★北京亞控科技發(fā)展有限公司

1 方案目標概述

在新一代信息技術與制造技術深度融合的背景下，在工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉型需求的帶動下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為全新工業(yè)生態(tài)、關鍵基礎設施和新型應用模式，通過人、機、物的全面互聯(lián)，實現(xiàn)全要素、全產業(yè)鏈、全價值鏈的全面連接，正在全球范圍內不斷顛覆傳統(tǒng)制造模式、生產組織方式和產業(yè)形態(tài)，推動傳統(tǒng)產業(yè)加快轉型升級、新興產業(yè)加速發(fā)展壯大。

肇慶動力在汽車輕量化技術方面已經(jīng)相較國內同行先行一步，在自動化方面，公司引進了國際一流的生產設備，具備國際先進水平的靜態(tài)鑄造生產線；在信息化方面，公司已經(jīng)建立了ERP、OA系統(tǒng)；隨著國家政策對新能源汽車的大力扶持，相關的零部件需求將會是井噴式增長，肇慶動力也將迎來重大發(fā)展機遇，然而，計劃排產不能快速應對需求變化、難以從整體作出最佳生產決策，新產品研發(fā)試制周期長，設備狀態(tài)難以實時監(jiān)控，產品無法追溯管理，管理系統(tǒng)多但數(shù)據(jù)未打通、信息不共享、工序協(xié)同困難等傳統(tǒng)制造業(yè)的不足，不利于公司的產能大規(guī)模提升、快速搶占市場。

項目目標為建設新能源汽車輕量化精鑄件示范生產線及生產互聯(lián)網(wǎng)應用示范平臺，構建海量多源多模態(tài)制造大數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲體系，創(chuàng)新應用MES系統(tǒng)、協(xié)同自動化管理系統(tǒng)、APS軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件及軟件、PLM系統(tǒng)、倉儲管理系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)，通過中央控制室集中管控，從生產過程智能監(jiān)控、物料全程跟蹤和產品追溯以及能耗精細管理、設備管控、工藝管理等方面實現(xiàn)生產過程管控優(yōu)化、生產工藝優(yōu)化、柔性小批量生產、綠色生產，解決行業(yè)共性痛點問題。

2 方案介紹

肇慶動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零部件技術研發(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(tǒng)的單一流程，即：設計、規(guī)劃、采購、生產、物流、銷售等所有環(huán)節(jié)協(xié)同自動化程度較低，協(xié)同成本較高，各環(huán)節(jié)的工業(yè)信息化軟件基礎薄弱，數(shù)據(jù)與流程缺失嚴重。

企業(yè)經(jīng)過考察，最終選定亞控科技科技發(fā)展有限公司作為合作方，聯(lián)合設計開發(fā)生產互聯(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，可以幫助企業(yè)根據(jù)業(yè)務流程快速構建對應的功能應用，并可在后續(xù)迭代過程中隨需而變，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。亞控擁有全世界最長、最完整的自動化軟件產品線，可以幫助企業(yè)實現(xiàn)從底層設備數(shù)據(jù)采集開始到產線監(jiān)控、再到生產執(zhí)行層面的數(shù)據(jù)與流程貫通。

圖1 亞控產品線

肇慶動力新能源汽車輕量化精鑄件生產互聯(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，根據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀做好頂層架構設計，把MES系統(tǒng)、PLM系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、APS系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)、中央控制室、供應鏈系統(tǒng)升級和協(xié)同自動化系統(tǒng)作為一個整體進行規(guī)劃，貫穿設計研發(fā)、生產制造、管理、服務等經(jīng)營活動的各個環(huán)節(jié)。構建海量多源多模態(tài)制造大數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲體系，從生產過程智能監(jiān)控、物料全程跟蹤和產品追溯以及能耗精細管理、設備管控、工藝管理等方面實現(xiàn)生產過程管控優(yōu)化、生產工藝優(yōu)化、柔性小批量生產、綠色生產，解決行業(yè)共性痛點問題。

