智能制造数字工厂的规划设计

1、智能制造数字工厂的规划设计网络课堂主讲老师：胡建林课程目录第一章概述 第01讲概述00:14:4100:00:00 第二章数字化产品设计系统 第01讲数字化产品设计系统00:18:2600:00:00 第三章数字化工厂设计系统 第01讲数字化工厂设计系统00:18:2300:00:00 第四章ERP系统 第01讲ERP系统00:12:0900:00:00 第五章智能工厂制造运行管理系统 第01讲智能工厂制造运行管理系统00:39:4000:00:00 第六章智能运维第01讲智能运维00:09:0800:00:00 1.1信息物理系统CPS信息物理系统CPS定义：通过集成先进的感知、计算、通信、

2、控制等信息技术和自动控制技术，构建了物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同的复杂系统，实现系统内资源配置和运行的按需响应、快速迭代、动态优化。信息物理系统CPS的本质：就是构建一套信息空间与物理空间之间基于数据自动流动的状态感知、实时分析、科学决策、精准执行的闭环赋能体系，解决生产制造、应用服务过程中的复杂性和不确定性问题，提高资源配置效率，实现资源优化。CPS的四大核心技术要素：“一硬、一软、一网、一平台”感知和自动控制（硬）：智能感知技术、虚实融合控制技术；工业软件（软）：嵌入式软件技术、MBD技术、CAX/MES/ERP软件技术；工业网络（网）：现场

3、总线技术、工业以太网技术、无线技术、SDN；工业云和智能服务平台（平台）：边缘计算、雾计算、大数据分析。CPS的层次：单元级、系统级、SoS级（System of Systems，系统之系统级）单元级CPS：单元级CPS能够通过物理硬件、自身嵌入式软件系统及通信模块，构成含有“感知-分析-决策-执行”数据自动流动基本的闭环，实现在设备工作能力范围内的资源优化配置，如智能轴承、关节机器人等。系统级CPS：由多个最小单元CPS（单元级）通过工业网络实现更大范围、更宽领域的数据自动流动，实现了多个单元级CPS的互联、互通和互操作。如智能生产线、智能车间、智能工厂。SoS级CPS：通过大数据平台，实现

4、了跨系统、跨平台的互联、互通和互操作，促成了多源异构数据的集成、交换和共享的闭环自动流动，在全局范围内实现信息全面感知、深度分析、科学决策和精准执行。1.2智能工厂1.3数字工厂数字工厂：是以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生产周期的新型生产组织方式。数字工厂主要解决产品设计和产品制造之间的“鸿沟”，实现产品生命周期中的设计、制造、装配、物流等各方面的功能，降低设计到生产制造之间的不确定性，在虚拟环境下将生产制造过程压缩和提前，并得以评估和检验，从而缩短产品设计到生产转化的时间，并且提高产品的可靠性与成功率，是智能工

5、厂的基础。数字工厂是现代制造技术与计算仿真技术相结合的产物，其本质是实现信息的集成。智能工厂：智能工厂是在工厂数字化的基础上，利用物联网的技术和设备监控技术，加强信息管理和服务；清楚掌握产销流程，提高生产过程的可控性，减少生产线上的人工干预，及时正确地采集生产线数据，以及合理的生产计划编排与生产进度；集绿色智能的手段和智能系统等新兴技术于一体，构建一个高效节能的、绿色环保的、环境舒适的人性化工厂，是工业4.0的具体体现。数字孪生（Digital Twin）：是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体

6、装备的全生命周期过程。在产品的设计阶段，利用数字孪生可以提高设计的准确性，并验证产品在真实环境中的性能；在产品的制造阶段，利用数字孪生可以加快产品导入的时间，提高产品设计的质量、降低产品的生产成本和提高产品的交付速度。在产品服务阶段，对产品的状态进行实时跟踪和监控，并根据产品实际状态、实时数据、使用和维护记录数据对产品的健康状况、寿命、功能和性能进行预测与分析，并对产品质量问题进行提前预警、定位、零部件更换、产品维护、产品升级甚至是报废、退役等。1.4数字工厂集成架构数字工厂智能构件集成架构数字工厂智能构件数据集成说明序号接口方向说明序号接口方向说明1PIM智能厂房数字化工厂设计可以迅速简便地

7、建立、分析和展示可视化的工厂模型，可指导智能厂房的建设。包括下述信息：工厂厂房设计模型；工厂产线设备布局模型等2PIMPLM/CAXPIM的虚拟制造技术可以通过计算机仿真工厂的制造过程，在设计阶段发现问题、优化工艺方案及建设方案。接口信息包括 制造工艺的仿真及优化结果等3PIMMOMPIM的生产仿真、物流仿真数据可发送至MOM系统，指导实际作业生产。接口信息包括：工厂模型；加工车间的生产仿真分析结果；加工车间的物流仿真分析结果等4MOMPIMMOM系统产生的生产信息、物流信息等可反馈至PIM系统，供PIM系统进行仿真优化。接口信息包括：实际生产信息；实际物流信息5PLM/CAXMOM数字化产品

