离散生产型数字化工厂整体解决方案

离散生产型数字化工厂整体解决方案主讲人：王淼中船重工鹏力（南京）智能装备系统有限公司·全球数字化工厂系统集成服务商中船重工·鹏力智造01╱

离散生产型数字化工厂愿景02╱

数字化工厂整体解决方案03╱

多领域数字化工厂应用实例全球数字化工厂系统集成服务商目

录

离散生产型数字化工厂愿景

全球数字化工厂系统集成服务商生产人员密集，实施自动化难度大生产过程品种交替频繁，

产品非标多、变批量大自动化水平多品种

离散制造业一生产管理

单件、小批量

多品种、变批量

个性化定制

设备利用率低

库存压力大

按期履约率低

一次检验合格率低离散生产制造的特点生产计划按订单组织生产，物料多，计划执行困难多品种小批量特征的离散型制造特点：全球数字化工厂系统集成服务商自动化水平要求很高，

特别是缺陷自动检测，自动识别能力要求高。生产过程单一，缺乏灵活

性；产品变更一次，调整

周期长。

产量大而品种少；

工艺过程与生产条件

稳定，不易变更；

作业分工细，产线长；

生产线调整繁琐

设备维护成本高生产计划生产计划一次要求需求量大，若

生产量不满足，生产成本会增加，甚至生产计划组织不起来。离散生产制造的特点大批量单一产品特征的离散型制造特点:,生产管理规模生产离散制造业全球数字化工厂系统集成服务商自动化水平战略方向数字化技术直面企业难题，将对生产、制造、工艺、人员各

个方面进行持续改进优化，减少

人为因素的影响，

使离散生产制

造过程通过数字化化技术实现全

面要素的精确可控，最终为企业

带来全领域质量效益的提升。数字化技术是解决离散生产制造的关键手段持续优化的数字化技术将改变一切设计领域的工艺质量管控建立设计工艺质量标准与一次成功率制造领域的数字化设备互联互通基础的分散式控制生产人员领域的高效管理降低人为主观因素生产领域的计划排产优化逆向排产能力数字化技术

直面企业难题中国国家战略：

中国制造2025参考：德国工业4.0全球数字化工厂系统集成服务商数字化工厂愿景：

数据驱动：整个企业的管理、生产、制造活动将直接由“企业资源信息集控中心”

进行协调和驱动。

物物互通：所有机器实现以三维模型为信息载体进行呼应操作。

人机互动：通过人工单元、自动化单元、物流单元的有机结合，实现各种单元的柔性生产。

虚实互联：采用数字技术

，在虚拟环境完成产品设计，并进行设计和工艺的优化迭代。全球数字化工厂系统集成服务商智能化生产控制中心智能化生产执

行过程管控智能化仓储/运输与物流现场监视装置中央控制室现场Andon离散型数字化工厂的愿景DNC高级计划排程智能化机械手数字化物流管控公共资源定位系统数字化质量检测智能加工中

心与生产线AGV智能小车执行过程调度智能化加工设备智能工具管理自动化立体仓库数字化工厂

数字化工厂整体解决方案

全球数字化工厂系统集成服务商编码系统加工中心智能物流仓

储系统多机器人协同生

产线制造分部转运系统装配机器人出库入库…………DNCDNCSFCSFC自动生产线（数据驱动的智能单元、智能生产线）PLM（设计、工艺、制造一体化）ERPMES第1层PLCSFC第3层ERP

PLM数字化工厂整体解决方案系统组成第2层MES工厂组态数字化工厂整体由四大平台组成：决策平台、工程数据平台、辅助平台、实体制造平台。全球数字化工厂系统集成服务商数字化双胞胎数字化双胞胎（直观的数据展示、决策）决策平台工程数据平台

辅助平台PLM/ERP/MES

（工程大数据）中控室

（

数据EMA贯IL通

）系统门集户成CPSOAIMPBPM实体制造平台分部转

运系统棒料切割单元板材套料单元型材下料单元自动划线单元分选机器人检测机器人辅助机器人装配中心制造中心下料中心工业网络成品库托盘库立体库料库……决策平台数字化工厂整体解决方案全球数字化工厂系统集成服务商决策平台虚拟工厂决策平台就是利用数字技术建立和实际工厂一模一样的虚拟工厂，在虚拟工厂中运用企业知识对产品的设计、工艺规划、生产执行、物流产能等进行仿真

