华正智能工厂信息化解决方案初步讨论稿V2

华正智能工厂信息化解决方案初步讨论稿V2.0..SAPChina

内容222015SAPAG.Allrightsreserved.未来智能工厂模型及面临的挑战华正智能工厂现状与目标华正智能工厂信息化解决方案未来智能工厂模型及架构分析

对德国工业4.0的理解-高度个性化定制产品的规模化、经济型生产战略需求与意图：最大程度满足客户个性化需求，大规模生产高度个性化产品实现产品全生命周期管理和数据流的标准化，缩短从设计到生产的周期实施目标：建立一个高度灵活的个性化和数字化产品与服务的生产模式确保德国制造业的国际竞争力，争夺新一代技术与产业革命的话语权对德国工业4.0的理解–三大集成传统工厂中的网络化生产虽然层次清晰，解决方案成熟，但层间互操作性很差，影响信息的传递效率和准确性。工业4.0理念下的智能工厂将使生产系统从分层、顺序结构变为平面结构，形成管理、控制、生产一体化系统；大幅提升了子系统间数据的调用与互操作的效率和准确性。网络化生产纵向集成智能工厂工业4.0智能工厂实施参考体系大规模定制业务支持系统用户个性化产品配置系统制造执行系统设备互联网络智能制造分析平台可重构的模块化智能自动化生产系统可重构、模块化生产单元自动物料运输系统智能机器人全要素设备、人、物料智能互联通信系统（无线通信）传感器Sensor标签RFID对德国工业4.0的理解–三大集成现有生产模式中，在由产品设计、生产规划、生产工程、生产执行、服务所购成的产品价值链上，各环节数据来源不同，异构性强，难以互通，整个价值链的信息无法全透明。工业4.0理念下的智能生产通过对各环节数据统一语义结构和表达方式，使价值链上全流程数据透明、互通。价值链端到端工程数字化集成对德国工业4.0的理解–三大集成每个企业出于核心技术保密以及采用的生产系统软硬件不统一等原因，物流信息无法互通，无法构成紧密的价值网络，使价值网络整体的竞争力难以提升。工业4.0战略依托信息物理系统以及信息安全技术解决了上述问题，使价值网络上的企业紧密结合，物流信息智能传递，互相弥补，使整个价值网络的竞争力得以提升。价值网络横向集成SCMERPCRM未来智能工厂面临的挑战智能制造必须解决的各种关键挑战：BUFFERBUFFERBUFFERBUFFERCOMPONENTSPRODUCTS生产环节中产品追溯管理动态调整生产资源生产设备监控与预警物料生产监控工厂设备信息产线&工序信息厂内物流信息车间环境信息物料信息物料精确配送库存信息人员信息设备维护与监管困难生产成本增加生产数据采集实时性不高影响产线运行效率质量监控信息化程度低无法及时发现产品安全问题智能制造的6个关键场景（互联制造）服务提供商生产设备云551业务层MES自动控制层设备层制造企业21订单协同OEM33供应商制造协同446个关键场景：

业务层到车间层

设备到设备

订单平台集成制造协同

生产设备云产品服务云123456产品服务云6智能制造-端到端的业务流程电子商务可通过全渠道销售方案创建电子销售订单，可以通过配置创建个性化产品询价单，报价单和订单，并无缝集成至后台ERP系统1需求在SAPERP系统同时创建销售订单，并通过MRP或高级排程功能创建采购订单和计划订单，进行生产准备2设计对产品进行模块化设计，通过属性进行配置。针对客户的个性化要求，进行设计修改等工程变更管理，确保工程设计顺利交接给制造执行3制造与自动化设备集成，控制生产执行过程，根据不同的配置传递不同的参数，管理车间物料消耗和质量控制，实时车间生产信息显示和分析4交付实时生产报工并回传至ERP系统，集成仓储及物流系统5预测及服务对车间采集上来的大数据进行存储和分析，挖掘设备运行模型，预测设备健康度，并通过移动方案提供快速相应服务6单件生产对变更的快速响应灵活性高透明性个性化产品的追踪内容13132015SAPAG.Allrightsreserved.智能制造工厂面临的挑战华正智能工厂现状与目标华正智能工厂信息化解决方案华正新材工厂管理提升关键需求华正新材工厂是全自动化流水线生产，生产工艺流程类似右图所示。

