剖析工业4.0 打造中国特色的智能工厂

剖析工业 4.0 打造中国特色的 智能工厂 一、 “ 工业 4.0” 的国内外战略剖析 l 1.德国 工业 4.0的 概念 l 2.美国 GE工业互联网 概念 l 3.中国 两化融合的战略 两化深度融 合的概念 二、兰光创新打造中国特色的 智能工厂 1.德国工业 4.0概念 Cyber-Physical System， CPS “ 智能工厂 ” “ 智能生产 ” 主要涉及整个企业 的生产物流管理、 人机互动以及 3D技 术在工业生产过程 中的应用等。 重点 研究智能化 生产系统及过程 ，以及网络化分 布式生产设施的 实现。 信息物理（融合）系统 2.美国 GE工业互联网 概念 通用电气（ GE） 2012年秋季提出了工业 互联网（ Industrial Internet）概念，希望 通过生产设备与 IT相融合，目标是通过高 性能设备、低成本传感器、互联网、大数 据收集及分析技术等的组合，大幅提高现 有产业的效率并创造新产业。 3.中国两化融合的战略 两化深度融合的 概念 在两化深度融合专项行动计划中指出，总体行动目标为：面向国民经济重点领域智 能制造需求，创新智能制造装备产品，提高重大成套设备及生产线系统集成水平。加 快 工业机器人 、增材制造等先进制造技术在生产过程中应用。培育数字化车间、智能 工厂，推广智能制造生产模式。主要可分为： 1）推动智能制造生产模式的集成应用 逐步推广重点行业数字化车间，开展智能工厂试点建设，探索全业务链综合集成的 路径和方法。选择有条件的产业集聚区，开展智能制造示范试验区建设。 2）推动物联网在工业领域的集成创新和应用。 实施物联网发展专项，在重点行业组织开展试点示范，以传感器和传感器网络、 RFID、工业大数据的应用为切入点，重点支持生产过程控制、生产环境检测、制造供 应链跟踪、远程诊断管理等物联网应用，促进经济效益提升、安全生产和节能减排 。 由此可见，中美德三国工业信息化的共同聚焦点，在于智能工厂。 二 、创新 打造中国特色的智能工厂 1）智能的设备互联互通 2）智能的计划排产 3）智能化的生产协同 4）智能化的生产资源管理 5）智能化的决策支持 智能工厂 组成 -4层 19个模块 基础数据 管理 决策支持 系统接口 程序传输 对刀仪联 网 数据自动 采集 3D车间 质量管理 物料管理 工具管理 设备管理 程序管理 程序编辑 仿真 文档管理 计划管理 高级排产 作业管理 协同制造 平台 现场信息 管理 展现集成 部分 数据采集 部分 资源管理 部分 生产管理 部分 智能工厂应用场景 集成端口 计划管理 ASP高级排产 作业管理 协同制造平台 输入输出 决策支持 文档管理 物料管理Smart Crib 刀具管理 NC程序管理 网络传输 EDIT编辑 与 仿真 对刀仪联网 3D虚拟单间 人员管理 流程管理 人员管理 设备能力管理 工序工时管理 工厂日历权限管理 现场管理 设备管理 机床监控与数据采集 质量管理 1）智能的设备互联互通 *设备网络化分布式通讯：所有的顶层设备进行联网、集中控制，形成设备网络化分 布式通讯。 *加工程序集中式管理：可以直接浏览 NC、 TXT、 DOC、 BMP、 PDF、 Autocad、 Solidworks、 CATIA、 PRO/E、 UG等多种数据文件，对 CATIA 、 PRO/E、 UG等三维图 形文件能直接进行缩放、旋转、平移、剖切。程序作为数控车间最重要的技术文件 ，是数字化车间里面重要的一环，支持权限管理、 流程管理 、版本管理、 信息管理 等。 *程序虚拟化制造：在系统模拟制造过程， 5轴刀位轨迹和 3轴实体的动态模拟功能 ，将程序错误最大程度地避免在 虚拟制造 环境。 *智能化的 数据采集 ：通过实时、准确、客观、自动的 数据采集 ，对不同设备进行 监管。 *生产工艺参数的实时监测、动态预警：通过工业互联网的形式对熔炼、压铸、热 处理、涂装、 X光机、图像识别系统等数字化设备进行采集与管理，包括采集设备基 本状态、各类工艺过程数据进行实时监测、动态预警、过程记录分析等功能。 