★北京亞控科技發(fā)展有限公司

1 方案目標概述

在新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的背景下，在工業(yè)數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化轉型需求的帶動(dòng)下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為全新工業(yè)生態(tài)、關(guān)鍵基礎設施和新型應用模式，通過(guò)人、機、物的全面互聯(lián)，實(shí)現全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的全面連接，正在全球范圍內不斷顛覆傳統制造模式、生產(chǎn)組織方式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)，推動(dòng)傳統產(chǎn)業(yè)加快轉型升級、新興產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展壯大。

肇慶動(dòng)力在汽車(chē)輕量化技術(shù)方面已經(jīng)相較國內同行先行一步，在自動(dòng)化方面，公司引進(jìn)了國際一流的生產(chǎn)設備，具備國際先進(jìn)水平的靜態(tài)鑄造生產(chǎn)線(xiàn)；在信息化方面，公司已經(jīng)建立了ERP、OA系統；隨著(zhù)國家政策對新能源汽車(chē)的大力扶持，相關(guān)的零部件需求將會(huì )是井噴式增長(cháng)，肇慶動(dòng)力也將迎來(lái)重大發(fā)展機遇，然而，計劃排產(chǎn)不能快速應對需求變化、難以從整體作出最佳生產(chǎn)決策，新產(chǎn)品研發(fā)試制周期長(cháng)，設備狀態(tài)難以實(shí)時(shí)監控，產(chǎn)品無(wú)法追溯管理，管理系統多但數據未打通、信息不共享、工序協(xié)同困難等傳統制造業(yè)的不足，不利于公司的產(chǎn)能大規模提升、快速搶占市場(chǎng)。

項目目標為建設新能源汽車(chē)輕量化精鑄件示范生產(chǎn)線(xiàn)及生產(chǎn)互聯(lián)網(wǎng)應用示范平臺，構建海量多源多模態(tài)制造大數據的采集、傳輸、存儲體系，創(chuàng )新應用MES系統、協(xié)同自動(dòng)化管理系統、APS軟件系統、數據采集系統硬件及軟件、PLM系統、倉儲管理系統、能耗管理系統，通過(guò)中央控制室集中管控，從生產(chǎn)過(guò)程智能監控、物料全程跟蹤和產(chǎn)品追溯以及能耗精細管理、設備管控、工藝管理等方面實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程管控優(yōu)化、生產(chǎn)工藝優(yōu)化、柔性小批量生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)，解決行業(yè)共性痛點(diǎn)問(wèn)題。

2 方案介紹

肇慶動(dòng)力是典型的離散制造企業(yè)，屬于鑄造行業(yè)，工藝上主要包含鑄造、機加工兩段前后工藝，自身具備完整的汽車(chē)零部件技術(shù)研發(fā)、設計、全流程制造的能力。

目前企業(yè)的制造模式還處于傳統的單一流程，即：設計、規劃、采購、生產(chǎn)、物流、銷(xiāo)售等所有環(huán)節協(xié)同自動(dòng)化程度較低，協(xié)同成本較高，各環(huán)節的工業(yè)信息化軟件基礎薄弱，數據與流程缺失嚴重。

企業(yè)經(jīng)過(guò)考察，最終選定亞控科技科技發(fā)展有限公司作為合作方，聯(lián)合設計開(kāi)發(fā)生產(chǎn)互聯(lián)網(wǎng)應用示范平臺。選定亞控科技是因為亞控科技是一個(gè)智能制造軟件、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺供應商。其平臺組態(tài)的特點(diǎn)，可以幫助企業(yè)根據業(yè)務(wù)流程快速構建對應的功能應用，并可在后續迭代過(guò)程中隨需而變，靈活性極強，能適應企業(yè)的快速發(fā)展。其次亞控科技成立20余年，在全國有8大研發(fā)中心，30余家分公司及辦事處，可以為項目提供快速支持及全方位服務(wù)。亞控擁有全世界最長(cháng)、最完整的自動(dòng)化軟件產(chǎn)品線(xiàn)，可以幫助企業(yè)實(shí)現從底層設備數據采集開(kāi)始到產(chǎn)線(xiàn)監控、再到生產(chǎn)執行層面的數據與流程貫通。

圖1 亞控產(chǎn)品線(xiàn)

