智慧工厂建设顶层规划设计方案.pptx

智慧工厂建设顶层规划设计方案,随着新一轮工业革命的发展，工业转型的呼声日渐高涨。面对信息技术和工业技术的革新浪潮，美国人出台了先进制造业回流计划，德国人提出了工业4.0战略，中国加紧推进两化深度融合，并发布了中国制造2025战略。 如何实现智能化如何建设智慧工厂是当前很多企业面临的问题。就这个问题，在对多家优秀制造企业参观学习后，做如下汇报,目 录,一现状 二智慧工厂模型 三智慧工厂核心-MES 四建设方案,当前行业特点决定了公司生产模式为多品种小批量的离散型制造，公司产品为机、电、软集成度较高的系统产品，从零部件机加工制造，电气部件的焊接调试，直至设备的装配调试均在生产部门内独立完成。智能制造角度上来看，整个生产制造系统在存在以下五点不足,差距,自动化加工设备覆盖率低 数控加工设备较少，目前只有两台数控锯床、三台数控车床与数控折弯机、剪板机各一台，其余均为普通机床；焊接、辅助工具自动化率较低，目前仅有一套焊接机器人加工板类零件、一台焊接专机加工滚筒辐板，其余焊接与辅助工作均由人工手动完成。 装配环节基本依靠手工 目前装配工作全部依靠手工，定点组装，效率低下，延误交期时不能及时发现、定位；相关配套的部件装配吊装依靠车间大吊车，等待耗时较长；原有布局与库房领料模式所限，导致装配用时中领料、等料时间占比过大。 质检过程缺乏先进手段 质检手段主要依靠人工使用卡尺或千分尺测量，成品检测也无法做到及时有效，追溯准确，导致发生问题后无法详细判断事故类别。依靠人工检测判定合格与否，也存在准确性差、波动性大等问题，无法进行长期可靠、稳定的检测作业，而且检测数据需要人工统计，进行二次汇总后才向上级汇报，效率很低、数据整理周期长、准确度低、规范性差、时效性严重滞后。,信息化建设存在断层，车间管理成为“黑匣子” 随着企业发展，目前在设计与运营管理阶段，信息化建设初见成效，普遍实现无纸化办公，保证信息的准确、及时传递。但在生产阶段，信息化建设较差，与其他部门相比存在显著差异，同时车间管理由于信息化程度不足，导致上级领导无法准确、及时掌控生产流程与进度，车间“黑匣子”现象明显。 供应链各相关环节信息“孤岛” 生产系统是一个由加工、装配、质量、设备、供应、仓储、安全等多个环节统一协调工作才能正常运转的系统。但在实际运营过程中，不可避免的存在“部门墙” 这一现象，各环节的信息不能准确及时的传递，造成信息孤岛的产生。上级领导只得抽出大量时间和精力被动协调部门之间各类信息的流转与配合，而无法主动发现问题，解决问题。,目 录,一现状 二智慧工厂模型 三智慧工厂核心-MES 四建设方案,2.1数字化工厂与智慧工厂,数字化工厂的定义是数字化工厂是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命周期的新型生产组织方式，是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，主要作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁。 从定义中可以得出一个结论，数字化工厂的本质是实现信息的集成。,智慧工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程。同时，集初步智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。 智慧工厂已经具有了自主能力，可采集、分析、判断、规划；通过整体可视技术进行推理预测，利用仿真及多媒体技术，将实境扩增展示设计与制造过程。系统中各组成部分可自行组成最佳系统结构，具备协调、重组及扩充特性。已系统具备了自我学习、自行维护能力。因此，智慧工厂实现了人与机器的相互协调合作，其本质是人机交互。