企业数字化转型案例 – 三一重工设备资产管理,设备能效提升

1、项目背景

三一重工创建于 1989 年,旗下拥有多家上市公司,同时拥有港机、海洋重工等未上市资产。目前,企业在中国长沙、北京、上海、沈阳、昆山、乌鲁木齐、娄底等地建有产业园,在印度、美国、德国、巴西建有研发制造中心,业务覆盖全球 100 多个国家和地区。本项目在国家项目“基于工业互联网的起重机数字化工厂网络化改造和集成应用”的整体规划下,根据该三一集团三现项目组的统一部署,本项目通过对
车间智能电表的全覆盖,实现对设备 OEE 相关指标分析,来盘活企业资产、提高设备整体效率。

作为一个集团性的公司,全国有 8 大事业部,30 多个分公司,直接生产设备接近上万,对设备的使用效率事关到整个企业的效率,急需快速将设备接入平台,使得集团领导能够对设备的整体情况(包括状态:开机、待机、树根互联技术有限公司作业等;相关指标:开机率、作业率、瓶颈率、冗余率、尖峰率等)有充分的管控,提高设备效率。

2、项目分析

本项目要在短期内,对全集团接近上万台设备接入互联网平台,有以下难点和要求:

  • 数量多:全国该企业一共有接近上万台设备需要接入。
  • 时间短:要求三到四个月,完成 98%的接入。
  • 成本低:要求单台设备接入成本控制在两千以内。
  • 现场情况复杂:设备种类多(下料、机加、焊接等各种工艺设备都有),型号多,还有大量的无控制器哑设备。

指标分析维度要丰富:要求从单台设备、到组织、到工艺等多维度,基于小时、日、周、月、年多时间周期进行全面指标分析。

技术难度大:为了对采集数据统计分析的准确度,单台设备的采集频率达到了秒级别,预估每天产生 8.6 亿条数据;

基于以上难点和要求,项目采用接入电流的方式,对整个集团所有的设备进行统一接入,并采用电流 AI 算法,对设备状态进行智能识别、分析。

3、项目目标

项目基本目标:

  • 将该企业集团全集团所有近万台直接生产设备通过电表接入到平台。
  • 对接入该企业所有设备进行状态分析,实现对设备生产情况进行管控。
  • 包括状态指标:开机、待机、作业等;生产指标:开机率、作业率、瓶
  • 颈率、冗余率、尖峰率等。
  • 从组织维度、工艺维度多维度进行分析。
  • 从小时、日、月、周、年多时间周期进行分析。

项目核心目标:

  • 提高设备 OEE 效率指标
  • 提升整个集团的开机率和作业率指标。
  • 在不增加设备的情况下,有效的提高集团的产能产出。

4、实施情况

生产是制造型企业的核心,然而,管理决策者往往因为多种原因远离生产现
场,真实情况如一个黑盒,让决策者无从下手,企业越大,问题越突出。该企业
便是典型,它分步在全国有 8 大事业部,30 多个分公司,对于生产过程管控难
度非常大。

4.1 项目总体架构和内容

企业数字化转型案例 - 三一重工设备资产管理,设备能效提升

整个项目总体架构分三部分内容:

在采集层:采集层主要是将设备的电流数据接入到根云平台。部分比较分散的设备直接采用 4G 物联表接入设备的电流数据到平台;对于相对比较集中的设备厂房区,采用智能电表(或智能手环)+网关的模式接入电流。

在平台层:接收到电流相关数据后,进行数据的基本清理、根据电流 AI 进行状态识别、数据的聚合清洗、数据的存储等数据接入与处理工作。

应用层:对数据进行按照业务的需要进行相关的分析、展示等。

4.2 生产过程管控工业互联网架构

1)标准化数据采集方案

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通过集成电流互感器、电表、网关以及断路器等电气附件,形成根云小匠标准化安装方案,客户可实现自助安装;将数据上云所需的配置参数内置在二维码中,客户通过手机扫码,一键创建设备,并打通数据链路,数据上到云端应用,并可直接在手机端查看设备数据。

