企业信息化数字化和智能化工厂

企业信息化

——数字化和智能化工厂

智慧工厂报告提纲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：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组织结构：总经理生产制造过程生产指挥中心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BPS(BusinessPlanningSystem)PCS(ProcessControlSystem)MES(ManufacturingExecutionSystem)BPS/MES/PCS结构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，美美国““财富富”杂杂志发发表文文章称称MES是““ERP市场的的挑战战者””。该该文介介绍年年产值值16亿美元元的美美国化化纤企企业Unifi公司，，其下下属Yadkinville厂应用用MES软件后后，效效益增增加69%，实际际增效效1600万美元元。基于ERP/MES/PCS三级结结构的的MES软件得得到广广泛应应用，，据美美国MESA调查，，美国国MES软件市市场规规模：：1993年为1.5亿美元元，1994年和1995年年增增长率率为30%，1996年达到到8.65亿美元元，1998年10.1亿美元元，予予计2003年将增增加三三倍。。3）生产产制造造过程程的信信息化化是实实现综综合生生产指指标优优化的的保证证欧洲钢钢铁工工业技技术发发展指指南指指出：：“对对于降降低生生产成成本、、提高高产品品质量量、减减少环环境污污染和和资源源消耗耗只能能通过过全流流程自自动控控制系系统的的优化化设计计来实实现””。(Charbonnieretal.1999)综合生生产指指标的的分解解产量质量成本生产计划生产制造执行优化控制消耗综合生产指标：产量、质量、成本、消耗综合生产指标模型各工段生产指标关键工艺参数设定模型各工序关键工艺参数指标优化系统4）生产制制造过过程的的信息息化是是实现现敏捷捷制造造的保保证现代化化的通通讯网网络将将世界界连成成一体体，经经济全全球化化进程程使使世界界变成成了一一个统统一的的市场场，致致使产产品市市场竞竞争国国际化化；产品的的品种种越来来越丰丰富，，产品品的批批次和和批量量越来来越少，，产品品的开开发周周期越越来越越短。。敏捷制制造（（AgileManufacturing）把动动态灵灵活的的虚拟拟组织织机构构、先先进的的柔性性制造造技术术和高高素质质的人人员进进行全全面的的集成成。敏捷制制造将将使企企业实实现FTQCS战略目目标，，即产产品的的功能能(F)全，开开发周周期(T)短，质质量(Q)高，成成本(C)低，并并能为为用户户提供供更好好的服服务(S)。建立虚虚拟企企业和和发展展敏捷捷制造造技术术是实实现敏敏捷制制造的的两个个坚实实基础础。信息技技术是是建立立虚拟拟企业业和实实现虚虚拟制制造的的关键键使能能技术术。