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  • 【優秀案例】達威股份--清潔化高性能皮革化學品智能制造工廠

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    2022-04-27 來源:達威股份
    編者按: 
    2021年,在中國輕工業聯合會指導下,中國輕工業信息中心組織開展了輕工行業極具權威性和影響力的優秀案例評選活動,評選出一批輕工業創新性強、示范性好、復制性強的優秀案例。應廣大企業用戶的需要,在征求入選企業的意見后,我們即日起將陸續發布這些優秀案例,以助力輕工企業數字化轉型。本期為第一期:《達威股份--清潔化高性能皮革化學品智能制造工廠》。
    四川達威科技股份有限公司(簡稱“達威股份”)成立于2003年,主營業務為精細化學品的研發、生產和銷售,是以皮化新材料為主業的第一家上市公司,連續5年蟬聯“輕工業百強企業”“皮革十強企業”,國內市場占有率5%-6%,近年來穩居國內皮革化學品行業的龍頭地位。達威股份自成立之初開始智慧辦公建設,發展至今已布局了ERP\OA\MES\WMS等自動化軟件,并且建立了大數據中心。
     
    背景與趨勢:
    皮革化學品是皮革行業的一個主要配套行業。我國專業皮革化學品的年需求量在80萬~100萬,市場銷售總額在100~150億元。雖然,近20年來國內皮革化學品生產技術取得了很大的進步,但目前國內皮革化工企業還沒有一家智能化工廠,基于工藝水平的限制,國內產品的性能和穩定性等方面尚難滿足高檔皮革產品的需要,主要使用在中低檔市場。
    “十四五”的大幕已然開啟,皮革行業立足中國現代化發展新目標和以國內大循環為主體的“雙循環”發展新格局,堅持以科技自主創新和產業結構調整為核心引領,強化產業基礎,優化產業體系,適應新形勢,謀求新突破,跨入新征程,實現新發展。《皮革行業“十四五”高質量發展指導意見》提出以科技創新、質量標準、綠色低碳、“三品””戰略、推動行業實現高質量發展,指出了我國皮革行業后續發展重點方向之一是綠色制造、降本增效。
    達威股份是皮革新材料全品類制造型企業,屬于多品種、小批量的流程型精細化工,生產線涵蓋400多種產品,生產原材料有幾百種,且單個產品的產量并不大,需要根據生產計劃不斷切換生產線的生產任務。過程中就涉及反應裝備的清洗、工藝變更、原料變更、檢測方法更改等一系列流程,故而帶來了生產效率低下、加急訂單插入困難,由此引發了成品庫存積壓、原料備貨計劃不準確等更多問題。目前國內皮化生產廠商大多僅能實現半自動生產,稱量加料、反應進程監測、升降溫等工序仍由人工手工完成,成品質量對工藝員的個人技術水平的依賴性高,人的疲勞、情緒、壓力等都會使產品質量(尤其是工藝要求高的產品)產生波動。上述種種問題,是國內皮化生產廠商的普遍痛點,故而生產過程的智能化升級非常必要!
    制造業成本最高的是原材料成本,2017年達威股份新津廠的運營成本中,原料成本高達80.77%,優化反應工藝、減少過程控制不力帶來的原材料報廢等就顯得尤為重要。除了原料成本,人力成本也很高,同樣以2017年為例,新津老廠人力成本占據2.2%,而也就是說除了原料成本外,人力成本占據了生產成本的大部分,增加單位人次的產值也是個重要的優化方向。在制造業利潤被不斷壓縮的今天,降低生產成本非常迫切,所以本項目的建設很迫切。如巴斯夫、朗盛等,在工業4.0的推動下進行生產線智能化改造,實現了生產、檢測、包裝的全自動化。智能化生產線的投產大大縮短了生產時間、縮減了人力成本,降低了生產成本。以巴斯夫德國工廠為例,每個生產車間都設置了一個中央控制室,日常生產活動中僅在中央控制室配置了人員,加料、出釜、包裝等工序均由控制室根據生產流程發出指令,車間中除了配備一些巡檢人員外,不再配備操作工人。
     
