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智能制造解决方案

2017-10-20 来源:我爱物联网

  1.对智能制造(工业4.0)的理解

  1.1工业4.0 概念

  工业4.0被认为是第四次工业革命,是继机械化、电气化、自动化后,将物联网技术、IT技术和新型服务模式引入到制造业而引发的工业革命。在工业4.0模式中,企业将把它们的生产资源,如生产设施、计算机、产品融入到虚拟网络——实体物理系统(CPS)中。在工业4.0的生产制造过程中,各类资源能够相互独立地自动交换信息、触发动作和相互控制,根本上改善企业产品全生命周期管理的演化过程,从而形成了一种全新的生产方法。在智能制造中智能产品通过独特的形式加以识别,可以在任何时候被定位,并能知道它们自己的过去、当前状态及即将发生的变化。智能设备在工厂和企业之间的业务流程上实现纵向网络连接,在分散的价值链上实现横向连接,并可进行实时统一管理,从下订单——组织生产——外运物流,端到端贯穿整个价值链。

  工业4.0应对并解决当今世界所面临的一些挑战,如资源和能源利用效率,城市生产和人口结构变化等。智能辅助系统将工人从执行例行任务中解放出来,使他们能够专注于创新、增值的活动。鉴于即将发生的技术工人短缺问题,这将允许年长的工人延长其工龄,保持更长的生产力。灵活的工作组织使得工人能够将他们的工作和私人生活相结合,并且继续进行更加高效的专业发展,在工作和生活之间实现更好的平衡。智能制造是全球制造业改革的方向。

  1.2 工业4.0实现三要素---纵向集成、横向集成、端对端集成

  1)纵向集成

  纵向集成就是解决企业内部信息孤岛的集成,工业4.0 所要追求的就是在企业内部实现所有环节信息无缝链接,这是所有智能化的基础。

  2)横向集成

  横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合,是为了实现各企业间的无缝合作,提供实时产品不服务。

  3)端到端集成

  围绕产品全生命周期的价值链创造,通过价值链上不同企业资源的整合,实现从产品设计、生产制造、物流配送、使用维护的产品全生命周期的管理和服务。

智能制造系统技术模型

  图1 智能制造系统技术模型

  2.智能制造系统

  智能制造系统总共包括三部分:核心部分的智能工厂部分 、部署于云端的电子商务平台和供应商管理平台

  2.1.智能工厂(纵向集成)

  智能工厂自下向上可以分为智能生产设备层、集中控制层(DCS)、生产过程执行管理系统(MES)、企业资源计划系统(ERP)、商业智能系统(BI) 及用于保证系统安全运行的系统安全保障体系、用于保障工厂现场安全的工厂安全视频系统等。

  智能生产设备层:

  设备层是一组具有感知、计算、分析、控制功能的制造装备,它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合,是实现智能工厂的基础。胶粘带行业主要设备包括原料仓、反应釜、涂布线、分条机。在相应的设备上配置相应的感知、传感、信号转换等装置,使设备生产过程所产生的数据得到及时收集,生产过程得到及时控制。

  智能管理层:

  1)分布式控制系统(DCS)

DCS结构示意图(以化工行业为例)

  图2 DCS结构示意图(以化工行业为例)

  生产设备配置相关的感应设备,把生产过程、物流过程所产生的生产相关数据,通过下位机、工业数据总线,传递到上位机,在上位机统一计算、排序、整理,集中传递到上层的MES系统,实现生产现场数据实时传递。

  上位机接收来自MES的生产指令,统一调度安排,产生的生产能调度信息通过工业总线集中反馈到各设备的设备控制单元,实现对生产设备的集中控制。

  2)制造执行系统(MES manufacturing execution system)

  MES侧重在车间作业计划的执行,充实了软件在车间控制和车间调度方面的功能,以适应车间现场环境多变情况下的需求。上层与ERP、产品设计开发系统集成,下层连接DCS。主要解决企业中生产计划复杂、变化大;生产过程不透明;生产过程数据及时收集难等问题,主要包括有制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块。

