企业信息化-数字化和智能化工厂（68页 PPT）

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企业信息化 — 数字化和智能化工厂智慧工厂报告提纲 1 、信息化是走新型工业化道路必然选择 2 、企业信息化的内涵 3 、流程工业综合自动化系统 4 、离散工业集成制造系统 5 、企业信息化的实施策略 1 、信息化是走新型工业化道路必然选择十六大的报告明确指出： “ 实现工业化仍然是我国现代化进程中艰巨的历史性任务。信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择。坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。” 1) 信息化是提高企业知识生产力的最有效的工具现代管理之父杜拉克指出： " 知识生产力将日益成为一个国家、一个产业、一家公司的竞争实力的决定性因素” ,“ 无论什么传统产业，之所以能发展壮大，就是因为它们围绕知识和信息进行了重组。” 采用信息化的手段，围绕着生产过程的信息和知识对生产过程进行重组，将优秀的生产与操作经验、专有技术和知识提炼和融合到上述软件系统中去，极大地提高生产力。 2) 只有通过企业信息化才能实现企业扁平化管理金字塔型组织一扁平化组织结构 ◆ 管理组织层次总经理生产副总生产班生产车间总经理生产指挥中心生产制造过程金字塔型组织：董事会扁平化组织结构：生产部生产厂生产制造过程工人实行扁平化管理的几个例子： ● 美国通用电器公司从董事长到一般职工，管理层从 26 层减到 5 层。 60 多个部门组合为 12 个业务部，管理人员减少 1/4,1996 年利润居全美榜首。 ● 日本兴亚电工公司 (KOA) 废除中层管理职务后，销售额上升 14% 、利润增加 37% 。 ● 美国 IBM 公司、英国石油公司和电讯电报公司均做大幅度体制改革，取得显著效果。 BPS (Business Planning Svstem) MES (Manufacturing Execution System PCS (Process Control System) BPS/MES/PC S 结构经营决策企业管理生产调度过程优化过程控制 Purdue 模型 · 韩国浦项钢厂 · 浦项董事长刘常夫认为： 21 世纪信息管理将成为浦项生存与发展的关键，建立生产指挥中心：一新产品开发周期由 4 年缩短到 1.5 年；一交货期由 20-30 天缩短到 7 天；一客户产品库存天数由 30 天缩短到 24 天以下；一月决算时间由 6 天缩短到 1 天；一标准成本计算时间由 35 天缩短到 3 天；一库存原料周转率由 8.7 次增加到 12 次。 · 1998 年销售额达 92 亿美元，净利润 9.297 亿美元，粗钢产量 2560 万吨，职工 19300 人，产量、人均产量均列世界前茅。 · 辽宁省排山楼金矿 : 黄金回收率提高 1% 以上；生产能力由 1200 吨 / 日提高到 2000 吨 / 日，剥采比由 10:1 降低到 6.5:1, 选矿成本由 73.03 元 / 吨降为 37 元 / 吨，采矿成本由 57 元 / 吨降为 43 元 / 吨，人均劳动生产率 75 万元，是同类企业的平均水平的 17 倍。 ( 图所示 ) 图一排山楼金矿据美国 MESA1996 年调查统计结果 ■ 生产周期时间缩短率为 35%; ■ 数据输入时间缩短率为 36%; ■ 在制品削减率为 32%; ■ 文书工作削减率为 67%; ■ 交货期缩短率为 22%; ■ 不合格产品减低率为 22%; ■ 文书丢失减少率为 55% . 据美国 ARC 公司调查，基于三级结构的 MES 可获得效益为：质量提高 19.2%, 劳动生产率提高 13.5%, 产量提高 11 5% 1999 年，美国“财富”杂志发表文章称 MES 是 “ERP 市场的挑战者”。该文介绍年产值 16 亿美元的美国化纤企业 Unifi 公司，其下属 Yadkinville 厂应用 MES 软件后，效益增加 69%, 实际增效 1600 万美元。