8、设计系统需将产品信息向MOM系统进行同步，接口信息包括：产品设计信息；产品工艺信息；BOM信息等6MOM智能装备MOM 系统通过设备接口下发生产指令、加工参数等生产控制信息。接口信息包括：生产指令7智能装备MOM智能装备可实时向MOM系统反馈运行信息，供MOM系统进行数据采集及生产分析。接口信息包括：状态信息；报警信息等8ERPMOMERP管理系统将生产相关的资源信息发送至MOM系统，指导MOM进行生产安排。接口信息包括：ERP主数据；生产计划/生产订单信息；生产计划更改、撤销等变更数据；原材料、半成品、成品库存信息等9MOMERPMOM系统向ERP管理系统反馈生产信息。接口信息包括：生产计划

9、执行进度信息；生产计划状态；生产资源使用信息；生产报工信息等10智能产品智能运维服务智能运维服务系统基于云平台构建，智能产品将产品实际运行信息通过产品中安装的传感器进行采集并上传至云端，系统通过对云端数据进行分析实现远程诊断，依据诊断结果提供运维服务。11智能运维服务智能产品智能运维系统通过对云端数据进行分析实现远程诊断，依据诊断结果判断是否需要进行运维，并及时发布。接口信息包括：产品运维计划；产品运维提醒等12MOM智能运维服务智能运维服务系统接收到智能产品发送的实时运行信息后，查看智能产品的制造档案，通过生产追溯实现运维规划。智能运维服务系统从MOM系统接收到的传输的接口信息包括：产品制造

10、档案信息13智能运维服务MOMMOM系统可以对智能运维系统反馈的产品故障信息与生产档案信息进行比对，分析可能存在的缺陷，改进生产过程。智能运维服务系统的接口信息包括：智能产品的故障信息；智能产品的维修信息2.1数字化产品设计平台数字化产品设计系统是通过三维CAD设计、PDM/PLM系统进行产品数据管理、CAE技术进行产品创新设计以及仿真验证等，将CAD、CAE、CAPP、CAM、PLM系统集成应用，构建产品数字化设计平台，保证产品开发周期过程中产品数据的统一性、一致性。建立数字化产品设计平台可消除数字化产品设计信息孤岛，打通数字化产品设计的数字化信息流，实现企业提高研发创新能力，缩短产品开发周

11、期，降低产品开发成本，提升了产品研发核心竞争力的目的。数字化产品设计系统架构数字化产品设计平台的建设思路（1）实现基于模型定义（MBD）的产品设计，基于MBD的工艺设计、工艺仿真。MBD（Model Based Definition）是指将产品的所有相关设计定义、工艺描述、属性和管理等信息都附着在产品三维模型中的数字化定义方法。（2）建立产品设计知识库、模型库、专家系统，包括产品设计标准、规范、模型、标准零部件库、外购件配套件库、研究报告、设计计算书等。（3）实现基于模型的工艺设计，建立工艺衍生模型，形成用于制造的工艺设计文件、零部件加工和装配等生产活动的模型。（4）建立工艺知识库和专家系统，

12、建立典型零件工艺路线库、工艺参数库、切削数据库、各设备资源库等工艺知识库，应用知识推理技术、实现工艺路线、工艺卡片、工艺文件、数控程序的自动或半自动生成。（5）根据业务需求，适时开展协同设计，在协同平台和一系列设计标准的支持下，实现跨地域、跨组织的协同设计。允许供应商、客户参与设计，更好地满足客户对产品的需求和供应商对客户需求的快速响应。（6）开展产品设计创新活动，企业建立双创平台调动企业全体员工和社会资源积极参与新产品、新工艺、新技术研发和创新。（7）推行产品设计管理流程，将产品开发作为一项投资进行管理，产品开发一定要基于市场需求的创新，实施并行设计，实现跨部门的协同，结构化的开发流程，充分

13、注重零件的可重用性。2.2PLM/PDMPDM（Product Date Management）产品数据管理：是一门用来管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关过程的技术。PLM（Product Life-Cycle Management）产品全生命周期管理：是PDM的升级版本，功能范围更广。PLM指从人们对产品的需求开始，到产品淘汰报废的全部生命周期的管理，包括从产品战略、产品市场、产品需求、产品规划、产品研发、产品生产、产品上市、产品服务到报废整个生命周期的管理。SysLM系统生命周期管理：它是在产品生命周期管理的基础上进行拓展，负责产品与系统模式、工程流程，尤其是沿着供应链方向的数据交换

