企业信息化-数字化和智能化工厂

1、企业信息化数字化和智能化工厂柴天佑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、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、企业信息化的内涵3、流程工业综合自动化系统、流程工业综合自动化系统4、离散工业集成制造系统、离散工业集成制造系统5、企业信息化的实施策略、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史性任务。信息化是我国加快实现工业化和现代化的化的必然选择必然选择。坚持以信息化。坚持以信息化带动带动工业化，以工工

2、业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效业化促进信息化，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。得到充分发挥的新型工业化路子。”信息化是提高企业知识生产力的最有效的工具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现代管理之父杜拉克指出:“知识生产力将日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力的决定性因素”，“无论什么传统产业，之所无论什么传统产业，之所以能发展壮大，就是因为它们围绕知识和信息

3、进以能发展壮大，就是因为它们围绕知识和信息进行了重组。行了重组。” 采用信息化的手段采用信息化的手段,围绕着生产过程的信息和围绕着生产过程的信息和知识对生产过程进行重组知识对生产过程进行重组,将优秀的生产与操作经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。中去，极大地提高生产力。金字塔型组织金字塔型组织 扁平化组织结构扁平化组织结构管理组织层次管理组织层次金字塔型组织：金字塔型组织：生产制造过程董事会总经理生产副总生产班工人生产部生产厂生产车间扁平化扁平化组织结构：组织结构：总经理总经理生产制造过程生产制造过程

4、生产指挥中心生产指挥中心信息化才能实现企业扁平化管理信息化才能实现企业扁平化管理经营决策经营决策企业管理企业管理生产调度生产调度过程优化过程优化过程控制过程控制Purdue 模型模型BPS(Business Planning System)PCS(Process Control System)MES (Manufacturing Execution System)BPS/MES/PC S结构结构 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

5、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。 辽宁省排山楼金矿辽宁省排山楼金矿 ：黄黄金回收率提高金回收率提高1 1以上；生以上；生产能力由产能力由12001200吨日提高吨日提高到到20002000吨日，剥采比由吨日，剥采比由1010：1 1降低到降低到6.56.5：1 1，选矿，选矿成本由成本由73.0373.03元吨降为元吨降为3737元吨，采矿成本由元吨，采矿成本由5757元元吨降为

6、吨降为4343元吨，人均元吨，人均劳动生产率劳动生产率7575万元，是同万元，是同类企业的平均水平的类企业的平均水平的1717倍。倍。( (图一所示图一所示) ) 图一图一 排山楼金矿排山楼金矿据美国MESA1996年调查统计结果生产周期时间缩短率为生产周期时间缩短率为35%;35%;数据输入时间缩短率为数据输入时间缩短率为36%;36%;在制品削减率为在制品削减率为32%;32%;文书工作削减率为文书工作削减率为67%;67%;交货期缩短率为交货期缩短率为22%;22%;不合格产品减低率为不合格产品减低率为22%;22%;文书丢失减少率为文书丢失减少率为55%.55%.据美国ARC公司调查,

7、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%.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：欧洲钢铁工业技术发展指南指出：“对于对于降低生产成本、提高产品质量、减少环境降低生产成本、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系统的优化设计来实现”。 ( (Charbonnier Charbonnier etet alal.1999).1999)综合生产指标的分解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 敏捷制造

8、使企业管理从金字塔式的多层结构走向扁平化结构企企 业业工工 厂厂单单 元元工作站工作站车车 间间设设 备备计计 划划执执 行行控控 制制（a）多级递阶）多级递阶（b）分布式）分布式纵纵向向集集成成纵纵横横向向综综合合集集成成“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零部件零部件1车间车间零部件零部件2车间车间零部件零部件n车间车间零部件零部件车间车间市场市场供应供应后勤后勤保障保障设计设计组装组装车间车间企业组织企业组织模式模式零部件零部件1厂厂零部件零部件2厂厂零部件厂零部件厂n零部件厂零部件厂设计设计集成集成外部企业协作外部企业协作市场市场供应供应后勤后

