1、企業信息化數字化和智能化工廠智慧工廠報告提綱1、信息化是走新型工業化道路必然選擇2、企業信息化的內涵3、流程工業綜合自動化系統4、離散工業集成制造系統5、企業信息化的實施策略十六大的報告明確指出： “實現工業化仍然是我國現代化進程中艱巨的歷史性任務。信息化是我國加快實現工業化和現代化的必然選擇。堅持以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化，走出一條科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環境污染少、人力資源優勢得到充分發揮的新型工業化路子。”1、信息化是走新型工業化道路必然選擇1) 信息化是提高企業知識生產力的最有效的工具 現代管理之父杜拉克指出:“知識生產力將日益成為一個國家、一個產業、一家公司的

2、競爭實力的決定性因素”，“無論什么傳統產業，之所以能發展壯大，就是因為它們圍繞知識和信息進行了重組。” 采用信息化的手段,圍繞著生產過程的信息和知識對生產過程進行重組,將優秀的生產與操作經驗、專有技術和知識提煉和融合到上述軟件系統中去，極大地提高生產力。金字塔型組織 扁平化組織結構管理組織層次金字塔型組織：生產制造過程董事會總經理生產副總生產班工人生產部生產廠生產車間扁平化組織結構：總經理生產制造過程生產指揮中心2) 只有通過企業信息化才能實現企業扁平化管理經營決策企業管理生產調度過程優化過程控制Purdue 模型BPS(Business Planning System)PCS(Process

3、 Control System)MES (Manufacturing Execution System)BPS/MES/PC S結構實行扁平化管理的幾個例子：美國通用電器公司從董事長到一般職工，管理層從26層減到5層。60多個部門組合為12個業務部，管理人員減少1/4，1996年利潤居全美榜首。日本興亞電工公司（KOA）廢除中層管理職務后，銷售額上升14%、利潤增加37%。 美國IBM公司、英國石油公司和電訊電報公司均做大幅度體制改革，取得顯著效果。 韓國浦項鋼廠浦項董事長劉常夫認為： 21世紀信息管理將成為浦項生存與發展的關鍵，建立生產指揮中心： 新產品開發周期由4年縮短到1.5年； 交貨期

4、由20-30天縮短到7天； 客戶產品庫存天數由30天縮短到24天以下； 月決算時間由6天縮短到1天； 標準成本計算時間由35天縮短到3天； 庫存原料周轉率由8.7次增加到12次。1998年銷售額達92億美元，凈利潤9.297億美元， 粗鋼產量2560萬噸，職工19300人，產量、人均產量均列世界前茅。 遼寧省排山樓金礦 ：黃金回收率提高1以上；生產能力由1200噸日提高到2000噸日，剝采比由10：1降低到6.5：1，選礦成本由73.03元噸降為37元噸，采礦成本由57元噸降為43元噸，人均勞動生產率75萬元，是同類企業的平均水平的17倍。(圖一所示) 圖一 排山樓金礦據美國MESA1996年

5、調查統計結果生產周期時間縮短率為35%;數據輸入時間縮短率為36%;在制品削減率為32%;文書工作削減率為67%;交貨期縮短率為22%;不合格產品減低率為22%;文書丟失減少率為55%.據美國ARC公司調查,基于三級結構的MES可獲得效益為:質量提高19.2%,勞動生產率提高13.5%,產量提高11.5%.1999年，美國“財富”雜志發表文章稱MES是 “ERP市場的挑戰者”。該文介紹年產值16億美元的美國化纖企業Unifi公司，其下屬Yadkinville廠應用MES軟件后，效益增加69%，實際增效1600萬美元。基于ERP/MES/PCS三級結構的MES軟件得到廣泛應用，據美國MESA調查