    建設內容:
    2017年,達威股份在天府智能制造產業園的清潔化皮革化學品智能化生產工廠(后文簡稱“達威智能工廠”)啟動,占地面積100畝,斥資3.12億元,項目于2019年年底正式投產。項目技術方案立足于清潔化皮革化工材料的生產需求,整合皮革行業和工業信息化領域的頂尖院校、龍頭企業(四川大學、浙江中控、用友軟件)等一流資源,組成聯合項目開發共同體,以達威股份內部網絡硬件、軟環境為支撐進行數字化建模,構建數據信息統一共享平臺,形成覆蓋全廠的高效安全、信息共享、智能化、現代化的“數字化企業”支撐體系。
     
    圖1  智能工廠整體架構
    (一)整體架構
    達威智能工廠的生產管理體系,從現場裝置到集散控制系統(DCS)、安全連鎖系統(SIS)、配方管理系統(VXBatch)、到生產管理層MES業務,再到企業經營層ERP系統的集成實現從底層到上層的真正的管控一體化的信息化系統。
    整體網絡架構從上往下,可分為三層:企業經營層、生產管理層、智能控制層。
     
     
    圖2  智能工廠通訊網絡架構
    達威智能工廠建設了5個數字化生產車間,涉及以下生產線:加脂劑生產線;氯磺化、硝化棉生產及中試生產線;復鞣劑生產線及酶制劑;料膏、助劑生產線;丙烯酸、聚氨酯生產線等。
    成品庫采用四向車密集倉儲系統,層數為4層,整體規劃8臺四向車,4臺垂直輸送機,四向車可實現換層運行。采用先進的重型四向穿梭車、托盤垂直輸送機、托盤輸送機、穿梭式貨架等硬件設備,方案中規劃儲存貨架數量為7688個貨位,可實現全自動出入庫。引入WMS倉儲管理軟件和WCS監控軟件,應急狀態可在WCS 系統或者現場ECS操作屏實現出入庫操作(需補錄出入庫信息)。托盤標簽采用條形碼進行信息管理。入庫前需設計有外形尺寸檢測和稱重裝置,確保貨物安全入庫。WCS系統通過與ERP系統的數據接口鏈接供應鏈,共同建設智能化倉庫,實現物流系統的智能化。
     
    圖3  倉儲物流系統運行架構
    DCS集散控制系統、Batch配方管理系統通過MES生產管理系統發出的生產指令進行工作。Batch系統自動采集數據,將生產過程中反應進程、技術指標、設備狀態等數據傳輸給MES系統;DCS集散控制系統通過反應釜傳感器采集的技術參數進行過程判定,根據配方自動控溫、自動加料,如有異常情況將報警信號傳輸給中控室,如果遇到緊急情況,SIS系統將自動介入,執行卸壓,關停進料等停車操作,保證工廠本質安全。MES生產管理系統通過與ERP系統的數據接口鏈接供應鏈,根據庫存情況發出排產預警和發送原材料需求數據給采購部。
    (二)系統功能
    達威股份大數據平臺的建立,通過打通NCERP企業運營管理系統與各個信息化系統的接口,連通生產控制軟件(如DCS/Batch/MES)、物流管理系統、OA辦公系統的數據,信息通道互聯互通以實現工業化和信息化的深度融合。ERP系統采集客戶訂單數據傳送給MES系統,MES系統制定生產計劃, VxBatch系統調取工藝單,配合DCS系統實施生產控制。生產過程中的原料稱重、物料輸送、在線監測、成品包裝入庫等全程高度自動化、機械化,基本不需要生產操作工人,生產管理員在中控室,通過VxBatch系統采集的數據傳輸給DCS系統控制生產流程,現場工作人員以巡檢巡視為主。人工的需求主要集中在標準工藝制定和改進、生產數據分析、自動化模式優化等方面,MES系統的應用除去大量重復人工計算和分析工作,提升了員工的勞動價值。高度的自動化避免了人工操作的不穩定性,提高生產效率、提升產品合格率;同時生產人員大幅減少接觸化學原料、粉塵等惡劣操作環境的機會,職業病的幾率可大幅度降低,減少勞務糾紛。
     