,智能制造系统在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作，去扩大、延伸和部分地取代技术专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化扩展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造系统不只是“人工智能系统，而是人机一体化智能系统，是混合智能。系统可独立承担分析、判断、决策等任务，突出人在制造系统中的核心地位，同时在智能机器配合下，更好发挥人的潜能。机器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。本质是人机一体化。,智慧工厂是数字化工厂的升级，又是智能制造的载体,当下，国内很多企业都在炒作智能制造，但是绝大多数企业还处在部分使用应用软件的阶段，少数企业也只是实现了信息集成，也就是可以达到数字化工厂的水平；极少数企业，能够实现人机的有效交互，也就是达到智慧工厂的水平。而绝大多数企业距离智能制造的要求或者工业4.0表述的状态，还相差很远。,2.2 智慧工厂顶层设计,实现全过程的透明化和数字化,MES通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。,MES是实现智慧工厂的 核心和中间桥梁，起到承上启下的关键作用。,2.3 智慧工厂模型-层级,MES制造企业生产过程执行管理系统 MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。,2.3 智慧工厂模型-数据,目 录,一现状 二智慧工厂模型 三智慧工厂核心-MES 四建设方案,3.1 MES介绍,3.2 MES功能模块,一现状 二智慧工厂模型 三智慧工厂核心-MES 四建设方案,目 录,4.1智能设备层 自2015年起，为了适配日渐高企的产能，采取了多项有效措施，主要有增加部分数控设备，使用焊接机器人与自动焊接设备，转运物料时使用电动转运车等，这些技改一方面保证了生产订单的发货，另一方面也为智慧工厂的设备层建设打下一定基础。但与智慧工厂层级中要求的智能设备层仍存在较大差距。,4.1.1 数控机床 机床做为加工行为的直接产生设备，设备的数控程度与自动化程度直接决定了工厂的智能程度。目前加工设备中，铣床、龙门铣床仍然全部为落后的手工机床，车床与钻床中，非数控机床仍然占据相当大的比重，钣金类设备与锯床中，普通机床继续保持“半壁江山”。 针对以上情况，结合实际需求，在未来两三年内对锯床、铣床、车床设备全部实现数控化；龙门加工中心、钣金机床基本实现数控化，只保留12台普通设备；钻床设备中数控类机床占比超过50。,,,,,4.1.2 装配流水线 目前装配过程存在的种种问题，此处不再赘述。本方案准备先将制动台类检测设备的装配工位建设成流水线式装配工位，然后逐步推广到所有常规产品的装配流程。现就流水线式装配工位做简要介绍，如下 流水线式装配工位主要由部装工位、总装工位、线边库、传动链板、智能起重设备五大部分组成。,部装工位主要负责定点组装产品中较关键重要部件，组装好后，通过智能起重设备起吊运输到总装工位后安装到产品台架上；总装工位为产品的主装配工位，根据装配工艺及节拍平衡，一般分为三到五个分工位，产品台架通过传动链板依次在分工位停留，并安装部件与其他零部件后下线调试并最终进入打包区。 线边库为关键零部件和较常用标准件的放置区，存放一定周期内产品装配所需要使用到的相应物料，以线边库的设立使用来大大降低来回往返仓库领料所耗费的时间；传动链板为根据具体台架设计的专用传动机构，保证产品主体按照设置好的节拍时间进行流动；智能起重设备主要为电动平衡器，可根据所起吊的货物重量自动调节平衡，操作者轻轻推动即可进行后续安装作业，使用此设备可降低装配过程中等待起吊设备的时间。 以上即为装配流水线的主要构成部分，相关设备的前期调研选型工作已经开展，并对装配工艺进行了初步的拆分重组。,4.1.3 自动化应用 目前仅焊接工位使用焊接机器人进行平板类设备的焊接作业和轴盘类零部件自动化专机焊接辐板组件，其他工位与作业工种使用机器人或自动化设备较少。 