14、，授权、更改管理以及配置管理。PLM的主要内容：（1）产品发展战略：在对客户需求，市场、竞争对手、技术发展进行调研的基础上制定产品发展战略和产品发展规划。（2）文档管理：提供产品设计、模拟仿真、实验验证、工艺设计、数控编程所产生的图档、文档、实体模型安全存取、版本发布、自动迁移、归档、签审、浏览、圈阅和标注，以及全文检索、打印、网络发布等一套完整的文档管理方案，共提供多媒介的外部支持。（3）PLM有完整的集成性：它构建了一个灵活性比较高的集成平台，PLM将CAD、CAE、CAPP、CAM、产品设计是知识库和专家系统、工艺设计知识库和专家系统、工艺设计知识库和专家系统全面集成，实现数据共享。同时

15、PLM系统也是设计系统与ERP、MES的集成平台。（4）知识库和专家系统：如产品设计、分析计划、工艺设计都需要相应的知识库和专家系统。这些系统受PLM的管理，并实现与对应的设计系统集成。（5）产品结构管理：PLM系统一般采用视图控制法来对某个产品结构的各种不同划分方法进行管理和描述，如工程应用BOM（EBOM）、制造BOM（MBOM）、质量BOM（QBOM）、成本BOM（CBOM）等。BOM（Bill of Material）是指构成一个物料项的所有子物料项的列表。（6）变更管理；任何设计变更都将被记录，数据的修订过程可以被跟踪和管理，它建立在PLM核心功能之上，提供一个打包的方案来管理变更请

16、求、变更通知、变更策略，以及变更的执行和跟踪等一整套方案。（7）配置管理：建立在产品结构管理功能之上，根据客户需求，在一系列配置规则、配置参数的引导下，进行产品配置。它使产品配置信息可以被创建、记录和修改，允许产品按照特殊要求被建造。（8）工作流和过程管理：PLM系统的工作流与过程管理提供一个控制并行工作流程的计算机环境。利用PLM图示化的工作流编辑器，可以在PLM系统中，建立符合各企业习惯的并行的工作流程。（9）项目管理：管理项目计划、执行情况和控制等活动，以及这些活动的相关资源管理，并将它们与产品数据和流程关联在一起，最终达到项目的进度、成本和质量的管理。（10）协同设计：实现了基于互联网

17、的软件和服务，能让产品价值链上的每个环节的每个相关人员不论在任何时候，认可地点都能够协同第对产品进行开发、制造和管理。PLM系统：极大地提高了产品全生命周期数据管理的标准化、及时性、准确性、数据的共享性、系统间的集成性，PLM为企业创造了巨大的价值，实现了知识共享、提高了零部件的可重用性、高度集成性。2.3CAD/CAE/CAM计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）：使用信息处理系统完成诸如设计或改进零、部件或产品的功能，包括绘图和标注的所有活动。CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。CAD的功能可归

18、纳为四大类：数字建模、工程分析、动态模拟和自动绘图。一个完整的CAD系统，应由人机交互接口、科学计算、图形系统和工程数据库等组成，重点侧重产品设计。计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering）：是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAE现已成为工程和产品结构分析中（如航空、航天、机械、土木结构等领域）必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。CAE的功能：（1）应用数据模型，借助计算机分析计算，确保产品设

19、计的合理性和设计指标的准确性。（2）采用各种优化技术，在可行域中找出产品设计最佳方案。（3）CAE所创建的虚拟样机，能预测产品在整个使用周期内的可靠性，甚至产品与产品、产品与环境等之间的相容性。（4）模拟各种试验方案，减少过去所需要的实验次数和时间，缩短设计周期，降低开发成本。（5）在产品制造或工程施工前与实现发现潜在的问题。（6）进行工程或设备事故分析，查找事故原因。（7）知识的获取是现场设计的关键，只有CAE才能真正提高设计者的知识技能。计算机辅助制造CAM（computer Aided Manufacturing）：是利用计算机将产品的设计信息自动转换成制造信息，以控制产品的加工、装配、

20、检验、试验和包装等全过程，并对与这些过程有关的全部物流系统进行控制。如机床加工：它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是机械刀具加工时的运动轨迹（刀位文件）和数控程序，CAM重点侧重制造过程。2.4CAPP计算机辅助工艺过程设计CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）：是指借助于计算机软硬件技术和工艺知识库、工艺设计专家系统，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件加工的总工艺过程、零件加工工艺路线和工艺卡的制作。工艺过程设计方式：1.检索式工艺过程设计系统是针对标准工艺的，将设计好的零件标准工艺进行编号，储存在计算机中，当制定某零件的工艺过

21、程时，可根据输入的零件信息进行搜索，查找合适的标准工艺。2.派生式工艺过程设计就是利用零件的相似性原理，认为特征相似的零件具有相似的工艺过程。最典型的零件特征相似性表达是零件的成组工艺编码。通过检索相似典型零件的工艺过程，加以增删或编辑而派生一个新零件的工艺过程。数字化产品设计与外部系统的集成3.1数字化工厂设计内容数字化工厂设计是指在计算机虚拟环境中，建立关于工厂的全面的信息库，并以与实际工厂相同的三维工厂信息模型的形式呈现。通过与计算机仿真技术的结合，数字化工厂设计对工厂生产制造全流程包括设计、制造、装配、质量控制、产品检测等各个阶段进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到产品的全生命周期。数

