摘要：河南许继仪表有限公司通过将智能电表生产的自动化设备与信息化管理有机融合，工厂实现了数字化管理，少人化操作，同时通过导入制造执行系统（即MES），大大提升了制造水平和生产效率，为公司创造了可观的经济效益和社会效益。
关键词：数字化；信息化；自动化；MES；传感器
一、项目背景
河南许继仪表有限公司自2010年自主研制开发了河南省首条智能电表自动化生产线，2014年底结合“中国制造2025”行动纲领，将信息技术、自动化技术和制造工艺进行集成与融合，率先在本行业实现了从组装工序到包装工序的全过程自动化。许继仪表是2016年河南省智能制造试点企业之一；公司承担了国家智能制造标准化体系建设—电能表智能制造标准化建设和试验验证平台建设任务。
二、智慧工厂建设内容与措施
电能表数字化车间通过条形码、RFID和产品内标示码等多种识别技术的综合运用，实现了柔性生产；工艺数据自动采集率达95%，工艺管理基本实现网络化执行；利用生产数据平台建立了质量信息管理系统实现质量问题实时报警，通过上岗管理、设备管理、物料批次管理、生产环境数据采集等模块，以及电表唯一标识码，建立产品质量信息追溯体系；通过通过制造执行系统（Manufacturing Execution System，简称MES）与自动导引运输车（Automated Guided Vehicle，简称AGV）协同，实现物料配送，成品搬运自动化；通过MES系统和与企业资源计划系统（Enterprise Resource Planning，简称ERP）系统集成，实现订单全生命周期管理；通过MES系统与产品生命周期管理（Product lifecycle Management，简称PLM）集成，实现设计与生产联动，以及产品全生命周期管理。
许继仪表面向电力装备制造企业敏捷制造、柔性制造和精益制造的核心需求，依托国内外成熟技术，重点提升数字化制造执行管理解决方案服务能力。从销售订单信息集成、制造过程控制、设备底层数据采集与自动控制、制造资源配置优化、产品质量控制和制造过程辅助决策支持等6个方面着手，实现车间生产管理和调度执行的数字化和智能化。
车间设备运行状态数据通过网络实时传入MES系统，MES系统依据设备运行标准和要求，对指标参数的监控结果进行分析和判定，对有异常变化趋势的情况进行预警，对发生异常或故障的情况进行报警。预警和报警信息按照异常等级与类型及时通知到相应的设备维护人员，并采用多种形式相结合的通知方式，包括现场监控屏幕显示、报警灯声光报警、系统级消息通知、短信通知等。如果规定时间内无人对报警信息进行相应，系统自动给上一级人员发送报警信息。
利用三维可视化分析工具，对故障现象进行原因分析，为设备维护人员提供故障诊断方案。基于日常故障处理经验，建立并维护故障案例库和处理经验库，为故障处理人员提供故障解决方案。车间设备运行状态数据通过网络实时传入MES系统，MES系统依据设备运行标准和要求，对指标参数的监控结果进行分析和判定，对有异常变化趋势的情况进行预警，对发生异常或故障的情况进行报警。预警和报警信息按照异常等级与类型及时通知到相应的设备维护人员，并采用多种形式相结合的通知方式，包括现场监控屏幕显示、报警灯声光报警、系统级消息通知、短信通知等。如果规定时间内无人对报警信息进行相应，系统自动给上一级人员发送报警信息。
车间作业计划根据销售订单要求，以及电表生产工艺制定作业计划，需要通过计算车间设备信息、人员上岗信息、物料齐套信息等信息数据，自动进行作业计划排产，形成作业计划发送给MES系统执行；若已有作业计划未按时完成，系统会重排作业计划，以满足生产的要求。另外，排产生成的作业计划也会反馈影响因素，比如，设备维护保养计划，人员请假、公休等影响因素。
车间的物料投放、产品产出数据采集主要由MES系统完成，物流传送是依据车间计划与调度指令，由AGV小车完成。
MES系统根据生产计划，生成产线所需物料清单，指示仓库进行配料。物料最小包装贴有物料标签，包含物料名称，型号规格，生产厂家，批次，生产日期等信息，由配送人员通过手持终端进行采集，并放置在AGV码头，由AGV配送至线边。
电表包装时MES系统自动采集电表铭牌上的唯一标识码，并与包装箱的箱号进行绑定，记录到MES系统。当成品堆满时，系统自动通知AGV小车前来运走，并指示放置到空闲库区。同时MES系统自动给ERP系统进行生产报工。
生产调度处理的异常情况主要包括：市场需求波动引起的紧急订单，下达到车间成为紧急插单，影响已安排的其它正常生产计划，需采取相应措施满足计划要求，并计算对已排生产计划的影响程度；生产计划已安排或投产后，发生客户临时变更订单要求；生产过程中进行质量检验发现不合格情况，导致返工返修；设备故障、人员缺岗等异常情况。
数字化车间的生产调度模块根据实时获取的生产进度、各生产要素运行状态，以及生产现场各种异常信息等，可以进行快速反应，及时处理作业排产中无法预知的各种情况，保证生产作业有序、按计划完成。获取生产现场状况的方式包括设备实时数据，通过数字化工位、可视化管理系统获取的各种生产过程信息。
每只电表具有唯一标识（客户资产号或者出厂编号），标示以条形码、二维码、RFID为载体，在需要进行标示采集的工序，使用工业摄像头，电子标签天线等设备进行标示自动识别，并传入产线总控系统和MES系统，供生产调度使用。
AGV小车使用激光导引和磁导引两种方式。激光导航AGV小车具有激光发射、接收系统，可以根据自动识别的激光条指示其前进路线；磁导航AGV小车具有磁感应器，自动识别路面铺设的磁条进行导航。
