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、企业信息化的实施战略十六大的报告明确指出：“实现工业化依然是我国现代化进程中艰巨的历史性义务。信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择。坚持以信息化带开工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源耗费低、环境污染少、人力资源优势得到充分发扬的新型工业化路子。〞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消费力的最有效的工具现代管理之父杜拉克指出:“知识消费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议性要素〞，“无论什么传统产业，之所以能开展壮大，就是由于它们围绕知识和信息进展了重组。〞采用信息化的手段,围绕着消费过程的信息和知识对消费过程进展重组,将优秀的消费与操作阅历、专有技术和知识提炼和交融到上述软件系统中去，极大地提高消费力。金字塔型组织扁平化组织构造◆管理组织层次金字塔型组织：消费制造过程董事会总经理消费副总消费班工人消费部消费厂消费车间扁平化组织构造：总经理消费制造过程消费指挥中心2)只需经过企业信息化才干实现企业扁平化管理运营决策企业管理消费调度过程优化过程控制Purdue模型BPS(BusinessPlanningSystem)PCS(ProcessControlSystem)MES(ManufacturingExecutionSystem)BPS/MES/PCS构造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普通职工，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%、利润添加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，获得显著效果。韩国浦项钢厂浦项董事长刘常夫以为：21世纪信息管理将成为浦项生存与开展的关键，建立消费指挥中心：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；规范本钱计算时间由35天缩短到3天；库存原料周转率由8.7次添加到12次。1998年销售额达92亿美圆，净利润9.297亿美圆，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；消费才干由1200吨／日提高到2000吨／日，剥采比由10：1降低到6.5：1，选矿本钱由73.03元／吨降为37元／吨，采矿本钱由57元／吨降为43元／吨，人均劳动消费率75万元，是同类企业的平均程度的17倍。(图一所示)图一排山楼金矿据美国MESA1996年调查统计结果消费周期时间缩短率为35%;数据输入时间缩短率为36%;在制品削减率为32%;文书任务削减率为67%;交货期缩短率为22%;不合格产品减低率为22%;文书丧失减少率为55%.据美国ARC公司调查,基于三级构造的MES可获得效益为:质量提高19.2%,劳动消费率提高13.5%,产量提高11.5%.1999年，美国“财富〞杂志发表文章称MES是“ERP市场的挑战者〞。该文引见年产值16亿美圆的美国化纤企业Unifi公司，其下属Yadkinville厂运用MES软件后，效益添加69%，实践增效1600万美圆。基于ERP/MES/PCS三级构造的MES软件得到广泛运用，据美国MESA调查，美国MES软件市场规模：1993年为1.5亿美圆，1994年和1995年年增长率为30%，1996年到达8.65亿美圆，1998年10.1亿美圆，予计2003年将添加三倍。3〕消费制造过程的信息化是实现综合消费目的优化的保证欧洲钢铁工业技术开展指南指出：“对于降低消费本钱、提高产质量量、减少环境污染和资源耗费只能经过全流程自动控制系统的优化设计来实现〞。(Charbonnieretal.1999)综合消费目的的分解产量质量本钱消费方案消费制造执行优化控制耗费综合消费目的：产量、质量、本钱、耗费综合消费目的模型各工段消费目的关键工艺参数设定模型各工序关键工艺参数目的优化系统4〕消费制造过程的信息化是实现矫捷制造的保证现代化的通讯网络将世界连成一体，经济全球化进程使世界变成了一个一致的市场，致使产品市场竞争国际化；产品的种类越来越丰富，产品的批次和批量越来越少，产品的开发周期越来越短。矫捷制造〔AgileManufacturing〕把动态灵敏的虚拟组织机构、先进的柔性制造技术和高素质的人员进展全面的集成。矫捷制造将使企业实现FTQCS战略目的，即产品的功能(F)全，开发周期(T)短，质量(Q)高，本钱(C)低，并能为用户提供更好的效力(S)。建立虚拟企业和开展矫捷制造技术是实现矫捷制造的两个坚实根底。信息技术是建立虚拟企业和实现虚拟制造的关键使能技术。矫捷制造使企业管理从金字塔式的多层构造走向扁平化构造企业工厂单元任务站车间设备计划执行控制〔a〕多级递阶〔b〕分布式纵向集成纵横向综合集成“小而全〞“大而全〞企业突出中心竞争力企业矫捷制造使企业“大而全〞“小而全〞的组织方式走向分工协作突出中心竞争力的方式零部件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证设计组装车间企业组织方式零部件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证中心零件制造企业中心技术矫捷制造的关键技术支持矫捷制造的使能技术：资源共享、信息效力、虚拟制造、并行工程、建模/仿真和人工智能等;资源优化,包括供应链的建模和管理;网络平台(Internet/Intranet/Extranet)。造船工业案例分析韩国造船企业经过高度信息化和自动化，走集成造船的开展道路，逐渐向矫捷制造方式迈进，韩国成为当今世界第一造船大国。韩国造船业开展纵向比较：IIIIIIIVV时间1972~1976（三五计划期间）1977~1981（四五计划期间）1982~1991（五五/六五计划期间）1992~1996（七五计划期间）1997~2001（八五计划期间）期末造船能力、产量能力：143万总吨产量：81万总吨能力：400万总吨产量：93万总吨能力：600万总吨产量：350万总吨能力：1000万总吨产量：738万总吨能力：1300万总吨产量：1161万总吨期末年出口额3.0亿美元8.9亿美元41.3亿美元71.3亿美元97.0亿美元产品发展建造20万吨以上巨型油船等简单船种建造中小型集装箱向、滚装船以及成品油船、化学品船等复杂船舶能建造各种复杂船舶、有些属世界最先进船舶大规模进入型集装箱船市场，在大型油船和集装箱船和集装箱船市场占主导地位大规模进入并主导LNG船市场，在大型油船、集装箱船市场占主导地位造船配套设备自给率不足25%45%50%~60%75%85%造船产量在世界上地位1973年居第16位1981年居第2位居第2位居第2位居第1位（2000~2003）韩国与中国造船业的横向比较〔2001年〕：指标韩国中国市场份额33%11%产量（万CGT）533.5177.8生产效率（工时/CGT）1358175KB/C总工时30万>100万B/C开工到交船时间7.5个月13.5个月VLCC（船坞周期）~2个月5个月预舾装率90%80%钢材利用率90%80%2、企业信息化的内涵制造业特点： –离散制造业 –流程工业 –混合制造业1、调度和协调复杂产品部件多，可以独立加工，消费流程可以并行、异步进展；对于某一产品常有多种实现途径可供选择，设备功能冗余度大，因此添加了调度和协调的复杂性。