其智能化生产的初步需求包含几点：原材料管理智能排产生产报工设备监控（双向交互）产线看板（订单进度、异常状态等）中控中心（大屏幕）能源管理华正新材生产流程现状目前生产工艺流程在最后的包装阶段，需要人工手动输入系统，效率很低，容易出错各设备相互独立，其状态只能通过人员到达现场实地观察能源消耗只能通过人工抄表的方式进行，并且无法进行对比分析，难以确定能源消耗异常的原因目前质检方式都是通过人工操作，包括破坏性检验和外观检查。可能提高的方面调胶上胶选片组合热压剪裁打包质检质检质检华正新材智能工厂目标构想实时能源消耗监控，历史数据报报表汇总及多维度分析，多维度，为管理者的决策提供数据支持利用电子屏幕，实时监控各个设备状态，使用3D模型展示工艺流程，及设备运行情况，并且能够将相关信息通过邮件或移动设备推送给相关负责人，使得工作人员不必亲临现场就能实时获取产线的状态。同时，报表分为参观展示和内部管理两部分。柔性制造敏捷物流节能环保实时监控优化工厂车间布局，提升厂内外物流透明度。运用RFID等移动先进技术，运用到立体仓库的管理，实现敏捷物流优化现有生产工艺过程，提高设备利用率，加强车间物流管控透明度，提升供应链反应速度，缩短订单交付周期和客户满意度。内容17172015SAPAG.Allrightsreserved.智能制造工厂面临的挑战华正智能工厂现状与目标华正智能工厂信息化解决方案华正新材智能工厂解决方案

---基于工业物联网的定制化生产控制平台

智能分析华正智能工厂业务全景图——“数据联通”+“大数据应用”MESERP物料数据主物料清单变式管理工艺路线

工时确认生产订单确认库存更新工艺路线每道工序的车间控制数据采集质检报工PLC

(设备)机器报告完成并发出下一个操作请求传感器信号客户订单生产订单SFC编码产成品物料编码原材料编码ME的参数控制执行机器状态，AGV状态，工站状态客户订单订单状态更新挖掘制造数据工站号计数器传感器检测装物料的托盘传感器检测原材料的料架动态生产降本增效风险预测企业营运层工厂管理层SAPBusinessSolutions（PP,MM,PM,QM,HR,PP/DS）车间设备与工控系统LIMSHistorianHMIWeighScalePLCSCADAInspectionEQPSAPMII制造集成与智能SAPME制造执行管理设备自动化及控制华正智能工厂IT架构MES华正新材智能工厂解决方案

---打造基于工业物联网的定制化生产控制平台

传统生产线管控模式22按照管理层次划分MES系统OPC服务器PLC控制器机器人/机床控制器按照业务领域划分信息域网络域控制域MES系统OPCServerDCOM接口PLC控制器

I/O变量

机床/机器人控制器ProfiNET接口信息域：布局、流程、工艺、菜单、工步、事件网络域：拓扑、协议、通讯握手、权限、时序连接控制域：内存地址、变量类型、运动路径、动力源、空间坐标…传统管控模式的弊端出库打磨控制入库主PLC4ServoAix待加工工件机器人视觉处理系统HMICNCMESZXY机器人视觉处理系统从PLC从PLC从PLC产线重构重新设计通讯、逻辑控制。设置406个I/O变量，配置97个逻辑模块。通过断电重启来切换Profinet网络连接拓扑配置105个OPC变量至少需要两周的变更时间新的生产管控模式物联化的CPS管控底层设备智能化、Web化生产资源/设备能力模型化通过统一模型实现工艺到控制的自适应贯通MES系统软件定义网络服务适配器TCP/IP