计划焊接工位再增加一台框架类产品的专用焊接机器人，其他工位根据情况更多得应用自动化加工设备，比如涂胶粘砂工位的自动粘砂设备、表面处理工位的抛丸喷砂打磨设备和滚筒类部件的自动化焊接专机等自动化设备的普及应用。,4.1.4立体仓储与AGV小车,随着近几年识别技术水平的发展进步，立体仓储与AGV小车已被越来越多的企业所接受、使用并依赖。立体仓储与AGV小车作为现代汽车制造业准时制物流的“致胜法宝”，也必将“飞入寻常百姓家”，逐渐成为一般制造业的“标配”。 公司根据场地限制与实际需求，准备先行推广AGV小车在装配工位零件配送至线边库和机加工位物料转运这两个常见场景中的使用，后期场地问题解决后建立立体仓储并接入控制层信息，进而打造自己的准时制物流与智能配送。,4.2设备控制层 生产作业现场和智能设备会产生大量实数据，这些生产数据可以对企业的快速决策起到重要作用。而单纯待在设备内部的数据对实际生产没有任何意义，只有将这些信息、数据收集控制起来，才能产生价值。,4.2.1DNC,DNC联网，集中管控NC程序 NC程序统一存储，提高数据安全性、共用性。 NC程序自动下发至相应机台，提高工作效率。 NC程序版本管理，规范作业。,DNCDistributed Numerical Control称为直接数控，也是网络化数控机床常用的制造术语，其基本原理是使用计算机对具有数控装置的机床或机床群直接进行程序传输和管理。,设备网络化管理通讯，取代了纸质数控程序的传递和手动输入程序的低效率，将设备统一联网管理，实现高效准确的程序传输，帮助设备发挥最大价值。实现车间的完全网络化管理，为不同车间生产需求搭建多样的车间网络系统，消除车间数控设备之间的信息孤岛。彻底改变以前数控设备的单机通讯方式，全面实现数控设备的集中管理与控制。 NC程序管理更加规范化。DNC系统完善的程序传输流程、严谨的用户权限管理、方便的程序版本管理以及良好的可追溯性，实现对NC程序全生命周期的跟踪管理。 明显降低工作人员的劳动强度。服务器端无人职守、设备端全自动远程传输，操作者不用离开设备就能完成程序的远程调用、远程比较和远程上传等全部工作，明显减少了操作者因程序传输而在车间现场来回奔波的时间。 车间现场更加整洁。DNC系统实现了NC程序的集中管理与集中传输，车间现场不再需要大量的台式计算机及桌椅板凳，取而代之的是少量美观大方的现场触摸屏，整个车间显得更整洁，更符合车间精益生产管理的要求。,4.2.2 工位现场终端,生产现场的数据相当一部分仍然要依靠生产现场的作业人员进行收集，由于生产现场作业人员身兼生产与收集数据两职，若采用原始的人工收集方式，不仅输入速度慢，而且出错率高。数据分散在许多不同的工序环节，需要利用工位固定终端或手持终端把条码作为纽带把各个生产环节的信息联接起来，从而跟踪产品从生产开始直到装配入库发货的全过程。,根据生产订单或生产计划，在每一件产品开始生产前用终端条码打印机列印出制程卡;该制程卡与单件品或某一批产品一一对应, 并在生产过程中随着产品在生产线的每个环节进行流通，在每个生产环节，生产现场作业员使用思终端扫描制程卡上的条码，以获取前一生产环节的生产数据，并在制程卡上记录本作业环节的相关信息，直至产品成型包装。 工作人员用条码表示需要采集的项目，并列印在标签上。同时也可以对一些辅助的数据对象如工序、作业员、生产线、生产班次等进行条码标识，以进一步实现终端数据的自动化收集。 对于无法在生产线上布置电脑，且不需要实时收集数据，各个环节的数据之间无关联或关联性不强的应用场合，可以使用手持终端先分散采集，后集中批量处理。此时给生产现场作业人员配备带有条码扫描功能的手持终端，进行现场的数据采集。同时在现场也可查询相关信息，在此之前会将系统中的有关数据下载手持终端中。 各种样式的终端将现场采集的数据上传到生产管理系统中，自动更新系统中的数据。同时也可以将系统中已更新后的数据下载到终端中，以便在现场进行查询和调用。