肇慶動(dòng)力新能源汽車(chē)輕量化精鑄件生產(chǎn)互聯(lián)網(wǎng)應用創(chuàng )新示范平臺項目基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準化信息技術(shù)，根據企業(yè)現狀做好頂層架構設計，把MES系統、PLM系統、SCADA系統、APS系統、能源管理系統、WMS系統、中央控制室、供應鏈系統升級和協(xié)同自動(dòng)化系統作為一個(gè)整體進(jìn)行規劃，貫穿設計研發(fā)、生產(chǎn)制造、管理、服務(wù)等經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節。構建海量多源多模態(tài)制造大數據的采集、傳輸、存儲體系，從生產(chǎn)過(guò)程智能監控、物料全程跟蹤和產(chǎn)品追溯以及能耗精細管理、設備管控、工藝管理等方面實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程管控優(yōu)化、生產(chǎn)工藝優(yōu)化、柔性小批量生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)，解決行業(yè)共性痛點(diǎn)問(wèn)題。

基于本次工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項目的建設，項目致力于優(yōu)化提升肇慶動(dòng)力的制造模式，將企業(yè)制造模式由傳統的單一流程改善為各環(huán)節高度協(xié)同，高度智能的智能制造模式，并將傳統的單純依靠人去決策的模式優(yōu)化為更多依靠數據去決策指導。體系架構圖如圖2所示。

圖2 體系構架圖

整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺分為公司級與產(chǎn)線(xiàn)級兩大部分，各系統根據各自的角色承擔不同的業(yè)務(wù)支撐。架構分級圖如圖3所示。

圖3 構架分級圖

PLM為數據的源頭，負責定義產(chǎn)品的數據與各項生產(chǎn)資源；ERP主要負責銷(xiāo)售訂單的管理、財務(wù)以及成本結算；OA主要負責流程的審批與管理，以及其他辦公業(yè)務(wù)，跨職能部門(mén)的業(yè)務(wù)的協(xié)同處理；WMS主要負責實(shí)體倉庫（主要包括原料倉（覆膜砂、鋁錠）、五金倉、低值易耗品、半成品倉、成品倉）的物料出入庫登記管理、庫存管理、庫內盤(pán)點(diǎn)以及物料的運輸信息管理。

APS負責統籌整個(gè)公司的計劃業(yè)務(wù)，APS也是與外部系統交互最多的系統模塊；首先，銷(xiāo)售將未來(lái)幾個(gè)月的銷(xiāo)售預測或實(shí)際的銷(xiāo)售訂單錄入ERP，APS從ERP獲取銷(xiāo)售訂單，進(jìn)行月度主計劃排程，排程過(guò)程中需要從PLM獲取產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)資源等關(guān)鍵基礎數據，之后輸出的計劃需要發(fā)送至OA進(jìn)行計劃審批，之后OA將審批結果反饋至APS；APS模塊主要負責計劃排程，具體會(huì )包括基礎數據管理，銷(xiāo)售訂單導入，模擬排程，戰略備庫，主計劃排程，手動(dòng)排產(chǎn)，物料需求計劃等幾個(gè)重要的核心模塊。

計劃經(jīng)OA審批通過(guò)后，APS將作業(yè)計劃派工至產(chǎn)線(xiàn)/機臺，具體接收端為現場(chǎng)MES終端，MES組織各項生產(chǎn)資源生產(chǎn)，實(shí)時(shí)反饋完工進(jìn)度與異常動(dòng)態(tài)給APS，APS根據MES的執行情況動(dòng)態(tài)調整計劃，MES關(guān)聯(lián)生產(chǎn)過(guò)程的人、機、料、質(zhì)檢結果等信息用作生產(chǎn)事后統計與產(chǎn)品精細化追溯、效率與品質(zhì)、成本分析改善，績(jì)效考核。

MES根據現場(chǎng)的實(shí)時(shí)進(jìn)度，需要將物料的需求信息發(fā)送至WMS進(jìn)行物料的實(shí)時(shí)拉動(dòng)，以保證物流配送的效率；MES在業(yè)務(wù)上主要現場(chǎng)的生產(chǎn)制造執行與跨部門(mén)的生產(chǎn)業(yè)務(wù)協(xié)同，具體包括生產(chǎn)執行與報工，防錯管理，質(zhì)量管理等幾個(gè)核心模塊，以及人員績(jì)效，生產(chǎn)統計，模具管理，設備管理，物料配送管理，生產(chǎn)可視化，用戶(hù)管理等模塊。