2)数据接入及部署方案

通过大数据中间件,实现根云平台 IOT-HUB 与边缘侧设备的解耦,支持每秒钟几万条数据的并发量,可实现大数据量的入云;可对数据存储方式进行定制化选择,如全部存储,变化存储,周期存储,不存储等方式,灵活的根据业务场景配置存储方式;同时将三个月以内的热数据存放在 influxdb 中,三个月以上的冷数据导入 HDFS 中,保证查询性能的同时,实现客户数据的可靠存储。

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3)设备状态智能识别方案
根云平台有着强大的基于 AI 的大数据算法,根云小匠依托于电流 AI 算法,进行设备状态识别;同时依托于平台的实时大数据框架,进行实时数据清洗。从而确保了相关指标数据的准确性、一致性、及时性。

4)数据引擎
根云平台提供设备状态数据,并利用根云智造中台的业务数据引擎进行数据清洗聚合,可将平台提供的设备状态数据聚合成设备状态时间,供根云智造中台搭载的各种应用系统进行调用。数据引擎为各应用系统提供统一的数据计算服务,所有的业务数据都可以在智造中台通过数据引擎进行聚合;

5)数据呈现
数据呈现应用了根云平台可视化组态工具云视界,云视界可提供标准的控件,通过灵活组态的方式组建数据呈现大屏,可实现零代码开发,满足快速实施与交付。根云小匠基于云视界应用,组态出三类数据呈现的方案,分别是 WEB 端设备驾驶舱,大屏端设备驾驶舱,移动端小程序,方便各种业务场景的应用分析。

4.3 具体应用场景和应用模式

项目建设主要功能分为设备驾驶舱和设备详情,设备驾驶舱主要实现设备数据的多维度呈现,包括设备状态,设备效率指标,设备数量,能耗,尖峰率等,实现使用者对公司设备的实时监控和数据分析;设备详情页综合展示单台设备指标,实时参数等信息。

1) 通过关键指标,实现整体监控管理,具体如下:

A. 冗余设备识别
按照利用率低于 10%的标准,对设备进行冗余分析,识别出真正的冗余设备
价值:
1、对冗余资产进行清理,包括变现。
2、把冗余资产进行各车间、各部门之间进行调配。
3、核心是盘活资产,充分效率。

B. 开机率

开机率反应了企业整体经营情况,对各分公司(各事业部或者产品线)进行开机率分析,识别企业经营情况。对各工艺段开机率做出分析,识别生产现场节拍平衡情况,了解开机率相对异常工艺段,并找原
因进行解决。

对各分公司组织开机率考核,提升设备使用效率。考核手段包括组织之间进行对比考核、各分公司同比环比是否有提升进行考核。

价值:

给决策者提供印证市场判断决策依据,并基于市场战略调整,优化产
品结构,并对设备进行灵活的调配。

通过开机率异常发现并解决问题(因缺料导致的停机;因计划安排不合理造成的工序之间等待),从而优化生产计划,减少在制品成本,按节拍均衡生产,提升整体效能。

通过提供数据支撑,对各分公司进行考核,提升设备使用效率。

C. 作业率
对各部门,各个工人作业率进行分析,对于作业率特别低的(特别是瓶颈工段),识别工人现场无价值活动,比如等待,找工具等活动,提高工人有效产能。

对同类型不同工艺段作业率进行对比考核,提升作业率。

对同一工艺段同比、环比进行考核,提升作业率。

价值:

减少工人无价值活动,促进各工艺段改进,提升作业率,提高产能;
瓶颈设备识别

按照利用率高于 90%的标准,识别真正的瓶颈

价值:

分析出各分公司事业部的真实瓶颈设备,对真正的瓶颈设备进行优化,
从而有针对性的作出改善,大幅提升有效产能,并不断迭代瓶颈,充
分发挥整体设备效能。

尖峰率
别尖峰率非常高的设备、工艺段、车间:对于开机率很高的属于正常;对于开机率很低,尖峰率很高的,进行改进。

价值:
在不影响交付的情况下,降低用能成本。

设备详情页综合展示单台设备指标,实时参数,实时视频,状态演化图等信息,并可以查询历史数据,历史视频,历史指标及状态。

2) 通过设备详情监视,实现单台设备管理,具体如下:
A. 通过调用第三方视频平台的视频接口,实现现场视频与设备数据的联动,并支持查询历史视频,有效的将设备数据与现场视频结合,对于质量追溯和报警事件分析有重要意义。

