03 彩色滤光片智能车间试点示范——上海仪电显示材料有限公司
一、项目实施背景与状况
本项目在上海仪电显示材料有限公司（以下简称“上海仪电”）原有信息化的基础上，通过物联网与新兴信息技术结合工业系统，形成工厂智能、决策智慧的智能制造协同示范效应。借助物联网和大数据的技术及手段，以透明化为目标，将现场各种设备组成智慧网络，打通生产现场与运作控制的壁垒，打造领先的“智能工厂”，探索实现融合虚拟现实的智能供应链，建立电子信息产品横向、纵向和“端到端”集成系统，并形成智能协同制造示范应用、智能工厂实施评价模型和工业互联网实施方法论。项目建成后，有效提升了企业的精益制造能力、全面管控能力、高效协同能力和快速反应能力。
二、项目主要实施内容
本项目将围绕彩色滤光片全生命周期管理的需求，通过建设以信息技术深度嵌入的智能装备为基础的、面向精益制造的智能车间建设，实现在全球化环境下企业内部资源的集成和对外部资源的最佳利用；满足用户定制化的需求，促进制造企业的业务过程、组织结构与产品结构的调整；支持企业向“高、精、专”智能制造转型升级。具体内容包括以下几个方面。
（1）面向智能制造的智能车间建设，奠定智能制造的基础和提升柔性敏捷生产。
（2）基于数据挖掘技术的工艺质量先进控制，提升良品率和工艺防控能力。
（3）面向智能制造的现代集成制造系统（CIMS）应用，实现自动化生产和实时调度。
（4）智能车间互联互通的异构网络，保证数据的实时采集、传输和提升管理效率。
（5）建立互联互通的透明工厂，提升企业的“两化”深度融合。
如图3-1所示为上海仪电的电子信息显示材料智能制造试点示范整体架构。
图3-1 上海仪电的电子信息显示材料智能制造试点示范整体架构
本项目采取的主要措施如下所述。
1.面向智能制造的智能车间建设
上海仪电智能车间采用精益生产的U形单元细胞设计。在工厂总体设计、工程设计、工艺流程及布局建模的基础上，应用智能定位识别自动生产线、车间智能化仓储运输、统一管道供给能源、自动排产与执行管控，以及自动在线检测和数字化工艺品质管控等智能化生产装备与手段，实现业内领先的智能化制造模式。如图3-2所示为上海仪电智能车间总体架构。
图3-2 上海仪电智能车间总体架构
2.基于数据挖掘技术的工艺质量先进控制
针对彩色滤光片的“7天×24小时”连续自动化生产，能够满足定制化按单生产，生产线每小时可产生的数据约20万个，生产过程数据采集率大于90%，生产节拍小于44秒。针对人员异常紧急应对和质量管理在线能力要求高的特点，开发了面向快速生产节拍的基于数据挖掘技术的工艺质量先进控制异常预防系统，包括数据采集、数据挖掘、警报管理和知识管理。上海仪电在不增加投资、不增添抽检设备的前提下，通过工艺质量先进控制系统的实施，使产品良率提升了10%。如图3-3所示为上海仪电的工艺异常预防体系功能树。
3.面向智能制造的现代集成制造系统（CIMS）应用
上海仪电从2010年开始，以精益方法为指导，规划和实施包含MES的CIMS（见图3-4），主要关注生产自动排产、自动传送和搬运的车间物流、自动在线检测的质量管理及与现场设备的互联互通集成与管理，以CIMS为生产指挥中心形成标准工作流程。经过在应用中反复验证和二次开发，目前已打造出满足自身需要的CIMS，主要包括生产管理执行系统、自动化控制物流系统、品质管控系统、在线实时生产任务调度系统等。
图3-3 上海仪电的工艺异常预防体系功能树
图3-4 上海仪电的CIMS架构
4.建立互联互通的智能车间异构网络
上海仪电的智能车间存在大量的异构设备（AGV、机器人、加工过程监控装置、机床、物流信息采集系统、零件质量测量机、立体仓库及生产管理和物流系统等），实现异构设备的可靠通信传输，是实现车间智能化的关键。为此，在智能车间的自动化设备集成网络建设方面，上海仪电充分考虑了异构设备的接口、数据传输速度、可扩展性和可靠性。智能车间（洁净室）涉及大量的自动化设备、智能设备和传感器，并集成车间管理系统，实现全自动生产，同时兼顾能源管理。因此，智能车间（洁净室）的网络以异构方式连接，主要包括光纤网、物联网、以太网、互联网。
在智能车间的自动化设备集成网络建设方面，形成了智能车间加工过程实时监控网络；通过车间总线保证了异构设备的可靠通信传输，实现了数据高速、可靠、实时传输及其可靠性，为实现车间智能化奠定了基础；通过物联网技术实现自动定位、自动识别、自动反馈、自动搬运、自动传输、自动解包、自动包装、自动加工的生产模式；通过建立较为完备的信息系统保密管理制度、信息系统的各种策略文档、程序文件，并配置了较为完善的技术防范手段，有效地保证了公司商业秘密的安全。如图3-5所示为上海仪电的电子信息显示材料智能制造装备互联互通。
图3-5 上海仪电的电子信息显示材料智能制造装备互联互通
5.建立互联互通的透明工厂
基于上海仪电自动化生产、产品生产节拍快和离散生产的特点，对人员的快速反应和应对能力提出了特别高的要求。因此，数据互联互通、可视化是减少因信息误传产生损失的有效方式。
（1）建立覆盖工厂各个层级的信息可视化平台（设备可视化、工序可视化、现场可视化、全工厂可视化），将不明状况数字化并通过关键KPI展示。
（2）通过将各种信息系统集成，展示能耗、生产、质量、设备和成本信息。
（3）通过设备可视化（见图3-6），显示设备所处位置、型号、厂家，以及连续生产时间、能耗状态、生产数量、当班良品率等。
图3-6 上海仪电设备可视化示意图
（4）通过工序可视化（见图3-7）显示生产线稼动状态、连续生产时间、生产数量推移、稼动率、废弃率及能耗等。
图3-7 上海仪电工序可视化示意图
（5）通过车间可视化（见图3-8）显示车间整体情况，如待加工品积压滞留、设备状态、能源消耗、材料消耗、物流移动等情况，发现生产瓶颈。
图3-8 上海仪电车间可视化示意图
（6）通过企业经营可视化显示销售状况、订单执行状况、整体能耗状况、库存状况、设备能效、各项成本、财务KPI及环境状况等。
三、实施成效
本项目于2018年年底实施完成，大幅度提高上海仪电的自主开发能力，新研发产品平均每年增加20件，新增知识产权5项/年，研发周期平均缩短3天。通过智能车间建设，实现对整个生产过程的精益管控，大大提高产品制造过程的质量、物流、生产管控程度，企业研制周期缩短20%，生产效率提高20%，产能提升5%，不良品率降低5%，整体运营成本降低20%。同时，通过先进的生产管理与节能控制技术，使生产节能7%。
四、实施经验
（1）创造了电子消费类产品按单生产、多批次、小批量、零库存的自动化生产模式，为个性化定制离散型柔性敏捷生产提供了借鉴。
（2）在国内首次建成彩色滤光片的智能制造智能化车间，大大提升了国产彩色滤光片生产的智能化水平，为相关产业转型升级的方法和路径提供经验参考，从而推动和促进本领域内智能制造转型升级的发展进程。
（金新、魏凤荣 供稿）