進行統(tǒng)計和查詢，為后續(xù)質(zhì)量的分析和追溯提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖6測試結(jié)果信息組網(wǎng)方式

3、效益分析

1）智能化測試，解決了測試環(huán)節(jié)依賴人工的情況，杜絕了因人為造成的漏調(diào)，錯調(diào)，靜電擊穿元器件等質(zhì)量隱患，用較少的人員實現(xiàn)更大的工作量，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量，也降低了人工成本。

2）柔性化智能測試，解決了電力系統(tǒng)多品種，小批量生產(chǎn)模式給產(chǎn)品測試帶來的瓶頸，能更快地響應(yīng)需求，整體生產(chǎn)效率提升了33%。

3）智能測試系統(tǒng)與生產(chǎn)流水線對接，解決了行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)和測試兩環(huán)節(jié)獨立存在的問題，消除在制品庫存，降低了運營成本。完善的質(zhì)量追溯功能和報表數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，解決了目前行業(yè)存在的追溯困難。

四、企業(yè)智能制造的未來發(fā)展規(guī)劃

第一階段：建立智能工廠標(biāo)準(zhǔn)，突破核心基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，實現(xiàn)關(guān)鍵制造裝備、生產(chǎn)線和生產(chǎn)車間的數(shù)字化和智能化。

第二階段：完成智能設(shè)備、智能生產(chǎn)線、智能車間的互聯(lián)，建成以智能制造裝備為基礎(chǔ)的數(shù)字化工廠。

第三階段：通過信息技術(shù)與制造的深度融合，建成真正意義上的智能工廠。