22、字化工厂设计在设计、建造阶段能够给设计、施工、管理人员提供方便，通过有效的数字化交付，也将延伸到工厂的运维阶段，形成支撑工厂运维管理的工厂数据仓库、工厂信息资产管理平台和可视化运营管理平台，实现工厂全生命周期的信息管理。数字化工厂设计主要内容：工厂信息模型PIM；生产工艺规划仿真；物流仿真3.2工厂信息模型PIM工厂信息模型（Plant Information Modeling）或者建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，通过三维建筑模型，实现工程监理、物业管理、设备管理、

23、数字化加工、工程化管理等功能。将建设单位、设计单位、施工单位、监理单位等项目参与方在同一平台上，共享同一建筑信息模型。利于项目可视化、精细化建造。PIM不再像CAD一样只是一款软件，而是一种管理手段，是实现建筑业精细化，信息化管理的重要工具。PIM具有以下八大特点：（1）可视化（2）协调性（3）模拟性（4）优化性（5）可出图性（6）一体化性（7）参数化性（8）信息完备性PIM在全生明周期的应用序号阶段划分基本应用1方案设计场地分析建筑性能模拟分析设计方案比选2初步设计建筑、结构专业模型构建建筑结构平面、立面、剖面检查面积明细表统计3施工图设计各专业模型构建竖向净空优化冲突检测及三维管线综合虚拟

24、仿真漫游建筑专业辅助施工图设计4施工准备施工深化设计施工方案模拟构件预制加工5施工实施虚拟进度和实际进度对比工程量统计设计与材料管理计质量与安全管理竣工模型构建6运营运营系统建设建筑设备运行管理空间管理资产管理3.3生产工艺仿真设计生产工艺仿真设计要求在三维虚拟环境中真实再现具体的工艺过程，允许用户通过改变相关参数对生产的工艺过程进行模拟和评估，从而检验并优化生产工艺设计。生产过程仿真具体功能应包含：布局规划与仿真；零件流的静态分析与动态仿真；装配过程平衡；复杂的物流操作仿真；机器人及复杂运动仿真；零件加工仿真；人力资源仿真；人机工效仿真；生产物流系统仿真；控制软件测试仿真；生产动作测试仿真。

25、仿真设计的一般流程：（1）问题定义对问题本身做出明确的定义。（2）确定目标确定如何达成某个目标，并考虑如何测量。（3）建立概念模型建立系统模型。（4）采集数据输入数据可以对现实系统调研，也可以通过经验进行估算和计算。（5）建立模型将之前建立的系统概念模型利用建模软件转变成计算机仿真模型。（6）验证和认证模型确定所建立的模型是否在逻辑上准确反映概念模型以及是否在计算机上可以正确运行并得到结果。（7）模型试验和结果分析基于被认证有效的仿真模型，可将各种不同的替代方案输入模型来进行比较各种方案的优劣。3.4物流仿真设计物流仿真设计要求在三维虚拟环境中模拟工厂物流的全过程，验证物流方案的合理性。物流设

26、计功能应允许用户在不同的生产工艺方案中自定义原材料、燃料、外购件等物料的采购运进、入库验收和储存等初始信息，按照规定的工艺过程经过基本制造的加工和转移活动，最终形成一定价值的产成品，同时模拟将之包装、存放、搬运、输送至成品库或用户等一系列物流实体运送的转运过程。物流仿真设计应包含：总平面布局、车间布置；仓储仿真；作业调度仿真；供应与配送仿真；物料和成品库存控制仿真；交通体系仿真；现场监控体系仿真等。WMS仓库管理系统（Warehouse Management System），是通过入库业务、出库业务、仓库调拨、库存调拨和虚仓管理等功能，对批次管理、物料对应、库存盘点、质检管理、虚仓管理和即时库

27、存管理等功能综合运用的管理系统，有效控制并跟踪仓库业务的物流和成本管理全过程，实现或完善企业的仓储信息管理。该系统可以独立执行库存操作，也可与其他系统的单据和凭证等结合使用，可为企业提供更为完整企业物流管理流程和财务管理信息。WCS仓库调度（控制）系统（Warehouse Control System），系统应用在仓库管理，协调各种物流设备如输送机、堆垛机、穿梭车以及机器人、自动导引小车等物流设备之间的运行，采用C/S架构，主要通过任务引擎和消息引擎，优化分解任务、分析执行路径，为上层系统的调度指令提供执行保障和优化，实现对各种设备系统接口的集成、统一调度和监控。3.5建设阶段1）施工过程模拟