2）智能的计划排 产 支持多种高级自动排产算法，具有按交货期、 精益生产、生产周期、最优库存、同一装夹优 先、已投产订单优先等多种排产方式，可最大 程度地满足各类复杂的排产要求。图形化的界 面使排产形象直观，通过手工拖拽就可调整计 划，易于掌握和使用。 3）智能化的生产协同 基础数据管理 计划和调度管理 决策支持 计划和调度管理 作业管理 物料管理 工具管理 文档管理 零件工序 流 动 卡 生 产计 划 生 产计 划 班 组计 划 POM数据接口 作业派工 配送物料 配料出库 刀具准备 刀具组装 工装 /刀具配送 程序编制 程序下发 审核流程 物料配送 计 划 工装、刀具 准 备 清 单 组 合刀具信 用 单 毛坯材料 配送 单 项目管理 EPR接口 高级撑产 任务接受 文档浏览 信息反馈 现场信息管理 自动采集 质量管理 计划管理 条 码扫 描 检查计 划 检查记录 设备运行信息 质量检验 在制品台账 完工入库 计划制定情况 生产准备情况 计划执行情况 产品质量信息 库存成本统计 实际加工反馈 物料管理 检验记 录 4）智能化的生产 资源管理 包含：生产资源（物料、刀具、量具、夹 具）出入库、查询、盘点、报损、并行准 备、切削专家库、统计分析等功能，实现 库存的精益化管理。 5）智能化的决策 支持 提供各种直观的统计、分析报表，为相关人员 决策提供帮助，包括计划制订情况、计划执行 情况、质量情况、库存情况等。同时，可实现 用户在手机、 IPAD等移动设备上对现场生产情 况、设备运行情况、质量情况的数据浏览、异 常处理。 三、典型案例分享 u案例 1： 河南平原光电有限公司 u案例 2： 海尔模具有限公司 u案例 3：中信戴卡股份有限公司 MES上线后，实现了程序自动修改、刀具参数自动传输、准备工 作现场反馈同步展示。同时，通过协同平台进行可视化管理，通 过红绿灯看板直观显示各项任务的完成情况，包括程序、刀具、 电极准备的阶段信息，如程序编制完成，程序格式转换完成，刀 具配送完成，电极完工、配送等信息，提高现场管理效率，并集 成短信平台对任务进行催办。 总结 智慧工厂目标 完成工业互联网改造的企业，是全价值链数字化的、 数据驱动型的企业。首先，企业实时掌握完整的内部 数据：人的数据（过去的管理软件已能实现但现在能 更廉价便捷），机器设备的运行数据（过去有限掌握 ）；其次，实时掌握供应链各环节的完整数据（过去 有限掌握）；第三，实时掌握客户 /消费者的完整数 据（过去有限掌握）。现在，无处不在的移动互联网 ，使企业可以低成本对接消费者和渠道商，采集并分 析各环节的业务数据，从而实现对产品从设计到销售 的全生命周期管理。射频技术和传感器（单价已经降 到了 100美元以下）的普及，使得企业能够对机器运 行数据进行采集，实时了解工厂的运作情况，实现过 去求之不得的精细化运营。 ERP 是英文 Enterprise Resource Planning( 企业资源计划 ) 的简写。指建立 在信息 技术基础上，以 系统化的管理思 想为企业决策层 及员工提供决策 运行手段的管理 平台。 制造执行系统 (MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM ） MES定义 MES的定义： “ MES能通过信息传递对从订单下达 到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工 厂发生实时事件时， MES能对此及时做出反应、 报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处 理。这种对状态变化的迅速响应使 MES能够减少 企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的 生产运作过程 ，从而使其既能提高工厂及时交货 能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报 率。 MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整 个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信 息。 ” 开发 MES的环境和工具有哪些 ? 一 , 工具及环境 1 开工具很多 ,看你熟悉那块 ,如果都不熟悉 ,那就选简单的 VS(C#); 2 操作系 统当然是 windows; 3 需要选择数据库 , 比如 SQL SERVER ; 如果估计数据量 比较大 (比如每年超亿条记录 ),建议选 ORACLE, 一般建议用 ORACLE;4 其他开 发设计或管理工具 , 比如 POWERDESIGN(数据库设计 ), SVN(代码管理 )等 二 , 思路 1 了解下 MES的基本概念和功能 ; 2 了解清楚公司内部的 MES功能需求 ; 3 现在的 MES一般都会运用 条形码 RFIDRF等 物联网 技术 , 实现实时 ,可移动 , 精确的操作 , 所以要了解下这方面的技术和设备 图 1 SIMATIC IT整体结构 图 2 西门子 MES系统与 PLM和 ERP系统的集成方 案 SIEMENS SIMATIC IT平台的功能与技术特点。 一个成熟的 MES系统必须满足以下三个非常重要的功能： 第一：全方位的数据集成 。一是把生产线上所有的机器状态、质量情况、 生产过程、物料信息等集成到 MES平台中，这是从下到上的集成，二是从上 到下的集成，例如集成 ERP、 PLM等系统，集成标准数据，配方、工艺流 程、质量参数等。因此， MES必须有强大的数据集成功能，实时把生产线上 的数据，以及商务流数据归纳到 MES平台中。 第二：强大的数据分析。 采集到了数据后， MES需要对这些数据进行有目 标的分析，将实时反馈的数据和商务系统的指导数据归类、总结，生成生产 监控的指标。把实时反馈的数据和标准要求的数据进行比较，如果没有差距 则绿灯，有一些差距则黄灯，差距较大就是红灯。所以 MES系统需要有非常 强大的分析能力，能快速将清晰、总结性的分析报告提供给生产管理者和企 业决策人士。 第三：有效的智能决策。 MES系统要能优化、管理、控制实时生产的过程 ，这种实时控制优化的基础来自于实时数据与标准数据的对比分析，无论是 质量问题还是物料消耗或是整个生产线上的物流，一旦有了差异， MES系统 可以立刻报警，进行控制和优化。所以一个成熟的 MES应该具有数据采集、 综合分析、智能决策三个方面的功能。 西门子的 MES成长 从 2001年开始，西门子开始整合 SIMATIC IT平台，当时最重要的目的是 分两步走。第一步是实现 MES应具备的三个功能中的一和二，即形成强 大的数据采集平台以及在此基础上提供各类报表。在 2003到 2004年之 后，完成了第二步，将工作流管理模块，生产建模与管理模块加入了 SIMATIC IT平台，实现实时的工作流控制和管理。 SIMATIC IT平台相当于 PLC的一个框架，这个框架能支持足够大的数据采集，具有足够多的接 口。在此基础上，可以加入很多特殊的制造模块，例如工单管理、物流 跟踪、 OEE（整体设备绩效）、质量管理等，客户可以根据自身需求来 采购这些模块，然后嵌入式地放到 SIMATIC IT平台上运行。对于客户来 说，只要有了西门子 SIMATIC IT平台，随着企业对 MES业务的要求逐渐 增长，未来 MES的扩展基本上已经可以定型了。 目前， SIMATIC IT最新版本的优势在于支持所有 IT行业的标准如 SOA； 支持所有自动化设备的数据采集；支持西门子硬件设备和第三方控制设 备的集成；支持 ISA95、 B2ML以及与 ERP的标准接口。目前， SIMATIC IT平台在全球已有约 500多大家客户。 用于冶金工业的 MES系统 MES服务器的软件设置 西门子的 MES系统 /view/e5eadfc7aa00b52acfc7ca23.html 西门子 MES系统解决方案 /view/6599c84c2e3f5727a5e962b5.html?re=view 西门子汽车解决方案 /view/baceed51ad02de80d4d84080.ht