,4.3 制造执行层 MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时异常时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。,4.3.1 柔性排产，优化生产,将复杂排产运算，压缩到分钟内完成 1.将产能约束和优化规范整合到生产排程 2.图形方式呈现排产结果，可快速浏览 3.生产人员获得实际的生产指标 4.生产进度实时统计,计划执行，实时监控 1.生产指令、程序参数直达现场设备、班组 2.图纸、作业指导书实时在线浏览 3.机台运行情况与产量、质检数据实时上传,订单评审-提高计划执行性，缩短生产准备周期 根据订单配置要求，使用MES系统快速组织BOM信息 系统将配置保存为计算机策略，实现数据重用 工艺数据、物料库存、交货期等约束条件评审,物料使用策略-将行政命令转换为计算机指令 系统将各个部门下达的装配要求和装配限定，抽象到系统中管理起来； 质量部门 技术部门 生管部门 采购部门 物料展开分解时，自动参与运算 军、民等限定 只准用XX厂家；不准用XX厂家 批次限定 时间限定 替换件 成对使用,将人工经验转换为系统排产策略，交互式排产 更加快速应对动态的市场和不断变化的的需求。 将产能约束和优化规范整合到生产排程。 准确和快速地对应与客户需、要求相关的订单,满足生产计划 增加工艺评审及生产资源评审,提前发现和避免生产瓶颈以及物料短缺 自动处理各个部门的质量限定 生产进度实时统计。,计划分解与自动下发 根据总装计划自动分解零部件计划 车身计划 车架计划 发动机（需求）计划 物料需求计划 器具/工装计划 异常预警 产线/设备异常 缺料 资源短缺 计划自动发布、下发 电子商务平台 二级生产单位,4.3.2 准时制物流,搭建电子平台，实现业务协同,准时制物流just-in-time logistics，JIT logistics是一种建立在JIT管理理念基础上的现代物流方式,条码划分，供方源头管理 条码化操作 数据自动采集 单据自动创建 单据、业务同步,JIT物流是精益思想的表现，是一组活动的集合，其目的在于原材料、制品及产成品保持最小库存的情况下，能保持连续、高节奏的大批量生产。零件从上道工序准时到达下道工序，并被下道工序迅速加工和转移。 “准时制“是基于任何工序只在需要时才生产必要制品的逻辑。 从理论上讲，当一件产品产生订单时，市场就从生产系统的终端（产品总装线开始）拉动一个产品。首先，总装线工人从物流的上游工位一个一个地拉动下游的工位，重复这一过程，直到供应商的原材料投入工序。,零部件管理规范 C3 -单品级别管理 指建立可追溯性、防伪功能意义十分重大的关键、重要总成、零部件，对该类总成、零部件的每一个件给予一个唯一的编码。 生产时需要在该类总成、零部件上粘贴条码及对应明码的标签或采用DPM技术直接刻印；总装时，必须逐一扫描该类总成或零部件的唯一身份代码，并建立总成号与其所属的关重物料的唯一性关联，记入质量底档。 C2 -批次级别管理 指建立可追溯性、防伪功能意义较大的总成、零部件，对该类总成、零部件的每一个生产批次给予一个的编码。 生产时需要在该类总成、零部件的产品或外包装上粘贴条码及对应明码的标签；总装时，必须扫描或录入该类总成或零部件的批次身份代码，并建立总成号与该类物料的批次信息关联，记入质量底档。 C1 供应商级别管理 对于一些关重零部件，由于材质特殊或体积微小，无法粘贴或打刻质量追溯信息，将记录用供应商信息。 将供应商编码制成条码标签，粘贴在装配工位上；总装时，扫描该类物料对应的供应商条码，并建立总成号与该类物料的供应商信息关联，记入质量底档。 C0 品号管理零部件 对于一些非关重零部件，无需进行质量追溯管理。,科学、统一、规范的条码规则是JIT物流的实施基础,原料入库检验 根据入库信息自动生成“来料质检单” 检验项目 检验标准 检验结果 实现质检任务自动提醒 短信 通知 超期报警 让步接收，系统电子审核 “合格”物料方可生产领用 “不合格”物料入待处理区,采用条码化管理，实现生产物流全程可追溯 从物流的分时配送、生产缓存区接收到生产上线、成品入库，实现厂内全过程物流条码跟踪到物料的厂家、批次及使用状态。