2、资源管理复杂由于每个操作能够涉及不同的物料、设备、工具及文档等资源，这些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复杂。3、控制量相互独立、流程切换代价小产品消费主要经过位移、角度等作为控制量进展物理加工，设备控制参数由设计决议，不受物料物性影响，设备间独立性强。流程切换不存在象延续工业那样复杂的启停和清洗过程，主要是加工程序的上载和刀具的改换，所以切换代价较小。4、劳力密集型、自动化程度相对较低离散制造业企业由于是离散加工，产品的质量和消费率很大程度依赖于工人的技术程度，自动化主要在单元级，例如数控机床、柔性制造系统等，因此,离散制造业是一个人员密集型行业，自动化程度相对较低。离散制造业的特点流程工业的特点 1、复杂性主要的流程工业涉及到原资料和能源的消费加工行业，如冶金〔钢铁、有色、黄金〕、石油化工、电力等；我国资源的特点：贫矿多，难于提炼，因此其消费加工过程复杂；金字塔式的管理方式是层次多，运营管理、制造执行等过程的信息获取、控制与管理涉及的变量与参数多，过程的模型难于描画。 2、技术密集型消费过程涉及到工艺、机械配备、自动控制、工业工程等专业知识、阅历、专有技术。人先进技术效力型工厂效力消费环保型工厂资源再生创外型工厂先进技术消费自动化工厂根底产品消费信息根底构造消费运用运用技术成熟技术环境技术机器数字化与智能化工厂以信息技术为根底的先进制造技术构造数字化与智能化工厂制造过程数字化、自动化、虚拟化、智能化消费过程数字化、自动化、虚拟化、智能化管理数字化与智能决策设计数字化、协同化、虚拟化、智能化企业数字化与智能化1〕离散制造业数字化与智能化设计数字化、协同化、虚拟化、智能化制造过程数字化、自动化、虚拟化、智能化管理数字化与智能决策2〕流程工业数字化与智能化工艺设计数字化、协同化、虚拟化、智能化消费过程数字化、自动化、虚拟化、智能化消费管理数字化智能决策企业信息化的内涵 将信息技术用于企业产品设计〔工艺设计〕、制造〔消费〕、管理〔消费管理和运营管理〕和销售的全过程，以提高企业的市场应变才干和竞争才干。企业信息化的内容设计信息化〔产品设计和工艺设计〕 －计算机辅助设计(CAD) －并行工程 －虚拟制造与流程模拟－设计过程管理(PDM)企业管理信息化 －企业资源〔ERP〕 －制造执行〔MES〕消费制造过程自动化 －优化控制与过程控制 －加工设备机电一体化集成化〔强调企业内部信息集成〕 －设计、制造、管理一体化 －一体化过程控制网络化〔强调企业间的资源优化〕流程工业一体化过程控制流程工业一体化过程控制技术是将与产品的质量、产量、本钱相关的经济技术目的自动转化为流程工业消费过程各工序自动控制系统参数，从而保证到达产品的微观组织和最终性能的高技术。流程工业一体化过程控制技术曾经成为国际上工业领域的高技术开展潮流和方向。研发工业消费一体化的过程控制系统曾经成为国际上高技术研发机构与高技术公司的研讨热点，美国I2等高技术公司曾经研发出某种资料消费一体化过程控制软件系统，虽然实现了部分功能，但运用钢铁等资料消费企业，获得显著的经济效益。流程工业一体化过程控制系统是实现流程工业信息化的关键，是提高流程工业消费效率和产质量量、减少资源耗费的有效途径。离散工业设计、制造、管理一体化是将信息技术、现代管理技术和先进设计制造技术结合，运用于企业产品全生命周期〔从市场需求到最终报废处置〕的各个阶段。经过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、资金流的承继与优化运转，到达人〔组织、管理〕、运营和技术三要素的集成，以缩短企业新产品开发的时间〔T〕、提高产质量量(Q)、降低本钱(C)、改善效力(S)、清洁环境〔E〕，从而提高企业的市场应变才干和竞争才干。离散工业设计、制造、管理一体化技术是全世界制造工业领域的高技术开展潮流和方向。以实现矫捷制造为目的的设计、制造、管理一体化技术，曾经成为国际上高技术研发机构与高技术公司的研讨热点，它不仅成为制造业不断推出新产品、快速呼应不可预测的市场并博得竞争的主要手段，而且成为信息时代提高企业竞争才干的综合性高新技术。如韩国现代重工与美国PTC公司协作开发以WindeHill为中心的设计、制造、管理一体化系统，曾经使企业获得了良好的经济效益和社会效益。离散工业设计、制造、管理一体化系统具有集成化、数字化、智能化、矫捷化、网络化、绿色化的开展趋势，使企业可以从容应付快速变化的市场，获得企业的长期效益,最终使企业实现TQCSE战略目的。离散工业设计、制造、管理一体化3、流程工业综合自动化系统综合自动化系统是流程工业信息化的根底工业过程综合自动化系统将消费过程的消费工艺技术、设备运转技术和消费过程管理技术集成起来，实现消费过程的优化控制、优化运转和优化管理，从而保证与产质量量、本钱、质量相关的综合消费目的优化。企业综合自动化系统构造集成支撑系统数据库计算机网络企业资源方案系统〔ERP〕消费执行系统〔MES〕消费过程控制系统〔PCS〕ERP层PCS层MES层企业管控一体化系统总体构造框架表示图运输综合查询与辅助决策应付帐款应收帐款档案管理工程投资固定资产备品备件质检生产调度能源管理设备运转平安管理生产过程信息处理系统原料库房产品库房财务管理消费动态本钱控制消费统计计量溶出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方案消费本钱方案消费方案运输质检计量计算机网络系统大修方案综合计划管理消费管理综合统计选矿DCS过程PLC计量数据采集基于ERP/MES/PCS三层构造的综合自动化系统消费过程综合自动化系统消费过程管理系统消费过程控制系统计算机支撑系统消费过程综合自动化系统构造方案管理消费作业方案物料方案能源方案消费本钱方案消费统计消费调度物料控制与管理能源管理消费本钱控制与管理消费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消费管理系统(MES)消费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消费过程集成自动化系统流程工业消费过程关系数据库