數據采集（SCADA）主要分為能耗采集、生產(chǎn)設備的狀態(tài)信息與過(guò)程工藝參數采集、產(chǎn)品計量檢測信息采集等共計三類(lèi)；SCADA采集的數據主要服務(wù)于MES的數據收集以及各主要模塊如質(zhì)量檢驗與產(chǎn)品追溯、實(shí)時(shí)報工，生產(chǎn)統計等的建設；其次服務(wù)于EMS能耗管理系統的能耗數據監測與收集，統計分析，以便節能降耗；EMS能源管理系統主要監測公司生產(chǎn)區域能耗情況，并做能耗統計、分析，結合鋁合金鑄造行業(yè)能耗計算與評價(jià)標準，對肇慶動(dòng)力能耗水平做分級評價(jià)；根據統計的能耗情況，結合各生產(chǎn)工藝環(huán)節的產(chǎn)量，將能耗歸集到單件產(chǎn)品。

系統采用亞控科技管控一體化全組態(tài)平臺KingFusion、數據采集平臺KingIOServer、SCADA組態(tài)軟件KingSCADA和實(shí)時(shí)數據庫KingHistorian作為企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎建設平臺，平臺皆為亞控科技獨立自主開(kāi)發(fā)，保證安全可控。

KingFusion3.6全組態(tài)管控一體化平臺可以輕松幫助工程師搭建靈活全面的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，可視化的組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境，可快速完成解決方案的開(kāi)發(fā)與應用。靈活部署的運維中心，輕松實(shí)現系統的遠程在線(xiàn)部署及診斷。支持本地化、云端的多平臺部署方式，輕松實(shí)現平臺的跨平臺搭建。

KingIOServer作為一款獨立的數據采集平臺，實(shí)現了對5000余種設備的數據采集；支持多種數據庫，多種方式的存儲，可為第三方軟件或者數據采集監管平臺提供標準統一的數據源。

KingIOServer致力于提供高效可靠的解決方案，可廣泛應用于市政、油氣、電力、礦山、物流、汽車(chē)、大型設備等行業(yè)，為監控中心（SCADA/HMI）、能源管理系統（EMS）、制造執行系統（MES）、企業(yè)資源計劃系統（ERP）等提供原始數據支撐。

圖4 產(chǎn)品結構圖譜

這些系統部署至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，在企業(yè)內部建設了工業(yè)網(wǎng)絡(luò )。針對智能工廠(chǎng)的建設需求，同時(shí)考慮支撐未來(lái)各類(lèi)的設備會(huì )越來(lái)越多，生產(chǎn)車(chē)間的交互數據越來(lái)越多，對信息傳輸的速度的和響應時(shí)間有較高的要求，將網(wǎng)絡(luò )構架分為三層，分別是辦公內部網(wǎng)絡(luò )、車(chē)間環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)、車(chē)間現場(chǎng)總線(xiàn)，系統網(wǎng)絡(luò )構架拓撲圖如下所示。

辦公內部網(wǎng)絡(luò )主要指涉及公司研發(fā)設計、經(jīng)營(yíng)管理的網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)辦公內部網(wǎng)絡(luò )可以連接企業(yè)的各業(yè)務(wù)系統。辦公內部網(wǎng)絡(luò )與車(chē)間工業(yè)網(wǎng)絡(luò )通過(guò)防火墻隔離，保證了生產(chǎn)數據的安全與防干擾。

車(chē)間環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)是指為保障智能制造車(chē)間數據傳輸和交互而建設的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，環(huán)形以太網(wǎng)主干采用環(huán)形搭建，大大降低了網(wǎng)絡(luò )斷開(kāi)的風(fēng)險，保證了網(wǎng)絡(luò )的通暢。主干網(wǎng)配置具有管理環(huán)網(wǎng)功能的三層交換機?，F場(chǎng)的智能設備、視頻監控系統可根據需要通過(guò)主干交換機接入車(chē)間環(huán)形以太網(wǎng)。