6、，美國MES軟件市場規模：1993年為1.5億美元，1994年和1995年年增長率為30%，1996年達到8.65億美元，1998年10.1億美元，予計2003年將增加三倍。 3）生產制造過程的信息化是實現綜合生產 指標優化的保證歐洲鋼鐵工業技術發展指南指出：“對于降低生產成本、提高產品質量、減少環境污染和資源消耗只能通過全流程自動控制系統的優化設計來實現”。 (Charbonnier et al.1999)綜合生產指標的分解產量質量成本生產計劃生產制造執行優化控制消耗綜合生產指標：產量、質量、 成本、消耗綜合生產指標模型各工段生產指標關鍵工藝參數設定模型各工序關鍵工藝參數指標優化系統4）生產

7、制造過程的信息化是實現敏捷制造的保證 現代化的通訊網絡將世界連成一體，經濟全球化進 程使世界變成了一個統一的市場，致使產品市場競爭國際化；產品的品種越來越豐富，產品的批次和批量越來 越少，產品的開發周期越來越短。敏捷制造（Agile Manufacturing）把動態靈活的虛擬組織機構、先進的柔性制造技術和高素質的人員進行全面的集成。敏捷制造將使企業實現FTQCS戰略目標，即產品的功能(F)全，開發周期(T)短，質量(Q)高，成本(C)低，并能為用戶提供更好的服務(S)。 建立虛擬企業和發展敏捷制造技術是實現敏捷制造的兩個堅實基礎。信息技術是建立虛擬企業和實現虛擬制造的關鍵使能技術。敏捷制造使

8、企業管理從金字塔式的多層結構走向扁平化結構企 業工 廠單 元工作站車 間設 備計 劃執 行控 制（a）多級遞階（b）分布式縱向集成縱橫向綜合集成“小而全”“大而全”企業突出核心競爭力企業敏捷制造使企業“大而全”“小而全”的組織模式走向分工協作突出核心競爭力的模式零部件1車間零部件2車間零部件n車間零部件車間市場供應后勤保障設計組裝車間企業組織模式零部件1廠零部件2廠零部件廠n零部件廠設計集成外部企業協作市場供應后勤保障核心零件制造企業核心技術敏捷制造的關鍵技術 支持敏捷制造的使能技術：資源共享、信息服務、虛擬制造、并行工程、建模/仿真和人工智能等; 資源優化,包括供應鏈的建模和管理; 網絡平臺

9、(Internet/Intranet/Extranet)。造船工業案例分析 韓國造船企業通過高度信息化和自動化，走集成造船的發展道路，逐步向敏捷制造模式邁進，韓國成為當今世界第一造船大國。 韓國造船業發展縱向比較： 韓國與中國造船業的橫向比較（2001年）：2、企業信息化的內涵 制造業特點： 離散制造業 流程工業 混合制造業 1、調度和協調復雜 產品部件多，可以獨立加工，生產流程能夠并行、異步進行；對于某一產品常有多種實現路徑可供選擇，設備功能冗余度大，因此增加了調度和協調的復雜性。 2、資源管理復雜 由于每個操作可能涉及不同的物料、設備、工具及文檔等資源，這些資源離散地分布在企業中，因此在異

10、步、并發的離散流程中資源管理復雜。 3、控制量相互獨立、流程切換代價小 產品生產主要通過位移、角度等作為控制量進行物理加工，設備控制參數由設計決定，不受物料物性影響，設備間獨立性強。流程切換不存在象連續工業那樣復雜的啟停和清洗過程，主要是加工程序的上載和刀具的更換，所以切換代價較小。 4、勞力密集型、自動化水平相對較低 離散制造業企業由于是離散加工，產品的質量和生產率很大程度依賴于工人的技術水平，自動化主要在單元級，例如數控機床、柔性制造系統等，因此,離散制造業是一個人員密集型行業，自動化水平相對較低。 離散制造業的特點 流程工業的特點 1、復雜性主要的流程工業涉及到原材料和能源的生產加工行業