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

圖2 體系構架圖

整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺分為公司級與產線級兩大部分，各系統(tǒng)根據(jù)各自的角色承擔不同的業(yè)務支撐。架構分級圖如圖3所示。

圖3 構架分級圖

PLM為數(shù)據(jù)的源頭，負責定義產品的數(shù)據(jù)與各項生產資源；ERP主要負責銷售訂單的管理、財務以及成本結算；OA主要負責流程的審批與管理，以及其他辦公業(yè)務，跨職能部門的業(yè)務的協(xié)同處理；WMS主要負責實體倉庫（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、庫內盤點以及物料的運輸信息管理。

APS負責統(tǒng)籌整個公司的計劃業(yè)務，APS也是與外部系統(tǒng)交互最多的系統(tǒng)模塊；首先，銷售將未來幾個月的銷售預測或實際的銷售訂單錄入ERP，APS從ERP獲取銷售訂單，進行月度主計劃排程，排程過程中需要從PLM獲取產品工藝、生產資源等關鍵基礎數(shù)據(jù)，之后輸出的計劃需要發(fā)送至OA進行計劃審批，之后OA將審批結果反饋至APS；APS模塊主要負責計劃排程，具體會包括基礎數(shù)據(jù)管理，銷售訂單導入，模擬排程，戰(zhàn)略備庫，主計劃排程，手動排產，物料需求計劃等幾個重要的核心模塊。

計劃經(jīng)OA審批通過后，APS將作業(yè)計劃派工至產線/機臺，具體接收端為現(xiàn)場MES終端，MES組織各項生產資源生產，實時反饋完工進度與異常動態(tài)給APS，APS根據(jù)MES的執(zhí)行情況動態(tài)調整計劃，MES關聯(lián)生產過程的人、機、料、質檢結果等信息用作生產事后統(tǒng)計與產品精細化追溯、效率與品質、成本分析改善，績效考核。

MES根據(jù)現(xiàn)場的實時進度，需要將物料的需求信息發(fā)送至WMS進行物料的實時拉動，以保證物流配送的效率；MES在業(yè)務上主要現(xiàn)場的生產制造執(zhí)行與跨部門的生產業(yè)務協(xié)同，具體包括生產執(zhí)行與報工，防錯管理，質量管理等幾個核心模塊，以及人員績效，生產統(tǒng)計，模具管理，設備管理，物料配送管理，生產可視化，用戶管理等模塊。

數(shù)據(jù)采集（SCADA）主要分為能耗采集、生產設備的狀態(tài)信息與過程工藝參數(shù)采集、產品計量檢測信息采集等共計三類；SCADA采集的數(shù)據(jù)主要服務于MES的數(shù)據(jù)收集以及各主要模塊如質量檢驗與產品追溯、實時報工，生產統(tǒng)計等的建設；其次服務于EMS能耗管理系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測與收集，統(tǒng)計分析，以便節(jié)能降耗；EMS能源管理系統(tǒng)主要監(jiān)測公司生產區(qū)域能耗情況，并做能耗統(tǒng)計、分析，結合鋁合金鑄造行業(yè)能耗計算與評價標準，對肇慶動力能耗水平做分級評價；根據(jù)統(tǒng)計的能耗情況，結合各生產工藝環(huán)節(jié)的產量，將能耗歸集到單件產品。

系統(tǒng)采用亞控科技管控一體化全組態(tài)平臺KingFusion、數(shù)據(jù)采集平臺KingIOServer、SCADA組態(tài)軟件KingSCADA和實時數(shù)據(jù)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)開發(fā)環(huán)境，可快速完成解決方案的開發(fā)與應用。靈活部署的運維中心，輕松實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程在線部署及診斷。支持本地化、云端的多平臺部署方式，輕松實現(xiàn)平臺的跨平臺搭建。

KingIOServer作為一款獨立的數(shù)據(jù)采集平臺，實現(xiàn)了對5000余種設備的數(shù)據(jù)采集；支持多種數(shù)據(jù)庫，多種方式的存儲，可為第三方軟件或者數(shù)據(jù)采集監(jiān)管平臺提供標準統(tǒng)一的數(shù)據(jù)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、大型設備等行業(yè)，為監(jiān)控中心（SCADA/HMI）、能源管理系統(tǒng)（EMS）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）等提供原始數(shù)據(jù)支撐。