車(chē)間底層的現場(chǎng)總線(xiàn)主要是將生產(chǎn)現場(chǎng)底層的未接入環(huán)網(wǎng)的設備以及主控PLC與從站PLC進(jìn)行連接，底層設備現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)采用Profibus、Profinet、Modbus等主流技術(shù)。智能工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )拓撲圖如圖5所示。

圖5 智能工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

OA系統：作為前端業(yè)務(wù)環(huán)節，兼顧企業(yè)協(xié)同辦公與生產(chǎn)制造的整合，處在整個(gè)價(jià)值鏈中提升企業(yè)協(xié)同效率的關(guān)鍵環(huán)節，通過(guò)OA的建設，將提升企業(yè)的信息化、流程管理水平。

PLM系統：管理與產(chǎn)品相關(guān)的所有數據、資源和過(guò)程，實(shí)現與相關(guān)應用系統以及信息系統的集成，形成集團內部及供應鏈上下游企業(yè)之間的協(xié)同工作環(huán)境。

APS系統針對動(dòng)力金屬汽車(chē)零部件業(yè)務(wù)制定總體APS排產(chǎn)框架與業(yè)務(wù)模塊標準，依據各基地車(chē)間的個(gè)性化業(yè)務(wù)，配置不同的優(yōu)化策略與算法庫，實(shí)現企業(yè)生產(chǎn)資源配置優(yōu)化管理。APS邏輯圖如圖6所示。

圖6 APS邏輯圖

WMS系統涵蓋了揀貨管理、收貨管理、移庫管理、補貨管理、盤(pán)點(diǎn)管理、人員績(jì)效、庫位管理以及批次管理、待檢品與合格品管理、不良貨品管理等環(huán)節。

中央控制系統集電視墻拼接技術(shù)、多屏圖像處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等融合為一體。能夠很好地與用戶(hù)監控系統、指揮調度系統、網(wǎng)絡(luò )信息系統等連接集成，形成一套功能完善、技術(shù)先進(jìn)的交互式信息顯示及管理平臺。大屏顯示系統實(shí)現信號接收轉換；信號顯示預覽預審及多媒體形式展示；多系統集聯(lián)，與各種應用平臺進(jìn)行連接集成；靈活控制，分權分級。

MES包含智能產(chǎn)線(xiàn)終端、質(zhì)量管理、設備管理、人員績(jì)效、生產(chǎn)執行為MES系統的核心業(yè)務(wù)模塊，其主要對接APS制定的作業(yè)計劃，利用產(chǎn)線(xiàn)智能終端模塊，將生產(chǎn)過(guò)程的工單、質(zhì)量、設備、人員等數據收集，并實(shí)時(shí)報工。

質(zhì)量管理模塊：MES系統建設有兩個(gè)核心目的，“提質(zhì)”與“增效”。通過(guò)全面質(zhì)量管理解決方案，將產(chǎn)品從先期策劃的設計階段，到生產(chǎn)的制程階段，再到事后的分析改進(jìn)包含在內，改善品質(zhì)，降低成本。

設備管理模塊實(shí)時(shí)收集、記錄和監控設備狀態(tài)、警報、參數、實(shí)驗結果、數據上傳等，通過(guò)建立全面的設備運維體系，降低設備故障率，提升設備利用率。

人員績(jì)效模塊采集員工上崗信息，借調信息，出勤信息，工時(shí)信息，產(chǎn)量信息，操作行為，對數據分析并與其他模塊集成，實(shí)施全面績(jì)效管理。

能源管理系統通過(guò)對企業(yè)的所有相關(guān)能源介質(zhì)的輸入及產(chǎn)出進(jìn)行梳理和整合，實(shí)現覆蓋企業(yè)能源供應、生產(chǎn)、輸送、轉換、消耗全過(guò)程。

此外，本項目采用的關(guān)鍵軟件和設備均為國產(chǎn)自主產(chǎn)品，自主安全可控。系統的實(shí)施供應商全部為國內廠(chǎng)商。系統的代碼均為自主開(kāi)發(fā)，擁有完整知識產(chǎn)權。項目的自主安全可靠性高，不存在卡脖子風(fēng)險。