    圖4  智能工廠實拍圖
    (三)安全部署
    智能化進程中,信息安全至關重要。我公司部署的服務器支持數據庫自動備份、各地虛擬化集群遠程容災技術,采用Zabbix監控平臺,通過能監視各種網絡參數,保證服務器系統的安全運營,保證在硬件與網絡方面的數據安全,也保證了在出現極端災難事故時系統的快速恢復能力。除了諸如賬號管理、登錄管理、功能權限等一般系統常見的安全措施外,先進的數據權限可以保證系統進行數據行級的增、刪、讀、改等操作進行控制,避免了用戶對不屬于授權范圍數據進行非法地訪問。為了長期安全存儲數據,公司配置了企業級的數據存儲系統。為了降低網絡安全帶來的風險,公司設置了華為防火墻、信息傳輸管理系統,對公司內部實現了統一管理計算平臺,全方位對內到外,保障公司的計算機數據及系統的安全。
     
    應用成效:
    達威智能工廠的中央控制室更加優于巴斯夫德國工業4.0工廠,全廠僅配置一個中央控制室,可監控和控制5個數字化車間。通過對產品類型的區分,生產線分為了粉劑產線和液體產線;粉劑產線配備自動包裝機器人,粉劑產品出線后自動包裝和碼垛,由物流穿梭車運送到成品庫,在WMS倉儲管理系統的指揮下二維碼掃描入庫;液體車間生產產品由成品儲罐經管道直接輸送到成品庫,在成品庫進行自動灌裝并掃碼入庫。所有單體材料存儲在原料罐區,在MSE系統生產指令下達后根據工藝通過專用管道自動輸送到生產車間,通過Batch配方管理系統管控添加方式。綜上,原材料輸送、加料、包裝等基本不再需要人工操作。通過使用傳感器、DCS系統、MES系統等手段,在物料添加、過程控制和設備管理等環節實現了自動化、智能化管控,解決了人員依賴問題;進而排除了生產過程中存在的安全隱患和原料泄漏風險。
    達威智能工廠自2019年7月開始投產運行,故以投產后一年、即2020年(2020年產量為剔除疫情影響,取值為2020年7月2021年6月數據)的相關指標,與達威股份新津老廠2019年的運行數據進行對比和分析。
    1)生產效率:2020年智能工廠產值為39909萬元,生產線配置65名生產人員(含一線管理人員和生產工人),人均產值為614/萬元;2019年老廠產值為27215萬元,生產線配置63名生產人員,人均產值為432/萬元;綜上,生產效率提升42%。
    (2)2020年智能工廠產品銷售收入為42400萬元,生產運營費用為2088萬元,每萬元銷售額的運營費用為492元;2019老廠產品銷售收入為32305萬元,生產運營費用為1994萬元,每萬元銷售額的運營費用為617元;綜上,運營成本減低20.3%。
    (3)能耗:2020年智能工廠產值為39909萬元,工廠生產能耗(水電氣)費用為3608887元,每萬元產值耗能90.4元;2019年老廠產值為27215萬元,工廠生產能耗(水電氣)費用為3494932元,每萬元產值耗能128.4元;綜上,生產效率提升29.6%。
    由上述估算,清潔化高性能皮革化學品智能工廠項目投產后,可達到生產效率提高40%以上,運營成本降低20%以上,單位產值能耗降低20%以上。
    (備注:①上述數據包含集團內部交易;生產運營費用不包含新增資產的折舊攤銷。)
     
    專家點評:
    清潔化皮革化學品智能化生產工廠利用網絡和通訊技術實現數據互聯互通,將企業信息化系統(DCS系統、SIS系統、VxBatch系統、MES 系統、ERP系統)進行業務集成,打通企業業務流和信息流,改進了部門之間信息傳遞效率,是企業實現管控一體化的基礎,同時也開啟了高等院校、系統集成商、用戶的合作新模式。為皮革化學品制造行業大大地減少勞動用工,降低勞動強度,提高自動化程度,降低單位產品耗,形成工業化生產的規模效應。
     

      

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