9、勤保障保障核心零核心零件制造件制造企业核心技术企业核心技术敏捷制造的关键技术 造船工业案例分析 q 韩国造船业发展纵向比较：q 韩国与中国造船业的横向比较（2001年）：2、企业信息化的内涵q 制造业特点：制造业特点： 离散制造业离散制造业 流程工业流程工业 混合制造业混合制造业 1、调度和协调复杂调度和协调复杂 产品部件多产品部件多，可以独立加工可以独立加工，生产流程能够并行、异步进行生产流程能够并行、异步进行；对于对于某一产品常有多种实现路径可供选择某一产品常有多种实现路径可供选择，设备功能冗余度大设备功能冗余度大，因此因此增加增加了调度和协调的复杂性。了调度和协调的复杂性。 2、资源管理

10、复杂资源管理复杂 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，这些这些资源离散地分布在企业中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因此在异步、并发的离散流程中资源管理复杂。复杂。 3、控制量相互独立控制量相互独立、流程切换代价小流程切换代价小 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，设备控设备控制参数由设计决定制参数由设计决定，不受物料物性影响不受物料物性影响，设备间独立性强。流程切换设备间独立性强。流程切换不存在象连续工业那样复杂的启停和清洗过

11、程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主要是加工程序的上载和刀具的更换载和刀具的更换，所以切换代价较小。所以切换代价较小。 4、劳力密集型、自动化水平相对较低劳力密集型、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，自动化水平相对较离散制造业是一个人员密集型行业，自动化水平相对较低。低。 q 离散制造业

12、的特点离散制造业的特点 q 流程工业的特点流程工业的特点 1、复杂性、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；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。理涉及的变量与参数多，过程的模

13、型难于描述。 2、技术密集型、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。术。人人 先进技术先进技术 服务型工厂服务生产服务生产环保型工厂资源再生资源再生创造型工厂先进技术生产先进技术生产自动化工厂基础产品生产基础产品生产信息信息基础结构基础结构生产生产 应用应用 应用技术应用技术 成熟技术成熟技术环境技术环境技术机器机器q 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以信息技术为基础的先进制造技术结构q 数字化与智能化工厂制造过程数字化、自动化、制造过程数字化、自动化、

14、虚拟化、智能化虚拟化、智能化生产生产过程数字化、自动化、过程数字化、自动化、虚拟化、智能化虚拟化、智能化管理数字化与智能决策管理数字化与智能决策设计数字化、协同化、虚拟化、智能化设计数字化、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）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管理数字化与智能决策2）流程工业数字化与智能化）流程工业数字化与智能化工艺设计数字化、协同化、虚拟化、智能化工艺设计数字化、协同化、虚拟化、智能化生产过

15、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、智能化生产管理数字化智能决策生产管理数字化智能决策q企业信息化的内涵企业信息化的内涵将信息技术用于企业产品设计（工艺设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。企业的市场应变能力和竞争能力。q 企业信息化的内容设计信息化（产品设计和工艺设计）设计信息化（产品设计和工艺设计）计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)(CAD)并行工程并行工程虚拟制造与流程模拟虚拟制造与流程模拟 设

16、计过程管理设计过程管理(PDM)(PDM)企业管理信息化企业管理信息化企业资源（企业资源（ERPERP）制造执行（制造执行（MESMES）生产制造过程自动化生产制造过程自动化优化控制与过程控制优化控制与过程控制 加工设备机电一体化加工设备机电一体化集成化（强调企业内部信息集成）集成化（强调企业内部信息集成）设计、制造、管理一体化设计、制造、管理一体化 一体化过程控制一体化过程控制网络化（强调企业间的资源优化）网络化（强调企业间的资源优化）q 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、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

17、流程工业生产过程各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。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，美国热点，美国I2等高技术公司已经研发出某种材料生产一体等高技术公司已经研发出某种材料生产

18、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。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。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设计制造技术

