1、廣州番禺珠江鋼管有限公司3352熱軋廠智能制造方案廣州番禺珠江鋼管有限公司3352熱軋廠智能制造方案21項目背景12智能制造行動方案 12.1 珠江鋼管公司3352熱軋智能工廠行動方案 12.2 智能工業機器人 132.3 掌上工廠13廣州番禺珠江鋼管有限公司3352熱軋廠智能制造方案1項目背景國務院印發的中國制造2025提出，未來十年，中國將緊密圍 繞重點制造領域關鍵環節，開展新一代信息技術與制造裝備融合的集 成創新和工程應用。支持政產學研用聯合攻關，開發智能產品和自主 可控的智能裝置并實現產業化。依托優勢企業，緊扣關鍵工序智能化、 關鍵崗位機器人替代、生產過程智能優化控制、供應鏈優化，建設

2、重 點領域智能工廠/數字化車間。在基礎條件好、需求迫切的重點地區、 行業和企業中，分類實施流程制造、離散制造、智能裝備和產品、新 業態新模式、智能化管理、智能化服務等試點示范及應用推廣。建立 智能制造標準體系和信息安全保障系統， 搭建智能制造網絡系統平臺。珠江鋼管公司3352熱軋產線配置了國際領先水平的工藝設備和電 氣自動化系統，控制水平較高，運行穩定，下階段要實現對客戶個性 化需求的快速反應和全面服務，從而形成有特色的智能制造差異化運 營服務模式，創造新的利潤增長點，提高盈利能力。2智能制造行動方案2.1 珠江鋼管公司3352熱軋智能工廠行動方案2.1.1 珠江鋼管公司3352熱軋智能工廠總

3、體架構珠江鋼管公司3352熱軋生產線配置了國際領先水平的工藝設備和 電氣自動化系統，控制水平較高，運行穩定。為將 3352熱軋進一步打 造為世界一流板帶生產基地，應把握傳統制造業智能化革新的機遇， 建設成智能化示范工廠。從而提高產品附加值，穩定質量、降低消耗， 擴大行業影響力。智能工廠架構如圖3.1-1所示。智能工廠將包括硬件設施、基礎平 臺、生產控制層、智能管控層等四個層級，并實現與集團智能管控運 營平臺的信息交付。集團運營智能管控平臺高級計劃排產產品在線監測 與質量評估產品設計與 工藝優化全流程質量管 控與在線優化關鍵設備 監測智能物流智能管控設備資產管理廠級能源管理廠級成本評估虛擬工廠掌

4、上工廠1智能精準控制生產拴制基礎自動化、過程自動化工業大數據平臺仿真平臺移動互聯平臺基礎平臺冶金智能裝備工業機器人智能傳感器可視化設備 硬件設施網絡基礎設施（有線網絡、無線網絡、網絡安全設備等）圖3.1-1珠江鋼管公司3352熱軋智能工廠架構圖2.1.2 硬件設施完善現有工業以太網、現場總線等有線通信網絡，建設無線通信 網絡，建立連續的、相互連接的計算機網絡、智能設備網絡和生產物 聯/物流網絡，所有信息相關者實現基于計算機網絡的互聯互通。增加配置工業機器人、無人天車等冶金智能裝備；根據工藝生產、 設備監測、質量管控、能源管理、成本評估、物流調度等要求，配置 智能傳感器。設置車間級通訊與監視系統

5、、信息顯示系統，實現車間 管理的透明化和可視化；建設網絡信息安全系統，為整個系統安全運 行提供策略、技術、機制和保障制度，是集數據中心環境安全、安全 網絡邊界、通信網絡安全以及安全管理中心于一體的基礎支撐系統。 信息安全系統主要包括計算環境安全系統、區域邊界安全系統、通信 網絡安全系統、入侵防御系統、防火墻系統、漏洞掃描系統和網絡防 病毒系統。2.1.3 基礎平臺2.1.3.1 工業大數據平臺利用現有各類生產、管理、設備數據，結合高效的挖掘和分析工 具，用大數據的方法解決生產維護中存在的實際問題。工業制造大數據平臺包含大數據中間件、數據采集系統、數據預 處理系統和分析應用可視化框架等組成內容。

6、不同的業務分析系統均 基于該平臺搭建，平臺為業務分析系統提供數據支撐和技術支撐。工 業制造大數據平臺是各種智能系統的基石，是后續智能工廠相關系統 （如機器人、無人值守等）的孵化器。在數字化、網絡化、智能化的 背景下，工業制造大數據平臺能夠有效地消除企業內部的數據孤島， 能夠高效地接駁企業各種信息系統，建設工業制造大數據平臺是企業 實現降本增效的必然手段。基于工業制造大數據平臺，開發產品質量診斷分析優化系統。對 產品質量缺陷進行離線診斷，分析缺陷成因；進行在線診斷，預測缺 陷故障。保障生產穩定性和產品質量穩定性。基于工業制造大數據平臺，開發能源成本診斷分析優化系統。動 態診斷生產運行過程中的成本

