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青島昌隆文具有限公司（以下簡稱“白雪文具”）是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的專業(yè)文具生產(chǎn)企業(yè)，連續(xù)多年被認定為中國輕工業(yè)制筆行業(yè)十強企業(yè)。公司主要生產(chǎn)“白雪”等品牌的系列文具，擁有自己的企業(yè)技術中心，涵蓋了模具設計制造、筆頭加工、墨水研發(fā)、設備制造等各方面。白雪作為國內(nèi)成立較早的制筆企業(yè)，較早在行業(yè)內(nèi)采用標準化管理模式，在產(chǎn)品技術標準及企業(yè)管理標準等方面取得了較大的成績，其產(chǎn)品業(yè)務遍及全國。 
      筆頭加工制造是制筆行業(yè)的關鍵技術，也是瓶頸技術；白雪文具的筆頭加工制造采用瑞士進口的專業(yè)筆頭加工設備，是整個企業(yè)業(yè)務流程的核心。目前面臨主要問題是：設備效率差，故障率居高不下，設備稼動率低，所有的產(chǎn)能統(tǒng)計、故障統(tǒng)計、生產(chǎn)信息統(tǒng)計等全部依靠人工記錄，時效性差且不準確；給企業(yè)生產(chǎn)運營造成極大的困擾，關鍵核心制程所面臨的問題急需解決。
      中國電信攜手山東恒遠智能科技有限公司共同為白雪文具進行企業(yè)問題的解決。中國電信利用現(xiàn)有資源，組織下屬單位上海理想、云計算分公司、物聯(lián)網(wǎng)分公司、各省電信公司等，并于2017年1月開始規(guī)劃、研發(fā)和建設翼聯(lián)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。該平臺充分利用中國電信的優(yōu)勢資源與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術，定位于跨行業(yè)、跨領域企業(yè)間數(shù)字化協(xié)作的綜合賦能平臺。
      山東恒遠智能科技有限公司作為項目的主要實施單位，聚焦于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)前沿技術研究，主要從事基于工業(yè)數(shù)據(jù)采集的制造信息化系統(tǒng)研發(fā)，專注于工業(yè)企業(yè)信息互聯(lián)建設與數(shù)據(jù)云端計算，利用基于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)仿真、數(shù)據(jù)分析等算法技術，為企業(yè)建設基于移動管理的數(shù)字云工廠整體規(guī)劃與實施，對企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉(zhuǎn)型升級提供有利支持。

一、項目概況

筆頭加工制造數(shù)據(jù)采集與設備管家工業(yè)微應用項目，基于電信工業(yè)PON網(wǎng)絡，通過恒遠智能科技的智能數(shù)采終端，對筆頭加工設備的數(shù)據(jù)進行采集，并對數(shù)采數(shù)據(jù)通過工業(yè)軟件和工業(yè)APP微應用進行統(tǒng)計分析應用。

圖1  筆頭和筆頭加工設備
 

1. 項目背景
（1）行業(yè)背景
作為制筆行業(yè)的核心制程------筆頭加工制造，也是白雪文具的關鍵技術。筆頭關鍵部位的尺寸精度要求在兩個微米，表面粗糙度要求為0.4微米，在筆頭最頂端的地方，厚度僅有0.3到0.4毫米。進行如此高精度的加工，既要容易切削，加工時還不能開裂，這對不銹鋼原材料以及加工設備技術提出了極高的性能要求。長久以來，我國筆頭加工所用原材料（筆尖鋼）以及多工位筆頭加工設備，一直依賴進口。一邊面對著鋼鐵產(chǎn)能過剩，一邊還要進口筆尖鋼，筆頭的加工一時間成為舉國關注的產(chǎn)業(yè)難題。直到2016年，經(jīng)過5年的努力，太鋼集團實現(xiàn)了筆尖鋼的批量生產(chǎn)，解決了原材料依賴進口問題。但是，筆頭加工設備技術依舊是行業(yè)難題，依賴從日本、瑞士等國家進口。
筆頭加工不僅是企業(yè)的核心制程，也是行業(yè)發(fā)展的痛點；采集筆頭加工設備數(shù)據(jù)并進行分析應用，解決筆頭加工效率低下問題，提高設備利用率，有助于提升整個筆頭加工行業(yè)的技術水平，為筆頭設備的國產(chǎn)化，提供大數(shù)據(jù)支撐。
（2）企業(yè)背景
白雪文具筆頭加工制造目前面臨以下幾個突出問題和潛在需求：

