【優(yōu)秀案例】數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能制造——18號智能工廠
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工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念提出以來，全球產(chǎn)業(yè)界積極開展應(yīng)用實(shí)踐和探索，新一輪科技變革和業(yè)務(wù)創(chuàng)新蓬勃興起，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐漸發(fā)展為重要的智能基礎(chǔ)設(shè)施、先進(jìn)的生產(chǎn)力和新型的經(jīng)濟(jì)形態(tài)。
自2016年6月起，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟面向成員單位及全社會啟動了先進(jìn)應(yīng)用案例征集工作，旨在尋找我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和技術(shù)的最佳實(shí)踐，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施部署提供示范和標(biāo)桿。通過聯(lián)盟專家組的多次評審，2016年共評審出12個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)秀應(yīng)用案例并匯編成冊，于2017工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)峰會上正式發(fā)布。
智能化生產(chǎn)領(lǐng)域案例一：
數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能制造-18號智能工廠——三一“智造”工業(yè)革命
導(dǎo)讀
在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的大背景下，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為特點(diǎn)的智能制造已成為未來發(fā)展趨勢。“中國制造2025”、“德國工業(yè)4.0”、“美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”等制造業(yè)國家戰(zhàn)略，均旨在構(gòu)建自身的智能制造體系，特別是新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，以促進(jìn)制造模式、生產(chǎn)組織方式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)的深刻變革，改變?nèi)蛑圃鞓I(yè)的發(fā)展格局。
三一集團(tuán)始創(chuàng)于1989年，是中國領(lǐng)先、全球第五的工程機(jī)械制造企業(yè)，年銷售600億元，產(chǎn)品銷往全球100多個國家和地區(qū)，作為重工領(lǐng)域的標(biāo)桿，三一集團(tuán)以其18號廠房成為智能制造應(yīng)用基礎(chǔ)的示范。
“18號廠房更像是一個大型計算系統(tǒng)加上傳統(tǒng)的操作工具、大型生產(chǎn)設(shè)備的智慧體，每一次生產(chǎn)過程、每一次質(zhì)量檢測、每一個工人勞動量都記錄在案。裝配區(qū)、高精機(jī)加區(qū)、結(jié)構(gòu)件區(qū)、立庫區(qū)等幾大主要功能區(qū)域都是智能化、數(shù)字化模式的產(chǎn)物?！?/p>
【高度離散制造企業(yè)的困局】
三一是一個高度離散型制造企業(yè)，這種制造模式分散且獨(dú)立，需要大量的人力物力，造成企業(yè)成本提高，這種制造模式顯然不能滿足企業(yè)高質(zhì)量的發(fā)展需求。三一積極借助信息化時代的優(yōu)勢，導(dǎo)入智能制造模式，優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)，提升設(shè)備生產(chǎn)制造能力，積極應(yīng)對工程機(jī)械企業(yè)多品種、高效率、高質(zhì)量、低成本方面的壓力與挑戰(zhàn)。
本項(xiàng)目建設(shè)實(shí)體18號廠房建筑面積10萬平方米，是亞洲最大的單體生產(chǎn)廠房，有混凝土機(jī)械、路面機(jī)械、港口機(jī)械等多條裝配線，是三一重工總裝車間，年產(chǎn)能300億元，生產(chǎn)的混凝土機(jī)械全球第一，港口機(jī)械中國第一。
【技術(shù)創(chuàng)新，智能引領(lǐng)】
（1）總體架構(gòu)
18號智能工廠從產(chǎn)品設(shè)計→工藝→工廠規(guī)劃→生產(chǎn)→交付，打通產(chǎn)品到交付的核心流程，總體架構(gòu)如圖1所示。
圖1 18號廠房智能工廠總體結(jié)構(gòu)圖
1）全三維環(huán)境下的數(shù)字化工廠建模平臺、工業(yè)設(shè)計軟件，以及產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化研發(fā)與協(xié)同；
