企业信息化-数字化和智能化工厂.ppt

企业信息化 数字化和智能化工厂,柴天佑,东北大学国家冶金自动化工程技术研究中心,报告提纲,1、信息化是走新型工业化道路必然选择 2、企业信息化的内涵 3、流程工业综合自动化系统 4、离散工业集成制造系统 5、企业信息化的实施策略,十六大的报告明确指出：,“实现工业化仍然是我国现代化进程中艰巨的历史性任务。信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择。坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”,1、信息化是走新型工业化道路必然选择,1) 信息化是提高企业知识生产力的最有效的工具,现代管理之父杜拉克指出:“知识生产力将日益成为一个国家、一个产业、一家公司的竞争实力的决定性因素”，“无论什么传统产业，之所以能发展壮大，就是因为它们围绕知识和信息进行了重组。” 采用信息化的手段,围绕着生产过程的信息和知识对生产过程进行重组,将优秀的生产与操作经验、专有技术和知识提炼和融合到上述软件系统中去，极大地提高生产力。,金字塔型组织 扁平化组织结构 管理组织层次 金字塔型组织：,2) 只有通过企业信息化才能实现企业扁平化管理,经营决策,企业管理,生产调度,过程优化,过程控制,Purdue 模型,实行扁平化管理的几个例子： 美国通用电器公司从董事长到一般职工，管理层从26层减到5层。60多个部门组合为12个业务部，管理人员减少1/4，1996年利润居全美榜首。 日本兴亚电工公司（KOA）废除中层管理职务后，销售额上升14%、利润增加37%。 美国IBM公司、英国石油公司和电讯电报公司均做大幅度体制改革，取得显著效果。,韩国浦项钢厂 浦项董事长刘常夫认为： 21世纪信息管理将成为浦项生存与发展的关键，建立生产指挥中心： 新产品开发周期由4年缩短到1.5年； 交货期由20-30天缩短到7天； 客户产品库存天数由30天缩短到24天以下； 月决算时间由6天缩短到1天； 标准成本计算时间由35天缩短到3天； 库存原料周转率由8.7次增加到12次。 1998年销售额达92亿美元，净利润9.297亿美元， 粗钢产量2560万吨，职工19300人，产量、人均产量均列世界前茅。,辽宁省排山楼金矿 ：黄金回收率提高1以上；生产能力由1200吨日提高到2000吨日，剥采比由10：1降低到6.5：1，选矿成本由73.03元吨降为37元吨，采矿成本由57元吨降为43元吨，人均劳动生产率75万元，是同类企业的平均水平的17倍。(图一所示),图一 排山楼金矿,据美国MESA1996年调查统计结果,生产周期时间缩短率为35%; 数据输入时间缩短率为36%; 在制品削减率为32%; 文书工作削减率为67%; 交货期缩短率为22%; 不合格产品减低率为22%; 文书丢失减少率为55%.,据美国ARC公司调查,基于三级结构的MES可获得效益为:质量提高19.2%,劳动生产率提高13.5%,产量提高11.5%.,1999年，美国“财富”杂志发表文章称MES是 “ERP市场的挑战者”。该文介绍年产值16亿美元的美国化纤企业Unifi公司，其下属Yadkinville厂应用MES软件后，效益增加69%，实际增效1600万美元。 基于ERP/MES/PCS三级结构的MES软件得到广泛应用，据美国MESA调查，美国MES软件市场规模：1993年为1.5亿美元，1994年和1995年年增长率为30%，1996年达到8.65亿美元，1998年10.1亿美元，予计2003年将增加三倍。,3）生产制造过程的信息化是实现综合生产 指标优化的保证,欧洲钢铁工业技术发展指南指出：“对于降低生产成本、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗只能通过全流程自动控制系统的优化设计来实现”。 (Charbonnier et al.1999),综合生产指标的分解,4）生产制造过程的信息化是实现敏捷制造的保证,现代化的通讯网络将世界连成一体，经济全球化进 程使世界变成了一个统一的市场，致使产品市场竞争国际化； 产品的品种越来越丰富，产品的批次和批量越来 越少，产品的开发周期越来越短。,敏捷制造（Agile Manufacturing）把动态灵活的虚拟组织机构、先进的柔性制造技术和高素质的人员进行全面的集成。 敏捷制造将使企业实现FTQCS战略目标，即产品的功能(F)全，开发周期(T)短，质量(Q)高，成本(C)低，并能为用户提供更好的服务(S)。 建立虚拟企业和发展敏捷制造技术是实现敏捷制造的两个坚实基础。 信息技术是建立虚拟企业和实现虚拟制造的关键使能技术。,敏捷制造使企业管理从金字塔式的多层结构走向扁平化结构,企 业,工 厂,单 元,工作站,车 间,设 备,计 划,执 行,控 制,（a）多级递阶,（b）分布式,纵向集成,纵横向综合集成,“小而全”“大而全”企业,突出核心竞争力企业,敏捷制造使企业“大而全”“小而全”的组织模式走向分工协作突出核心竞争力的模式,敏捷制造的关键技术,支持敏捷制造的使能技术：资源共享、信息服务、虚拟制造、并行工程、建模/仿真和人工智能等; 资源优化,包括供应链的建模和管理; 网络平台(Internet/Intranet/Extranet)。