11、，如冶金（鋼鐵、有色、黃金）、石油化工、電力等；我國資源的特點：貧礦多，難于提煉，因而其生產加工過程復雜；金字塔式的管理模式是層次多，經營管理、制造執行等過程的信息獲取、控制與管理涉及的變量與參數多，過程的模型難于描述。 2、技術密集型生產過程涉及到工藝、機械裝備、自動控制、工業工程等專業知識、經驗、專有技術。人 先進技術 服務型工廠服務生產環保型工廠資源再生創造型工廠先進技術生產自動化工廠基礎產品生產信息基礎結構生產 應用 應用技術 成熟技術環境技術機器 數字化與智能化工廠以信息技術為基礎的先進制造技術結構 數字化與智能化工廠制造過程數字化、自動化、虛擬化、智能化生產過程數字化、自動化、虛擬

12、化、智能化管理數字化與智能決策設計數字化、協同化、虛擬化、智能化企業數字化與智能化1）離散制造業數字化與智能化設計數字化、協同化、虛擬化、智能化制造過程數字化、自動化、虛擬化、智能化管理數字化與智能決策2）流程工業數字化與智能化工藝設計數字化、協同化、虛擬化、智能化生產過程數字化、自動化、虛擬化、智能化生產管理數字化智能決策企業信息化的內涵將信息技術用于企業產品設計（工藝設計）、制造（生產）、管理（生產管理和經營管理）和銷售的全過程，以提高企業的市場應變能力和競爭能力。 企業信息化的內容設計信息化（產品設計和工藝設計）計算機輔助設計(CAD)并行工程虛擬制造與流程模擬 設計過程管理(PDM)企

13、業管理信息化企業資源（ERP）制造執行（MES）生產制造過程自動化優化控制與過程控制 加工設備機電一體化集成化（強調企業內部信息集成）設計、制造、管理一體化 一體化過程控制網絡化（強調企業間的資源優化） 流程工業一體化過程控制流程工業一體化過程控制技術是將與產品的質量、產量、成本相關的經濟技術指標自動轉化為流程工業生產過程各工序自動控制系統參數，從而保證達到產品的微觀組織和最終性能的高技術。流程工業一體化過程控制技術已經成為國際上工業領域的高技術發展潮流和方向。研發工業生產一體化的過程控制系統已經成為國際上高技術研發機構與高技術公司的研究熱點，美國I2等高技術公司已經研發出某種材料生產一體化過

14、程控制軟件系統，雖然實現了部分功能，但應用鋼鐵等材料生產企業，取得顯著的經濟效益。流程工業一體化過程控制系統是實現流程工業信息化的關鍵，是提高流程工業生產效率和產品質量、減少資源消耗的有效途徑。 離散工業設計、制造、管理一體化是將信息技術、現代管理技術和先進設計制造技術結合，應用于企業產品全生命周期（從市場需求到最終報廢處理）的各個階段。通過信息集成、過程優化及資源優化，實現物流、信息流、資金流的繼承與優化運行，達到人（組織、管理）、經營和技術三要素的集成，以縮短企業新產品開發的時間（T）、提高產品質量(Q) 、降低成本(C) 、改善服務(S) 、清潔環境（E），從而提高企業的市場應變能力和競

15、爭能力。離散工業設計、制造、管理一體化技術是全世界制造工業領域的高技術發展潮流和方向。以實現敏捷制造為目標的設計、制造、管理一體化技術，已經成為國際上高技術研發機構與高技術公司的研究熱點，它不僅成為制造業不斷推出新產品、快速響應不可預測的市場并贏得競爭的主要手段，而且成為信息時代提高企業競爭能力的綜合性高新技術。如韓國現代重工與美國PTC公司合作開發以WindeHill為核心的設計、制造、管理一體化系統，已經使企業獲得了良好的經濟效益和社會效益。 離散工業設計、制造、管理一體化系統具有集成化、數字化、智能化、敏捷化、網絡化、綠色化的發展趨勢，使企業能夠從容應付快速變化的市場，獲得企業的長期效益

