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                            醫療行業數字化車間建設成功案例

                            發布時間:2017-06-07 來源:金屬加工
                            關鍵字: 智能化改造

                              1項目背景

                              1.1 實施背景

                              本項目主要實施對象為某醫療器械制造有限公司A車間,開發完成一次性使用無菌注射器先進自動化生產線,涵蓋了從供料、注塑、組裝、包裝、滅菌等全部生產環節,包括中央供料控制、注塑機組管控、注射針組裝、移印硅化處理、注射器組裝、自動擺料、吸塑包裝等子系統,并實現了車間生產自動化控制,其生產工藝及生產線制造水平已達到國際先進水平。

                              1.2 客戶痛點

                              (1)A車間的自動化生產線運行雖局部實現了自動化運行,但各個生產工作設備(部件)仍獨立運行,處于“信息孤島”狀態,生產信息未實現采集和遠程傳輸。

                              (2)公司管理部門不能及時得到生產設備的實時生產狀況,不能及時作出科學的生產管理計劃及改進措施,對于現場實時生產過程缺乏集中監控,無法掌握關鍵工藝環節的作業情況,影響了公司生產效能的發揮。

                              (3)缺乏面向車間生產執行管理MES系統,未能實現車間生產計劃排產、設備運行可視化管理、設備管理、質量追蹤、報警統計、倉儲管理等。

                              (4)缺乏車間工控網絡安全防護措施,在車間網絡化集成的前提下,車間生產安全存在被攻擊的風險。

                              (5)原有ERP系統主要單純用于財務管理,沒有與其他企業管理系統進行有效集成。缺乏從設備控制層到企業管理層的網絡集成和數據信息共享,未能實現從制造決策、制造執行到現場控制的閉環控制。

                              1.3 目標效果

                              通過該醫械以數字化工廠(車間)為方向的流程制造試點示范項目建設,成功地將A車間主要自動化生產設備聯入企業局域網內,形成了涵蓋車間所有崗位所有生產設備的車間物聯網,全面消除了車間“信息孤島”,實現了生產數據的實時采集,達到中控室對全車間生產過程可視化透明管理;通過MES系統部署實現生產可視化管理、質量管理分析、設備資源管理和物料信息管理等功能;通過與ERP系統的集成,實現了企業信息的共享,顯著地提高了企業的管理水平。

                              2 解決方案及特點

                              2.1 系統框架

                              本項目以流程制造為方向,通過對A車間實施數字化、信息化、網絡化、智能化建設,對車間底層設備進行聯網集成,從而消除信息孤島,構建點-線-面一體化網絡架構,同時建設中央監控室,對車間現場數據進行集中采集和監控;

                              通過部署MES系統,實現生產過程的量化管理,成本和質量的動態跟蹤;通過MES和ERP的集成,實現從制造決策、制造執行到現場控制的閉環控制。與此同時,充分考慮工業控制信息安全防護,通過部署工業控制隔離網關,實現車間工業信息網絡的安全通信和生產的安全運營。

                              實現工廠的生產過程質量在線智能檢測、車間布局及生產情況三維實景展示、車間設備數據自動采集、A車間設備全網集成、辦公網與生產網邊界安全防護、車間生產執行系統部署、MES與ERP系統集成與信息共享、企業信息綜合展示、該輿情大數據分析等功能。