1. 設備效率差，昂貴的設備未能充分發(fā)揮作用，使得生產(chǎn)成本高；

2. 設備故障率高，設備稼動率低，嚴重影響生產(chǎn)進度；

3. 產(chǎn)能統(tǒng)計、故障統(tǒng)計、生產(chǎn)信息統(tǒng)計等全部依靠人工記錄，時效性差且不準確，無法對設備、人員的生產(chǎn)效率進行有效評估，管理精細度差。

（3）項目可行性與資源優(yōu)勢
筆頭生產(chǎn)制造以設備加工為制造主體，所有的人員、物料、方法、工具等生產(chǎn)要素都要經(jīng)過以設備為單元構(gòu)成的加工中心，并且筆頭加工設備自動化智能化程度高，為項目的智能聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集提供了物理基礎。

2. 項目簡介
筆頭加工制造的數(shù)據(jù)采集與設備管家工業(yè)微應用項目，應用設備聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集、邊緣計算、數(shù)據(jù)分析等技術，以配備多種數(shù)據(jù)模型的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和分析應用系統(tǒng)為數(shù)據(jù)應用載體，以設備管家微應用APP作為數(shù)據(jù)采集以及數(shù)字化管理的重要延伸。項目整體規(guī)劃如下圖。

圖2  數(shù)據(jù)采集與分析應用項目整體規(guī)劃

 

其中一期規(guī)劃按照以下步驟實施：
（1）設備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集：應用恒遠科技的設備數(shù)據(jù)采集技術，基于車間級工業(yè)網(wǎng)絡，根據(jù)不同的設備接口與通訊協(xié)議設計數(shù)采方案，利用數(shù)采終端EverMonitor實現(xiàn)設備級的聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集。
（2）生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與分析應用系統(tǒng)：基于采集到設備狀態(tài)信息、故障信息、生產(chǎn)產(chǎn)能數(shù)據(jù)、品質(zhì)數(shù)據(jù)、刀具壽命等設備生產(chǎn)數(shù)據(jù)，搭建設備臺賬、設備管理、生產(chǎn)管理、品質(zhì)管理、刀具管理、報表管理等多個功能模塊與應用，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的綜合應用，實現(xiàn)設備生產(chǎn)信息的全方位監(jiān)控與智能分析，建立車間級的數(shù)字化管理平臺。
（3）設備管家APP微應用：結(jié)合筆頭加工設備的采集數(shù)據(jù)，開發(fā)設備管家APP微應用，隨時隨地掌握設備生產(chǎn)以及狀態(tài)信息。

3. 項目目標
（1）設備管理數(shù)字化：實現(xiàn)設備聯(lián)網(wǎng)，通過數(shù)采終端，實現(xiàn)設備狀態(tài)、設備生產(chǎn)數(shù)據(jù)等信息實時采集與掌握。
（2）生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化：基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與分析應用系統(tǒng)和設備管家APP微應用，將數(shù)采數(shù)據(jù)進行分析與可視化應用。
（3）刀具智能管理：通過監(jiān)控采集刀具振動，建立刀具負載變化曲線，建立刀具壽命以及磨損狀態(tài)預警模型，通過曲線變化，實現(xiàn)刀具壽命與磨損的自動預警，避免品質(zhì)異常。

二、項目實施概況

   通過對白雪文具筆頭加工制造廠的設備品牌型號、加工工藝、生產(chǎn)流程等信息的深入調(diào)研，結(jié)合現(xiàn)場痛點以及需求，設計規(guī)劃一期項目方案并展開實施。

1. 項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容

圖3  項目功能架構(gòu)

 

筆頭加工制造的數(shù)據(jù)采集與設備管家工業(yè)微應用項目總體架構(gòu)分為業(yè)務層、網(wǎng)絡采集層和應用層。
（1）業(yè)務層：對公司整個業(yè)務流程進行梳理，確認筆頭加工制造在整個價值流中與上下游之間的業(yè)務關系流程，進一步定義數(shù)字化匹配的標準業(yè)務流與工藝流、過程流，進行由上而下的公司級、工廠級、車間級、工位級的流程標準化。
（2）網(wǎng)絡采集層：基于工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)總線等通信協(xié)議，4G網(wǎng)絡、NB-IOT等無線通信協(xié)議將設備接入網(wǎng)絡；通過EverMonitor網(wǎng)關進行加工參數(shù)、設備狀態(tài)、故障分析與預警等實時數(shù)據(jù)的采集，內(nèi)部集成了多種采集協(xié)議，兼容ModBus、OPC、 CAN、 Profibus 等各類工業(yè)通信協(xié)議和軟件通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一，另一方面基于網(wǎng)關的內(nèi)置高性能芯片與處理系統(tǒng)，能夠?qū)?shù)據(jù)從邊緣側(cè)、傳輸?shù)皆贫耍瑢崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程接入。
（3）應用層：基于白雪文具筆頭加工制造的車間需求，建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與分析應用系統(tǒng)及設備管家APP微應用，實現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)集成與應用。