，优化出最佳的生产制造方案；并将工厂的实际生产数据在虚拟工厂中实时的展示出来，管理人员通过增强虚拟现实了解生产线的质量情况、运转情况、在制品情况等。全球数字化工厂系统集成服务商生产车间工位1工位2决策平台数字化双胞胎技术决策平台的核心是采用数字化双胞胎技术，即：通过虚拟工厂对现实的物理工厂进行数字化模拟，虚实互联。工艺验证1、装配顺序仿真2、装配工艺仿真3、人机工程仿真4、机器人仿真5、工位布局仿真工厂规划1、工厂设备及布局2、产品生产工艺3、物流输送方式及策略4、……生产能力仿真1、产线产能2、产线瓶颈3、设备配备优化4、利用率数字化样机及展示1、干涉检查2、剖面检测3、设计进度展示4、大装配展示生产状态展示1、点检信息2、设备状态信息3、车间生产信息4、线边库存物理产品1、产品实物2、产品试验3、产品性能生产工艺1、装配顺序2、物料搬运3、人工操作4、工艺资源使用产品工艺现实作业指导书虚拟

操作视频产品模型、工厂模型、

资源、工艺结构工艺可行性报告、问题报告模型、尺寸公差、属性信息设计质量评估、进度反馈生产工艺、布局、物流策略产线性能评估及改进方法工

艺

规划全球数字化工厂系统集成服务商工

厂

规

划生

产

执行产

品

设

计决策平台数字化双胞胎技术b

01l产品设计虚拟工厂将产品设计过程数据形成数字样机，并与PLM系统进行集成，在虚拟工厂中进行实时展示，能够调取需要展示的产品模型在PLM系统中存储的各个阶段的研制进度、仿真进度和试验进度，实现产品原理、外形、建模状态、研制计划的完成情况

、相关技术文档的进度信息等内容的展示，可以有效提升研制过程管理水平。数字化样机及展示1、干涉检查2、剖面检测3、设计进度展示4、大装配展示物理产品1、产品实物2、产品试验3、产品性能全球数字化工厂系统集成服务商模型、尺寸公差、属性信息设计质量评估、进度反馈决策平台数字化双胞胎技术b

01l产品设计相对于建造物理样机而言，

建造数字样机是一项成本收益极高的选择，通过虚拟装配仿真验证、振动分析、干涉检查

等功能

，实现零部件设计的迭代，

替代传统的设计、生产、装配验证模式，帮助公司节约大量成本，大幅提高装配效率，

大幅缩短研制周期。产品物理样机设计

装配、振动、干涉等数字分析

产品数字样机设计全球数字化工厂系统集成服务商决策平台数字化双胞胎技术b

02l工艺规划在数字样机完成建造后，就可以在虚拟工厂内进行工位设计、

人因工程分析、

机器人离线编程优化、加工装配工艺仿真等等工艺规划，

在设计阶段就进行可制造性验证，提前进行装配可行性与装配精确性的研究，可以有效减少设计变更。完成路径规划后，还可以制作可视化的三维电子装配作业指导书，可以提高装配效率与成功率。同时，该指导书还可

以应用于员工培训以及产品的拆装、维护工艺培训等场景。机器人离线编程与优化加工/装配工艺过程分析人因工程分析与工位设计全球数字化工厂系统集成服务商工艺验证1、装配顺序仿真2、装配工艺仿真3、人机工程仿真4、机器人仿真5、工位布局仿真生产工艺1、装配顺序2、物料搬运3、人工操作4、工艺资源使用产品模型、工厂模型、

资源、工艺结构工艺可行性报告、

问题报告生产执行仿真分析机器人生产状态模拟仿真

数控中心刀轨仿真决策平台数字化双胞胎技术b

03l生产执行工艺规划完成后，

虚拟工厂提供生产执行仿真分析功能，可以进行机器人加工仿真、数控中心刀轨仿真等加工工艺仿真。

提前进行机器人与设备、

环境、工件的运动干涉检查；通过仿真生成的NC程序、机器人控制程序还可以导出并直接应

用于生产环境，从而减少在实际生产环境下机器人的调试时间

，有效缩短新产品加工工艺确定的时间。工位1

工位2生产状态展示1、点检信息2、设备状态信息3、车间生产信息4、线边库存全球数字化工厂系统集成服务商产品工艺作业指导书操作视频生产车间决策平台数字化双胞胎技术b