基于 ERP/MES/PCS 三级结构的 MES 软件得到广泛应用，据美国 MESA 调查，美国 MES 软件市场规模： 1993 年为 1.5 亿美元， 1994 年和 1995 年年增长率为 30%,1996 年达到 8.65 亿美元， 1998 年 3) 生产制造过程的信息化是实现综合生产指标优化的保证欧洲钢铁工业技术发展指南指出： “对于降低生产成本、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗只能通过全流程自动控制系统的优化设计来实现”。 (Charbonnier et al.1999) 生产计划生产制造执行综合生产指标：产量、质量、成本、消耗综合生产指标的分解关键工艺参数设定模型消成耗本质量产量各工序关键工艺参数综合生产指标模型各工段生产指标指标优化系统优化控制 · 4) 生产制造过程的信息化是实现敏捷制造的保证口现代化的通讯网络将世界连成一体，经济全球化进程使世界变成了一个统一的市场，致使产品市场竞争国际化；口产品的品种越来越丰富，产品的批次和批量越来越少，产品的开发周期越来越短。口敏捷制造 (Agile Manufacturing) 把动态灵活的虚拟组织机构、先进的柔性制造技术和高素质的人员进行全面的集成。口敏捷制造将使企业实现 FTQCS 战略目标，即产品的功能 (F) 全，开发周期 (T) 短，质量 (Q) 高，成本 (C) 低，并能为用户提供更好的服务 (S) 。口建立虚拟企业和发展敏捷制造技术是实现敏捷制造的两个坚实基础。口信息技术是建立虚拟企业和实现虚拟制造的关键使能技术。敏捷制造使企业管理从金字塔式的多层结构走向扁平化结构企业工厂车间单元工作站设备 (a) 多级递阶 (b) 分布式计划执行控制纵横向综合集成纵向集成敏捷制造使企业“大而全”“小而全”的组织模式走向分工协作突出核心竞争力的模式零部件 2 厂零部件 1 厂设计零部件厂 r 市场集成突出核心竞争力企业零部件厂 “ 小而全”“大而全”企业零部件 2 车间零部件 1 车间零部件车间零部件 n 车间企业组织组装设计核心零件制造企业核心技术外部企业协作市场后勤保障模式车间后勤保障供应供应敏捷制造的关键技术口支持敏捷制造的使能技术：资源共享、信息服务、虚拟制造、并行工程、建模 / 仿真和人工智能等；口资源优化，包括供应链的建模和管理；口网络平台 (Internet/Intranet/Extra net) 。 I II III IV V 时间 1972~1976 ( 三五计划期间 ) 1977~1981 ( 四五计划期间 ) 1982~1991 ( 五五 / 六五计划期间 ) 1992~1996 ( 七五计划期间 ) 1997~2001 ( 八五计划期间 ) 期末造船能力、产量能力： 143 万总吨产量： 81 万总吨能力： 400 万总吨产量： 93 万总吨能力： 600 万总吨产量： 350 万总吨能力： 1000 万总吨产量： 738 万总吨能力： 1300 万总吨产量： 1161 万总吨期末年出口额 3.0 亿美元 8.9 亿美元 41.3 亿美元 71.3 亿美元 97.0 亿美元产品发展建造 20 万吨以上巨型油船等简单船种建造中小型集装箱向、滚装船以及成品油船、化学品船等复杂船舶能建造各种复杂船舶、有些属世界最先进船舶大规模进入型集装箱船市场，在大型油船和集装箱船和集装箱船市场占主导地位大规模进入并主导 LNG 船市场，在大型油船、集装箱船市场占主导地位造船配套设备自给率不足 25% 45% 50% ～ 60% 75% 85% 造船产量在 1973 年居第 16 1981 年居第 2 居第 2 位居第 2 位居第 1 位造船工业案例分析韩国造船企业通过高度信息化和自动化，走集成造船的发展道路，逐步向敏捷制造模式迈进，韩国成为当今世界第一造船大国。