WISE-PaaS物聯(lián)網(wǎng)平臺案例-萬泰機電智能工廠 研華iFactory I.APP助力工廠實現(xiàn)智能化管理
研華科技成立于1983年，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的物聯(lián)網(wǎng)公司，工業(yè)電腦排行全球工業(yè)電腦市占率第一。在工業(yè)4.0蓬勃發(fā)展的當下，面對巨大的智能制造市場需求，研華從工業(yè)電腦的基礎(chǔ)以及軟件服務的積累，從自身工廠實踐應用出發(fā)，貼身為終端用戶打造可高度客制化的智能制造升級方案。尤其在金屬加工行業(yè)累積了數(shù)年經(jīng)驗，研華針對金屬加工業(yè)不同應用場景打造不同落地方案，并在各場景之間數(shù)據(jù)串流和數(shù)據(jù)分析可視化部分做了很大的著墨，讓工廠能快速享受智能升級之后，數(shù)據(jù)交互串流與效益分析所帶來的益處。
一、 研華WisePaas物聯(lián)網(wǎng)平臺
隨著工廠面對越來越多的客制化生產(chǎn)及快速交貨需求，企業(yè)對信息數(shù)字化及管理實時化的重視度日趨高漲。借由物聯(lián)網(wǎng)讓設(shè)備聯(lián)網(wǎng)“落地”，將原設(shè)備進行升級改造，讓生產(chǎn)對策更精準，讓現(xiàn)場的數(shù)據(jù)變得有價值，已成為大部分工廠管理者的需求共識。
1. 金屬加工行業(yè)的困擾
萬泰機電（昆山）有限公司是一家為汽車、醫(yī)療和液壓行業(yè)客戶生產(chǎn)汽車精密零件、工業(yè)設(shè)備精密零件、醫(yī)療設(shè)備精密零件、電腦周邊設(shè)備精密零件、液壓精密零件、通訊器材精密零件等的外商獨資的企業(yè)，公司擁有約300多臺車床和銑床設(shè)備，品牌多，型號多，車間面積大，設(shè)備運作信息化基礎(chǔ)較弱。車間內(nèi)信息采集和溝通仍依靠傳遞方式作業(yè)，無法即時檢視現(xiàn)場狀況和管理指標是否達標。設(shè)備采用人工經(jīng)驗判斷與管理、監(jiān)控，當異常發(fā)生時無法即時處理。設(shè)備沒有聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)也無法實時采集、分析，對于設(shè)備利用率、稼動率等沒有精確概念。投入成本和產(chǎn)能、產(chǎn)值的分析管理無法精確統(tǒng)計，導致管理、運營成本無法下調(diào)。人工模式進行刀具管理，刀具更換帶來的損失工時無法有效避免，刀具磨損帶來的品質(zhì)問題亦難以改善。面對日益增加的能耗費用，無法找到有效解決的方案來控管能耗使用。
2. 打造先進的車間級管理體系
以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)控設(shè)備實時狀態(tài)等資訊，通過研華先進的WISE-PaaS智能工廠物聯(lián)網(wǎng)平臺服務架構(gòu)，結(jié)合標桿化KPI管理看板和后臺數(shù)據(jù)分析，找到數(shù)據(jù)可視化方法，實現(xiàn)對機床生產(chǎn)狀態(tài)、主軸溫度、負載、刀具信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行采集，對NC程序代碼進行上傳和下載。通過可視化數(shù)據(jù)，進行設(shè)備綜合效率OEE的評估、機床報警信息統(tǒng)計分析、磨齒檢測和了解在制品WIP的分布。通過一目了然的了解所有機床狀態(tài)實時，及時調(diào)整生產(chǎn)計劃，提高稼動率。
二、實現(xiàn)從端到云的連接
研華以彈性的架構(gòu)設(shè)計、開放的系統(tǒng)平臺、良好的通信連接性、組態(tài)的方便性、便于維護和系統(tǒng)高可靠性等優(yōu)勢在眾多領(lǐng)域贏得了廣泛的信任，為管控一體化、能源優(yōu)化、綜合管理提供了高效的系統(tǒng)軟硬件平臺。依托于研華WISE-PaaS平臺軟件結(jié)合研華iFactory I.APP解決方案實現(xiàn)工廠搭建極具特色的智慧工廠解決方案。通過底層設(shè)備采集到云端數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)從端到云的連接。
1. 技術(shù)實現(xiàn)
（1）整體方案架構(gòu)