自动化生产线上每个电能表上面贴有唯一码，每个流水托盘上面带有固定的RFID卡，当流水托盘流经自动化线体扫描工位时，扫描装置自动获取电能表上的条形码和流水托盘上的RFID卡信息，两者绑定在一起构成了电能表的基本信息。
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自动化产线统实现了从PCBA的装配、自动焊接、自动测试、自动抽检、自动包装等，配合AGV运输车，实现整个产品从原材料备料到成品入库一系列生产过程的信息化及自动化。生产过程实时数据和产品在线状态可以通过自动化生产控制系统随时查询。
系统具有自动抽检功能，系统可以根据预先设定好的抽检方案进行抽检。电能表检测完成后，电能表将重新通过设置的返回通道进入预先设定的抽检设备进行重新检测，抽样方案由系统预置，也可以通过人工设定，不仅可以对首次不合格的电能表进行复检，缩短软性故障表的返修流程，也可以随时监控检测设备的状态，保障产品质量的稳定性。
三、MES系统的应用
MES系统实时采集电表制程数据，通过对故障电表的故障数据分析，融合多种监控标准和统计算法对质量指标进行综合运算，判断是个性问题，还是批量问题，是元器件问题，设计问题，加工班组问题，还是生产设备问题。对于个性问题，将故障数据入库，供制程维修人员进行维修时使用。对于批量问题，实时进行报警，并根据批量问题严重等级，上报不同的管理层级
MES系统基于实时采集海量电表质量数据所呈现出的总体趋势，利用以预防为主的质量预测和控制方法对潜在质量问题发出警告，以避免批量质量问题的发生。采用统计过程控制（SPC）工具进行监控为例，其具有八种标准的判异准则，可以基于判异规则对质量数据进行进行监视，对发现的异常情况应予以及时预报警与处理。系统根据问题严重等级，上报不同的管理层级。支持现场声光报警，管理人员移动端实时报警等方式。
针对生产过程中发现的质量缺陷，系统支持PDCA质量改进模型的闭环运行与管理，固化质量改进流程，提供质量异常原因分析工具，并不断积累形成完备的质量改进经验库。
四、智能传感器的应用
传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
我们公司根据被加工产品的特性及其在生产过程种的加工形态，选取相应的传感器类型。
（1）光电传感器
光电传感器主要用于非金属类产品的位置检测，为减少人为因素对光电传感器的干扰，我们选取漫反射型，感应距离小于30mm的光电传感器，用于单件流线体上塑料壳体的位置检测。
（2）电感式传感器
产品在自动化线体上以流水托盘为单位进行流转，自动化线将以流水托盘为基准进行定位并对其上产品进行加工，因此对位置的要求更为精准，因此我们选用电感式传感器，感应距离小于4mm，以满足自动化加工设备对流水托盘初定位的要求。
（3）温、湿度传感器
电能表作为一种度量衡器具，为保证其测量精度，在加工过程中需要严格控制环境的温湿度，我们选取温湿度传感器对加工现场环境进行实时检测，同时反馈到空调控制系统，用于对现场温湿度调节。
（4）电子标签RFID
根据电表产品特点，仪表公司自动化生产线的采用流水线方式，流水线线上配置托盘承载电能表，每个流水托盘上面固定6只电能表，每个电能表上面贴有唯一码，每个流水托盘上面带有固定的RFID卡，当流水托盘流经自动化线体扫描工位时，扫描装置自动获取电能表上的条形码和流水托盘上的RFID卡信息，两者绑定在一起构成了电能表的基本信息。
每只电表铭牌上具有全局唯一的序列号，此序列号会做为电表生命周期的唯一标示，用于其生产制造过程管理，质量追溯，服务维修等。
一般客户会对所采购电表规定唯一资产编号，如果客户未规定资产编号，公司根据电表实际生产年月加6位流水号做为出厂编号。同时电表芯片中会写入此唯一序列号，可以通过485，载波等通讯方式读取此序列号
结束语：智能化改造，能为公司带来显著的经济效益和社会效益，具体内容如下：
（1）生产效率提升
通过数字化车间建设，固化精益管理的思想和理念，生产流程更加合理，信息流、物流将更加顺畅，在原有基础上生产效率提升50%以上，节省操作人员50%以上，人均日产量再提升3倍以上。
（2）提升产品质量
电表交付合格率由之前的99.5%提高到99.99%，达到4.2σ（不良率32ppm）质量水平。
（3）缩短运营周期
运营周期由之前的280天，缩短至120天，提升企业整体效益30%以上。
（4）提升客户满意度
通过缩短交货周期，提高交付合格率，提高电表运行合格率等，较之前极大提升了客户满意度。
（5）初步实现协同制造生产模式
发展创新协同制造生产模式，通过与上下游相关企业的信息互联实现信息共享，上游企业及时了解下游企业及用户需求，下游企业及时了解上游企业的供给状态协同制造生产模式得以顺利实施。企业库存大量减少，企业资源得到充分利用，同时通过企业间横向信息互通，也利于企业及时了解供给需求，促进企业共同发展。
（6）电表制造行业全国前茅
目前许继仪表的电能表智能车间在河南省电表制造行业内处于绝对领先地位，在全国电表制造行业处于前5名，基本代表国内电表制造行业的最高水平。
论文作者:陈淘,易鑫,郝长征,张千身小
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：电表论文; 系统论文; 信息论文; 托盘论文; 作业论文; 车间论文; 计划论文; 《电力设备》2018年第19期论文;