  3)企业资源计划系统(ERP)

  ERP是Enterprise Resource Planning(企业资源计划)的简称,ERP是针对物料资源管理(物流)、人力资源管理(人流)、财务资源管理(财流)、信息资源管理(信息流)集成一体化的企业管理软件。它将包含产品数据管理、主生产计划(MPS)、物料需求计划(MRP)、成本管理、财务管理、人力资源管理、仓库管理、采购管理、销售管理等功能。

  智能分析层:

  主要是利用云计算、大数据技术实现企业商业智能(BI),即是大数据应用内容之一,系统通过建立分析模型和企业知识库,把企业的历史数据(结构化数据、非结构化数据、半结构化数据)进行整理、归类、拟合等处理,以直观的方式提供给企业决策者,为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,帮助决策者提高决策水平和质量。包含财务分析、知识库、数据挖掘等相关应用。优势:

  高度集成核心指标,通过一个仪表盘即可全面掌握企业核心数据,并支持多维对比分析;

  财务分析,对各关键指标进行下钻分析,帮助管理层制定对策以提高利润;

  实现与价值链上下游合作伙伴的可视性交流,达到高度协作的目的;

  支持需求驱动,结合实时生产分析工具以及价值链协作实现精益生产;

  更好地分析和预测库存及生产水平,推动企业实现零库存运作,减少浪费和积压;

  在手机、平板等移动平台上的图形化动态化的即时展现,实现随时随地的业务交流与决策;

  2.2 电子商务平台 (横向集成)

  电子商务平台是一个为企业或个人提供网上商务交易洽谈的平台。企业电子商务平台是建立在Internet网上进行商务活动的虚拟网络空间和保障商务顺利运营的管理环境;是协调、整合信息流、物质流、资金流有序、关联、高效流动的重要场所。企业、商家可充分利用电子商务平台提供的网络基础设施、支付平台、安全平台、管理平台等共享资源有效地、低成本地开展自己的商业活动。电子商务平台是现代商务活动发展的产物,存在功能复杂、建设运营费用高昂、运营难度大等问题。

  企业电子商务平台建设、运营可以借鉴目前成功的案例经验,但最重要的是从企业实际需求出发,充分考虑企业目前信息化资源,把企业电子商务平台建设成适应、稳定、易用、可扩展的交易平台。功能覆盖范围:产品展示、网络下单、订单审核、订单跟踪等,实现电脑终端及移动设备(手机、pad)相互互动。为企业和企业的客户、经销商、代理商等下游客户提供一个开放的、公平的、安全的交易平台。

 

  图3 电子商务平台示意图

  2.3. 供应商平台(横向集成)

  通过构建采购供应链管理平台,形成采购业务过程的电子化及交货、收料、财务对帐、发货计划的采购供应链信息化,降低采购管理成本,提高采购效率,最终实现与供应商之间的协同,提升整个供应链的作业效率,共同应对市场变动。

  同时,实现与现有ERP系统的良好集成,供应商管理系统自动从ERP同步数据,节省沟通成本,提高作业效率。为企业和企业的供应商、委外商、合作单位等上游企业提供一个开放的、公平的、安全的交易平台。

  图4 供应商管理业务示意图

  3.端到端集成

  工业4.0中的端到端集成指的是:围绕产品全生命周期的价值链创造,通过价值链上不同企业资源的整合,实现从产品设计、生产制造、物流配送、使用维护的产品全生命周期的管理和服务。

  采用二维码技术实现物流信息全过程识别与跟踪,实现物料从原材料—半成品(母卷)—成品的统一识别、跟踪及记录,实现从供应商—工厂—客户物料的统一标识,从而为实现端对端集成奠定基础。

  图5 二维码应用示意图

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