03l生产执行生产执行状态可视化管控

运行状态设备

信息视频

信息产量

质量虚拟工厂与MES系统进行集成，对真实车间生产状态进行可视化管控，

图表在虚拟工厂中将加工数据、设备运行状态的实时监控以及通过定制虚拟看板的方式将管理者最关心的数据集中展示出来，可以有效提升管理水平。全球数字化工厂系统集成服务商决策平台数字化双胞胎技术b

04l工厂规划完成产品样机设计、工艺规划、生产执行等一系列仿真分析后，就能够建立虚拟工厂了。通过仿真模型进行设备布局仿真、物流仿真和产能仿真分析。工厂/车间布局建模工厂物流分析工厂产能/节拍等优化分析全球数字化工厂系统集成服务商工厂规划1、工厂设备及布局2、产品生产工艺3、物流输送方式及策略4、……生产能力仿真1、产线产能2、产线瓶颈3、设备配备优化4、利用率生产工艺、布局、物流策略产线性能评估及改进方法决策平台数字化双胞胎技术b

04l工厂规划将影响产能的条件逐一输入，包括各加工单元的加工时间信息，零件投产量与投产顺序、小车数量、速度、缓冲区容量等条件进行输入，通过仿真计算的方式评估小车数量、速度、投产计划对产出、生产时间带来的影响，以得到最优的配置方案。通过仿真过程数据，以图形化方式随时查看设备利用率、小车利用率等数据，进行各种分析，以充分发掘产线的能力。全球数字化工厂系统集成服务商决策平台数字化双胞胎技术数字化工厂虚拟仿真视频全球数字化工厂系统集成服务商工程数据平台数字化工厂整体解决方案全球数字化工厂系统集成服务商ERP编码系统装配中心

SFC下料中心

DNC制造中心

DNC工程数据平台主要由产品生命周期管理系统PLM、企业资

源计划ERP、制造执

行系统MES、信息物

理系统CPS组成。其

中编码系统是整个工立体库

SFC第1层PLCSFC第3层ERP

PLM实体制造平台全球数字化工厂系统集成服务商第2层MES工厂组态工程数据平台

系统组成MESPLM（设计、工艺、制造一体化）自动划线单元板材套料单元棒料切割单元型材下料单元……料库检测机器人托盘库分选机器人装配机器人分部转运系统多机器人协同生

