企业信息化-数字化和智能化工厂

1、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

2、,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(

3、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

4、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

5、金矿据美国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%.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

6、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“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 q 韩国造船业发展纵向比较： 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

7、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

8、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

9、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。 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制造过程数字化、自动化、制造过程数字化、自动化、虚拟化、智能化虚拟化、智能化生产生产过程数字化、

10、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集成支撑系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

11、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 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 生产过程管理系统生产过程控制系统计算机支撑系统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

12、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 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

13、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生产生产计划计划系统系统能源计划能源计划能源信息

14、管理能源信息管理能源消耗数据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产量质量成本消耗矿石处理矿石处理: 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

15、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图5 综合自动化系统的硬件结构Panoramic view of the FactoryMonitoring view of raw ores processingOperation panel ofraw ores processing Panoramic view of twenty-two roasters Monitoring view of shaf

16、t roasterMonitoring view of operation parameters Operation panel of control system Monitoring view of milling process Operation panel of control systemOperation panel of Magnetic dressing process Monitoring view of condensing process Operation panel of condensing processmanagement panel of optimal c

17、ontrol system of roasting Input of conditions Results of optimisationmanagement panel of optimal control system of milling Input of conditions Results of optimisationY1W1W2Y2U1W3Y3U2W4Y4U3q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 Syste

18、msComputer Integrated Manufacturing Systems，CIMSCIMS）q现代集成制造系统现代集成制造系统（ Contemporary Integrated Manufacturing SystemsContemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS CIMS ）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q计算机辅助设计 （Computer

19、 Aided Design， CAD） q产品数据管理 (Product Data Management ，PDM ) q主导生产计划(Master Production Schedule )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 )q订单管理(Work

20、 Order Management )q工作站管理( Workstation Management )q物料跟踪管理( Inventory Tracking and Management )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 functi