,造船工业案例分析,韩国造船企业通过高度信息化和自动化，走集成造船的发展道路，逐步向敏捷制造模式迈进，韩国成为当今世界第一造船大国。,韩国造船业发展纵向比较：,韩国与中国造船业的横向比较（2001年）：,2、企业信息化的内涵,制造业特点： 离散制造业 流程工业 混合制造业,1、调度和协调复杂 产品部件多，可以独立加工，生产流程能够并行、异步进行；对于某一产品常有多种实现路径可供选择，设备功能冗余度大，因此增加了调度和协调的复杂性。 2、资源管理复杂 由于每个操作可能涉及不同的物料、设备、工具及文档等资源，这些资源离散地分布在企业中，因此在异步、并发的离散流程中资源管理复杂。 3、控制量相互独立、流程切换代价小 产品生产主要通过位移、角度等作为控制量进行物理加工，设备控制参数由设计决定，不受物料物性影响，设备间独立性强。流程切换不存在象连续工业那样复杂的启停和清洗过程，主要是加工程序的上载和刀具的更换，所以切换代价较小。 4、劳力密集型、自动化水平相对较低 离散制造业企业由于是离散加工，产品的质量和生产率很大程度依赖于工人的技术水平，自动化主要在单元级，例如数控机床、柔性制造系统等，因此,离散制造业是一个人员密集型行业，自动化水平相对较低。,离散制造业的特点,流程工业的特点 1、复杂性 主要的流程工业涉及到原材料和能源的生产加工行业，如冶金（钢铁、有色、黄金）、石油化工、电力等；我国资源的特点：贫矿多，难于提炼，因而其生产加工过程复杂； 金字塔式的管理模式是层次多，经营管理、制造执行等过程的信息获取、控制与管理涉及的变量与参数多，过程的模型难于描述。 2、技术密集型 生产过程涉及到工艺、机械装备、自动控制、工业工程等专业知识、经验、专有技术。,数字化与智能化工厂,以信息技术为基础的先进制造技术结构,数字化与智能化工厂,制造过程数字化、自动化、 虚拟化、智能化,生产过程数字化、自动化、 虚拟化、智能化,管理数字化与智能决策,设计数字化、协同化、虚拟化、智能化,企业 数字化与 智能化,1）离散制造业数字化与智能化 设计数字化、协同化、虚拟化、智能化 制造过程数字化、自动化、虚拟化、智能化 管理数字化与智能决策 2）流程工业数字化与智能化 工艺设计数字化、协同化、虚拟化、智能化 生产过程数字化、自动化、虚拟化、智能化 生产管理数字化智能决策,企业信息化的内涵 将信息技术用于企业产品设计（工艺设计）、制造（生产）、管理（生产管理和经营管理）和销售的全过程，以提高企业的市场应变能力和竞争能力。,企业信息化的内容,设计信息化（产品设计和工艺设计） 计算机辅助设计(CAD) 并行工程 虚拟制造与流程模拟 设计过程管理(PDM) 企业管理信息化 企业资源（ERP） 制造执行（MES） 生产制造过程自动化 优化控制与过程控制 加工设备机电一体化 集成化（强调企业内部信息集成） 设计、制造、管理一体化 一体化过程控制 网络化（强调企业间的资源优化）,流程工业一体化过程控制,流程工业一体化过程控制技术是将与产品的质量、产量、成本相关的经济技术指标自动转化为流程工业生产过程各工序自动控制系统参数，从而保证达到产品的微观组织和最终性能的高技术。 流程工业一体化过程控制技术已经成为国际上工业领域的高技术发展潮流和方向。研发工业生产一体化的过程控制系统已经成为国际上高技术研发机构与高技术公司的研究热点，美国I2等高技术公司已经研发出某种材料生产一体化过程控制软件系统，虽然实现了部分功能，但应用钢铁等材料生产企业，取得显著的经济效益。 流程工业一体化过程控制系统是实现流程工业信息化的关键，是提高流程工业生产效率和产品质量、减少资源消耗的有效途径。,离散工业设计、制造、管理一体化是将信息技术、现代管理技术和先进设计制造技术结合，应用于企业产品全生命周期（从市场需求到最终报废处理）的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、资金流的继承与优化运行，达到人（组织、管理）、经营和技术三要素的集成，以缩短企业新产品开发的时间（T）、提高产品质量(Q) 、降低成本(C) 、改善服务(S) 、清洁环境（E），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。 离散工业设计、制造、管理一体化技术是全世界制造工业领域的高技术发展潮流和方向。以实现敏捷制造为目标的设计、制造、管理一体化技术，已经成为国际上高技术研发机构与高技术公司的研究热点，它不仅成为制造业不断推出新产品、快速响应不可预测的市场并赢得竞争的主要手段，而且成为信息时代提高企业竞争能力的综合性高新技术。如韩国现代重工与美国PTC公司合作开发以WindeHill为核心的设计、制造、管理一体化系统，已经使企业获得了良好的经济效益和社会效益。 离散工业设计、制造、管理一体化系统具有集成化、数字化、智能化、敏捷化、网络化、绿色化的发展趋势，使企业能够从容应付快速变化的市场，获得企业的长期效益,最终使企业实现TQCSE战略目标。,离散工业设计、制造、管理一体化,3、流程工业综合自动化系统,综合自动化系统是流程工业信息化的基础 工业过程综合自动化系统将生产过程的生产工艺技术、设备运行技术和生产过程管理技术集成起来，实现生产过程的优化控制、优化运行和优化管理，从而保证与产品质量、成本、质量相关的综合生产指标优化。