产线制造…………出库入库智能物流仓

储系统程数据的应用核心。CPS辅助机器人加工中心分部转

运系统工程数据平台成品库工业网络PLM的角色扮演：

在“三维”数字化工厂框架中，PLM系统居于领导层，提供了从

规划到支持的解决方案。

范围覆盖所有相应的部门以及整个供应链，从产品市场需求、概

念设计、详细设计、加工制造、售后服务，直到产品报废回收等

全过程的管理。

PLM通过使用完整的数字化产品表示形式，为所有利益相关者提

供可视化支持，能够快速进行试验分析、更改设计、运行假设分

析方案、细化设计，以及执行其他更多操作。工程数据平台

PLM——产品生命周期管理系统n产品生命周期管理系统PLM是数字化工厂的“领导”。全球数字化工厂系统集成服务商ERP的角色扮演：

在“三维”数字化工厂框架中，

ERP系统居于计划层，还能够体

现企业事前计划、事中控制的思想。

ERP通过链接价值链纵向、横向、端到端的所有信息，实时监控、

远程控制、数据分析及预测，拉近消费者与企业的距离，协助企

业在互联网产业环境下快速建立大规模个性化、定制化的智能制

造模式。

新一代的ERP提高了企业的工作效率，并帮助企业处理更为复杂

的情况，同时还能协助管理者做出更好的决策。

工业软件的应用成为核心，协助企业实现纵向、横向的全面整合，

形成从研发到销售再到售后服务的完整价值链闭环。ERP工程数据平台

ERP——企业资源计划管理系统n企业资源计划管理系统ERP是数字化工厂的“大脑”。全球数字化工厂系统集成服务商MES的角色扮演：

对于制造型企业而言，MES扮演的是“从订单出

发到产品完成过程中，将产品及生产现场的实时

信息完整无误地反映给管理者，以促使企业将生

产活动最佳化”的角色。

MES完成制造计划的执行，它在制造资源（计划

层）

ERP和信息物理（控制层）CPS之间架起了

一座桥梁，是实现车间生产数字化、智能化的基

本技术手段。工程数据平台

MES——制造执行系统n制造执行系统MES是数字化工厂的“神经”。全球数字化工厂系统集成服务商CPS的角色扮演：

采用物联网技术，嫁接智能数据终端，进行设备

监控、物料、人员及流程与测试数据信息的半自

动和自动录入。

根据产品特点和管理需求，构建如设备、工具、

质量、工艺、人员等重点关注管理的IT子系统，

实时采集生产底层各种数据，加以统计分析和展

示。

构建生产过程各个环节的标准化机制，确定哪些

信息可被用来交换，哪些属于标准构件，哪些机

器适用等。

管理者结合大数据分析结果，可进行利用和决策。工程数据平台

CPS——信息物理系统（工厂生产底层）n信息物理系统CPS是工业互联网的感知层，是数字化工厂的“触角”。全球数字化工厂系统集成服务商NO流向说明1DCS-MESDCS将设备状态、工装、物料等信息反馈至MES作为派工的依据2MES-DCSDCS接收排产的生产指令，按照内部机制进行立体库捡料，AGV路线等，开始配送3DCS-MESAGV配送至要求的生产单位，通过机器人或人工进行上料并反馈结果4DCS-MESDCS实时反馈加工状态及自动检测结果5MES-DCSMES将在线质量分析结果反馈至DCS，由

DCS进行判断是否需要停机6DCS-MESDCS将完工信息反馈至MES7DCS-MESDCS将入库信息反馈至MES生产订单

仓库料账-----------伽7生产订单

仓库料账生产作业工单优先级物料配送需求1DCS生产订单实际排产结果9工程数据平台

信息流模型DNC智能单位完成内部的上线料，加工和检测。依据

排程自动判断下一作业。调用AGV进行配送或入

库，实现柔性制造。MES将生产指令（含零件号、工序号、

设备编号、工艺路径编号及其版本）

传递至DCS/DNC系统8下达生产任务

原材料领用刀具工装领用AGV/人工拣配设备控制机床工作状态(如空转、停机、保养、

报警等)过程关键参数采集等物料定义及BOM

工艺路径作业指导书NC程序指引ID接收生产指令制造工艺规划制造资源管理数控编程NC工作包作业指导书图片、刀具清单等数据采集虚拟机床仿真数字化双胞胎MESDCS/DNC接到MES通

知后，自动获取NCERPNC程序管理全球数字化工厂系统集成服务商数据采集1211工装主数据

技术数据刀具分类10APS高级排产程序检测加工参数验证刀具、工装

料账同步642拿工件装配为例PLM35PLMMES大数据基础数据

基础建设流程电脑辅助平台数据o

成本：对项目成本进

行准确归集和即时控

制o

库存：按少库存的目

标提升物料管理能力o

项目：以项目管理为

驱动的研制管理体系o

供应链：供应商/产品采购入库全过程管

理o

试验：对试验室的业

务过程和数据统一管

理o

流程：规范的日常办

公流程o

办公：办公自动化，

数据线上流转o

通知：消息待办及时

推送o

控制：产品生产的全

过程控制o

质量：即时准确的质量跟踪体系o

透明：车间生产信息

的全透明o

效率：设备利用率的提升o

协同：全范围创建使

用管理产品数据o

优化：按精益目标发

改进业务流程o

集成：人、业务过程、

业务系统和信息o

扩展：端（概念）到端（报废）工程数据平台

大数据分析与应用大数据分析与应用是数字化工厂实现的核心方式企业资源

全球数字化工厂系统集成服务商ERP试验邮件全球数字化工厂系统集成服务商n

生产系统从ERP系统获取制造订单；n

APS车间级排产，按照设备状态、人员状态、在制品状

况、物流信息等进行排产；n

MES按照排产后的计划创建加工批次；n

系统依据ERP的工艺要求，自动创建生产准备要求清单；n

以图形化方式展示生产进度和设备状态等，便于计调人

员计划进度管控。——智能制造信息化管理系统企业资源计划ERP进阶生产规划及排程系统APS客户关系管理CRM制造执行系统MES办公自动化OA采购管理系统PMS生产计划管理与生产进度监控是实现生产制造的基础系统，通过该系统对企业资源进行整合分析，系统性的进行梳理生产现状，规范计划行为，最终借助大数据分析原理制定出适合企业的低成本、高效率的生产作业计划。ERP获取订单APS排产周计划下发工程数据平台