7、狀況、能源消耗，制定降本增效措施， 為管理層提供有效的輔助生產決策。基于工業制造大數據平臺，開發設備故障診斷分析系統。研究設 備故障規律，形成故障規則和模式，從海量的設備數據中挖掘與這些 規則、模式匹配的數據，尋找設備數據的可疑異常，縮小診斷范圍， 提高診斷效率，提前預2.1.3.2 仿真平臺建立虛擬的仿真平臺，以車間全流程的生產過程建模，綜合考慮 車間的設備布局、工藝路線、物流走向、生產參數、空間避讓等所有 參與并影響生產過程的因素，統籌決策對生產組織給予指導。采用模擬生產仿真技術手段，在面對復雜的訂單需求時，通過仿 真模擬可以協助制定出更優化的生產計劃，通過將生產計劃輸入仿真 模型，快速模

8、擬當前訂單下的生產情況，統計相關數據，通過分析關 鍵數據和整個虛擬生產過程，調整生產計劃并規避不合理情況的產生， 反復多次優化訂單計劃。采用模擬生產仿真技術手段，在柔性制造需求下可以更有效的降 低生產成本。柔性制造下產品的多樣性和訂單的復雜性會造成設備的 空閑或擁堵、在制品或半成品的增加、原料庫和產品庫的高庫存、物 流設備擁堵干涉、產品的多次吊運等，從而導致占用大量資金并降低 生產效率，大幅提高生產成本。通過定制化的生產仿真模型，可以快 速地模擬當前訂單下的生產情況，在規避生產瓶頸的同時，大幅降低 原料、半成品、成品庫存，提供合理的原材料的外購計劃，降低資金 的占用；提供合理的調度運輸計劃，減

9、少運輸設備的閑置或擁堵。基于仿真平臺，對的產品各環節制造過程進行模擬，指導設備工 藝參數調整，實現產品質量性能預判，為新產品開發提供指導。2.1.3.3 移動互聯平臺通過建立移動互聯平臺，在此平臺上建設智能巡檢系統、掌上工 廠等、遠程監控與管理等應用功能。移動應用系統網絡架構見圖4.3-2用戶端移動網絡內部網絡服務器海康旗大華 的PC、NVR圖3.1-2移動互聯平臺網絡架構2.1.4 生產控制在現有生產線基礎自動化、過程自動化系統基礎上，實現智能制 造精準控制。2.1.4.1 智能制造精準控制板材生產精準控制完善及優化：對相關的工藝控制系統則進行完 善與優化，開發新工藝控制模型，并根據新技術發

10、展對現有軋制模型 系統優化，全面提高板材產品的平面形狀、厚度、寬度、板形、性能 等指標的精準控制水平。板材生產精準控制智能化：開發在線控制新技術，實現各工序控 制模型系統的橫向集成以及跨工序的協調，提高產品質量的動態精準 控制水平和制造環節的柔性，支撐個性化規模定制生產。利用數據挖 掘和機器學習技術，減少控制系統對人工維護和干預的依賴，提高其 智能化程度和精準控制水平。2.1.5 智能管控2.1.5.1 高級計劃排產高級計劃排程（APS）的目標是彌合鋼鐵企業公司級 ERP計劃和 分廠級MES計劃之間在計劃目標、粒度、單位等方面的斷層。特點包括：1） 一體化的計劃和排程管理產品設計的初衷即彌合鋼

11、企現在的信息化系統架構中 ERP和MES 層級、公司級和分廠及計劃之間的斷層。使得公司級計劃對分廠而言 更具可操作性；使得分廠級計劃排程對公司而言更具透明度。使得事 前對工序銜接進行有效計劃和干預成為可能。APS產品功能的重點之 一即是通過規則和規則集的定義，以及利用合理的規則引擎使熱軋在 編制軋制規程時為煉鋼提供更對熱裝熱送機會的空間；并利用合理的 材料和能力計劃算法在制定生產計劃時統一考慮軋鋼和煉鋼計劃，做 到可操作級（件次級）別的熱裝熱送計劃。2）圖形化計劃和排程、調度界面提供圖形化的計劃和排程界面，在材料計劃層次，提供所見即所 得的材料計劃操作界面，為計劃員提供更為直觀和方便的計劃編制