,企业综合自动化系统结构,基于ERP/MES/PCS三层结构的综合自动化系统,生产过程综合自动化系统,生产过程管理系统,生产过程控制系统,计算机支撑系统,生产过程综合自动化系统结构,生产过程综合自动化系统功能结构图,生产执行系统功能,生产计划系统功能,智能优化控制系统,智能优化控制系统功能,智能优化控制策略,产量 质量 成本 消耗,智能优化控制实施策略,酒钢选矿厂介绍 甘肃酒钢选矿厂是酒泉钢铁（集团）公司的原料 铁精矿的生产厂 年处理铁矿石800万吨 矿石含铁品位33%,综合自动化系统案例,酒钢选矿厂主要设备,矿石处理: 99台: 振动筛、皮带运输与卷扬系统等 竖炉焙烧: 242台: 22竖炉, 4 干选机等 磨矿: 115台: 15球磨机, 8分级机, 7 旋流器等 强磁选: 55台: 25 磁选机等 弱磁选: 脱水:4 台脱水槽 磁选: 30台: 14 磁选机等 浓缩: 146台: 5 浓缩大井等,酒钢选矿厂厂景,综合自动化系统的结构硬件结构,图5 综合自动化系统的硬件结构,控制系统照片,矿石处理控制软件界面,竖炉焙烧过程控制软件界面,磨矿过程控制软件界面,磁选过程控制软件界面,浓缩过程控制软件界面,竖炉焙烧过程优化控制软件界面,磨矿过程优化控制软件界面,W1: 燃烧室温度设定值 , Y1: 燃烧室温度, W2: 加热煤气流量设定值 , Y2: 加热煤气流量, U1: 加热煤气阀门开度,图 6 竖炉焙烧过程实际控制曲线,竖炉焙烧过程,应用效果,W3: 给矿量设定值, Y3: 给矿量, U2: 给矿机电振频率, W4: 给水量设定值, Y4: 给水量, U3: 给水阀门开度,图 7 磨矿过程实际控制曲线,磨矿过程,应用成效 竖炉焙烧过程 竖炉台时产率: 提高 0.7 T/h (从 24.9 T/h 到 25.62 T/h) 磁选管回收率: 提高 2% 磨矿过程 磨矿粒度 (-200目): 强磁选:提高 2.92% (从 72.98% 到 75.90%) 弱磁选:提高 2.21% (从 72.80% 到 75.01%) 金属回收率: 提高 1.25%-2.01% 精矿品位 ： 提高0.5 设备运转率: 提高 2.98% 减 员: 50%,4、离散工业集成制造系统,集成制造系统是实现设计、制造、管理一 体化系统的基础,计算机集成制造系统 （Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS） 现代集成制造系统 （ Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS ）,集成制造系统结构,数字化产品设计系统,计算机辅助设计 （Computer Aided Design， CAD） 产品数据管理 (Product Data Management ，PDM ),生产计划系统,主导生产计划(Master Production Schedule ) 物料需求计划( Material Requirements Planning) 能力需求计划( Capacity Requirement Planning) 车间场地控制( Shop Floor Control) 采购( Purchasing) 物料控制( Inventory Control ) 产品数据( Product Data ) 费用账目( Cost Accounting ),生产执行系统,订单管理(Work Order Management ) 工作站管理( Workstation Management ) 物料跟踪管理( Inventory Tracking and Management ) 物料输运管理( Material Movement Management ) 数据采集( Data Collection ) 意外事件管理( Exception Management),维护管理功能( Maintenance Management function) 操作者管理( Time and Attendance function) 统计过程控制功能( Statistical Process Control function) 质量保障功能( Quality Assurance function) 过程数据/性能分析功能( Process Data/Performance Analysis function) 文档/产品数据管理( Documentation/Product Data Management function) 产品跟踪功能( Genealogy/Product Traceability function) 供应商管理功能( Supplier Management ),控制系统,机械设备(Machine Tool) 传感器( Oven Sensor ) 存储/回收系统( Storage/Retrieval System ) 机器人( Robots ) 工作单元( Work Cells ) 过程系统( Process system ) 工具存储( Too