28、在工厂信息模型的基础上关联施工进度计划时间维度，形成4D的施工过程模拟，以可视化的形式展现虚拟建设全过程。施工过程模拟在检验施工进度计划的合理性同时，也应模拟复杂技术方案，验证施工技术的可行性或模拟出解决方案。2）工程进度监控通过分析定期收集的数据，预测预测施工进度的发展趋势，进行动态进度控制。随时掌握施工个过程持续时间，与设计变更等影响施工量变化的因素相结合，给出应变措施。以可视化的方式对比展现工程量计划与实际完成量，重要单项工程实体形象进度展现。3.6运维阶段1）设备资产可视化管理在设备档案的基础上，通过收集设备运行数据，建立标准、统一、完备的设备信息数据库，将数据库中内容与工厂信息模型相

29、关联，为调度运行、设备管理、维修和维护提供可视化信息支持，提升对主要设备和固定资产的运营管控水平。设备完整性管理应包含设备档案管理、备品备件管理、工器具管理、设备变更管理、设备巡点检、故障维修管理、预防性维护管理和设备知识库等功能。2）生产运营指挥辅助通过工厂信息模型与生产动态数据的集成，将实时生产状态信息与相关信息模型结合并以三维可视化方式动态展现，使生产状态信息更加明确、即时，为MOM等系统的生产指挥控制提供辅助支持。生产运营指挥辅助应包含生产装置情况、生产达标情况、财务指标、健康安全环保与能耗、质量管理信息、供应链上下游信息等相关信息的三维可视化功能。3）安全应急辅助安全应急辅助是为事故

30、、灾害和紧急事件提供应急服务的功能，通过将包括灾害报警、预案启动、设备操作、经济分析、方人员调度、车辆物资管理、处置救援等相关信息的可视化实时展示，提高安全应急的管理水平，为工厂安全提供保障服务。安全应急辅助应包含危险源/隐患管理、应急资源管理、应急预案管理、应急响应流程导引，应急处置联动分析、应急辅助决策设计、消防能力评估、事故模拟推演等功能的可视化展示。4）可视化培训利用工厂信息模型的可视化优势，提供以模型为基础的可视化培训功能，在条件允许的情况下延伸至虚拟现实或增强现实的可视化模式，为智能工厂员工提供培训服务。可视化培训应包含设备结构及拆装、工艺及操作方法、设备维护维修、快速安全疏散、安

31、全应急处理等功能。5）决策分析支持向决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，调用各种信息资源和分析工具，通过数据、模型和知识，以人机交互的方式帮助决策者提高决策水平和质量。决策分析支持应包含建立决策模型、拟定方案和确定效果度量、方案灵敏度分析、模拟验证、结局定量评价等功能。6）综合信息展示以工厂信息模型为基础，通过与智能工厂各系统的对接，以三维可视化方式展示工厂全方面信息，服务于智能工厂全生命周期管理。3.7工厂设计数据信息集成工厂信息模型（PIM）作为数字化工厂设计、仿真分析、运行管控数据存储和交换的载体，目前这些软件系统的接口和数据格式各异，因此需要规范统一的数据交换格式和

32、标准的集成接口。依据系统类型和数据类型的不同，宜按照以下方式进行集成：1）企业服务总线通过企业服务总线（ESB）实现业务数据的集成，各异构系统需要将各自的集成接口和数据格式封装成ESB规定的标准集成接口和数据格式后接入ESB总线，通过ESB实现数据的交互。ESB总线应能够兼容主流软件开发环境。通过ESB交互的消息格式应兼容ISA95规定的消息交换格式。2）OPC UA通过国际标准OPC UA进行生产线的实时数据、车间物联网的实时数据的集成。3）文件传输协议以文件形式存储的产品设计数据和工艺数据需要通过文件传输协议进行数据集成；模型文件数据需要先转换为通用交换格式IFC后再进行文件级的信息集成。

33、4.1ERP系统概述ERP（Enterprise Resource Planning）是企业资源计划或企业资源规划的简称，ERP系统是指建立在信息技术基础上，通过一些先进管理思想和方法，对企业内部资源和企业相关的外部资源进行整合，通过标准化的数据和业务操作流程，把企业的人、财、物、产、供、销及相应的物流、信息流、资金流进行紧密集成，最终实现资源优化配置和业务流程优化的目的，并为企业各级管理人员提供一个有效、科学的决策管理平台。4.2ERP系统功能ERP的基本功能一般包括生产控制（计划、制造）、分销管理（分销、采购、库存）、财务管理（会计核算、财务管理）、人力资源管理等四方面内容。ERP系统主要