12、和 修改界面；能力計劃和調度層次，為計劃員提供甘特圖等圖形化的操 作界面，界面更為友好、直觀。3）智能化利用選擇合理的APS等算法并根據鋼鐵行業的特性進行裁剪和設 計，在材料計劃、能力計劃及排程調度三個層次提供計劃的自動計算 和調度功能，充分改變鋼企計劃主要依賴經驗人工線外計算的現狀， 有效提高計劃的準確性、及時性和交互能力。4）可擴展性以生產計劃、排程調度為核心，兼顧考慮質量管理、能源計劃、 設備管理、能源計劃及成本分析、優化的接口。2.1.5.2 智能設備資產管理系統設備資產管理系統面向企業廠級/車間級執行層、管理層和決策層各 層面，針對某一特定資產的跟蹤管理，能為執行層提供設備方面的各

13、種靜、動態數據，并為管理層和決策層快速、準確、高質量地提供各 種優化的設備管理信息。系統主要包括重點設備狀態監控、一般設備 點檢巡檢、設備臺帳管理、設備備件管理、設備工單管理等功能。重 點設備狀態監控對產線上的主要設備，如電氣、液壓、機械等元器件， 將其主要的設備信號，進行遠程集中顯示，并提供全流程的產品與設 備狀態監控，便于監控與維護的實行；一般設備點檢巡檢可根據企業 車間的具體情況，制定相關的點檢標準、點檢計劃，并自動生成點檢 記錄項，同時可根據點檢歷史信息，進行相關的趨勢與數值分析；設 備臺帳管理構建與生產布局相關的設備功能位置樹，構建對應的設備 層次結構，并涵蓋設備的靜態信息、動態信息

14、和非結構化信息，提供 包括設計、購買、安裝、使用、報廢等全生命周期的設備明細管理， 從而實現全廠/車間設備的精細化、透明化管理；設備備件管理實現生 產廠級層面的備件庫管管理，包括備件計劃生成、備件合同建立、備 件入庫/出庫，以及庫存信息統計等功能，從而便于理清當前庫存的真 實情況，并可輔助制定庫存策略；設備工單管理可根據企業的實際生 產情況，制定包括設備檢修等相關的工單流程以及實現過程，可定義 常見的故障及處理方案，并與預防性計劃和點檢結果相結合，實現工 單自動化生成。計劃系統、報表系統、KPI指標，財務系統L3/L4生產級）主產狀態、為亞.跟蹤、工史較據、運二冬京、L1/L2 ）圖3.1-3

15、智能資產管理總框架圖2.1.5.3 關鍵設備監測通過對關鍵設備運行狀態的檢測和分析，判斷機械設備的健康狀 態，對設備的早期故障實時預警，防止發生惡性事故；通過采集的檢 測信息，對設備的故障原因進行分析，找到引發故障的原因，避免類 似故障重復發生。本系統既包括與設備自有故障診斷的接口，也可集 成多個關鍵設備信號進行集成分析，并可根據生產系統反饋的產品質 量對設備狀態進行優化預測分析，主要包括如下功能：1）設備監控鋼鐵生產全流程核心設備的狀態監控，包括旋轉機械電機相關的壓力和 溫度等。2）設備實時診斷：根據采集的設備狀態信息，實時反映設備 運行狀態、磨損狀況、健康狀況等。3）故障分析與預知維護：利

16、用系 統數據分析服務器，收集設備運行的歷史狀態信息，與生產過程相結 合，對設備發生的故障進行分析，建立故障分析庫；通過對采集到的 傳動設備頻譜數據進行分析，及時發現故障的早期征兆，安排計劃停 機，進行預防維修；構建獨立的B/S架構體系，實現與外部信息系統的 接口，利用設備實時狀態和故障分析庫，進行預知維護。2.1.5.4 車間智能物流系統建設基于可無人天車的車間智能物流系統。該系統能夠實現天車 的全自動駕駛，全程無人干預，能夠實現與工廠MES系統的無縫對接， 實現庫區物料的實時跟蹤和數據同步。無人天車及智能庫管系統由計算機智能庫管系統、天車位置跟蹤 定位系統、無線通訊控制系統、卡車上車三維識別

17、系統、安全連鎖保 護系統和庫區視頻監控系統組成。2.1.5.5 產品在線檢測與質量評估作為智能質量管控系統的核心，產品一體化及質量設計中心主要 負責各工序的工藝設計、產品標準、質量監控和判定指標。根據訂單 來總體設計產品的各項質量指標和工藝控制參數，并逐工序的分解， 確定每個工序的工藝控制要求和質量指標，以便用于過程參數監控和 判定，實現每工序的質量判定，以及最終質量的判定。針對目前鋼鐵行業存在的產品同質化嚴重、客戶個性化需求難以 滿足等問題，利用集成計算材料工程（ICME）、工業生產大數據，借 鑒信息物理系統（CPS）,形成產品智能設計與優化共性關鍵技術和質 量判定標準，建設全流程智能制造過