口韩国造船业发展纵向比较：指标韩国中国市场份额 33% 11% 产量 ( 万 CGT) 533.5 177.8 生产效率 ( 工时 /CGT) 13 58 175K B/C 总工时 30 万 >100 万 B/C 开工到交船时间 7.5 个月 13.5 个月 VLCC( 船坞周期 ) ~2 个月 5 个月预舾装率 90% 80% 钢材利用率 90% 80% 口韩国与中国造船业的横向比较 (2001 年 ): 2 、企业信息化的内涵 □ 制造业特点： - 离散制造业 - 流程工业 - 混合制造业口离散制造业的特点 1 、调度和协调复杂产品部件多，可以独立加工，生产流程能够并行、异步进行；对于某一产品常有多种实现路径可供选择，设备功能冗余度大，因此增加了调度和协调的复杂性。 2 、资源管理复杂由于每个操作可能涉及不同的物料、设备、工具及文档等资源，这些资源离散地分布在企业中，因此在异步、并发的离散流程中资源管理复杂。 3 、控制量相互独立、流程切换代价小产品生产主要通过位移、角度等作为控制量进行物理加工，设备控制参数由设计决定，不受物料物性影响，设备间独立性强。流程切换不存在象连续工业那样复杂的启停和清洗过程，主要是加工程序的上载和刀具的更换，所以切换代价较小。劳力密集型、自动化水平相对较低离散制造业企业由于是离散加工，产品的质量和生产率很大程度依赖于工人的技术水平，自动化主要在单元级，例如数控机床、柔性制造系统等，因此，离散制造业是一个人员密集型行业，自动化水平相对较低。 □ 流程工业的特点 1 、复杂性 c3 主要的流程工业涉及到原材料和能源的生产加工行业，如冶金 ( 钢铁、有色、黄金 ) 、石油化工、电力等；我国资源的特点：贫矿多，难于提炼，因而其生产加工过程复杂； 3 金字塔式的管理模式是层次多，经营管理、制造执行等过程的信息获取、控制与管理涉及的变量与参数多，过程的模型难于描述。 2 、技术密集型 3 生产过程涉及到工艺、机械装备、自动控制、工业工程等专业知识、经验、专有技术。口数字化与智能化工厂以信息技术为基础的先进制造技术结构先进技术应用技术创造型工厂服务型工厂先进技术生产服务生产信息基础结构自动化工厂基础产品生产成熟技术机器环保型工厂资源再生环境技术应用生产口数字化与智能化工厂设计数字化、协同化、虚拟化、智能化制造过程数字化、自动化、虚拟化、智能化生产过程数字化、自动化、虚拟化、智能化企业数字化与智能化管理数字化与智能决策 1 ) 离散制造业数字化与智能化 ■ 设计数字化、协同化、虚拟化、智能化 ■ 制造过程数字化、自动化、虚拟化、智能化 ■ 管理数字化与智能决策 2) 流程工业数字化与智能化 ■ 工艺设计数字化、协同化、虚拟化、智能化 ■ 生产过程数字化、自动化、虚拟化、智能化 ■ 生产管理数字化智能决策 □ 企业信息化的内涵将信息技术用于企业产品设计 ( 工艺设计 ) 、制造 ( 生产 ) 、管理 ( 生产管理和经营管理 ) 和销售的全过程，以提高企业的市场应变能力和竞争能力。口企业信息化的内容 ■ 设计信息化 ( 产品设计和工艺设计 ) 一计算机辅助设计 (CAD) 一并行工程一虚拟制造与流程模拟一设计过程管理 (PDM) ■ 企业管理信息化一企业资源 (ERP) 一制造执行 (MES) ■ 生产制造过程自动化 - 优化控制与过程控制一加工设备机电一体化 ■ 集成化 ( 强调企业内部信息集成 ) - 设计、制造、管理一体化 - 一体化过程控制 ■ 网络化 ( 强调企业间的资源优化 ) 口流程工业一体化过程控制流程工业一体化过程控制技术是将与产品的质量、产量、成本相关的经济技术指标自动转化为流程工业生产过程各工序自动控制系统参数，从而保证达到产品的微观组织和最终性能的高技术。流程工业一体化过程控制技术已经成为国际上工业领域的高技术发展潮流和方向。研发工业生产一体化的过程控制系统已经成为国际上高技术研发机构与高技术公司的研究热点，美国 12 等高技术公司已经研发出某种材料生产一体化过程控制软件系统，虽然实现了部分功能，但应用钢铁等材料生产企业，取得显著的经济效益。流程工业一体化过程控制系统是实现流程工业信息化的关键，是提高流程工业生产效率和产品质量、减少资源消耗的有效途径。