34、包括以下内容：销售管理、采购管理、库存管理、制造标准、主生产计划、物料需求计划、能力需求计划、车间管理、及时生产管理、质量管理、财务管理、成本管理、应收帐管理、现金管理、固定资产管理、工资管理、人力资源管理、分销资源管理、设备管理、工作流管理、系统管理。4.3财务管理（1）会计核算（2）总账模块（3）应收账模块（4）应付账模块（5）现金管理模块（6）固定资产核算模块（7）多币制模块（8）工资核算模块（9）成本模块（10）财务管理4.4生产控制4.5分销管理CRM客户关系管理系统（Customer Relationship Management ）是以客户数据的管理为核心，利用信息科学技术，实现

35、市场营销、销售、服务等活动自动化，并建立一个客户信息的收集、管理、分析、利用的系统，帮助企业实现以客户为中心的管理模式。客户关系管理既是一种管理理念，又是一种软件技术。客户关系管理系统主要有高可控性的数据库、更高的安全性、数据实时更新等特点，提供日程管理、订单管理、发票管理、知识库管理等功能。4.6人力资源管理5.1制造运行管理系统MES制造执行系统（Manufacturing Execution System）是面向车间的计算机集成生产过程管理与实时信息系统。它主要解决车间生产任务的执行问题，填补了企业上层生产计划与车间底层工业控制之间的鸿沟。MOM制造运行管理系统（Manufacturin

36、g Operations Management）是通过协调管理企业的人员、设备、物料和能源等资源，把原材料或零部件转化成产品的活动。它包含管理那些由物理设备、人和信息系统来执行的行为，并涵盖了管理有关调度、产能、产品定义、历史信息、生产装置信息，以及与相关资源状况信息的活动。（2000年美国ISA（美国仪器、系统和自动化协会）发布ISA-SP95标准的定义）MES和MOM的区别：1.范围不同：MOM的范围更广泛、明确，MOM覆盖的范围是企业制造运行区域内的全部活动，MES涉及的范围则会因其产品的设计理念、发展历程，以及应用的行业、地域的不同而变化。2.本质不同：MOM是一个对象范畴的概念，ME

37、S则是一个软件产品和软件系统的概念。3.整体结构不同：MOM是将生产运营、维护运行、质量运行和库存运行并列起来，使用一个统一的通用活动模型模板来描述，并详细定义了通用活动模型内部的主要功能及各功能之间的信息流。MES系统架构则通常以生产运行为核心，其他几部分运行管理弱化为功能模块，处于辅助生产运行的位置，功能十分有限，并没有采用与生产运行管理和类似复杂程度的框架来描述。智能工厂制造运行管理系统的技术架构：采用平台化方法建立制造运行管理系统的基础功能及扩展功能，具备快速的市场响应机制；采用物联网、网络物理系统等技术实现工厂设备及业务功能的端到端集成；采用人工智能、大数据分析、专家知识系统等技术实

38、现制造过程的智能分析、优化、调度、决策的智能化；采用面向服务的体系结构、可重组的业务流程、跨平台的移动计算等技术，实现信息系统架构的灵活扩展，具备自主优化的、可重构的功能模块；支持工业APP的扩展模式，结合行业应用特点，实现工业应用（APP）灵活组合，形成智能制造运行系统行业应用产品。智能工厂制造运行管理的系统功能：包含了生产计划管理、现场作业管控、生产物流管理、生产质量管理和设备运维管理等五条主线，以及MOM运行所必需的基础数据管理功能、工厂建模以及现场监控、报表统计分析、用户管理、日志管理、文件管理等。同时，在前述功能基础上，为适应企业管理发展需求，系统功能可进行扩展，包括如能效管理、生产

39、安全管理等。智能工厂制造运行管理功能架构5.2生产计划管理APS高级计划与排程系统（Advanced Planning and Scheduling），是企业管理软件。是对所有资源具有同步的、实时的、具有约束能力的模拟能力，不论是物料、机器设备、人员、供应、客户需求、运输等影响计划因素。不论是长期的或短期的计划具有优化、对比、可执行性。采用基于内存的计算结构，这种计算处理可以持续的进行计算，彻底改变了批处理的计算模式。可以考虑所有供应链约束，当每一次改变出现时，APS就会同时检查能力约束、原料约束、需求约束、运输约束、资金约束，这就保证了供应链计划在任何时候都有效。基因算法将应用在APS上，以

40、获得“最优”的解决方案。APS系统功能特点：1.同步规划，根据企业所设定的目标，同时考虑企业的供给与需求；2.考虑企业资源限制下的最佳化规划；3.实时性规划，利用实时取得生产相关数据（如现场控制或MES系统）进行实时的规划，能快速的处理类似物料供给延误、生产设备故障、紧急插单等例外事件。5.3现场作业管控5.4生产物流管理生产物流管理利用先进的数据采集技术、无线通信技术、智能搬运技术、智能数字化技术、物联网应用服务平台技术等，实现对产品整个生产环节进行全程的记录，实现精益的物流管控。物流配送：根据生产计划（车间订单）要求，动态制定合理的生产准备计划（配送计划），实现精益物流。借助信息化手段快速