机床/机器人智能控制器服务组合WebService/UA消息总线复杂事件处理WebService/消息总线信息、网络、控制统一模型单步控制动作组合生产过程编排工艺分解ProfiNet设备能力模块化、可组合针对具体生产需求可视化配置工艺过程，快速形成装配/加工逻辑，并部署执行WSWSWSWSWS抓取拿放WSWS工艺库举升打磨抓打磨可视化的工艺拖拽设计搬运搬运取放工艺管理系统工艺过程设备能力新的生产管控模式产品变化，语义规则库在线调整，产线动态重构生产设备虚拟化，即插即用生产设备状态实时感知，预测性维修实现个性化生产编程复杂度降低90%设备可用时间提升30%新的生产管控模式-特点基于工业物联网的定制化生产管控平台泛在化感知设备模块化可组合，软件定义的生产全流程、全生命周期优化Wireless语义Web机械特性电气特性通信特性运行效率振动、温度、噪声、电压、电流、功率因数、通信时延、位置工业无线技术工业无线技术是实现工业4.0定制化可重构生产的重要使能技术线缆安装与维护成本极高，在灵活性、可达性、可维护性、覆盖能力方面有难以逾越的困难。美国能源部统计：北美工业用传感器的市场份额110亿美元，安装和布线成本超过1000亿美元。工业无线技术将使工业生产效率提高10％，使排放和污染降低25％。工业无线技术实现生产线、机器人的无线化工业无线WIA-FA技术突破了工业无线网络抗干扰、高并发、高实时等关键技术提出了具有射频环境认知能力的自适应跳频技术提出了频域轮询的高并发接入技术WIA-FA用于工厂自动化的工业无线网络（

WirelessnetworkforIndustrialAutomation–FactoryAutomation）WIA-FA体系结构和设备增强星型网络WIA-FA网关设备和接入设备小型化通用低成本WIA-FA现场设备WIA-FA技术指标延迟<10ms可靠性>99.99%华正新材智能工厂解决方案

---打造端到端的生产执行系统管控平台

MainBusinessScope实时监控能源监控与分析设备利用率报警框架主数据与集成计划排程物料管理质量与设备管理MEERP整合与工单下线生产主数据物料管理生产过程管理质量管理设备与工具管理完工入库与报工看板与报表ERPRelease工单给MES工单下线物料耗用及在制品状回馈到ERP工单完工讯息回馈至ERP物料批号和序号条形码管理物料领,退,报废流程(ERP集成)物料上料确认物料短缺看板物料追溯工单完工报工(ERP集成)

物料,工时,WIP，完工数…生产追溯(LotHistory)在制品状况物料状况投入产出生产效率分析品质报告设备效率分析物料良率分析人员效率分析订单完成状况KPI设定与管理设备状况及属性管理工具使用状况及预防性维护

设备设备集成OEE设备利用率分析质量检测和测试数据采集

工程资料(EDC),缺陷数据(Defect)...SPC分析(在线与离线)异常预警与处理(Hold/FutureHold)工厂,工作中心,资源,工具建立物料,物料组,BOM建立生产流程(Routing)建立用户,生产班次,日历维护作业指导书,标签模板维护质量NC代码，工程资料维护流程卡建立与打印(ByLot/Wafer)过程控制Start,Complete,Split,Merge..生产过程监控(Queuetime,cycletime)员工培训认证监控上岗工时审计与成本华正智能工厂制造执行管理系统（MES）业务覆盖范围MEERP整合与工单下线生产主数据物料管理生产过程管理质量管理设备与工具管理完工入库与报工看板与报表生产主数据–与ERP同步MII制造集成与智能SAPME制造执行管理在制品（批次/单件）追踪与记录生产流程管控质量检验与处理数据采集人力资源跟踪主数据权限控制和工程变更管理企业管理软件物料管理仓储库存管理工厂维护生产计划华正智能工厂MES与ERP集成——无缝集成工作中心生产订单重复订单

RMA服务订单工艺路线工序车间作业指导PP生产良率确认生产报废订单反冲订单报废RMA订单确认父批次号码批次序列号码PPMM物料物料清单（BOM）物料分级收货（批次）PM设备计划停机设备维修工单QM检验批次HR操作工认证MM零部件消耗返料废料PM设备非计划停机设备利用率QM检验批次结果质量问题通知单HR人力劳务时间ERPSAPMIISAPMEINTMIIME物料管理物料批号建立与打印–追踪至最小单位物料领,退,报废流程-ERP集成物料上料确认物料短缺看板

