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医疗行业数字化车间建设成功案例

  1项目背景

  1.1 实施背景

  本项目主要实施对象为某医疗器械制造有限公司A车间,开发完成一次性使用无菌注射器先进自动化生产线,涵盖了从供料、注塑、组装、包装、灭菌等全部生产环节,包括中央供料控制、注塑机组管控、注射针组装、移印硅化处理、注射器组装、自动摆料、吸塑包装等子系统,并实现了车间生产自动化控制,其生产工艺及生产线制造水平已达到国际先进水平。

  1.2 客户痛点

  (1)A车间的自动化生产线运行虽局部实现了自动化运行,但各个生产工作设备(部件)仍独立运行,处于“信息孤岛”状态,生产信息未实现采集和远程传输。

  (2)公司管理部门不能及时得到生产设备的实时生产状况,不能及时作出科学的生产管理计划及改进措施,对于现场实时生产过程缺乏集中监控,无法掌握关键工艺环节的作业情况,影响了公司生产效能的发挥。

  (3)缺乏面向车间生产执行管理MES系统,未能实现车间生产计划排产、设备运行可视化管理、设备管理、质量追踪、报警统计、仓储管理等。

  (4)缺乏车间工控网络安全防护措施,在车间网络化集成的前提下,车间生产安全存在被攻击的风险。

  (5)原有ERP系统主要单纯用于财务管理,没有与其他企业管理系统进行有效集成。缺乏从设备控制层到企业管理层的网络集成和数据信息共享,未能实现从制造决策、制造执行到现场控制的闭环控制。

  1.3 目标效果

  通过该医械以数字化工厂(车间)为方向的流程制造试点示范项目建设,成功地将A车间主要自动化生产设备联入企业局域网内,形成了涵盖车间所有岗位所有生产设备的车间物联网,全面消除了车间“信息孤岛”,实现了生产数据的实时采集,达到中控室对全车间生产过程可视化透明管理;通过MES系统部署实现生产可视化管理、质量管理分析、设备资源管理和物料信息管理等功能;通过与ERP系统的集成,实现了企业信息的共享,显著地提高了企业的管理水平。

  2 解决方案及特点

  2.1 系统框架

  本项目以流程制造为方向,通过对A车间实施数字化、信息化、网络化、智能化建设,对车间底层设备进行联网集成,从而消除信息孤岛,构建点-线-面一体化网络架构,同时建设中央监控室,对车间现场数据进行集中采集和监控;

  通过部署MES系统,实现生产过程的量化管理,成本和质量的动态跟踪;通过MES和ERP的集成,实现从制造决策、制造执行到现场控制的闭环控制。与此同时,充分考虑工业控制信息安全防护,通过部署工业控制隔离网关,实现车间工业信息网络的安全通信和生产的安全运营。

  实现工厂的生产过程质量在线智能检测、车间布局及生产情况三维实景展示、车间设备数据自动采集、A车间设备全网集成、办公网与生产网边界安全防护、车间生产执行系统部署、MES与ERP系统集成与信息共享、企业信息综合展示、该舆情大数据分析等功能。

  2.2 技术方案

  2.2.1 工艺流程设计及仿真

  A车间一次性无菌注射器生产工艺流程设计如图2.1所示,生产工艺流程总图如图2.2所示。

  图2.1 注射器生产工艺流程

  图2.2 数字工厂(车间)生产工艺流程总图

  中央供料自动控制采用西门子人机控制,集中控制系统的除尘、输送系统、报警等工作。注塑机组管控系统主要实现注塑机的联网集成、状态信息采集、配置信息管理、历史作业信息存储等功能。注射针组装整个过程采用PLC自动控制,全线通过位置传感器、限位开关、锁保护、光电传感器、CCD成像检测等手段,实现了注射针组装过程高度自动化连续无停顿控制。注射器外套丝印和硅油润滑过程全部由专用单片机系统自动控制,供料、传送、丝印、硅化等过程在线智能检测,自动剔除外套烧焦、黑点等不合格品,保证生产的连续性。注射器组装过程由专用单片机系统全自动控制,全程采用光电开关检测,对缺件部件进行及时剔除,减少对后续工艺环节的影响,保证生产的连续性。自动摆料过程采用PLC自动控制完成,同时采用光电传感器进行缺件和缺料传感检测,最大程度提高生产效率和连续性。吸塑包装过程采用PLC自动控制完成,同时采用CCD成像检测技术,对包装产品的完整性进行实时在线监测,保证产品质量和生产连续性。

  2.2.2 信息网络系统建设

  该医疗器械制造有限公司A车间的信息通信与网络通信架构如图2.3所示,包括注塑机组网络、中央供料机组网络、注射针组装机组网络、移印硅化机组和注射器组装机组网络、摆料机组和吸塑包装机组网络。

  图2.3 数字工厂(车间)信息通信与网络系统架构

  工控网络信息安全:数字工厂(车间)在信息化和网络化建设过程中充分考虑工业控制网络的安全脆弱性和风险特性分析,在办公网与生产网间采取基于工控网络边界隔离网关的信息安全防护方案,如图2.4所示:

  图2.4 办公网与生产网间安全隔离防护方案

  基于工控网络边界隔离网关的信息安全防护方案,通过在车间控制设备与数据采集服务之间部署工控网络边界隔离网关,对管理层和车间设备层之间进行安全隔离,同时通过部署基于“白名单”的安全防护策略,实现对A车间生产设备通信的身份识别、访问控制、内容检测和日志审计等功能。