敏捷制制造使使企业业管理理从金金字塔塔式的的多层层结构构走向向扁平平化结结构企业业工厂厂单元元工作站站车间间设备备计划划执行行控制制（a）多级级递阶阶（b）分布布式纵向集集成纵横向向综合合集成成“小而全全”““大而而全””企业业突出核核心竞竞争力力企业业敏捷制制造使使企业业“大大而全全”““小而而全””的组组织模模式走走向分分工协协作突突出核核心竞竞争力力的模模式零部件1车间零部件2车间零部件n车间零部件车间市场供应后勤保障设计组装车间企业组织模式零部件1厂零部件2厂零部件厂n零部件厂…………设计集成外部企业协作市场供应后勤保障核心零件制造企业核心技术敏捷制制造的的关键键技术术支持敏敏捷制制造的的使能能技术术：资资源共共享、、信息息服务务、虚虚拟制制造、、并行行工程程、建建模/仿真和和人工工智能能等;资源优优化,包括供供应链链的建建模和和管理理;网络平平台(Internet/Intranet/Extranet)。造船工工业案案例分分析韩国造造船企企业通通过高高度信信息化化和自自动化化，走走集成成造船船的发发展道道路，，逐步步向敏敏捷制制造模模式迈迈进，，韩国国成为为当今今世界界第一一造船船大国国。韩国造造船业业发展展纵向向比较较：韩国与与中国国造船船业的的横向向比较较（2001年）：：2、企业业信息息化的的内涵涵制造业业特点点：–离散制制造业业–流程工工业–混合制制造业业1、调度和和协调调复杂杂产品部部件多多，可以独独立加加工，生产流流程能能够并并行、、异步步进行行；对于某某一产产品常常有多多种实实现路路径可可供选选择，设备功功能冗冗余度度大，因此增加了了调度度和协协调的的复杂杂性。。2、资源管管理复复杂由于每每个操操作可可能涉涉及不不同的的物料料、设设备、、工具具及文文档等等资源源，这些资资源离离散地地分布布在企企业中中，因此在在异步步、并并发的的离散散流程程中资资源管管理复复杂。。3、控制量量相互互独立立、流程切切换代代价小小产品生生产主主要通通过位位移、、角度度等作作为控控制量量进行行物理理加工工，设备控控制参参数由由设计计决定定，不受物物料物物性影影响，设备间独立立性强。流流程切换不不存在象连连续工业那那样复杂的的启停和清清洗过程，主要是加工工程序的上上载和刀具具的更换，所以切换代代价较小。。4、劳力密集型型、自动化化水平相对对较低离散制造业业企业由于于是离散加加工，产品品的质量和和生产率很很大程度依依赖于工人人的技术水水平，自动动化主要在在单元级，，例如数控控机床、柔柔性制造系系统等，因因此,离散制造业是是一个人员密密集型行业，，自动化水平平相对较低。。离散制造业的的特点流程工业的特特点1、复杂性主要的流程工工业涉及到原原材料和能源源的生产加工工行业，如冶冶金（钢铁、、有色、黄金金）、石油化化工、电力等等；我国资源源的特点：贫贫矿多，难于于提炼，因而而其生产加工工过程复杂；；金字塔式的管管理模式是层层次多，经营营管理、制造造执行等过程程的信息获取取、控制与管管理涉及的变变量与参数多多，过程的模模型难于描述述。2、技术密集型型生产过程涉及及到工艺、机机械装备、自自动控制、工工业工程等专专业知识、经经验、专有技技术。人