從底層數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)邊緣運算，并通過WisePaas Dashboard呈現(xiàn)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。初步擬定以車床車間和銑床車間為一期工程，提供開放式系統(tǒng)平臺，全面實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集，數(shù)位化智能管理等預期。在一期工程完成后，借助研華方案強大的可擴展性，在系統(tǒng)架構(gòu)上可彈性實現(xiàn)其他廠區(qū)車間的工程布建。
圖1 方案架構(gòu)圖
（2）戰(zhàn)情室系統(tǒng)可視化呈現(xiàn)及分析改善
戰(zhàn)情室平臺可以整合設(shè)備、產(chǎn)線、工廠廠區(qū)及集團等KPI信息操盤管理，經(jīng)由多維度數(shù)據(jù)分析，讓工廠管理人員從中挖掘數(shù)據(jù)價值，搭配WISE-PaaS Dashboard可視化系統(tǒng)，可有效管理設(shè)備狀態(tài)、稼動率、設(shè)備產(chǎn)能產(chǎn)量、工時、單位成本及能源成本分析等。通過系統(tǒng)的持續(xù)統(tǒng)計分析，將協(xié)助管理者發(fā)現(xiàn)異常與改善空間，持續(xù)優(yōu)化人機料法環(huán)各個環(huán)節(jié)，進而達成優(yōu)化。
圖2 物聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)圖
（3）車床/銑床數(shù)據(jù)采集及上云
通過在車床/銑床設(shè)備安裝數(shù)據(jù)采集模塊，實時監(jiān)測設(shè)備的運行、待機、調(diào)機、故障時間，從而獲知各設(shè)備的當前狀態(tài)、當前稼動率、班別稼動率比較、車間綜合稼動率及歷史趨勢。
圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖
圖4 車床/銑床設(shè)備運行稼動率實時管理
圖5 車床/銑床設(shè)備運行稼動車間看板控圖1
圖6 車床/銑床設(shè)備運行稼動車間看板控圖2
（4）工廠能源可視化管理：
透過電表聯(lián)網(wǎng)及區(qū)域配置，將能耗使用數(shù)據(jù)展現(xiàn)在可視化界面，即時發(fā)現(xiàn)能耗峰值和谷底、不合理能耗使用率等，消除人為浪費，擴大精實管理效益。
圖7 系統(tǒng)架構(gòu)圖
圖8 能源管理監(jiān)控圖1
圖9 能源管理監(jiān)控圖2
（5）刀具壽命管理
通過WebAccess/CNC可設(shè)置預警保養(yǎng)次數(shù)，并監(jiān)控刀具的累計使用次數(shù)，在到達界限值時及時預警通知保養(yǎng)，以減少更換時間，保障生產(chǎn)品質(zhì)。
系統(tǒng)架構(gòu)圖：
圖10 刀具管理控制圖
2. 卓越的系統(tǒng)特性
采用分布式部署，兼容性非常好，充分發(fā)揮各構(gòu)件的運算能力，將系統(tǒng)效能、處理速度發(fā)揮到極致，優(yōu)點與效益表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）穩(wěn)定性與開放性兼顧。
（2）各個子系統(tǒng)之間相互獨立相關(guān)性弱。
（3）項目風險低，實施周期短。
（4）系統(tǒng)投資回報率高。
3. 面向未來的解決方案
針對工廠設(shè)備的開放性與易擴展性需求，研華所提供的解決方案中整個系統(tǒng)均采用開放與易擴展的思路設(shè)計，無論是網(wǎng)絡的架構(gòu)、硬件的配置、通訊方式的選擇還是軟件組態(tài)編程都考慮了系統(tǒng)擴展的問題。系統(tǒng)的擴展是簡易、向上兼容、而且是模塊化的，用戶后續(xù)可以通過模塊化的方式，輕松實現(xiàn)其他功能的拓展，如生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES等。
三、價值成效
1. 平臺價值
? 加速轉(zhuǎn)移企業(yè)專業(yè)知識為軟件服務
? 研華提供維運泛用性平臺
? 研華提供平臺中心的邊緣模塊的鏈接模塊方案
? 適用于對資料隱私極度重視的企業(yè)
? 適用于IP 或網(wǎng)絡聯(lián)機需特定管控的企業(yè)
2. 應用成效
1、打通設(shè)備的信息孤島及不同系統(tǒng)間的溝通壁壘