具体应用——生产计划管理，生产进度监控市场PLM设计01I生产计划——配套核心技术将制造订单00600000082

所需的钢板及套料程序等进行生产准备将制造订单00600000082参与计划

排产运算将制造订单00600000082排产结果

包括工序计划开始、计划结束等信息从ERP获取产品制造订

单“00600000082”计划执行监控生产准备工单/批次创建

——

配套核心技术

•

各智能作业单元独立运行•

派工作业统一调度，根据单1、（人）

车间管控系统：

通过工人读卡器获取各工序工人在岗信息及任务分配；

元编号智能配送作业物料2、（机）

集散控制系统：

通过DCS获取并控制下料、切割、电火花、焊接等设备状态；产品工艺信息智能调整作业3、（料）物流集配及实时跟踪系统：

通过编码信息采集系统获取产品的物流信息；

模式及程序，柔性多样生产4、（法）

设备故障自动预警系统：

通过DCS对关键自动设备在发生故障时向管理系统发出警报；5、（环）

生产过程实时采集分析系统：

通过LAN/BUS（网络/总线）将生产车间内的管理系统/生产系统/物流系统进行有效的链接；实时统计、分析、呈现生产现场的生产进度、任务达成状况、生产品质状况等。是对人、机、料、法、环全面系统控制；DCS集散控制系统着重于对设备（机）的方式管控；物流集配及实时跟踪

系统着重于对物料的方式管控；设备远程监控系统着重于对工艺方法执行的准确性进行监控；生产过程实时采集系统着重于实时统计、分析、呈现生产现场的生产进度、任务达成状况、生产品质状况等。MES获取排产结果DCS下发生产指令生产准备车间调度工程数据平台

具体应用——生产准备、车间调度、智能派工MES判断在线自动检测

（如焊接的电流、电压）

的结果，自动进行分析

下一个工序（如入库、下一个加工工序、返修、

暂停等）按照生产要求组织AGV、立体库、机器人等进行自动物料拣配（IFIO）、AGV配送、工位接收、上料、加工生产过程检测生产指令包括：物料信息、数量、工序、序列号智能工位在线生产组织物料

集配与转运MES依据APS排产结果

向DCS下发生产指令生产调度完工全球数字化工厂系统集成服务商•

智能作业单元根据生产任务DCS向MES

反馈实时状态02

统一数据，实现统计准确的基础数据；

优化计件工资流程，提高分段车间生产

效率；

实现实时数据采集，准确统计实动工时，

制定科学合理的标准工时；

考勤数据统计不及时，不准确，分析

统计多次复核、工作量大；

计件工资小日程计划标准不统一，班

组长执行流程复杂；

无法准确统计实动工时；工程数据平台

具体应用（人）车间管控系统车间管控系统：通过工人读卡器获取各工序工人在岗信息及任务分配统计；现场终端机车间管控系统信息统计分析全球数字化工厂系统集成服务商实施后

分段图纸查询工人上工工人下工计件工资查询考勤信息查询动能查询任务信息查询嵌入式集散控制系统

：采用嵌入式控制技术对生产线多台装备进行工业组网，通过系统获取并控

制物流小车、加工中心、生产线、机器人等设备状

态；通过网络接口方式进行信息交互，实现集散式系统集成控制。系统网络结构可分为三个层次：第一层为设

备层网络；

第二层为PLC控制器信息处理层；第三

层为车间管理监控层网络。工程数据平台

具体应用（机）嵌入式集散控制系统机械手控制机器人控制PROFIBUS-DP集散式控制系统全球数字化工厂系统集成服务商物流小车人机界面加工中心传感器物流集配是将各种经过下料、加工、成型等处理后根据管理系统生产计划排产形成的工作包，进行对应集