  2.2.3 数字工厂(车间)数据采集与监控管理系统架构

  为促使本项目主要产品生产全过程采用自动化、数字化生产模式,将从企业资源计划(ERP)、制造执行系统(MES)、车间现场数据采集系统(SCADA)以及采购管理、销售管理、库存管理、财务管理、成本核算、资产管理等方面建立企业管理系统总体设计模型。如图2.5所示为数字工厂(车间)信息管理系统总体设计模型。

  图2.5 数字工厂(车间)信息管理系统总体设计模型

  (1)总体监控,通过导入A车间三维建模模型,设计监控软件平台实现A车间布局三维效果展示,在仿真界面可以直观体现车间生产现场情况。

  (2)流程监控主要完成A车间各个规格注射器生产流程的全线监控,提高车间整体生产效率。

  (3)设备管理实现设备运行状态实时监控和生产数据实时采集、设备台账信息维护查询、设备产量统计分析以及设备生产效率分析。

  (4)报警管理对A车间设备的运行情况进行记录,对报警信息进行实时采集和统计方便追溯设备运行故障情况,分析故障趋势,为设备维护提供数据依据。

  (5)质量管理主要对产线进行实时在线质量检测及结果数据实时采集,对A车间全部缺陷不合格产品进行分类归总,并进行统计分析,以便提前预测产线不良趋势,及时采取维护措施。

  (6)计划排产主要实现对生产计划的自动导入,同时通过实际计划对比,跟踪生产进度,及时调整生产计划。

  (7)通过MES和ERP系统集成,实现物料出入库信息、产品出入库信息的共享

  (8)厂区监控实现对A车间重要岗位及关键生产环节的视频监视,监督车间生产,提高生产规范性。

  (9)用户管理主要实现MES系统访问用户的身份识别和权限管理,包括用户登录密码管理、已有用户查询、添加用户、删除用户、更改用户权限等功能。

  3 实施效果及示范意义

  3.1 项目实施效果

  (1)通过实施自动化、现代化、智能化管理,降低企业运营成本。

  系统上线后全车间全程使用电子单证,减少了原始纸质单据,大大降低了企业运营成本,同时通过系统优化人员排班及生产模具安排,节省了人员等的费用,进一步降低了企业经营管理成本。

  (2)通过实施数字工厂(车间)智能化管理系统项目,提高工作效率。

  系统上线后包装箱入库采用先进的智能喷码及条码扫描、RFID自动识别技术,避免了原人工清点效率低下的弊端,实现了批量识别功能,大大缩短了物流流转过程中的交接时间,提高了相关工作人员的工作效率。

  (3)通过实施MES等数字化、智能化管理,加强生产制造数据准确性,降低生产过程及生产产品风险管控。

  系统上线后能实现全车间主要设备全程可视化管控。通过工业物联网技术对模具生产过程、印刷质量等进行智能识别(RFID识别、指纹识别、图像识别等),确保生产过程中的数量无误,质量创优,杜绝生产在流程生产过程中存在的质量及安全隐患,加强了生产及物流流转过程中的风险管控。

  3.2项目实施的先进性

  通过本项目建设,从虚拟仿真、质量控制、可视化监视、MES和ERP集成等方面体现项目先进性,具体如下:

  (1)基于虚拟仿真的车间布局及产线工艺流程模拟系统

  通过对车间结构、设备、工装、物流容器、输送线等生产资源的三维数字模型以及产线工艺流程逻辑建模,实现车间的交互式布置和漫游式全览;

  (2)在线智能检测与质量控制联动响应系统

  实现生产线全过程通过激光传感器、激光轮廓测量仪、图像识别传感器等在线检测,,实现产品质量在线智能检测、自动识别和联动响应。

  (3)全车间生产过程在线可视化监控系统

  通过对车间产线的关键工艺参数、设备运行状态等信息的实时采集和信息集成,实现车间作业的全程在线监视,和生产过程在线动态调整。

  (4)全车间网络集成与数据信息共享系统

  以MES为核心实现从设备控制层到企业管理层的网络集成和数据信息共享,实现从制造决策、制造执行到现场控制的闭环控制。

  3.3 示范价值及意义

  该医疗器械制造有限公司一次性使用无菌注射器生产车间智能制造试点示范项目,通过对车间实施数字化、信息化、网络化建设,对车间底层设备进行联网集成,彻底消除了产线局部作业的“信息孤岛”现状,实现了底层生产数据的全面采集和信息集成,真正实现了管理层对车间现场的实时在线监视;另外,通过部署MES系统,以及与ERP系统的集成,实现了从制造决策、制造执行到现场控制的闭环控制;在车间信息化、网络化建设过程中同时考虑工业控制信息安全防护问题,在车间工控网络与企业管理网络边界部署工业控制隔离网关,实现了企业管理和车间生产之间的安全隔离,规避了工控网络风险对车间生产过程的威胁。

  因此,本项目的实施通过数字化改造,加强重点车间生产加工业务有效管理,解决了信息孤岛、应用孤岛和资源孤岛问题,重点解决了数字化车间数据采集、传输机处理,打通了企业各部门业务环节中的业务沟通、信息处理、知识管理、流程协作、质量监控、通信沟通、内外协作、资源整合、营销推动、生产经营、产品供应、决策分析等管理过程中的人、财、物、信息、外部资源的管理利用效率问题,对典型行业和区域内开展同类业务具有明显的可复制性和示范价值。

  附录:

  附录1: 项目实施后产品与实施前的效果比较表

 

  附录2  产品与国内外先进水平的比较表

 




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