口离散工业设计、制造、管理一体化 ■ 离散工业设计、制造、管理一体化是将信息技术、现代管理技术和先进设计制造技术结合，应用于企业产品全生命周期 ( 从市场需求到最终报废处理 ) 的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、资金流的继承与优化运行，达到人 ( 组织、管理 ) 、经营和技术三要素的集成，以缩短企业新产品开发的时间 (T) 、提高产品质量 (Q) 、降低成本 (C) 、改善服务 (S) 、清洁环境 (E), 从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。 ■ 离散工业设计、制造、管理一体化技术是全世界制造工业领域的高技术发展潮流和方向。以实现敏捷制造为目标的设计、制造、管理一体化技术，已经成为国际上高技术研发机构与高技术公司的研究热点，它不仅成为制造业不断推出新产品、快速响应不可预测的市场并赢得竞争的主要手段，而且成为信息时代提高企业竞争能力的综合性高新技术。如韩国现代重工与美国 PTC 公司合作开发以 WindeHill 为核心的设计、制造、管理一体化系统，已经使企业获得了良好的经济效益和社会效益。 ■ 离散工业设计、制造、管理一体化系统具有集成化、数字化、智能化、敏捷化、网络化、绿色化的发展趋势，使企业能够从容应付快速变化的市场，获得企业的长期效益，最终使企业实现 TQCSE 战略目标。 3 、流程工业综合自动化系统 □ 综合自动化系统是流程工业信息化的基础工业过程综合自动化系统将生产过程的生产工艺技术、设备运行技术和生产过程管理技术集成起来，实现生产过程的优化控制、优化运行和优化管理，从而保证与产品质量、成本、质量相关的综合生产指标优化。口企业综合自动化系统结构集成支撑系统企业资源计划系统 (ERP ) 数据库生产执行系统 ( MES) 计算机网络生产过程控制系统 ( PCS) 口基于 ERP/MES/PCS 三层结构的综合自动化系统备品备件产品库房大修计划设备运行计量生产管理企业管控一体化系统总体结构框架示意图办公自动化人力资源档案管理综合统计生产计划生产统计安全管理供应管理应付帐款原料库房计量综合查询与辅助决策财务管理综合计划管理计算机网络系关统系数据库系统 ERP 层层生产成本计划生产动态成本控销售管理应收帐款项目投资固定资产能源计划能源管理生产过程信息处理系统实时数据库系统赤泥洗涤 DCS 计量数据采集母液蒸发 DCS 生产调度种分 DCS 焙烧 DCS 其他 DCS 选矿 DCS 溶出 DCS 过程 PLC PCS 层生产过程管理系统计算机支撑系统生产过程控制系统口生产过程综合自动化系统生产过程集成自动化系统原料流程工业生产过程生产执行生产过程信息处理系统智能优化控制系统口生产过程综合自动化系统结构计算机网络系统实时数据库计划管理能源计划综合信息查询与辅助决策过程自动化子系统过程自动化子系统过程自动化子系统多媒体监控系统过程自动化子系统生产过程自动化系统生产成本控制与管理物料控制与管理生产管理系统 (MES) 生产成本计划生产作业计划关系数据库物料计划生产统计质量管理能源管理生产调度设备管理产品过程控制子系统过程控制子系统实时数据库关系数据库计算机网络过程控制系统计算机支撑系统口生产过程综合自动化系统功能结构图生产计划生产执行过程综合自动化系统生产管理系统生产计划管理生产统计生产分析物料平衡设备文件设备操作信息收集设备操作设备维护物料管理固定资产调度信息计划和统计信息能量信息动态成本控制信息质量控制信息设备管理信息决策支持生产统计生产调度设备管理质量管理综合查询与决策生产信息管理调度执行日常数据采集生产报告质量信息管理质量索引统计质量统计质量分析 □ 生产执行系统功能生产执行系统生产计划管理生产统计生产分析物料平衡物料采购物料统计物料跟踪物料分析能源信息管理能源消耗数据收集能源消耗数据分析能源设备管理成本计划成本核算成本监控成本分析成本控制 □ 生产计划系统功能物料计划能源计划生产计划系统生产成本计划生产作业计划口智能优化控制系统软件平台硬件平台过程控制系统多媒体监控系统基于