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消费过程综合自动化系统功能构造图过程综合自动化系统消费管理系统计算机支撑系统过程控制系统消费方案消费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消费执行系统功能消费统计消费方案管理消费统计消费分析物料平衡消费调度消费信息管理调度执行日常数据采集消费报告设备管理设备文件设备操作信息搜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方案和统计信息能量信息动态本钱控制信息质量控制信息设备管理信息决策支持消费执行系统消费方案系统功能消费方案系统能源方案能源信息管理能源耗费数据搜集能源耗费数据分析能源设备管理消费作业方案消费方案管理消费统计消费分析物料平衡消费本钱方案本钱方案本钱核算本钱监控本钱分析本钱控制物料方案物料采购物料统计物料跟踪物料分析智能优化控制系统智能优化控制系统功能智能优化控制战略产量质量本钱耗费智能优化控制实施战略酒钢选矿厂引见甘肃酒钢选矿厂是酒泉钢铁〔集团〕公司的原料—铁精矿的消费厂年处置铁矿石800万吨矿石含铁档次33%综合自动化系统案例酒钢选矿厂主要设备矿石处置:99台:振动筛、皮带运输与卷扬系统等竖炉焙烧: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景综合自动化系统的构造硬件构造图5综合自动化系统的硬件构造控制系统照片矿石处置控制软件界面PanoramicviewoftheFactoryMonitoringviewofraworesprocessingOperationpanelofraworesprocessing