41、的完成物料配送，实时跟踪指令的执行状态，实现物料信息透明化、实时化，提升配送的精准度，确保及时生产运输。物流配送主要功能包括：（1）系统根据当前的生产订单，自动分解并生成优化配送任务。（2）结合信息化采集设备，对配送的各个细节进行记录。（3）对配送时间、配送设备和配送人员等信息进行分类统计分析，为配送管理提供决策支持。物料跟踪：为了满足车间对在制品透明化管理的需要，可对零部件进行统一编码，选择条码、RFID、DPM等可行的技术对零部件进行标识，进而对在制品实时跟踪，实时掌握在制品状态和位置信息。通过对物料的数字化信息标识的跟踪，严格记录在制品在车间流转的完整路径，并记录与在制品相关联的全部信息

42、，并在产品生产完工后生成产品的制造档案。物料跟踪主要功能包括：（1）车间在制品查询，在制品的配送、在各工序之间的流转信息、对应的生产计划、物料消耗、装配、分批、合批等相关信息进行查询。（2）生成工件的制造档案，对完工的工件自动收集整理加工过程数据：工序加工记录、质量检查记录、相应的班次班组记录，生成产品的制造档案，以供质量追溯。（3）进行物料的统计、汇总、分析，实现物料管理可视化。5.5生产质量管理质量管理的主要职能是为实现质量目标，制定完善的技术和管理方法，实施全过程质量的跟踪，通过质量控制，确保整个过程稳定受控，并有效促进质量的改进。管理的范围包括过程检验和最终检验。5.6设备运维管理5.

43、7工厂建模管理工厂模型是对工厂布局和设备的抽象描述，系统工厂建模功能将对生产区域、设备及设备连接关系、线边库、物料缓存区等进行物理建模，主要是配置以设备为主的工厂生产运行使用的资源及相互之间的关系。按照国际MOM行业标准ANSI/ISA-S95，工厂物理模型由上至下分为5层，依次为Enterprise（企业）、Site（工厂）、Area（车间）、Cell（生产线等）、Unit（设备等）。其中，从Enterprise到Area为企业经营管理范畴，MOM的生产运营管理集中在从Area层到Unit层。5.8现场监控管理MOM系统为了满足车间对现场作业状态、设备运行状态和工艺执行参数等信息集中监控的需

44、要，可运用物联网技术针对生产线/设备，通过图形化方式实时显示生产线/设备的运行状态和现场各种报警信息。同时，通过数据归集和统计分析，为设备部门制定维保计划提供数据基础，也为管理层全面掌控工厂运行情况提供保障。设备监控的主要功能包括：设备运行状态监控MOM系统提供设备运行状态的实时采集及监控功能，实现生产线启停监控、生产设备运行状态监控和设备运行参数监控，生产调度人员通过浏览和监控这些信息可以在第一时间对生产设备进行调度。设备异常信息采集及提醒MOM系统通过对设备运行状态的监控，可及时发现设备异常并第一时间做出报警，必要情况下MOM系统的消息平台还会将报警信息传递给设备维护人员的操作终端，及时通

45、知相关人员进行维修。5.9安全生产管理HSE通过对智能工厂制造现场的生产环境及作业人员生产状态的监控，实现智能工厂的绿色制造目标。HSE构件监控的目标包括：工厂环境（温、湿度、噪声、粉尘、辐射等对作业人员身心健康有关键影响的因素）；作业安全（危险源状态、作业人员动作、设备安全报警等影响安全作业的因素）。5.10能效管理水、电、气等能源，是车间成本的主要构成要素之一。要降低能源消耗，提高能源利用率，首先需要对能耗数据进行采集和分析，了解各种能源的使用情况和成本、设备实际耗能数据，才能分析提高设备能源利用率。车间能效管理的主要功能包括：能源采集：实时采集智能电表、水表和气表数据，形成能源产耗信息。

46、系统可配合部署在不同位置智能仪表，以固定周期采集能耗数据，或者按设备、按加工的产品进行能耗的采集。能源消耗分析：依据实时采集能源消耗数据，计算各项能源消耗的指标与参数，对影响工厂的能源消耗进行分析，生成相应的能源报表与分析图表，为工厂提高能源利用率，降低能源消耗提供支持。5.11基础数据管理为了构建车间管控基础信息平台，完成支撑车间运行的数字化资产管理，需要利用制造运行系统的基础管理来实现设备、产品、工艺、组织等生产要素信息的集中维护。基础管理主要功能包括：1）产品生产规则定义用于定义在工厂中产品如何生产，包括工艺过程和工艺参数、生产步骤、作业指导、要求检验的工序等，同时定义产品生产所需要的所

