先SCADA后MES再SPC——一家钢管厂的全自动化之旅

作者 | Thea Sander

一家钢管制造商在其工厂部署监控和数据采集系统（SCADA）、制造执行系统（MES）和统计过程控制系统（SPC），以改善整体运营和效率。

随着全球劳动力短缺和供应链问题的出现，许多制造商正在向系统集成商和自动化厂商寻求帮助以提高效率和生产力。但是，对于传统上采用手工操作的速度较慢、产量较低的制造商来说，创新应该从何处着手呢？

美国螺旋焊管公司（ASWP）就是这样一家公司，它聘请了系统集成商Vertech为其新工厂实施全面的自动化计划。作为一家螺旋焊接钢管制造商，ASWP为市政供水和污水输送行业以及水力发电、工业和电力市场提供支持。该公司生产长达50 英尺、直径可达12英尺宽的管道。它有三个工厂，平均每年生产6000根钢管，相当于20,000多吨钢材。

ASWP与其它制造公司一样，面临着劳动力短缺问题，并一直在寻找提高生产效率的方法。业务过程自动化和卓越运营总监Kent Davis解释说，对于ASWP来说，实施自动化系统的目标主要是提高产品质量和产量。

在劳动力需求方面，自动化也提供了更多的支持。Davis说：“我想说明的是，减少劳动力并不是我们使用自动化的初衷。我们的重点是利用自动化让员工的工作任务更容易，让他们能够更快、更准确地根据数据和事实而不是直觉做出决策。”

随着其制造运营的规模化，自动化还有助于保护员工的安全。Davis说，机器自动化的进步使他们能够对整个工厂的管道生产和运输采取“不干涉”的方式。操作员可以与机器的人机界面（HMI）而不是管道进行交互。



▲图1：MES概览显示了轮班期间所有核心生产线的关键信息。它报告设备利用率、生产状态、工单信息和每条核心生产线所花费的时间。

ASWP于2020年与Vertech公司合作，在其位于德克萨斯州Paris的绿地工厂实施了监控和数据采集系统（SCADA）、制造执行系统（MES）和统计过程控制系统（SPC），并在其位于南卡罗来纳州Columbia和密歇根州Flint的工厂推广该技术。

该项目的第一阶段于2021年完成，涉及SCADA系统。该系统跟踪当前和历史生产数据，并将其输送到Paris公司总部的中央控制室。控制室有18个48英寸的工业监视器，可显示实时工业4.0数据和分析。最终，在中央控制室，通过SCADA、MES和SPC系统来对处于多个位置的所有分区进行管理。

第二阶段的重点放在实施MES上。ASWP想要一个跟踪劳动力和生产数据的系统，将其转化为有用的整体设备效率（OEE）、停机效率和资源效率指标。



▲图2：制造商可以与工厂的第三方技术供应商合作，协商库存水平，以确保仓库和场外有足够的备件。

01

优化过程的挑战

劳动力跟踪通常涉及在管道上开展工作的运行人员，他们需要自我报告完成过程所需的时间。然而，这可能会导致数据不准确，不可靠的商业决策或改进工作。该公司需要一种更自动化的方法，来跟踪过程开始和结束的时间，而不依赖于运行人员。

对于OEE的准确性，ASWP希望跟踪停机时间以及生产、维护和切换时间。螺旋焊接管制作速度并不快。生产大型螺旋焊接管需要几个核心工序或生产线。将钢卷放入轧机中进行螺旋焊接，形成管道并切割成一定长度。然后对端部进行预处理，并使用斜切器和扩张器形成接头，再对管道进行水压试验。接下来用水泥对管道进行内衬和固化。固化后，经过喷砂机，获得喷砂轮廓。最后，它需要一个外部涂层。经过额外的质量检查后，就可以发货了。

通常，ASWP需要尽可能长时间地生产一种类型的管道，因为转换过程需要数天甚至数周。Davis说：“我们的制造规模适中，速度较低。因此，我们正在寻求优化过程和消除低效的方法。”

02

提高整体设备效率和安全性

Vertech公司使用Inductive Automation的Ignition软件平台设计了MES系统，以跟踪每条生产线的工单，并根据机器的可用性、性能和质量自动计算OEE。

当运行人员启动或停止过程时，即使有一些手动过程， Vertech也能够设置自动触发器来跟踪轮班、切换、停机、返工和维护。他们还开发了动态轮班调度，以准确跟踪生产，但允许经理根据需要删除轮班。



▲图3：拥有合适数量的备件对于延长已安装基础资产的使用寿命和保持运营至关重要。

该系统包括20个屏幕、13个设备、7812个标签、32个客户端、大约2000个报警和1个MSSQL数据库。使用的其它技术包括用于OEE的Sepafoft、用于SMS通知的Sierra Airlink和用于与ERP通信的REST API。在开发的20个屏幕中，有5个被突出显示：MES概览、工厂概览、生产线异常报告、切换报告和返工历史报告。

目前，SCADA和MES系统的实施都取得了成功。SPC项目正处于准备和设计阶段。MES提高了安全性和质量，减少了停机时间，提高了整体效率。该系统很直观，且使用工作流结构。通常，操作员可以参考一个主屏幕，该屏幕显示所有当前班次指标和可能的操作。

由于易于使用的用户界面，运营人员可以轻松监控OEE，以解决和减少停机问题。管理人员可以按小时跟踪指标，并战略性地计划轮班。例如，他们可以预测切换需要多长时间，并主动安排维护以提高OEE。

“Vertech采纳了我们的愿景、技术和设计规范，并根据我们的需求定制了解决方案。SCADA和MES已成为我们非常有价值的自动化工具。通过使用这些工具，我们可以更快、更准确地做出决策。当然，生产过程并不总是完美的，也会有出现故障的情况，但我们有工具可以告诉我们故障发生的原因和方式……这让一些多年未解决的问题终于找到了答案。” Davis总结道。

关键概念：

■ 自动化不仅可以提升劳动力效率，它还可以提高质量、安全和决策。

■ 通过精准的数据跟踪、减少停机时间和提高整体设备效率，即使传统的制造过程也能从自动化中受益。

思考一下：

您的工厂如何通过实施自动化系统提升生产效率？

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