智能工厂建设与MES应用

智能工厂建设与MES应用制造业数字化转型大潮已经来临移动互联网的普及5G商用云计算的商业应用工业互联网平台工业云物联网与传感器的广泛应用，产生海量数据机器人应用热潮增材制造的发展创成设计的发展计算能力和存储能力的迅速提升制造业人工智能应用的兴起和工业大数据分析的应用虚拟现实与增强现实的工业应用，DigitalTwin（数字孪生）备受关注数字化转型商业模式服务模式运营模式决策模式研发模式制造模式按服务付费在线营销、体验营销仿真驱动设计机电软一体化设计异地协同研发IT/OT融合柔性制造、增材制造数据驱动决策大数据分析客户自助服务预测性维护业务流程管理移动应用制造业数字化转型的模式制造业数字化转型趋势

“疫情”之下，数字化转型再次被推向“风口”，热潮持续。

数字化转型价值得到企业广泛认同，内生动能强劲，投资热情不减。

企业战略发展、行业发展趋势、经济下行压力是促进数字化转型的主要动因。

人才和资金仍然是困扰企业数字化转型的主要问题。

制造模式和运营模式转型是制造企业数字化转型的主攻方向。

智能工厂建设、工业互联网平台建设是企业建设重点。e-works对近600家制造企业进行了2019-度CIO数字化转型的问卷调查，并有了几个重点发现：0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0%其它合规性压力原材料价格上涨服务增值国家政策指引客户需求产品创新需要人力成本增加市场竞争经济下行压力行业发展趋势企业战略发展制造企业推进数字化转型的主要动因0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%商业模式转型研发模式转型服务模式转型决策模式转型运营模式转型制造模式转型制造企业推进数字化转型的主要方向制造企业智能工厂领域的投资热点2.0%4.0%9.0%9.4%9.7%10.3%11.2%13.0%14.9%16.7%21.8%23.9%28.4%41.3%43.7%57.1%0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0%推进DPS（数字拣货系统）推进劳动力管理系统推进机器视觉技术应用建立柔性制造单元/系统应用工业机器人/协作机器人推进数字化工厂仿真应用3D打印/增材制造建立车间生产指挥系统/安东系统应用APS系统新建柔性自动化生产/装配线实现车间设备联网设备数据采集（SCADA）对老生产/装配线进行智能化改造实施MES系统对老工厂进行数字化、智能化改造新建数字化、智能工厂智能工厂是智能制造的核心与枢纽MES在智能工厂发挥枢纽作用智能工厂规划的“十八般武艺”•制造工艺的分析与优化•数据采集•设备联网•工厂智能物流•生产质量管理•设备管理与预测性维护•智能厂房设计•智能装备的应用•智能产线的规划•MES/APS系统的规划与应用•能源管理•生产无纸化•工业安全•精益生产•人工智能技术应用•生产监控与指挥系统•数据管理•劳动力管理智能工厂自动化集成商快速生长从区域分布来看，中国智能工厂自动化集成百强厂商主要分布于17个省（自治区、直辖市），其中广东、江苏、上海和浙江是分布最为集中的区域，集成商数量分别为23家、20家、11家和11家，共计占比达65%。关于数字孪生• -数字孪生并不是一种单元的数字化技术，而是在多种使能技术迅速发展和交叉融合基础上，通过构建物理实体所对应的数字孪生模型，并对数字孪生模型进行可视化、调试、体验、分析与优化，从而提升物理实体性能和运行绩效的综合性技术策略，是企业推进数字化转型的核心战略举措之一。数字孪生的基本特征是虚实映射。•数字孪生的关键使能技术包括数字化设计、虚拟仿真、工业互联网和人工智能等技术。•数字孪生技术的应用主要包括产品的数字孪生和工厂的数字孪生。数字孪生工厂工厂的数字孪生应用分为三个方面：•在新工厂建设之前，可以通过数字化工厂仿真技术来对构建工厂的数字孪生模型，并对自动化控制系统和产线进行虚拟调试；•在工厂建设期间，数字孪生模型可以作为现场施工的指南，还可以应用AR等技术在施工现场指导施工；•在工厂建成之后正式运行期间，可以通过其数字孪生模型对实体工厂的生产设备、物流设备、检测与试验设备、产线和仪表的运行状态与绩效，以及生产质量、产量、能耗、工业安全等关键数据进行可视化，在此基础上进行分析与优化，从而帮助工厂提高产能、提升质量、降低能耗，并消除安全隐患，避免安全事故。数字孪生工厂-虚拟调试应用•虚拟调试技术在数字化环境中建立生产线的三维布局，包括工业机器人、自动化设备、PLC和传感器等设备。在现场调试之前，可以直接在虚拟环境下，对生产线的数字孪生模型进行机械运动、工艺仿真和电气调试，让设备在未安装之前已经完成调试。•应用虚拟调试技术，在虚拟调试阶段，将控制设备连接到虚拟站/线；完成虚拟调试后，控制设备可以快速切换到实际生产线；可随时切换到虚拟环境，分析、修正和验证正在运行的生产线上的问题，避免长时间且昂贵的生产停顿。•虚拟调试技术对企业的价值体现在：早期验证优化研发+工艺+制造的可行性，减少物理样机投入成本；减少去用户现场做机器人调试时间和出错率，节约出差成本；虚实融合后为整个工厂的数字孪生打好基础，工厂建成之后可以与SCADA系统融合，打造基于三维模型的可视化监控系统，实现工厂的数字孪生。