圖4 產品結構圖譜

這些系統(tǒng)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。針對智能工廠的建設需求，同時考慮支撐未來各類的設備會越來越多，生產車間的交互數(shù)據(jù)越來越多，對信息傳輸?shù)乃俣鹊暮晚憫獣r間有較高的要求，將網(wǎng)絡構架分為三層，分別是辦公內部網(wǎng)絡、車間環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)、車間現(xiàn)場總線，系統(tǒng)網(wǎng)絡構架拓撲圖如下所示。

辦公內部網(wǎng)絡主要指涉及公司研發(fā)設計、經(jīng)營管理的網(wǎng)絡，通過辦公內部網(wǎng)絡可以連接企業(yè)的各業(yè)務系統(tǒng)。辦公內部網(wǎng)絡與車間工業(yè)網(wǎng)絡通過防火墻隔離，保證了生產數(shù)據(jù)的安全與防干擾。

車間環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)是指為保障智能制造車間數(shù)據(jù)傳輸和交互而建設的工業(yè)網(wǎng)絡，環(huán)形以太網(wǎng)主干采用環(huán)形搭建，大大降低了網(wǎng)絡斷開的風險，保證了網(wǎng)絡的通暢。主干網(wǎng)配置具有管理環(huán)網(wǎng)功能的三層交換機。現(xiàn)場的智能設備、視頻監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)需要通過主干交換機接入車間環(huán)形以太網(wǎng)。

車間底層的現(xiàn)場總線主要是將生產現(xiàn)場底層的未接入環(huán)網(wǎng)的設備以及主控PLC與從站PLC進行連接，底層設備現(xiàn)場總線技術采用Profibus、Profinet、Modbus等主流技術。智能工廠網(wǎng)絡拓撲圖如圖5所示。

圖5 智能工廠網(wǎng)絡拓撲圖

OA系統(tǒng)：作為前端業(yè)務環(huán)節(jié)，兼顧企業(yè)協(xié)同辦公與生產制造的整合，處在整個價值鏈中提升企業(yè)協(xié)同效率的關鍵環(huán)節(jié)，通過OA的建設，將提升企業(yè)的信息化、流程管理水平。

PLM系統(tǒng)：管理與產品相關的所有數(shù)據(jù)、資源和過程，實現(xiàn)與相關應用系統(tǒng)以及信息系統(tǒng)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(tǒng)針對動力金屬汽車零部件業(yè)務制定總體APS排產框架與業(yè)務模塊標準，依據(jù)各基地車間的個性化業(yè)務，配置不同的優(yōu)化策略與算法庫，實現(xiàn)企業(yè)生產資源配置優(yōu)化管理。APS邏輯圖如圖6所示。

圖6 APS邏輯圖

WMS系統(tǒng)涵蓋了揀貨管理、收貨管理、移庫管理、補貨管理、盤點管理、人員績效、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(jié)。

中央控制系統(tǒng)集電視墻拼接技術、多屏圖像處理技術、網(wǎng)絡技術等融合為一體。能夠很好地與用戶監(jiān)控系統(tǒng)、指揮調度系統(tǒng)、網(wǎng)絡信息系統(tǒng)等連接集成，形成一套功能完善、技術先進的交互式信息顯示及管理平臺。大屏顯示系統(tǒng)實現(xiàn)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(tǒng)集聯(lián)，與各種應用平臺進行連接集成；靈活控制，分權分級。

MES包含智能產線終端、質量管理、設備管理、人員績效、生產執(zhí)行為MES系統(tǒng)的核心業(yè)務模塊，其主要對接APS制定的作業(yè)計劃，利用產線智能終端模塊，將生產過程的工單、質量、設備、人員等數(shù)據(jù)收集，并實時報工。