先进技术

服务型工厂服务生产环保型工厂资源再生创造型工厂先进技术生产自动化工厂基础产品生产信息基础结构生产

应用

应用技术

成熟技术环境技术机器数字化与智能能化工厂以信息技术为为基础的先进进制造技术结结构数字化与智能能化工厂制造过程数字字化、自动化化、虚拟化、智能能化生产过程数字化、、自动化、虚拟化、智能能化管理数字化与与智能决策设计数字化、、协同化、虚虚拟化、智能能化企业数字化与智能化1）离散制造业业数字化与智智能化设计数字化、、协同化、虚虚拟化、智能能化制造过程数字字化、自动化化、虚拟化、、智能化管理数字化与与智能决策2）流程工业数数字化与智能能化工艺设计数字字化、协同化化、虚拟化、、智能化生产过程数字字化、自动化化、虚拟化、、智能化生产管理数字字化智能决策策企业信息化的的内涵将信息技术用用于企业产品品设计（工艺艺设计）、制制造（生产））、管理（生生产管理和经经营管理）和和销售的全过过程，以提高高企业的市场场应变能力和和竞争能力。。企业信息化的的内容设计信息化（（产品设计和和工艺设计））－计算机辅助助设计(CAD)－并行工程－虚拟制造与与流程模拟－设计过程管管理(PDM)企业管理信息息化－企业资源（（ERP）－制造执行（（MES）生产制造过程程自动化－优化控制与与过程控制－加工设备机机电一体化集成化（强调调企业内部信信息集成）－设计、制造造、管理一体体化－一体化过程程控制网络化（强调调企业间的资资源优化）流程工业一体体化过程控制制流程工业一体体化过程控制制技术是将与与产品的质量量、产量、成成本相关的经经济技术指标标自动转化为为流程工业生生产过程各工工序自动控制制系统参数，，从而保证达达到产品的微微观组织和最最终性能的高高技术。流程工业一体体化过程控制制技术已经成成为国际上工工业领域的高高技术发展潮潮流和方向。。研发工业生生产一体化的的过程控制系系统已经成为为国际上高技技术研发机构构与高技术公公司的研究热热点，美国I2等高技术公司司已经研发出出某种材料生生产一体化过过程控制软件件系统，虽然然实现了部分分功能，但应应用钢铁等材材料生产企业业，取得显著著的经济效益益。流程工业一体体化过程控制制系统是实现现流程工业信信息化的关键键，是提高流流程工业生产产效率和产品品质量、减少少资源消耗的的有效途径。。离散工业设计计、制造、管管理一体化是是将信息技术术、现代管理理技术和先进进设计制造技技术结合，应应用于企业产产品全生命周周期（从市场场需求到最终终报废处理））的各个阶段段。通过信息息集成、过程程优化及资源源优化，实现现物流、信息息流、资金流流的继承与优优化运行，达达到人（组织织、管理）、、经营和技术术三要素的集集成，以缩短短企业新产品品开发的时间间（T）、提高产品品质量(Q)、降低成本(C)、改善服务(S)、清洁环境（（E），从而提高高企业的市场场应变能力和和竞争能力。。离散工业设计计、制造、管管理一体化技技术是全世界界制造工业领领域的高技术术发展潮流和和方向。以实实现敏捷制造造为目标的设设计、制造、、管理一体化化技术，已经经成为国际上上高技术研发发机构与高技技术公司的研研究热点，它它不仅成为制制造业不断推推出新产品、、快速响应不不可预测的市市场并赢得竞竞争的主要手手段，而且成成为信息时代代提高企业竞竞争能力的综综合性高新技技术。如韩国国现代重工与与美国PTC公司合作开发发以WindeHill为核心的设计计、制造、管管理一体化系系统，已经使使企业获得了了良好的经济济效益和社会会效益。离散工业设计计、制造、管管理一体化系系统具有集成成化、数字化化、智能化、、敏捷化、网网络化、绿色色化的发展趋趋势，使企业业能够从容应应付快速变化化的市场，获获得企业的长长期效益,最终使企业实实现TQCSE战略目标。离散工业设计计、制造、管管理一体化3、流程工业综综合自动化系系统综合自动化系系统是流程工工业信息化的的基础工业过程综合合自动化系统统将生产过程程的生产工艺艺技术、设备备运行技术和和生产过程管管理技术集成成起来，实现现生产过程的的优化控制、、优化运行和和优化管理，，从而保证与与产品质量、、成本、质量量相关的综合合生产指标优优化。企业综合自动动化系统结构构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PCS层MES层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关系数据库系统实时数据库系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

计算机网络系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计量数据采集基于ERP/MES/PCS三层结构的综综合自动化系系统生产过程综合合自动化系统统生产过程管理理系统生产过程控制制系统计算机支撑系系统生产过程综合合自动化系统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(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流程工业生产过程