2）多車間協(xié)同制造環(huán)境下計劃與執(zhí)行一體化、物流配送敏捷化、質(zhì)量管控協(xié)同化，實(shí)現(xiàn)混流生產(chǎn)與個性化產(chǎn)品制造，以及人、財、物、信息的集成管理；
3）自動化立體庫/ AGV、自動上下料等智能裝備的應(yīng)用，以及設(shè)備的M2M 智能化改造，實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間的互聯(lián)互通與信息握手；
4）基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集和支持?jǐn)?shù)字化車間全面集成的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，驅(qū)動部門業(yè)務(wù)協(xié)同與各應(yīng)用深度集成。
（2）基于三維仿真的數(shù)字化規(guī)劃
通過對整個生產(chǎn)工藝流程建模，在虛擬場景中試生產(chǎn)，優(yōu)化規(guī)劃方案。在規(guī)劃層面的仿真模型實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能分析與評估，通過預(yù)測未來可能的市場需求，動態(tài)模擬廠房生產(chǎn)系統(tǒng)的響應(yīng)能力；在裝配計劃層面的仿真模型中，通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行節(jié)拍平衡分析與優(yōu)化，規(guī)劃最優(yōu)的裝配任務(wù)和資源配置。
圖2 基于三維仿真的數(shù)字化規(guī)劃應(yīng)用圖
（3）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與智能產(chǎn)線
利用智能裝備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、機(jī)器換人，提升生產(chǎn)效率；同時搭建工業(yè)生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)，通過網(wǎng)絡(luò)連入機(jī)臺，實(shí)現(xiàn)機(jī)臺的生產(chǎn)信息采集、機(jī)臺互聯(lián)，以及自動控制與數(shù)據(jù)傳輸，使機(jī)臺使用率最大化。
圖3 智能裝備的應(yīng)用示意圖
基于物聯(lián)網(wǎng)平臺集成的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)，建立產(chǎn)品、工藝、設(shè)備、產(chǎn)線等數(shù)字化模型，提供生產(chǎn)工藝與流程優(yōu)化、設(shè)備預(yù)測性維護(hù)、智能排產(chǎn)等新型工業(yè)應(yīng)用。
圖4 工業(yè)生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖
（4）MES和ERP無縫集成
集成MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了客戶訂單下達(dá)到生產(chǎn)制造、產(chǎn)品交付以及售后追蹤的全流程信息化，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)制造現(xiàn)場與客戶的實(shí)時交互。客戶的個性化需求可以第一時間到達(dá)計劃、制造、商務(wù)等相關(guān)部門，制造人員就能直接按照客戶的要求進(jìn)行快速生產(chǎn)和交付，客戶也可以隨時了解所購買設(shè)備的生產(chǎn)進(jìn)度。
圖5 SANY MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
生產(chǎn)現(xiàn)場以MES系統(tǒng)為主線，輔助智能派工、現(xiàn)場LED看板等可視化信息，集成化計劃/物流/質(zhì)量等控制系統(tǒng)，從生產(chǎn)計劃下達(dá)、物料配送、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)查詢、質(zhì)量管理等維度進(jìn)行在線管控，實(shí)現(xiàn)了人員、資源實(shí)時調(diào)度，生產(chǎn)制造現(xiàn)場與生產(chǎn)管控中心的實(shí)時交互。
（5）公共資源精細(xì)化管理
公共資源定位系統(tǒng)是18號智能工廠的一個重要支撐。公共制造資源定位平臺融合不同的定位方式并滿足不同的業(yè)務(wù)需求的同時，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的共用，達(dá)到減少重復(fù)建設(shè)、提高基礎(chǔ)設(shè)施利用率的目的。
1) 通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對在制品、叉車、人員、設(shè)備資源的實(shí)時定位、追蹤與監(jiān)控；
2) 實(shí)時獲取物料和運(yùn)輸工具的狀態(tài)和位置等信息，并可以通過對這些信息的分析實(shí)現(xiàn)對物料的高效調(diào)度；
3) 綜合運(yùn)用WSN、RFID 和GPS等多種定位技術(shù)，滿足不同制造資源的定位需求。
圖6 公共資源定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