1. 根據(jù)采集數(shù)據(jù)，基于筆頭加工制程需求，建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集平臺與分析應用系統(tǒng)。

2. 基于生產(chǎn)產(chǎn)量、設備狀態(tài)等特定場景，深度挖掘數(shù)據(jù)價值與用戶行為分析，開發(fā)移動端的設備管家APP微應用服務，如設備狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)產(chǎn)能、設備報修、刀具更換等。

3. 全面可視化，建立車間生產(chǎn)看板，實時展示各設備產(chǎn)能達成情況；構(gòu)建移動端領導駕駛艙，隨時隨地查詢展示設備狀態(tài)以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

2. 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡架構(gòu)

將筆頭加工制造設備通過交換機進行局域組網(wǎng)，利用恒遠數(shù)據(jù)采集終端與組網(wǎng)設備進行鏈接，通過內(nèi)置協(xié)議與PLC進行通訊，清洗需求數(shù)據(jù)，利用網(wǎng)絡傳至本地服務器。設計建立數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進行清洗與分析計算。搭建具備設備臺賬、設備管理、生產(chǎn)管理等多個功能模塊與應用的web系統(tǒng)和設備管家微應用APP，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的應用與展示，隨時隨地查看生產(chǎn)狀況。

3. 生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與分析應用系統(tǒng)
生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與分析應用系統(tǒng)主要包含系統(tǒng)管理、刀具管理、設備管理、生產(chǎn)管理、品質(zhì)管理、生產(chǎn)看板、報表管理七大功能模塊。主要是對數(shù)據(jù)采集的設備狀態(tài)信息、故障信息、生產(chǎn)產(chǎn)能信息、品質(zhì)信息等進行分析與應用。

圖5  系統(tǒng)界面首頁

（1）設備管理模塊，包含設備臺賬和設備狀態(tài)管理兩個子菜單，通過采集設備狀態(tài)信息，實時掌握設備的運行、故障、關機、待機狀態(tài)，并通過數(shù)據(jù)分析與邊緣計算，分析出設備的運行率、設備故障分布等供運營決策參考。

圖6  設備管理界面

 

（2）生產(chǎn)管理，包含生產(chǎn)進度管理和生產(chǎn)效率兩個子菜單。將數(shù)采產(chǎn)能數(shù)據(jù)進行分設備統(tǒng)計，按照日期和小時計算產(chǎn)能趨勢，產(chǎn)能異常一目了然。

圖7  生產(chǎn)管理界面

 

（3）品質(zhì)管理，采集不良數(shù)量及不良項目信息，按設備統(tǒng)計分析產(chǎn)品良率以及趨勢，為品質(zhì)異常追溯提供依據(jù)。

圖8 品質(zhì)管理界面
 

 
（4）生產(chǎn)看板，實時展示設備狀態(tài)信息和生產(chǎn)信息，為現(xiàn)場管理者提供有效直觀的決策依據(jù)。

圖9  生產(chǎn)看板界面

 

4. 設備管家APP微應用
深挖數(shù)采數(shù)據(jù)價值，設計開發(fā)移動端APP微應用。設備管家APP微應用包含設備狀態(tài)監(jiān)控、設備維保管理、 生產(chǎn)管理、刀具管理、品質(zhì)異常管理、領導駕駛艙六個模塊，便于管理者隨時隨地查詢和了解現(xiàn)場發(fā)生的情況，為管理決策提供便利。

圖10  設備管家APP微應用界面
 

5. 刀具智能管理

圖11   刀具磨損

 