19、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、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（术三要素的集成，以缩短企业新产品开发的时间（T T）、提高产品质量）、提高产品质量(Q) (Q) 、降低成本、降低成本(C) (C) 、改善服务、改善服务(S) (S) 、清洁环境（、清洁环境（E E），从而提高企业），从而提高企业的市场应变能力和竞争能

20、力。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。如韩要手段，而

21、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国现代重工与美国PTCPTC公司合作开发以公司合作开发以WindeHillWindeHill为核心的设计、制造、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。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、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市场，获得

22、企业的长期效益, ,最终使企业实现最终使企业实现TQCSETQCSE战略目标。战略目标。3、流程工业综合自动化系统q 综合自动化系统是流程工业信息化的基础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。综合生产指标优化。q 企业综合自动化系统结构集成支撑系

23、统数据库计算机网络企业资源计划系统（ERP）生产执行系统（MES）生产过程控制系统（PCS）ERP层层PCS层层MES层层企业管控一体化系统总体结构框架示意图企业管控一体化系统总体结构框架示意图运输综合查询与辅助决策应付帐款应收帐款档案管理项目投资固定资产备品备件质检生 产 调 度能源管理设备运行安全管理生 产 过 程 信 息 处 理 系 统原料库房产品库房财务管理生产动态成本控制生产统计计量溶出DCS母液蒸发DCS赤 泥 洗涤DCS种分DCS焙烧DCS其他DCS关关系系数数据据库库系系统统实实时时数数据据库库系系统统供应管理销售管理人力资源办公自动化能源计划生产成本计划生产计划运输质检计量

24、计计算算机机网网络络系系统统大修计划综 合 计 划 管 理生产管理综合统计选矿DCS过程PLC计量数据采集q q 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q 生产过程综合自动化系统结构计划管理生产作业计划物料计划能源计划生产成本计划生产统计生产调度物料控制与管理能源管理生产成本控制与管理生产执行设备管理综合信息查询与辅助决策质量管理生 产 过 程 信 息 处 理 系 统生产管理系统生产管理系统(MES)生产过程自动化系统过程自动化子系统智能优化控制系统过程自动化子系统过程自动化子系统生产过程集成自动化系统生产过程集成自动化系统流程工业生产过程流程工业生产过程 关关

25、系系 数数 据据 库库 计计 算算 机机 网网 络络 系系 统统原料原料产品产品多媒体监控系统 实实 时时 数数 据据 库库过程自动化子系统q 生产过程综合自动化系统功能结构图过程过程综合综合自动化自动化系统系统生产管理系统生产管理系统计算机支撑系统计算机支撑系统过程控制系统过程控制系统生产计划生产计划生产执行生产执行过程控制子系统过程控制子系统过程控制子系统过程控制子系统实时数据库实时数据库关系数据库关系数据库计算机网络计算机网络q 生产执行系统功能生产执行系统功能生产统计生产统计生产计划管理生产计划管理生产统计生产统计生产分析生产分析物料平衡物料平衡生产调度生产调度生产信息管理生产信息管理

26、调度执行调度执行日常数据采集日常数据采集生产报告生产报告设备管理设备管理设备文件设备文件设备操作信息收集设备操作信息收集设备操作设备操作设备维护设备维护物料管理物料管理固定资产固定资产质量管理质量管理质量信息管理质量信息管理质量索引统计质量索引统计质量统计质量统计质量分析质量分析综合查询与决策综合查询与决策调度信息调度信息计划和统计信息计划和统计信息能量信息能量信息动态成本控制信息动态成本控制信息质量控制信息质量控制信息设备管理信息设备管理信息决策支持决策支持生产生产执行执行系统系统q 生产计划系统功能生产计划系统功能生产生产计划计划系统系统能源计划能源计划能源信息管理能源信息管理能源消耗数据