（6）智能化立體倉庫和物流運(yùn)輸系統(tǒng)
智能化立體倉庫和物流運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線所需物料的暫存、揀選、配盤功能，并與AGV配套實(shí)現(xiàn)工位物料自動配送至各個工位。
倉儲模式采用自動化立體倉庫存儲（主要儲存中小件為主）+垂直升降庫存儲（主要儲存小件為主）+平面?zhèn)}庫儲存（主要儲存大件等其他特殊物資），配合全自動化的AGV小車，把工人從繁復(fù)的運(yùn)輸工作中解放出來，使裝配區(qū)內(nèi)整個物流通暢有序，改變將近總量30%的物料種類的儲存和出入庫作業(yè)模式，很大程度地緩和了自動化立體倉庫的出入庫作業(yè)壓力，有效地提高了整個系統(tǒng)的作業(yè)能力。
圖7 智能化立體倉庫和物流運(yùn)輸應(yīng)用示意圖
圖8 智能化立體倉庫和物流運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
（7）SPC質(zhì)量在線檢測與分析
18號智能工廠通過GSP、MES、CSM及QIS的整合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了涵蓋供應(yīng)商送貨、零件制造、整機(jī)裝配、售后服務(wù)等全生命周期的質(zhì)檢數(shù)字化，以及SPC分析、質(zhì)量追溯等功能。
圖9 SPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖10 SPC應(yīng)系統(tǒng)用示意圖
質(zhì)檢員所使用的設(shè)備，以工業(yè)級平板電腦和PDA為載體，在總裝及部裝線全面應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了圖形化質(zhì)檢，指導(dǎo)質(zhì)檢員快速、準(zhǔn)確定位質(zhì)檢部位及質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)檢項(xiàng)圖形化率達(dá)90%以上，質(zhì)檢電子化率100%，全面提升了質(zhì)檢效率。
（8）生產(chǎn)控制中心PCC
廠房建設(shè)有 PCC生產(chǎn)控制中心，通過對生產(chǎn)過程中物料、設(shè)備、輔助生產(chǎn)資源等數(shù)據(jù)采集，并集成PDM\ERP\CRM\MES等應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)訂單執(zhí)行與生產(chǎn)現(xiàn)場的集中管理與調(diào)度。核心業(yè)務(wù)包括生產(chǎn)計劃與執(zhí)行管控、質(zhì)量管控、物流管控，以及生產(chǎn)現(xiàn)場視頻監(jiān)控等。
圖11 PCC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖12 PCC系統(tǒng)應(yīng)用示意圖
離散型柔性制造典范
實(shí)施智能化改造后，18號廠房實(shí)現(xiàn)了廠內(nèi)物流、裝配、質(zhì)檢各環(huán)節(jié)自動化，一個訂單可逐級快速精準(zhǔn)地分解至每個工位，創(chuàng)造了一小時下線一臺泵車的“三一速度”，實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)品混裝+流水”線的高度柔性生產(chǎn)。對整個生產(chǎn)過程的精益管控，大大提高了產(chǎn)品制造過程的質(zhì)量、物流、生產(chǎn)管控程度，企業(yè)生產(chǎn)效率提高24%以上，生產(chǎn)周期縮短28%，減少生產(chǎn)誤操作40%，不良品率下降14%，物流運(yùn)作效率提高18%以上，送貨速度提高12%；節(jié)省人力成本約20%，總體制造運(yùn)營成本降低28%，生產(chǎn)節(jié)能7%。
三一夢、智造路
作為機(jī)械制造行業(yè)領(lǐng)軍者，三一集團(tuán)對智能制造積極配合和大力推進(jìn)，從傳統(tǒng)的粗放型工業(yè)生產(chǎn)模式到積極探索互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)的新型生產(chǎn)模式，用信息技術(shù)對制造業(yè)進(jìn)行升級，建立先進(jìn)的制造和管理系統(tǒng)，做大做強(qiáng)中國制造業(yè)。
繼18號智能工廠建成運(yùn)營后，三一相繼建成了國內(nèi)領(lǐng)先的長沙寧鄉(xiāng)汽車起重機(jī)智能工廠、北京南口樁機(jī)智能工廠、上海臨港挖掘機(jī)智能工廠等。目前，智能工廠技術(shù)已在十多個業(yè)務(wù)單位得到應(yīng)用，助推了集團(tuán)生產(chǎn)模式的變革。
三一集團(tuán)在智能制造總體規(guī)劃、技術(shù)架構(gòu)、業(yè)務(wù)模式、集成模型等方面進(jìn)行了有益的探索和應(yīng)用示范，為工程機(jī)械行業(yè)開展轉(zhuǎn)型升級提供了一個很好的范式與典型，也為我國裝備制造業(yè)由生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型提供了新思路。
(審核編輯: 林靜)
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