                              2.2 技術方案

                              2.2.1 工藝流程設計及仿真

                              A車間一次性無菌注射器生產工藝流程設計如圖2.1所示,生產工藝流程總圖如圖2.2所示。

                              圖2.1 注射器生產工藝流程

                              圖2.2 數字工廠(車間)生產工藝流程總圖

                              中央供料自動控制采用西門子人機控制,集中控制系統的除塵、輸送系統、報警等工作。注塑機組管控系統主要實現注塑機的聯網集成、狀態信息采集、配置信息管理、歷史作業信息存儲等功能。注射針組裝整個過程采用PLC自動控制,全線通過位置傳感器、限位開關、鎖保護、光電傳感器、CCD成像檢測等手段,實現了注射針組裝過程高度自動化連續無停頓控制。注射器外套絲印和硅油潤滑過程全部由專用單片機系統自動控制,供料、傳送、絲印、硅化等過程在線智能檢測,自動剔除外套燒焦、黑點等不合格品,保證生產的連續性。注射器組裝過程由專用單片機系統全自動控制,全程采用光電開關檢測,對缺件部件進行及時剔除,減少對后續工藝環節的影響,保證生產的連續性。自動擺料過程采用PLC自動控制完成,同時采用光電傳感器進行缺件和缺料傳感檢測,最大程度提高生產效率和連續性。吸塑包裝過程采用PLC自動控制完成,同時采用CCD成像檢測技術,對包裝產品的完整性進行實時在線監測,保證產品質量和生產連續性。

                              2.2.2 信息網絡系統建設

                              該醫療器械制造有限公司A車間的信息通信與網絡通信架構如圖2.3所示,包括注塑機組網絡、中央供料機組網絡、注射針組裝機組網絡、移印硅化機組和注射器組裝機組網絡、擺料機組和吸塑包裝機組網絡。

                              圖2.3 數字工廠(車間)信息通信與網絡系統架構

                              工控網絡信息安全:數字工廠(車間)在信息化和網絡化建設過程中充分考慮工業控制網絡的安全脆弱性和風險特性分析,在辦公網與生產網間采取基于工控網絡邊界隔離網關的信息安全防護方案,如圖2.4所示:

                              圖2.4 辦公網與生產網間安全隔離防護方案

                              基于工控網絡邊界隔離網關的信息安全防護方案,通過在車間控制設備與數據采集服務之間部署工控網絡邊界隔離網關,對管理層和車間設備層之間進行安全隔離,同時通過部署基于“白名單”的安全防護策略,實現對A車間生產設備通信的身份識別、訪問控制、內容檢測和日志審計等功能。

                              2.2.3 數字工廠(車間)數據采集與監控管理系統架構

                              為促使本項目主要產品生產全過程采用自動化、數字化生產模式,將從企業資源計劃(ERP)、制造執行系統(MES)、車間現場數據采集系統(SCADA)以及采購管理、銷售管理、庫存管理、財務管理、成本核算、資產管理等方面建立企業管理系統總體設計模型。如圖2.5所示為數字工廠(車間)信息管理系統總體設計模型。

                              圖2.5 數字工廠(車間)信息管理系統總體設計模型

                              (1)總體監控,通過導入A車間三維建模模型,設計監控軟件平臺實現A車間布局三維效果展示,在仿真界面可以直觀體現車間生產現場情況。

                              (2)流程監控主要完成A車間各個規格注射器生產流程的全線監控,提高車間整體生產效率。

                              (3)設備管理實現設備運行狀態實時監控和生產數據實時采集、設備臺賬信息維護查詢、設備產量統計分析以及設備生產效率分析。

                              (4)報警管理對A車間設備的運行情況進行記錄,對報警信息進行實時采集和統計方便追溯設備運行故障情況,分析故障趨勢,為設備維護提供數據依據。

                              (5)質量管理主要對產線進行實時在線質量檢測及結果數據實時采集,對A車間全部缺陷不合格產品進行分類歸總,并進行統計分析,以便提前預測產線不良趨勢,及時采取維護措施。

                              (6)計劃排產主要實現對生產計劃的自動導入,同時通過實際計劃對比,跟蹤生產進度,及時調整生產計劃。

                              (7)通過MES和ERP系統集成,實現物料出入庫信息、產品出入庫信息的共享

                              (8)廠區監控實現對A車間重要崗位及關鍵生產環節的視頻監視,監督車間生產,提高生產規范性。

                              (9)用戶管理主要實現MES系統訪問用戶的身份識別和權限管理,包括用戶登錄密碼管理、已有用戶查詢、添加用戶、刪除用戶、更改用戶權限等功能。

                              3 實施效果及示范意義

                              3.1 項目實施效果

                              (1)通過實施自動化、現代化、智能化管理,降低企業運營成本。

                              系統上線后全車間全程使用電子單證,減少了原始紙質單據,大大降低了企業運營成本,同時通過系統優化人員排班及生產模具安排,節省了人員等的費用,進一步降低了企業經營管理成本。