物料追溯主要功能:钣金件批次标签MEERP整合与工单下线生产主数据生产过程管理质量管理设备与工具管理完工入库与报工看板与报表物料管理随工单下发的物料清单（BOM）BOMERPME华正智能工厂MES系统提供车间物料庫存報告與短缺看板物料拉动与自动化补料产线GWP01库位HEN4紧缺物料安全存量现存量45.HE3LX034-03

六角螺冒5,0005,24347.RT6RT058-08

轴承套(里)30033047.RT6RT065-06轴承套(外)30032473.AS2YX126-05轴承护垫300312产线GWP01库位HEN4紧缺物料安全存量现存量45.HE3LX034-03

六角螺冒5,0004,95447.RT6RT058-08

轴承套(里)30029847.RT6RT065-06轴承套(外)30025873.AS2YX126-05轴承护垫300285产线的线边库位耗用产线GWP01库位HEN4紧缺物料安全存量现存量45.HE3LX034-03

六角螺冒5,0004,95447.RT6RT058-08

轴承套(里)30029847.RT6RT065-06轴承套(外)30025873.AS2YX126-05轴承护垫300285异动即时通知仓库立即反应，将定额的物料成套地送往即将缺料产线库位产线ANDON看板仓库ANDON看板产线发料单物料回补SAPMES对于线边库位的监控，并及时性通知仓库进行物料回补AGV小车上料管理&物料绑定记录自动追踪&

时间段耗用记录测试1测试2终检总装工单/批次/单件序列号包装入库1-11-21-3工位装配线ASSY-01供料至指定工位物料批次号零部件线边仓放入容器物料检验质量缺陷标记检查材料过保质期检查工程信息检视物料使用确认物料追溯能从产品的原材料批号向下查询,也可透过原材料批号反查产品序号亦可依物料时间或批号作查询跨工厂的物料查询与追溯产品族谱展开关键物料反查检索关键物料详细信息生产过程管理–生产管理、过程控制产品序列号建立与标签打印过程控制Start,Complete,Split,Merge..生产过程监控(Queuetime,cycletime)员工培训认证监控上岗工时审计与成本主要功能:MEERP整合与工单下线生产主数据物料管理质量管理设备与工具管理完工入库与报工看板与报表生产过程管理在制品生产工艺流程固化随工单下发的工艺路线工艺路线ERPME接收来自ERP的排产计划（工序级）工作订单/生产任务生产计划排程生产订单自动化的生产计划数据转换自动化的生产计划数据转换ERPMEPP/DS实现基于SAPERP–MRP的生产能力排程通过MRP运行产生计划订单及需求日期将计划订单及需求日期传送到SAPPP/DSSAPERPSAPPP/DS详细排程调度

处理预警监控中的预警将排程数据传递回SAPERP将计划订单转成生产订单详细排程计划表能力计划表计划运行基于MRP的详细排程的优点与ERP中的排程对比通过先进的排程功能制定切实可行的计划考虑订单之间的关联灵活的排程启发式算法排程优化算法与完整的PP/DS实施之间的对比只需对ERP流程做很小的改动无需改变或者重新实施针对具体客户的增强功能，无需对MRP的运行进行修改,保护已有的SAPERP

PP投资

主数据传输量少工序生产作业工序生产作业–电子作业指导书生产实绩实时监控看板计划产出实际产出当前1小时产出工单计划完工时间不良分布质量管理质量检测和测试数据采集

工程资料(EDC),缺陷数据(Defect)...SPC分析(在线与离线)异常预警与处理主要功能:设定各工位的数据采集MEERP整合与工单下线生产主数据物料管理生产过程管理设备与工具管理完工入库与报工看板与报表质量管理质量管控–数据采集质量管控–规格判定质量管控–实时分析报警SPC分析展示检索生产不稳定，xxx出现问题On-line&Off-line质量分析SPC图表，不合格图表Alert报警质量管控–