18、程中所需的多層次跨尺度材料設 計與工藝優化集成平臺及數據支撐平臺，實現材料性能、成分、組織 和工藝整體的設計與優化以及產品生命周期管理（PLM）,以適應規模 化定制生產、個性化需求條件下柔性化制造，降低新材料研發周期和 成本，提高產品質量的穩定性。建立描述不同工序的材料模型庫、算法庫和數據庫，形成和完善 伴隨生產全流程的材料信息數據流體系，建成基于材料基因組工程和 集成計算材料工程思想的數字化、集成化材料智能虛擬設計平臺（離 線+在線雙模式），形成鋼鐵材料的成分-工藝-組織-性能全流程一體化 智能設計技術和在線+離線服務支撐系統。在此基礎上，結合新產品研 發、產品個性化定制生產、已有產品的質量

19、及其穩定性提高等具體需 求，完成若干種產品的成分設計或優化、相設計、組織設計以及對應 的質量設計、工藝規范優化等技術方案，對鋼鐵材料智能制造提供在 線或離線支持和服務。產品一體化及質量設計中心，根據工序來進行設置，每個工序都 需要有過程監控點和質量判定標準，可以沒有過程監控點，但是一定 要有質量判定標準，這是質量管控系統運行的標準。可以根據產品的 型號、種類或者訂單號進行分類。一次設計以后，相同訂單類型和產 品型號直接可以使用同樣的過程和質量參數，不需要再重新輸入。每 套過程控制參數和質量標準都有唯一的索引代碼，可以對應一個品種 或者訂單，也可以對應多個。2.1.5.6 產品設計與工藝優化針對

20、目前鋼鐵行業存在的產品同質化嚴重、客戶個性化需求難以 滿足等問題，利用集成計算材料工程（ICME）、工業生產大數據，借 鑒信息物理系統（CPS）,形成產品智能設計與優化共性關鍵技術，建 設全流程智能制造過程中所需的多層次跨尺度材料設計與工藝優化集 成平臺及數據支撐平臺，實現材料性能、成分、組織和工藝整體的設 計與優化以及產品生命周期管理（PLM）,以適應規模化定制生產、個 性化需求條件下柔性化制造，降低新材料研發周期和成本，提高產品 質量的穩定性。建立描述不同工序的材料模型庫、算法庫和數據庫，形成和完善 伴隨生產全流程的材料信息數據流體系，建成基于材料基因組工程和 集成計算材料工程思想的數字化

21、、集成化材料智能虛擬設計平臺（離線+在線雙模式），形成鋼鐵材料的成分-工藝-組織-性能全流程一體化 智能設計技術和在線+離線服務支撐系統。在此基礎上，結合新產品研 發、產品個性化定制生產、已有產品的質量及其穩定性提高等具體需 求，完成若干種產品的成分設計或優化、相設計、組織設計以及對應 的質量設計、工藝規范優化等技術方案，對鋼鐵材料智能制造提供在 線或離線支持和服務。2.1.5.7 全流程質量管控與在線優化利用現代信息技術手段，對鋼鐵產品制造過程的產品質量、工藝 參數、操作模式等數據進行全面采集，實現冶金全流程的實時工藝參 數監控、產品質量預測、產品質量在線評級與判定、產品質量追溯分 析與異常

22、定位分析。通過鋼鐵制造全流程大數據平臺，建立基于知識 的質量預測、質量監測、質量診斷模型與方法，建設鋼鐵全流程質量 管控與在線優化系統，改變傳統“事后”的質量控制模式為“事中”“事前”質量管理模式，以集成化的信息共享平臺和快速信息處理技術 推進管理的精細化，對產品質量實現動態優化，提高產品質量批次內 穩定性，減少批次間差異性，進而提高企業產品競爭力。14圖3.1-4智能質量管控總框架圖2.1.5.8 智能成本評估系統鋼鐵生產企業通過提高成本管控的合理化水平和精細化程度，增強企業競爭力，是鋼鐵目前企業急待解決的關鍵問題和核心任務。經過大量調研與論證，我們將鋼鐵企業成本管控的重心放在了生產加工 環節，通過精益化管控，達到降低產品成本的目的。智能成本評估系統是面向車間級精益管理重要管控系統，通過對 生產環節各類成本、能源相關數據終端采集、在線監測，動態診斷生 產運行過程中的成本狀況；結合統計學、人工智能方法構建成本分析、 評估模型；制定降本增效措施，深入挖潛并提煉降本潛力。最終為管 理層動態把握生產成本狀況，降本增效提供決策支持。智能成本評估系統主要功能包括：成本基礎管理、成