标杆智能工厂评价框架智能制造基础新兴使能技术应用效益与效能业务应用水平四维模型数字化 自动化 智能化智能工厂建设水平综合评价制造维度 智能维度工艺采购物流 生产 资源要素 互联互通系统集成信息融合工艺设计工艺仿真采购计划及过程到货及时率仓储与库存管理物料配送运输管理计划管理车间作业管理质量管理生产管控与反馈加工设施仓储物流设施检测设施安全与环境设施IT基础设施资源建模与仿真工业互联网设备互联与数据采集集成应用工业大数据应用标杆智能工厂建设观察——第一批标杆智能工厂建设发现智能装备、设备互联成为标杆智能工厂标配实现柔性自动化成为离散行业标杆智能工厂应对多样化需求的重要手段广泛应用工业软件推动标杆智能工厂全业务、全流程的数字化升级普遍融合工业工程和精益生产的管理理念与方法标杆智能工厂以模式创新增强核心竞争力标杆智能工厂更加注重环境友好，实现绿色制造同中存异：夯实基础建设，创新可持续发展之道借力而行：善用新兴技术，赋能智能工厂建设◼佛吉亚无锡：应用了AI人工智能异音检测系统，实现了从信号采集、数据存储、数据分析到自我学习全过程的自动化。◼山东东华水泥：利用人工智能技术建立多种算法模型，依据实时数据优化各项控制参数，在不改变生产工艺和装备的情况下，实现节能降耗、产品质量稳定。人工智能赋予工厂工业大脑◼佛吉亚盐城：采用VR/AR增强现实技术用于设备故障远程测试提升了设备维修的效率并节约了成本。◼多氟多化工：运用了大数据分析以及VR技术用于优化生产过程控制参数，促进产品质量提升，以及对员工的培训。VR/AR为智能工厂建设开启新的视角和体验◼杭叉：利用云技术及工业大数据平台，集成PLM，ERP，MES主要软件系统，从产品开发到完成客户订单成品交付，产线之间的数据互联互通、数据智能分析。◼阿特斯阳光能源：阿特斯工业大数据平台通过IoTHub等方式对现有机台及设备进行智能化改造，实现数据采集、传输、储存、显示与应用于一体，利用数据自动感知、深度挖掘等技术，实现资源统一分配、协同调度。工业大数据为工厂挖掘“不可见世界”的价值◼美的洗涤电器：MES终端5G改造；5G+AI用于视觉检测；5G智能网联AGV应用。◼爱柯迪：建立了宁波首个应用5G的数字化工厂，已实施了4条生产线端到端5G应用改造◼奇瑞捷豹路虎：实现了5G+MEC在SPS和SEQ的智能拣选、MR眼镜虚拟装配、能源管理三大场景。5G通信技术支撑工厂“万物互联”◼森麒麟轮胎：通过工业互联网建设实现工业数据实时采集，实现多元化数据广泛汇聚与深度挖掘，加快工业数字化进程，构建数字化轮胎工业制造体系。◼威马新能源汽车：基于工业大数据和工业互联网的C2M大规模定制平台，实现了大规模个性化定制和小批量多品种的生产模式。工业互联网助力生产方式变革标杆智能工厂建设观察——第一批标杆智能工厂建设发现我国制造企业MES应用现状智能制造建设需求迫切，企业MES系统应用需求旺盛。制造企业对MES的投资金额有所增加，并且有向高投资额区间偏移的趋势。MES系统的产品化程度仍较低，制造企业更多以自主开发或合作开发的方式实施MES系统。MES项目的实施成功率不高，达到预期效果的项目只有一半MES应用发展趋势集成范围不断扩大通过建立物流、质量、设备状态的统一的工厂数据模型，使数据更能适应企业的业务流程变更和重组的需求，真正实现MES软件系统的开放、可配置、易维护。支持多工厂协同制造通过对分布在不同地点甚至全球范围内的工厂进行实时信息互联，并以MES为引擎进行实时过程管理，以协同企业所有的生产活动，建立过程化、敏捷化和级别化的管理模式。数据交互实时性加强企业将通过MDC/DNC等，实现MES直接与底层控制设备互联互通，完成信息交互。工厂监控与数据分析随着大数据、人工智能、工业互联网等技术的发展，MES在收集生产层面数据后，通过数据建模、大数据分析、实时状态信息传输，对企业生产经营活动进行现场实时分析和精准控制，实现智能决策。与新兴技术的融合和进化，拓展广度和深度物联网技术引发数据海量增加、设备智能化及自主化管理，人机交互的方式更加自然、实时、聚焦要点；通过DigitalTwin、三维可视化技术将所有生产数据整合到工厂虚拟现实系统，让生产数据实时驱动三维场景中的设备；通过工业互联网、云计算技术使得基于云平台的应用发展迅速，出现了利用SaaS的云MES系统。MES市场12大特点特点一：中国MES市场群雄并起，“春秋时代”将持续较长时间特点三：企业对MES重视度高，需求更明晰特点二：MES需求旺盛，仍具备增长潜力特点五：企业对MES软件需求的个性化，导致MES软件标准化、平台化难度大特点四：MES系统实施难，制约供应商规模快速增长特点六：MES软件价格差异很大，导致市场购买决策复杂化MES市场12大特点特点七：MES的行业特质鲜明，供应商布局有所侧重特点九：MES系统走向“云化”存在争议特点八：大型企业自主开发MES的比例高，商业软件市场待进一步拓展特点十一：MES市场的融资与并购比较活跃，部分厂商获得资本助力特点十：MES供应商携手合作伙伴，发展产业链生态特点十二：MES市场参与者众多，多方