另外，本項目合作伙伴北京亞控科技發(fā)展有限公司，在項目建設進(jìn)程中，提供了多年行業(yè)咨詢(xún)、規劃、需求分析的經(jīng)驗以及平臺開(kāi)發(fā)模型庫，為聯(lián)合開(kāi)發(fā)提供了極大的便利，亞控科技秉持著(zhù)合作共贏(yíng)的基本思路，為沒(méi)有經(jīng)驗的企業(yè)賦能，扶上馬送一程，為后面企業(yè)自主實(shí)施信息化項目提供了能力，極大的拓寬了企業(yè)后續的數字化發(fā)展思路。

3 代表性及推廣價(jià)值

項目涉及的工業(yè)設備、業(yè)務(wù)系統100%實(shí)現“上云上平臺”。實(shí)現云端協(xié)同設計與共享、產(chǎn)品研發(fā)效率提升13%；實(shí)現設備利用率提升12%、計劃外故障停機時(shí)間減少11%；實(shí)現智能化排產(chǎn)排期、生產(chǎn)效率提升5%；實(shí)現設備平均能耗降低3.5%、維護和服務(wù)成本降低13%；實(shí)現交貨期準確率提升15%。

3.1 經(jīng)濟社會(huì )效益

新能源汽車(chē)輕量化精鑄件生產(chǎn)互聯(lián)網(wǎng)應用創(chuàng )新示范平臺項目在廣東肇慶動(dòng)力金屬股份有限公司實(shí)施成功后，可新增60個(gè)就業(yè)崗位。

由于生產(chǎn)成本的降低和質(zhì)量的提升，企業(yè)產(chǎn)品在市場(chǎng)內獲得更具競爭力的優(yōu)勢，可提升市場(chǎng)占有率，項目完成后，建成年產(chǎn)8萬(wàn)件新能源汽車(chē)輕量化精鑄件的生產(chǎn)能力，新增年銷(xiāo)售收入5200萬(wàn)元，利潤630萬(wàn)元，新增稅金280萬(wàn)元。

3.2 產(chǎn)業(yè)鏈效益

新能源汽車(chē)輕量化精鑄件生產(chǎn)互聯(lián)網(wǎng)應用創(chuàng )新示范平臺項目包含眾多模塊，可根據鑄造行業(yè)企業(yè)的實(shí)際需求，向大部分的鑄造企業(yè)以銷(xiāo)售、合作開(kāi)發(fā)的形式輸送大量的軟硬件技術(shù)，能成功將一些傳統鑄造企業(yè)轉型成為自動(dòng)化水平、信息化水平較高的企業(yè)，讓傳統的鑄造企業(yè)實(shí)現產(chǎn)品品質(zhì)提升，業(yè)務(wù)的快速發(fā)展。項目的示范與推廣應用成功，必將生產(chǎn)管控產(chǎn)業(yè)的建設與發(fā)展，對增加新的就業(yè)機會(huì )及社會(huì )發(fā)展提供了良好而強有力的支撐，帶動(dòng)企業(yè)及產(chǎn)業(yè)鏈數字化轉型。

3.3 技術(shù)示范效應

目前我國本土的鑄造企業(yè)制造商總數近3萬(wàn)家，但據統計數據，年產(chǎn)值500萬(wàn)元以上規模的企業(yè)僅6000余家。且大多處于供應鏈的底層，以密集勞動(dòng)和廉價(jià)成本為主要競爭力。同時(shí)，我國鑄造行業(yè)還存在著(zhù)很多不足，依然是大而不強，在自主創(chuàng )新能力、資源利用與生產(chǎn)效率、產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)品結構、信息化程度、質(zhì)量與效益等方面差距明顯，節能減排和轉型升級任務(wù)緊迫而艱巨。

本項目成功實(shí)施，可成為行業(yè)的標桿，促使行業(yè)內的企業(yè)學(xué)習實(shí)施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟收益。同時(shí)解決行業(yè)共同痛點(diǎn)，可以在行業(yè)內進(jìn)行橫向復制，實(shí)現快速部署。

系統技術(shù)本身也有利于推廣應用。系統開(kāi)發(fā)主要面向普通工程師和業(yè)務(wù)人員，主要依據業(yè)務(wù)需求和邏輯實(shí)現功能配置，編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)成本較低。系統將業(yè)務(wù)邏輯模型化，企業(yè)業(yè)務(wù)發(fā)生變更，工程師只需改變模型，即可快速實(shí)現項目的調整。系統具有行業(yè)內快速應用的便利性和較高的推廣價(jià)值。

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年11月刊