27、收集能源消耗数据收集能源消耗数据分析能源消耗数据分析能源设备管理能源设备管理生产作业计划生产作业计划生产计划管理生产计划管理生产统计生产统计生产分析生产分析物料平衡物料平衡生产成本计划生产成本计划成本计划成本计划成本核算成本核算成本监控成本监控成本分析成本分析成本控制成本控制物料计划物料计划物料采购物料采购物料统计物料统计物料跟踪物料跟踪物料分析物料分析q 智能优化控制系统产量质量成本消耗q 综合自动化系统案例酒钢选矿厂介绍酒钢选矿厂介绍甘肃酒钢选矿厂是酒泉钢铁（集团）公司的原甘肃酒钢选矿厂是酒泉钢铁（集团）公司的原料料 铁精矿的生产厂铁精矿的生产厂年处理铁矿石年处理铁矿石800万吨万吨矿石含

28、铁品位矿石含铁品位33%矿石处理矿石处理: 99台台: 振动筛、皮带运输与卷扬系统等振动筛、皮带运输与卷扬系统等竖炉焙烧竖炉焙烧: 242台台: 22竖炉竖炉, 4 干选机等干选机等 磨矿磨矿: 115台台: 15球磨机球磨机, 8分级机分级机, 7 旋流器等旋流器等强磁选强磁选: 55台台: 25 磁选机等磁选机等弱磁选弱磁选: 脱水脱水:4 台脱水槽台脱水槽 磁选磁选: 30台台: 14 磁选机等磁选机等浓缩浓缩: 146台台: 5 浓缩大井等浓缩大井等q 酒钢选矿厂厂景酒钢选矿厂厂景q 综合自动化系统的结构综合自动化系统的结构硬件结构硬件结构图5 综合自动化系统的硬件结构q 控制系统照片

29、控制系统照片Panoramic view of the FactoryMonitoring view of raw ores processingOperation panel ofraw ores processing Panoramic view of twenty-two roasters Monitoring view of shaft roasterMonitoring view of operation parameters Operation panel of control system Monitoring view of milling process Operation

30、panel of control systemOperation panel of Magnetic dressing process Monitoring view of condensing process Operation panel of condensing processmanagement panel of optimal control system of roasting Input of conditions Results of optimisationmanagement panel of optimal control system of milling Input

31、 of conditions Results of optimisationY1W1W2Y2U1W3Y3U2W4Y4U34、离散工业集成制造系统q集成制造系统是实现设计、制造、管理一集成制造系统是实现设计、制造、管理一 体化系统的基础体化系统的基础 q计算机集成制造系统计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing SystemsComputer Integrated Manufacturing Systems，CIMSCIMS）q现代集成制造系统现代集成制造系统（ Contemporary Integrated Manufacturing System

32、sContemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS CIMS ）q集成制造系统结构控制系统计划系统接口订单管理意外事件管理数据采集物料输运管理物料跟踪管理工作站管理质量保障统计过程控制操作者管理维护管理供应商管理产品跟踪文档/产品数据管理过程数据/性能分析生产执行系统生产计划系统数字化产品设计系统数字化产品设计系统q计算机辅助设计 （Computer Aided Design， CAD） q产品数据管理 (Product Data Management ，PDM ) 生产计划系统q主导生产计划(Master Production Schedu

33、le )q物料需求计划( Material Requirements Planning)q能力需求计划( Capacity Requirement Planning)q车间场地控制( Shop Floor Control)q采购( Purchasing)q物料控制( Inventory Control )q产品数据( Product Data )q费用账目( Cost Accounting )生产执行系统q订单管理(Work Order Management )q工作站管理( Workstation Management )q物料跟踪管理( Inventory Tracking and Man

34、agement )q物料输运管理( Material Movement Management )q数据采集( Data Collection )q意外事件管理( Exception Management)q维护管理功能( Maintenance Management function)q操作者管理( Time and Attendance function)q统计过程控制功能( Statistical Process Control function)q质量保障功能( Quality Assurance function)q过程数据/性能分析功能( Process Data/Performance Analysis function)q文档/产品数据管理( Documentation/Product Data Management function)q产品跟踪功能( Genealogy/Product Traceability function)q供应商管理功能( Supplier Management )控制系统q机械设备(Machine Tool)q传感器( Oven Sensor )q存储/回收系统( Storage/Retrie