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

設備管理模塊實時收集、記錄和監(jiān)控設備狀態(tài)、警報、參數(shù)、實驗結果、數(shù)據(jù)上傳等，通過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。

人員績效模塊采集員工上崗信息，借調信息，出勤信息，工時信息，產量信息，操作行為，對數(shù)據(jù)分析并與其他模塊集成，實施全面績效管理。

能源管理系統(tǒng)通過對企業(yè)的所有相關能源介質的輸入及產出進行梳理和整合，實現(xiàn)覆蓋企業(yè)能源供應、生產、輸送、轉換、消耗全過程。

此外，本項目采用的關鍵軟件和設備均為國產自主產品，自主安全可控。系統(tǒng)的實施供應商全部為國內廠商。系統(tǒng)的代碼均為自主開發(fā)，擁有完整知識產權。項目的自主安全可靠性高，不存在卡脖子風險。

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

3 代表性及推廣價值

項目涉及的工業(yè)設備、業(yè)務系統(tǒng)100%實現(xiàn)“上云上平臺”。實現(xiàn)云端協(xié)同設計與共享、產品研發(fā)效率提升13%；實現(xiàn)設備利用率提升12%、計劃外故障停機時間減少11%；實現(xiàn)智能化排產排期、生產效率提升5%；實現(xiàn)設備平均能耗降低3.5%、維護和服務成本降低13%；實現(xiàn)交貨期準確率提升15%。

3.1 經(jīng)濟社會效益

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

由于生產成本的降低和質量的提升，企業(yè)產品在市場內獲得更具競爭力的優(yōu)勢，可提升市場占有率，項目完成后，建成年產8萬件新能源汽車輕量化精鑄件的生產能力，新增年銷售收入5200萬元，利潤630萬元，新增稅金280萬元。

3.2 產業(yè)鏈效益

新能源汽車輕量化精鑄件生產互聯(lián)網(wǎng)應用創(chuàng)新示范平臺項目包含眾多模塊，可根據(jù)鑄造行業(yè)企業(yè)的實際需求，向大部分的鑄造企業(yè)以銷售、合作開發(fā)的形式輸送大量的軟硬件技術，能成功將一些傳統(tǒng)鑄造企業(yè)轉型成為自動化水平、信息化水平較高的企業(yè)，讓傳統(tǒng)的鑄造企業(yè)實現(xiàn)產品品質提升，業(yè)務的快速發(fā)展。項目的示范與推廣應用成功，必將生產管控產業(yè)的建設與發(fā)展，對增加新的就業(yè)機會及社會發(fā)展提供了良好而強有力的支撐，帶動企業(yè)及產業(yè)鏈數(shù)字化轉型。

3.3 技術示范效應

目前我國本土的鑄造企業(yè)制造商總數(shù)近3萬家，但據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，年產值500萬元以上規(guī)模的企業(yè)僅6000余家。且大多處于供應鏈的底層，以密集勞動和廉價成本為主要競爭力。同時，我國鑄造行業(yè)還存在著很多不足，依然是大而不強，在自主創(chuàng)新能力、資源利用與生產效率、產業(yè)與產品結構、信息化程度、質量與效益等方面差距明顯，節(jié)能減排和轉型升級任務緊迫而艱巨。

本項目成功實施，可成為行業(yè)的標桿，促使行業(yè)內的企業(yè)學習實施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術，為企業(yè)帶來經(jīng)濟收益。同時解決行業(yè)共同痛點，可以在行業(yè)內進行橫向復制，實現(xiàn)快速部署。

系統(tǒng)技術本身也有利于推廣應用。系統(tǒng)開發(fā)主要面向普通工程師和業(yè)務人員，主要依據(jù)業(yè)務需求和邏輯實現(xiàn)功能配置，編程語言簡單，開發(fā)成本較低。系統(tǒng)將業(yè)務邏輯模型化，企業(yè)業(yè)務發(fā)生變更，工程師只需改變模型，即可快速實現(xiàn)項目的調整。系統(tǒng)具有行業(yè)內快速應用的便利性和較高的推廣價值。

摘自《自動化博覽》2022年11月刊