16、,最終使企業實現TQCSE戰略目標。 離散工業設計、制造、管理一體化3、流程工業綜合自動化系統 綜合自動化系統是流程工業信息化的基礎 工業過程綜合自動化系統將生產過程的生產工藝技術、設備運行技術和生產過程管理技術集成起來，實現生產過程的優化控制、優化運行和優化管理，從而保證與產品質量、成本、質量相關的綜合生產指標優化。 企業綜合自動化系統結構集成支撐系統數據庫計算機網絡企業資源計劃系統（ERP）生產執行系統（MES）生產過程控制系統（PCS）ERP層PCS層MES層企業管控一體化系統總體結構框架示意圖運輸綜合查詢與輔助決策應付帳款應收帳款檔案管理項目投資固定資產備品備件質檢生 產 調 度能源管

17、理設備運行安全管理生 產 過 程 信 息 處 理 系 統原料庫房產品庫房財務管理生產動態成本控制生產統計計量溶出DCS母液蒸發DCS赤泥洗滌DCS種分DCS焙燒DCS其他DCS關系數據庫系統實時數據庫系統供應管理銷售管理人力資源辦公自動化能源計劃生產成本計劃生產計劃運輸質檢計量 計算機網絡系統大修計劃綜 合 計 劃 管 理生產管理綜合統計選礦DCS過程PLC計量數據采集 基于ERP/MES/PCS三層結構的綜合自動化系統 生產過程綜合自動化系統生產過程管理系統生產過程控制系統計算機支撐系統 生產過程綜合自動化系統結構計劃管理生產作業計劃物料計劃能源計劃生產成本計劃生產統計生產調度物料控制與管理

18、能源管理生產成本控制與管理生產執行設備管理綜合信息查詢與輔助決策質量管理生 產 過 程 信 息 處 理 系 統生產管理系統(MES)生產過程自動化系統過程自動化子系統智能優化控制系統過程自動化子系統過程自動化子系統生產過程集成自動化系統流程工業生產過程 關 系 數 據 庫 計 算 機 網 絡 系 統原料產品多媒體監控系統 實 時 數 據 庫過程自動化子系統 生產過程綜合自動化系統功能結構圖過程綜合自動化系統生產管理系統計算機支撐系統過程控制系統生產計劃生產執行過程控制子系統過程控制子系統實時數據庫關系數據庫計算機網絡 生產執行系統功能生產統計生產計劃管理生產統計生產分析物料平衡生產調度生產信息

19、管理調度執行日常數據采集生產報告設備管理設備文件設備操作信息收集設備操作設備維護物料管理固定資產質量管理質量信息管理質量索引統計質量統計質量分析綜合查詢與決策調度信息計劃和統計信息能量信息動態成本控制信息質量控制信息設備管理信息決策支持生產執行系統 生產計劃系統功能生產計劃系統能源計劃能源信息管理能源消耗數據收集能源消耗數據分析能源設備管理生產作業計劃生產計劃管理生產統計生產分析物料平衡生產成本計劃成本計劃成本核算成本監控成本分析成本控制物料計劃物料采購物料統計物料跟蹤物料分析 智能優化控制系統 智能優化控制系統功能 智能優化控制策略產量質量成本消耗 智能優化控制實施策略酒鋼選礦廠介紹甘肅酒鋼

20、選礦廠是酒泉鋼鐵（集團）公司的原料 鐵精礦的生產廠年處理鐵礦石800萬噸礦石含鐵品位33% 綜合自動化系統案例酒鋼選礦廠主要設備礦石處理: 99臺: 振動篩、皮帶運輸與卷揚系統等豎爐焙燒: 242臺: 22豎爐, 4 干選機等 磨礦: 115臺: 15球磨機, 8分級機, 7 旋流器等強磁選: 55臺: 25 磁選機等弱磁選: 脫水:4 臺脫水槽 磁選: 30臺: 14 磁選機等濃縮: 146臺: 5 濃縮大井等 酒鋼選礦廠廠景 綜合自動化系統的結構硬件結構圖5 綜合自動化系統的硬件結構 控制系統照片礦石處理控制軟件界面Panoramic view of the FactoryMonitori