47、有资源的列表，可包括：物料、人员、设备、能源及消耗品，资源清单可以反映各生产步骤的资源需求。2）维护组织机构与人员信息维护系统中的业务实体，如工厂、车间、工段、班组及其之间的关系，以及人员基本信息，包括岗位、资质等，以便在系统中控制不同人员对系统功能和业务数据的操作。3）创建工厂日历用于对生产时间进行管理，包括生产时间的制定及执行，如设定工作日、非工作日、工作时段、同时可设定每个班次的工作时间，根据工作日历安排班次生产。4）其他基础数据包括计量单位、班次、工种、物料等，作为系统运行和执行的数据基础。5.12集成方式与接口1.集成方式1）软件集成方式企业服务总线（ESB）方式：企业服务总线（En

48、terprise Service Bus，ESB）是基于SOA思想架构产生的一个用于整合应用程序和服务的基础软件平台，也是一个基于消息的调用企业服务的通信模块。点对点接口方式：是目前企业进行系统集成采用的比较普遍的方式，MOM系统对外提供标准的Web Services接口服务，其它软件系统可根据需求对接口服务进行调用。同样其它软件系统也可发布自身的Web Services接口服务提供给MOM系统调用。2）硬件集成方式通过智能化改造可实现大部分设备的联网，使MOM系统和设备控制系统之间的直接通讯，可将运行程序、工艺参数直接下达给设备，同时对设备运行状态进行采集。MOM系统控制系统接口集成方案：（

49、1）标准OPC协议：采用组态软件或硬件设备厂商提供的OPC服务，定义标准数据格式，实现客户端；（2）总线通讯协议：支持如ProfiBus、ProfiNet、Modbus等多种硬件通讯协议，通过协议转换器进行系统集成；（3）直接信号采集：通过加装传感器和远程信号采集设备，对现场设备信号进行定点采集；（4）现场工作站：将工艺信息和设备参数下达到现场工作站，操作工调整后通过定制化的控制系统接口进行下达和反馈；（5）通讯方式：支持工业以太网、RS232、RS485、USB等多种物理通讯方式。2.集成接口序号信息方向数据信息与ERP系统集成ERPMOM1.重要基础数据信息，主要包括物料档案、BOM、作业

50、指导书、工艺图纸、作业指导、生产班次，班组信息、仓库、往来单位、作业档案和能力相关的设备与人员信息等；2.生产计划信息，是系统下达给MOM的生产订单，主要包括生产订单产品信息、计划开、完工时间和数量、订单使用的工艺信息等；3.生产备料信息，是为生产计划订单的物料准备计划；4.物料仓储信息，主要包括物料存储的仓库、货位及物料的批次与物料结余信息、仓库出货及退料信息等；5.人员排班记录，主要从ERP中获取生产班次人员的排班表。6.物料配送计划信息，主要包括物料、需求时间、需求数量和配送地点等信息；7.产成品入库与材料退库指令；8.现场在制品的物料结余数量与货位与ERP系统集成MOMERP1.生产订

51、单的实际执行情况，包括各生产订单的状态、完成情况；2.生产订单消耗，包括生产订单实际物料消耗和人工工时消耗情况；3.产成品的质量检验信息，包括产成品的结果信息与检测相关数据；4.生产过程中各设备的状态信息；5.物料配送计划执行情况，主要包括配送计划状态、完成情况、配送实际起止时间；6.产成品入库和材料退库的完成情况；7.能源消耗信息，主要是各生产线在生产过程中水、电、气等能源的消耗量，可按照订单、客户、时间、班次班组、设备、作业等维度进行统计与上传ERP与数字化产品设计系统集成PLM/CAXMoM1.利用产品设计软件CAD确定的产品的工作原理、基本设计参数以及电子设计图档；2.利用分析仿真软件

52、CAE对产品工作性能进行模拟仿真确定的分析仿真结果；3.利用工艺规划设计软件CAPP完成的工艺文件；4.利用自动数控编程软件CAM根据零件三维模型生成的数控代码；5.产品生命周期管理软件PLM在项目数据库中建立的完整的产品结构信息、物料清单、工艺过程卡片、数控程序、设计电子图档以及其它相关设计文档；6.可视化的零件3D仿真模型及动态装配指导等序号信息方向数据信息信息方向数据信息与数字化工厂设计系统集成PIMMOM1.加工车间的生产仿真分析结果2.加工车间的物流仿真分析结果MOMPIM1.加工车间的实际生产过程数据2.加工车间的实际物流信息与智能运维服务系统集成智能运维服务MOM1.智能产品的故障信息，含实际故障信息，及依据对智能产品运行状态进行分析得到的故障预测信息；2.智能产品的维修信息，包括维修计划，维修保障资源、维修时间、维修地点、维修人员、维修内容、维修方案等MOM智能运维服务1.产品制造档案信息，包含加工班组，加工产线，所消耗零部件规格、型号、供应商，加工工艺信息，质检信息等与智能装备集成MOM智能装备1.NC程序；2.开工、完工指令，通常发送给工业机器人、数控机床、自动化生产线等智能