SPC/不合格分析&报警机制可依不同角度(依产品别、厂别、线别…等)进行良率分析与监控产品良率绩效指标设备与工具管理

设备与工具状况及属性管理状况监控及预防性维护

设备设备集成OEE设备利用率分析主要功能:MEERP整合与工单下线生产主数据物料管理生产过程管理质量管理完工入库与报工看板与报表设备与工具管理设备与工具预防性维修类型时间为基础绩效为基础状况为基础预防性维修TemperatureThicknessPressure温度压力厚度…依量测结果保养次数数量里程…定次保养每周每月每年…定期保养Press1020304050607080设备与工具保养60计划/条件保养常规机台设备的保养，如：装配设备测量仪器的周期性校准，如游标卡尺，孔规等设备故障–调整排产计划EQP1239:30AM设备故障工作任务列表生产订单/工序计划开始时间计划结束时间状态7000235/4008:009:45等待7000241/4009:5011:30等待7000243/40011:3012:50等待7000249/30012:5013:30线体安排到EQP123生产的订单与工序将不能完成更改EQP123生产状态，通知ERPSAP预报警看板计划调度PP/DS调整时序计划或安排其他可用EQP加工设备维修10023456–正在进行任务1–完成任务2–遗留任务3–释放维修通知维修工程师收到维修通知单，并按指导完成维修任务设备集成工具–SAPPlantConnectivity(PCo)SAPPlantConnectivityDashboard历史数据库数采监控系统设备实验室系统监听设备所发出的事件通知。例如：“开始”及“完成”通知，预警通知等将特定命令或信息，下传至指定的目标（设备、实验室系统、数采监控系统、历史数据库等）。Alerts,etc.Standards:OPCDA/AE/UA/SocketMEERPInbound提供的標準数据接口协定IDBC(IntelligenceandIntegrationDatabaseConnector)JDBC,OLEDB,ODBCCompliantdatasourceOpenStandardConnectorSOAP/WebServices,HTTP(S),File/FTP,SMTP,XMLIndustryStandardB2MML(BusinesstoManufacturingMark-upLanguage)–XMLTranslationofISA-95Part2StandardsOPC-DA(E.g.DCS,PLC,QCS,HMI/SCADA..),OPC-HDA(Historian)VendorSpecificConnectors(SampleList…)CiTechnologiesCitectProficyiFIXiHistorianSiemensWinCCRockwellRSView32PIHistorianWonderwareInTouch设备/工具状况监控信息透通的供应链管理-产品生产履历工单或批号基本信息搜集之工程数据参数每一站的详细生产记录(地)工作站(地)生产设备(人)作业员

(事)动作(时)时间(物)耗用物料完整的产品追溯包装成托出货在途海外仓库客户

制造

Manufacturing

配销

DistributionERPMES半成品关键零配件成品华正智能工厂智能监控与分析平台——(SAPMII业务逻辑服务可视化质量引擎工厂信息目录数据服务制造集成和智能SAPNetweaverJAVA计划制造交付ERPSCMPLMLIMS/检查/

设备测试MESSCADA/HMI工厂数据采集无线集成环境搭建管理工厂历史数据归档（H工厂数据库DCS/PLCviaOPC集成经销商/客户供应商/合约制造商绩效管理工人操作界面工厂连接制造分析ERP业务流程简化消息服务制造数据对象关键绩效指标和警报框架OEE管理华正智能工厂分析（KPI）框架数据提供层数据收集层KPI应用KPI报表KPI展示MII查询模板和逻辑引擎KPI查询模板和服务跨多个维度和时间刻度做选择KPI配置聚合属性生命周期企业门户基于角色的面板业务客户端业务对象基于角色的面板业务智能BW&HANA完美工厂复合应用KPI框架1)数据集成2)KPI框架(历史实时数据聚合视图)3)浏览和消耗内容4)提供基于角色视图的仪表盘业务KPI可视化展现

一款简单的基于浏览器（HTML5）的设计工具通过拖拽不同的MII的组件来创建报表仪表盘，例如查询，显示模板，MDO，KPI，资源文件和工厂信息目录等