关系数据库

计算机网络系统原料产品多媒体监控系统

实时数据库过程自动化子系统生产过程综合合自动化系统统功能结构图图过程综合自动化系统生产管理系统计算机支撑系统过程控制系统生产计划生产执行过程控制子系统过程控制子系统实时数据库关系数据库计算机网络生产执行系统统功能生产统计生产计划管理生产统计生产分析物料平衡生产调度生产信息管理调度执行日常数据采集生产报告设备管理设备文件设备操作信息收集设备操作设备维护物料管理固定资产质量管理质量信息管理质量索引统计质量统计质量分析综合查询与决策调度信息计划和统计信息能量信息动态成本控制信息质量控制信息设备管理信息决策支持生产执行系统生产计划系统统功能生产计划系统能源计划能源信息管理能源消耗数据收集能源消耗数据分析能源设备管理生产作业计划生产计划管理生产统计生产分析物料平衡生产成本计划成本计划成本核算成本监控成本分析成本控制物料计划物料采购物料统计物料跟踪物料分析智能优化控制制系统智能优化控制制系统功能智能优化控制制策略产量质量成本消耗智能优化控制制实施策略酒钢选矿厂介介绍甘肃酒钢选矿矿厂是酒泉钢钢铁（集团））公司的原料料—铁精精矿的生产厂厂年处理铁矿石石800万吨吨矿石含铁品位位33%综合自动化系系统案例酒钢选矿厂主主要设备矿石处理:99台:振动筛、皮带带运输与卷扬扬系统等竖炉焙烧: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厂景综合自动化系系统的结构硬件结构图5综合自动化系系统的硬件结结构控制系统照片片矿石处理控制制软件界面PanoramicviewoftheFactoryMonitoringviewofraworesprocessingOperationpanelofraworesprocessing竖炉焙烧过程程控制软件界界面

Panoramicviewoftwenty-tworoasters

MonitoringviewofshaftroasterMonitoringviewofoperationparametersOperationpanelofcontrolsystem磨矿过程控制制软件界面

Monitoringviewofmillingprocess

Operationpanelofcontrolsystem磁选过程控制制软件界面OperationpanelofMagneticdressingprocess

浓缩过程控制制软件界面

Monitoringviewofcondensing

processOperationpanelofcondensingprocess竖炉焙烧过程程优化控制软软件界面managementpanelofoptimalcontrolsystemofroasting

InputofconditionsResultsof

optimisation磨矿过程优化化控制软件界界面managementpanelofoptimalcontrolsystemofmillingInputofconditionsResultsof

optimisationY1W1W2Y2U1W1:燃烧室温度设设定值,Y1:燃烧室温度,W2:加热煤气流量量设定值,Y2:加热煤气流量量,U1:加热煤气阀门门开度图6竖炉焙烧过程程实际控制曲曲线竖炉焙烧过程程应用效果W3Y3U2W4Y4U3W3:给矿矿量设定值,Y3:给给矿量,U2:给给矿机电振频频率,W4:给水水量设定值,Y4:给给水量,U3:给给水阀门开度度图7磨矿过程实际际控制曲线磨矿过程应用成效竖炉焙烧过程程竖炉台时产率率:提高0.7T/h(从24.9T/h到25.62T/h)磁选管回收率率: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%减员员:50%4、离散工业集集成制造系统统集成制造系统统是实现设计计、制造、管管理一体化化系统的基础础计算机集成制制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystems，CIMS）现代集成制造造系统（ContemporaryIntegratedManufacturingSystems，CIMS）集成制造系统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设计系统计算机辅助设设计（ComputerAidedDesign，CAD）产品数据管理理(ProductDataManagement，PDM)生产计划系统统主导生产计划划(MasterProductionSchedule)物料需求计划划(MaterialRequirementsPlanning)能力需求计划划(CapacityRequirementPlanning)车间场地控制制(ShopFloorControl)采购(Purchasing)物料控制(InventoryControl)产品数据(ProductData)费用账目(CostAccounting)生产执行系统统订单管理(WorkOrderManagement)工作站管理(WorkstationManagement)物料跟踪管理理(InventoryTrackingandManagement)物料输运管理理(MaterialMovementManagement)数据采集(DataCollection)意外事件管理理(ExceptionManagement)维护管理功能能(MaintenanceManagementfunction)操作者管理(TimeandAttendancefunction)统计过程控制制功能(StatisticalProcessControlfunction)质量保障功能能(QualityAssurancefunction)过程数据/性能分析功能能(ProcessData/PerformanceAnalysisfunction)文档/产品数据管理理(Documentation/ProductDataManagementfunction)产品跟踪功能能(Genealogy/