iFactory APP解決方案是一個開放性結(jié)構(gòu),可通過WISE-PaaS軟件開發(fā)各產(chǎn)業(yè)應用程序。充分考慮了“智能+制造”兩個核心，在設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售、服務、資源要素、互聯(lián)互通、系統(tǒng)集成、信息融合、新興業(yè)態(tài)10大類能力成熟度考慮，將各種制造資源要素（人、機器、能源等）與制造過程（設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售和服務）等物理世界的實體接入到互聯(lián)互通的網(wǎng)絡環(huán)境下，對各種數(shù)字化應用進行系統(tǒng)集成，對信息融合中的數(shù)據(jù)進行挖掘、利用并反饋使制造過程和資源要素等得以優(yōu)化，推動組織最終達到個性化定制、遠程運維與協(xié)同制造的新興業(yè)態(tài)，也就是在不同系統(tǒng)之間獲取數(shù)據(jù)的價值。
圖11 WISE-PaaS數(shù)據(jù)交互圖
2、以實際效益檢核方案和平臺有效性
車床/銑床車間智能化改善效益 | |||
痛點 | 改善 | 效益 | |
1 | 設(shè)備狀態(tài)需要人力監(jiān)控,無直觀可視化管理,無法做稼動率管理。 | 以人員經(jīng)驗+IT程序設(shè)計功能為技術(shù),借由OT層采集,做全面的,自動化管控。 | 機臺機稼動率提升20%以上，單一機臺產(chǎn)出率提升。 |
2 | 設(shè)備無聯(lián)網(wǎng),無法獲取故障信息，必須通過巡檢或者人工上報得知。 | 設(shè)置信息及時預警信息到負責的工程師，快速有效的解決現(xiàn)場設(shè)備故障。 | 資訊當下及時傳遞，比原來提前3小時，實時預警與記錄，預警提速1小時通報。 |
3 | 能源管理無及時性可視化數(shù)據(jù)，無法分析能源消耗異常原因。 | 實時化信息，合理布置能源使用，讓能源管理更加迅速高效。 | 能源消耗資訊及時傳遞，能源使用量減少6%。 |
4 | 刀具剩余壽命由人工管理，無法提前預知，造成停機工時及品質(zhì)異常損失。 | 刀具壽命實時追蹤并加入系統(tǒng)管理。 | 提前獲知何時要更換刀具并做好準備，降低刀具異常導致的設(shè)備停機工時15%及未及時更換導致的品質(zhì)不良。 |
表3 解決方案改善效益表一覽
四、研華科技 攜手伙伴邁入工業(yè)4.0的數(shù)字化轉(zhuǎn)型
研華科技運用自身的軟硬件及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，透過設(shè)備聯(lián)網(wǎng)與能源管理，幫助萬泰機電從設(shè)備利用率提升到廠務能源管理，滿足了基本數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求，并將幫助客人將效益同步擴展到集團內(nèi)的其它廠區(qū)。
作為物聯(lián)網(wǎng)硬件供應商起家的研華，深知硬件基礎(chǔ)是一切智能升級的根本，但是隨著科技的發(fā)展，軟件的角色在讓硬件的功能加值，軟硬整合的方案也更加符合終端客戶的需求，于是研華在投入物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展洪流中也將自身的優(yōu)勢精進同時增加軟件實力，為客戶服務。
不同于新設(shè)備制造廠商的角色，研華的智能升級之路在于賦予老舊設(shè)備嶄新生命。如何透過研華自家的產(chǎn)品讓老舊設(shè)備開口說話成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)群智能制造部門的重要使命。從底層數(shù)據(jù)采集、協(xié)議開放、邊緣計算、傳輸、云平臺、工業(yè)APP分析到最終結(jié)果可視化等一連串流程，研華與集成商伙伴的合力都可以讓客戶的需求得到滿足。
原本從研華制造中心出發(fā)，以自身需求開始研發(fā)、實施、改進的智能升級方案，最后成為面向客戶的產(chǎn)品化項目方案，這其實是產(chǎn)銷者的概念（prosumer）。只有自己也親身經(jīng)歷，才能明白客戶的痛點，對癥下藥。從設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、能源管理、戰(zhàn)情室、電子作業(yè)指導書、智能組裝線等各種因應不同場景升級而產(chǎn)生的解決方案，都是研華本身的經(jīng)驗集成。
多年來研華科技從自身工廠出發(fā)，在臺北與昆山的板卡廠、系統(tǒng)廠、機箱廠實現(xiàn)了集團的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)與能源監(jiān)控，降低了運營成本，縮短了訂單交期，為公司帶來了實實在在的效益。公司更是響應國家智能制造2025的方針，投入人力與時間開發(fā)了適用于不同行業(yè)客戶的智慧工廠解決方案，努力將工廠信息化推展到各行業(yè)中，推動行業(yè)實現(xiàn)智能制造。
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