B. 实时显示设备各时段的状态及状态时长,用不同的颜色代表不同的设备状态,能够直观的查看设备当天自然时间内的状态及状态时长。

C. 设备监控属性实时显示,可查看设备 2min 内的实时电流,或 24h 的电流曲线,并可切换不同的监控属性。

4.4 安全及可靠性

项目应用看似简单,但实际上技术架构十分复杂,采用了大量先进的技术,来解决一些复杂业务场景问题,使得产品更具安全以及可靠性。

  • 真正的超级大数据。技术支持每台设备秒级甚至毫秒级别的数据采集,平台支持百万千万级别的硬件接入。按照一万台设备一秒的频率,每天产生 8.6 亿条数据,如此大量的数据接入,必须采用大数据技术。
  • 智能 AI 算法。从设备接入的是最基本的电流数据,但平台采用电流 AI 算
    法,进行设备状态的智能识别。
  • 指标数据清洗的复杂性。接上来的是单台设备秒级电流数据,但是我们前台看到的是小时、日、月、年;看到的是基于组织、基于工艺、基于产品等各个维度的组合指标,这涉及非常复杂的数据清洗。
  • 指标的实时和准确性。任何指标实时性都确保分钟级别,下一分钟,一定能看到上一分钟的实时指标。

4.5 其他亮点

1)低成本设备接入:
软件费用极低,每台设备每年只需要 200 块钱。
2)上线快、见效快:
无需对车间各种各样通信协议的设备进行协议解析,支持任何设备种类的快速接入,包括无控制器的聋哑设备。简化安装过程,采用标准化的安装手册和安装视频,支持客户的自助安装。
3)产品实用、简单:
无需任何维护,无需人为干涉,数据做不了假,永远都是最真实生产的体现

5、项目创新点和实施效果

5.1 项目先进性及创新点

  • 最少的成本;相比传统 MES/DNC/MDC,成本只有 1/4 左右,甚至更低,四五倍的差距。
  • 最快的效率;百台设备,一周上线;千台设备,一个月上线;万台设备,三个月上线。
  • 最复杂的技术;看似简单的功能后面,采用了极其复杂的架构体系,大数据、机器学习、AI 智能等技术,把简单好用留给前端客户。
  • 最有效的指标;指标经过反复斟酌,留下对管理者最有业务价值的指标,最能直接反应生产的指标,不多不少,精而良。
  • 最真实的数据;数据来自设备现场,来自机器,没有任何人为干涉,使得数据最真实,无法造假,冰冷而真实。

5.2 实施效果

1)直接效果:

  • 通过项目建设发现集团 9 千多台设备中,竟然有近 3 千台冗余,通过灵活的调配,盘活了近两千台设备资产;并对 100 多台瓶颈设备进行了优化,使整个瓶颈设备产能提升了 60%。
  • 通过对真实生产状况的洞察,近两年三一集团的产值复合增长超过55%,特别 19 年上半年销售额比去同比增长 60%,这是在三一不增加设备投资的情况下实现的,员工从 7 万多人到目前的 3 万多人。

2)间接效果

  • 为集团管理层提供各子公司、各事业部的设备综合利用率的数据,反应企业的经营情况以及各种产品的订单饱和情况,从而做出战略上的调整。
  • 通过各工艺段开机率指标分析,发现生产节拍不合理等各种管理问题,减少在制品,优化生产计划。通过合理的错峰生产,优化排产计划,降低能耗费用。
  • 各大工艺工程师通过根云小匠提供的工艺分析维度报表,实时掌握所属工艺的设备利用率和能耗的综合报告,寻找优化工艺和节能的机会。
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