竖炉焙烧过程控制软件界面Panoramicviewoftwenty-tworoastersMonitoringviewofshaftroasterMonitoringviewofoperationparametersOperationpanelofcontrolsystem磨矿过程控制软件界面MonitoringviewofmillingprocessOperationpanelofcontrolsystem磁选过程控制软件界面OperationpanelofMagneticdressingprocess浓缩过程控制软件界面MonitoringviewofcondensingprocessOperationpanelofcondensingprocess竖炉焙烧过程优化控制软件界面managementpanelofoptimalcontrolsystemofroastingInputofconditionsResultsofoptimisation磨矿过程优化控制软件界面managementpanelofoptimalcontrolsystemofmillingInputofconditionsResultsofoptimisationY1W1W2Y2U1W1:熄灭室温度设定值,Y1:熄灭室温度,W2:加热煤气流量设定值,Y2:加热煤气流量,U1:加热煤气阀门开度

图6竖炉焙烧过程实践控制曲线竖炉焙烧过程运用效果W3Y3U2W4Y4U3W3:给矿量设定值,Y3:给矿量,U2:给矿机电振频率,W4:给水量设定值,Y4:给水量,U3:给水阀门开度

图7磨矿过程实践控制曲线磨矿过程运用效果

竖炉焙烧过程竖炉台时产率:提高0.7T/h(从24.9T/h到25.62T/h)磁选管回收率: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%精矿档次：提高0.5％设备运转率:提高2.98%减员:50%

4、离散工业集成制造系统集成制造系统是实现设计、制造、管理一体化系统的根底计算机集成制造系统〔ComputerIntegratedManufacturingSystems，CIMS〕现代集成制造系统〔ContemporaryIntegratedManufacturingSystems，CIMS〕

集成制造系统构造控制系统方案系统接口订单管理不测事件管理数据采集物料输运管理物料跟踪管理任务站管理质量保证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/性能分析消费执行系统消费方案系统数字化产品设计系统数字化产品设计系统计算机辅助设计〔ComputerAidedDesign，CAD〕

产品数据管理(ProductDataManagement，PDM)消费方案系统主导消费方案(MasterProductionSchedule)物料需求方案(MaterialRequirementsPlanning)才干需求方案(CapacityRequirementPlanning)车间场地控制(ShopFloorControl)采购(Purchasing)物料控制(InventoryControl)产品数据(ProductData)费用账目(CostAccounting)消费执行系统订单管理(WorkOrderManagement)任务站管理(WorkstationManagement)物料跟踪管理(InventoryTrackingandManagement)物料输运管理(MaterialMovementManagement)数据采集(DataCollection)不测事件管理(ExceptionManagement)维护管理功能(MaintenanceManagementfunction)操作者管理(TimeandAttendancefunction)统计过程控制功能(StatisticalProcessControlfunction)质量保证功能(QualityAssurancefunction)过程数据/性能分析功能(ProcessData/PerformanceAnalysisfunction)文档/产品数据管理(Documentation/ProductDataManagementfunction)产品跟踪功能(Genealogy/ProductTraceabilityfunction)供应商管理功能(SupplierManagement)控制系统机械设备(MachineTool)