                              (2)通過實施數字工廠(車間)智能化管理系統項目,提高工作效率。

                              系統上線后包裝箱入庫采用先進的智能噴碼及條碼掃描、RFID自動識別技術,避免了原人工清點效率低下的弊端,實現了批量識別功能,大大縮短了物流流轉過程中的交接時間,提高了相關工作人員的工作效率。

                              (3)通過實施MES等數字化、智能化管理,加強生產制造數據準確性,降低生產過程及生產產品風險管控。

                              系統上線后能實現全車間主要設備全程可視化管控。通過工業物聯網技術對模具生產過程、印刷質量等進行智能識別(RFID識別、指紋識別、圖像識別等),確保生產過程中的數量無誤,質量創優,杜絕生產在流程生產過程中存在的質量及安全隱患,加強了生產及物流流轉過程中的風險管控。

                              3.2項目實施的先進性

                              通過本項目建設,從虛擬仿真、質量控制、可視化監視、MES和ERP集成等方面體現項目先進性,具體如下:

                              (1)基于虛擬仿真的車間布局及產線工藝流程模擬系統

                              通過對車間結構、設備、工裝、物流容器、輸送線等生產資源的三維數字模型以及產線工藝流程邏輯建模,實現車間的交互式布置和漫游式全覽;

                              (2)在線智能檢測與質量控制聯動響應系統

                              實現生產線全過程通過激光傳感器、激光輪廓測量儀、圖像識別傳感器等在線檢測,,實現產品質量在線智能檢測、自動識別和聯動響應。

                              (3)全車間生產過程在線可視化監控系統

                              通過對車間產線的關鍵工藝參數、設備運行狀態等信息的實時采集和信息集成,實現車間作業的全程在線監視,和生產過程在線動態調整。

                              (4)全車間網絡集成與數據信息共享系統

                              以MES為核心實現從設備控制層到企業管理層的網絡集成和數據信息共享,實現從制造決策、制造執行到現場控制的閉環控制。

                              3.3 示范價值及意義

                              該醫療器械制造有限公司一次性使用無菌注射器生產車間智能制造試點示范項目,通過對車間實施數字化、信息化、網絡化建設,對車間底層設備進行聯網集成,徹底消除了產線局部作業的“信息孤島”現狀,實現了底層生產數據的全面采集和信息集成,真正實現了管理層對車間現場的實時在線監視;另外,通過部署MES系統,以及與ERP系統的集成,實現了從制造決策、制造執行到現場控制的閉環控制;在車間信息化、網絡化建設過程中同時考慮工業控制信息安全防護問題,在車間工控網絡與企業管理網絡邊界部署工業控制隔離網關,實現了企業管理和車間生產之間的安全隔離,規避了工控網絡風險對車間生產過程的威脅。

                              因此,本項目的實施通過數字化改造,加強重點車間生產加工業務有效管理,解決了信息孤島、應用孤島和資源孤島問題,重點解決了數字化車間數據采集、傳輸機處理,打通了企業各部門業務環節中的業務溝通、信息處理、知識管理、流程協作、質量監控、通信溝通、內外協作、資源整合、營銷推動、生產經營、產品供應、決策分析等管理過程中的人、財、物、信息、外部資源的管理利用效率問題,對典型行業和區域內開展同類業務具有明顯的可復制性和示范價值。

                              附錄:

                              附錄1: 項目實施后產品與實施前的效果比較表

                             

                              附錄2  產品與國內外先進水平的比較表

                             




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