刀具磨損引起筆頭加工品質(zhì)不良，不及時發(fā)現(xiàn)會導致批量品質(zhì)異常。通過監(jiān)控采集刀具振動數(shù)據(jù)，建立刀具負載變化曲線，刀具壽命以及磨損狀態(tài)預警模型；結(jié)合曲線變化，在web端實現(xiàn)刀具壽命與磨損的實時監(jiān)控，通過移動端實現(xiàn)刀具到壽和磨損的預警推送，并進行換刀記錄的錄入。通過實時的動態(tài)監(jiān)控和智能預警，預防和避免批量品質(zhì)異常的發(fā)生。

圖12   刀具壽命監(jiān)控與預警
 

三、下一步實施計劃

1. 生產(chǎn)數(shù)據(jù)全面采集
橫向展開建立各價值流的設備數(shù)據(jù)采集與應用分析，分階段、分區(qū)域進行全面部署，實現(xiàn)工廠業(yè)務層的生產(chǎn)數(shù)據(jù)全面采集。

2. 縱向信息流的功能深入
選取一個完整制程作為樣板車間，擴展功能軟件模塊功能，進行縱向信息流的功能深入。搭建車間層面的數(shù)字化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化車間綜合集成應用管理平臺。

圖13  項目遠期規(guī)劃

 

3. 建立筆頭加工行業(yè)的大數(shù)據(jù)平臺
筆頭加工制造行業(yè)，面臨筆頭原材料和加工設備依賴進口兩大難題。 目前，制造筆頭的易切削不銹鋼已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，但是多工位筆頭專用加工設備的制造技術基本由國外企業(yè)所壟斷，以進口為主。為了提升國內(nèi)筆頭制造的核心技術水平，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術，建立筆頭加工的行業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，建立筆頭加工制造的運維監(jiān)控中心，努力提升設備利用率，降低設備故障率，實現(xiàn)筆頭加工資源和信息資源的最大化利用。

四、項目創(chuàng)新點和實施效果

1. 項目先進性及創(chuàng)新點
（1）業(yè)務層設備智能聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集
基于恒遠科技的智能數(shù)采終端EverMonitor的設備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)采技術，設計多協(xié)議、多設備的標準化集成采集技術方案。實現(xiàn)設備聯(lián)網(wǎng)并實時監(jiān)測多工位筆頭加工設備的設備狀態(tài)、生產(chǎn)產(chǎn)能、刀具壽命等，實現(xiàn)實時監(jiān)控和預警。
（2）基于微服務架構(gòu)的工業(yè)級APP微應用
結(jié)合采集數(shù)據(jù)，基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與分析應用系統(tǒng)，深度挖掘數(shù)據(jù)價值與用戶行為分析，開發(fā)基于微服務架構(gòu)的工業(yè)APP微應用，可獨立部署，客戶根據(jù)需求進行靈活調(diào)用，如設備狀態(tài)監(jiān)控APP，可遠程實時監(jiān)控設備運轉(zhuǎn)狀況；設備維保APP，實現(xiàn)設備故障報修、維修，保養(yǎng)計劃落實的全程記錄與跟進；生產(chǎn)管理，不用親臨現(xiàn)場，隨時掌握設備生產(chǎn)數(shù)據(jù)與產(chǎn)能達成狀況等。
（3）筆頭加工制造行業(yè)大數(shù)據(jù)平臺
進行行業(yè)數(shù)據(jù)與資源整理，建立筆頭加工制造行業(yè)的大數(shù)據(jù)平臺，為筆頭加工制造行業(yè)內(nèi)的企業(yè)提供資源接口、數(shù)據(jù)存儲和大數(shù)據(jù)分析服務。實現(xiàn)了設備、人員、物料等資源要素的橫向網(wǎng)絡化集成，為筆頭設備的國產(chǎn)化提供數(shù)據(jù)支持，提升國內(nèi)筆頭制造的核心技術水平。

2. 實施效果
項目經(jīng)過兩月的實施，筆頭加工制造的設備稼動率和管理效率得到有效提升，生產(chǎn)成本明顯降低。
（1）提升設備稼動率
通過設備狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集，可以有針對性的解決影響設備稼動率的問題，提高了設備異常處理的時效性。設備故障率由25%降低到10%以內(nèi)，設備稼動率由65%提升至80%。
（2）提升筆頭良率
    通過產(chǎn)品不良數(shù)據(jù)的采集，分設備統(tǒng)計分析筆頭良率以及不良項目，提高品質(zhì)異常追蹤的可靠性和及時性。筆頭產(chǎn)品良率由99.74%提升至99.98%。