中（托盘）配套，配送至后续生产制造并进行物料流转信息的传递与共享等跟踪控制管理。零件编码系统和物流RFID标签系统构成了物流集配与物流实时跟踪系统的核心。工程数据平台

具体应用（料）物流集配及实时跟踪系统喷码系统：用于钢板类非机加零件，采用视觉读码系统。零件打码系统：用于机加类零件，采用扫码系统。打码、读码设备集成在智能设备上，兼容人工、终端读码等多种方式。RFID标签存储：托盘的编号、任务单、车牌、车辆等信息。天线和读写器及软件系统：用于采集读写器中的相关数据，并进行过滤、归并、分类等数据处理。物流设备均配置RFID标签系统多方式读码系统全球数字化工厂系统集成服务商激光打码系统零件打码系统钢板喷码系统人工读码、机器读码、终端扫码墨式喷码系统设备远程监控是实现将生产现场中的各类设备电源的工作状态（开机、停机、故障等）、当前正在工作时的工艺参数等信息通过网络系统传输到远程办公室进行远程监控，便于相关质量、工艺工程师随时监测现场工艺参数实时执行状况，同时可以为后期质量数据分析与追溯提供有力的支持。系统包含设备终端信息采集模块、数据转换模块及控制显示监控软件等，对现场车间多台

设备电源进行工业组网，现场服务器与远程监控器传输联接。工程数据平台

具体应用（法）设备远程监控系统全球数字化工厂系统集成服务商PROF

I

BUS-DP工程数据平台

具体应用（环）生产过程实时采集分析系统生产过程实时采集分析系统：通过LAN/BUS（网络/总线）将生产车间内的管理系统/生产系统/物流系统进行在构件制作区域、分段建造等区域可实时监控工件来料、设备、工位生产及物流周转等信息；实时监控、统计、分析工

件在工序上的时间、生产人员等信息；集合车间视频远程监控系统，实现了生产过程中的人、机、料、环等现场工作透明化。有效的链接,；实时采集、统计、分析、呈现生产现场的生产进度、任务达成状况、生产品质状况等。全球数字化工厂系统集成服务商工程数据平台

具体应用通过对人、机、料、法、环全要素数字化管控，实现了现场作业管理，信息及时采集，智能派工等智能作业模式，满足离散制造柔性多样生产。3件尺寸和外观

检验4现场可视化工作站及制造工艺电子分发系统问题上报与

通知

在制品管理，查询订单此工序开工、

检验等实时信息车间电子看板，透明化车间管理现场作业管理，信息及时采集锥筒去应力退火作业接收，0030锥筒对焊报工SAP全球数字化工厂系统集成服务商批次75612寸检验、工装准备、合炉等来料三对照、外观检验、尺智能派工查看变更后的工艺要求批次暂停、释放退火完成对来

辅助平台数字化工厂整体解决方案全球数字化工厂系统集成服务商辅助平台主要作用：系统集成，数据贯通。OA：解决企业日常管理规范化，实现无纸化办公的基础上，还可以通过接口访问到CAPP\PLM\CRM\DNCMES\ERP系统中各类信息，供各级领导决策，有效改善企业信息传递效率低、信息共享的问题。IMP：企业信息化管理平台（InformationManagementPlat），程序及数据库集

中运行于服务器。门户：Web应用框架，它将各种应用系统、数据资源和互联网资源集成到一个信息管理平台之上，并以统一的用户界面提供给用户，并建立企业对客户、企业对内部员工和企业对企业的信息通道,使企业能够释放存储在企业内部和外部的各种信息。EMAIL：电子邮件是整个网络间以至所有其他网络系统中直接面向人与人之间信

息交流的系统。BPM：业务过程管理，是一种以规范化的构造端到端的卓越业务流程为中心，以

持续的提高组织业务绩效为目的的系统化方法。辅助平台

作用BPMOAIMP门户EMAIL全球数字化工厂系统集成服务商实体制造平台数字化工厂整体解决方案全球数字化工厂系统集成服务商实施案例：七二四所鹏力智能装备公司承担研制的2013年国家智能专项“大型复杂箱型结构件制造数字化车间”项目。全球数字化工厂系统集成服务商特点：

布局：多工位式布局

工位：配专用工装

生产：混流生产

检测：工件特征识别

检测

输送：R