21、ng view of raw ores processingOperation panel ofraw ores processing 豎爐焙燒過程控制軟件界面 Panoramic view of twenty-two roasters Monitoring view of shaft roasterMonitoring view of operation parameters Operation panel of control system磨礦過程控制軟件界面 Monitoring view of milling process Operation panel of control sys

22、tem 磁選過程控制軟件界面Operation panel of Magnetic dressing process 濃縮過程控制軟件界面 Monitoring view of condensing process Operation panel of condensing process 豎爐焙燒過程優化控制軟件界面management panel of optimal control system of roasting Input of conditions Results of optimisation磨礦過程優化控制軟件界面management panel of optimal co

23、ntrol system of milling Input of conditions Results of optimisationY1W1W2Y2U1W1: 燃燒室溫度設定值 , Y1: 燃燒室溫度, W2: 加熱煤氣流量設定值 , Y2: 加熱煤氣流量, U1: 加熱煤氣閥門開度 圖 6 豎爐焙燒過程實際控制曲線豎爐焙燒過程 應用效果W3Y3U2W4Y4U3W3: 給礦量設定值, Y3: 給礦量, U2: 給礦機電振頻率, W4: 給水量設定值, Y4: 給水量, U3: 給水閥門開度 圖 7 磨礦過程實際控制曲線 磨礦過程 應用成效 豎爐焙燒過程 豎爐臺時產率: 提高 0.7 T/h

24、(從 24.9 T/h 到 25.62 T/h) 磁選管回收率: 提高 2% 磨礦過程 磨礦粒度 (-200目): 強磁選:提高 2.92% (從 72.98% 到 75.90%) 弱磁選:提高 2.21% (從 72.80% 到 75.01%) 金屬回收率: 提高 1.25%-2.01% 精礦品位 ： 提高0.5 設備運轉率: 提高 2.98% 減 員: 50% 4、離散工業集成制造系統集成制造系統是實現設計、制造、管理一 體化系統的基礎 計算機集成制造系統（Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS）現代集成制造系統（ Contempora

25、ry Integrated Manufacturing Systems，CIMS ）集成制造系統結構控制系統計劃系統接口訂單管理意外事件管理數據采集物料輸運管理物料跟蹤管理工作站管理質量保障統計過程控制操作者管理維護管理供應商管理產品跟蹤文檔/產品數據管理過程數據/性能分析生產執行系統生產計劃系統數字化產品設計系統數字化產品設計系統計算機輔助設計 （Computer Aided Design， CAD） 產品數據管理 (Product Data Management ，PDM ) 生產計劃系統主導生產計劃(Master Production Schedule )物料需求計劃( Material

26、 Requirements Planning)能力需求計劃( Capacity Requirement Planning)車間場地控制( Shop Floor Control)采購( Purchasing)物料控制( Inventory Control )產品數據( Product Data )費用賬目( Cost Accounting )生產執行系統訂單管理(Work Order Management )工作站管理( Workstation Management )物料跟蹤管理( Inventory Tracking and Management )物料輸運管理( Material Move

27、ment Management )數據采集( Data Collection )意外事件管理( Exception Management)維護管理功能( Maintenance Management function)操作者管理( Time and Attendance function)統計過程控制功能( Statistical Process Control function)質量保障功能( Quality Assurance function)過程數據/性能分析功能( Process Data/Performance Analysis function)文檔/產品數據管理( Documentation/Product Data Management function)產品跟蹤功能( Genealogy/Product Traceability function)供應商管理功能( Supplier Management )控制系統機械設備(Machine Tool)傳感器( Oven Sensor )存儲/回收系統( Storage/Retr