,拉动式生产，提升物流作业效率 线边安全库存自动计算与预警 厂内物流 三方物流 供应商 人工巡线反馈 拉动信息可视化展示，结果统计与分析,透明化、数字化仓储看板,4.3.3 生产现场作业,基于数字终端的数字化、可视化车间 自动接收生产指令，生产派工与作业调整 工艺作业指导、图纸在线浏览，实现无纸化作业 人员权限验证、绩效、工时自动记录 与设备连接，监控设备状态 实现设备数据自动采集 质量数据在线采集,电子化派工管理 生产计划审核确认后，自动下发至工位相应接受终端 工人登录终端即可查看当天生产任务 班组长可使用终端现场派工、作业调整,现场工艺管理与作业指示 电子版图纸、作业指导书自动下发至接受终端，无纸化作业，降低制造成本。 自动获取最新版本图纸、作业指导书，无需人工回收与发放。 严格权限控制，保证数据安全。,4.3.4 过程数据采集,提供实时数据，使得生产一目了然 实时显示当前生存状态，实现生产过程透明化 减少报工工作量，实现无纸化生产 生产异常立即反馈，以确保快速响应 采集的数据与产品关联、统一标准不依赖于硬件设备，还可以通过移动终端访问 员工可直接得到关于其绩效的反馈，以便于优化改善,物料数据采集与防错 针对物料管理等级，制定采集方案 单品级别 批次级别 供应商级别 品号 多样化采集方式 条码/二维码 RFID（射频卡） 计划关联,,设备数据采集与状态实时监控 实现不同品牌设备联网与控制，消除“设备孤岛”、 实时记录设备状态 自动、清晰的数据采集，避免反馈信息的却是、错误与延迟 高质数据可用于后续评估与分析。,设备KPI指标自动统计 图形化数据，直观展示 支持数据看板、电脑、手机登多种媒介,异常及时应对，保证订单及时交付创新呼叫系统 将呼叫分类，信息直达相关班组。 呼叫计时，结果记录，自动统计维修人员绩效。 异常滞期，逐级上报，打破管理黑箱。,4.3.5 异常呼叫闭环处理，质量管控全程追溯,加工过程质量数据采集 实现无纸化车间 多种终端、采集方式可快速采集质量数据 通过设备联网自动、实时采集加工数据 实际数据与标准工艺参数比对，异常立即报警,双向质量追溯，可直达问题根源 装车物料清单 加工过程数据 产品测试数据 质量异常数据 质量替换件 返工、返修记录 合格证等。。。,质量问题管理 持续优化、提升品质 质量问题记录、跟踪、分析。 质量数据集成（ERP、QM） 问题立项与处理过程跟踪，结果反馈。,4.3.6 监控与分析,基于实时数据的生产监控 所有的评估和分析工具均访问同一个即时更新的数据库 以图形化方式呈现数据有助于全局概览及支持决策 可实现全流程、全工序过程的全局浏览,多层次数据逐级拆分，各取所需,打破管理黑箱，让问题浮出水面,实时呈现生产讯息、警示及仪表看板，使管理落地。 运营大数据、云计算等技术深度挖掘数据价值，让管理决策“有据可依” 运用图形化处理技术，让生产过程“一目了然” 通过移动终端，实现BYOD管理模式，让管理“随心所欲”,BYOD（Bring Your Own Device） 指自带设备进行办公、作业及管理，这些设备包括个人电脑、手机、平板等智能终端，通过这些智能终端，员工可以在任何时间，任何地点进行业务处理。,办公随时随地，效率迅速提升 管理人员随时、随地获取企业运营实绩 市场人员实时与售前售后客户沟通并及时与公司信息共享 调度计划实时获取生产进度 维护人员能远程及时诊断设备状况 作业人员生产计划与响应 采购库存实时获取库存信息,Anytime Anywhere Anything,图形化、多维度的数据分析与决策支持 分析维度经营、生产、质量、设备、环境等 多样式图形化数据展示分组/明细表格、柱形图、条形图、智能仪表盘等,4.3.7员工与设备管理,产品与加工作业人员关联绑定 产品线管理有的放矢 精准质量追溯,设备点检、保养管理 点检保养计划 点检（保养）项目 点检（保养）内容 检验标准 频率/周期 责任部门/人员 采集方式 PC 现场终端 PDA Phone,