华正智能工厂信息化解决方案

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1 © 2014 SAP AG or an SAP affiliate company. All rights reserved. 智能工厂信息化解决方案 2 © 2014 SAP AG or an SAP affiliate company. All rights reserved. 内容 22 © 2015 SAP AG. All rights reserved. 未来智能工厂模型及面临的挑战 HZ 智能工厂现状与目标 HZ 智能工厂信息化解决方案 未来智能工厂模型及架构分析 4 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 对德国工业 4.0 的理解 - 高度个性化定制产品的规模化、经济型生产 战略需求与意图： – 最大程度满足客户个性化需求，大规模生产 高度个性化产品 – 实现产品全生命周期管理和数据流的标准化， 缩短从设计到生产的周期 实施目标： – 建立一个高度灵活的个性化和数字化产品与 服务的生产模式 – 确保德国制造业的国际竞争力，争夺新一代 技术与产业革命的话语权 5 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 对德国工业 4.0 的理解 – 三大集成 传统工厂中的网络化生产虽然层次清晰，解决方案成熟，但层间 互操作性很差，影响信息的传递效率和准确性。 工业 4.0 理念下的智能工厂将使生产系统从分层、顺序结构变为 平面结构，形成管理、控制、生产一体化系统； 大幅提升了子系统间数据的调用与互操作的效率和准确性。 网络化生产 纵向集成 智能工厂 6 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 工业 4.0 智能工厂实施参考体系  大规模定制业务支持系统  用户个性化产品配置系统  制造执行系统  设备互联网络  智能制造分析平台  可重构的模块化智能自动化生产系统  可重构、模块化生产单元  自动物料运输系统  智能机器人  全要素设备、人、物料智能互联  通信系统 （无线通信）  传感器 Sensor  标签 RFID 7 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 对德国工业 4.0 的理解 – 三大集成 现有生产模式中，在由产品设计、生产规划、生产工程、生产 执行、服务所购成的产品价值链上，各环节数据来源不同，异 构性强，难以互通，整个价值链的信息无法全透明。 工业 4.0 理念下的智能生产通过对各环节数据统一语义结构 和表达方式，使价值链上全流程数据透明、互通。 价值链端到端 工程数字化集成 8 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 对德国工业 4.0 的理解 – 三大集成 每个企业出于核心技术保密以及采用的生产系统软硬件不 统一等原因，物流信息无法互通，无法构成紧密的价值网络， 使价值网络整体的竞争力难以提升。 工业 4.0 战略依托信息物理系统以及信息安全技术解决了 上述问题，使价值网络上的企业紧密结合，物流信息智能传 递，互相弥补，使整个价值网络的竞争力得以提升。 价值网络横向集成 SCM ERP CRM 未来智能工厂面临的挑战 10 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 智能制造必须解决的各种关键挑战： BUFFER BUFFER BUFFER BUFFER COMPONENTS PRODUCTS 生产环节中产品追溯管理 动态调整生产资源 生产设备监控与预警 物料生产监控 工厂设备信息 产线 & 工序信息 厂内物流信息 车间环境信息 物料信息 物料精确配送 库存信息 人员信息 设备维护与监管困难 生产成本增加 生产数据采集实时性不高 影响产线运行效率 质量监控信息化程度低 无法及时发现产品安全问题 11 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 智能制造的 6 个关键场景（互联制造） 服务提供商 生产设备云 5 5 1 业务层 MES 自动控制层 设备层 制造企业 2 1 订单协同 OEM 3 3 供应商 制造协同 4 4 6 个关键场景： 业务层到车间层 设备到设备 订单平台集成 制造协同 生产设备云 产品服务云 1 2 3 4 5 6 产品服务云 6 12 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 智能制造 - 端到端的业务流程 电子商务 可通过全渠道销售方案创建电子销售订单，可以通过配置创建个性化产品询价单，报价 单和订单，并无缝集成至后台 ERP 系统 1 需求 在 SAP ERP 系统同时创建销售订单，并通过 MRP 或高级排程功能创建采购订单和计划 订单，进行生产准备 2 设计 对产品进行模块化设计，通过属性进行配置。针对客户的个性化要求，进行设计修改等 工程变更管理，确保工程设计顺利交接给制造执行 3 制造 与自动化设备集成，控制生产执行过程，根据不同的配置传递不同的参数，管理车间物 料消耗和质量控制，实时车间生产信息显示和分析 4 交付 实时生产报工并回传至 ERP 系统，集成仓储及物流系统 5 预测及服务 对车间采集上来的大数据进行存储和分析，挖掘设备运行模型，预测设备健康度，并通 过移动方案提供快速相应服务 6 单件生产 对变更的快速 响应 灵活性 高透明性 个性化产品的 追踪 13 © 2014 SAP AG or an SAP affiliate company. All rights reserved. 内容 13 1 © 2015 SAP AG. All rights reserved. 智能制造工厂面临的挑战 HZ 智能工厂现状与目标 HZ 智能工厂信息化解决方案 14 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. HZ 新材工厂管理提升关键需求 HZ 新材工厂是全自动化流水线生产，生产工艺流程类似右图所示。 其智能化生产的初步需求包含几点：  原材料管理  智能排产  生产报工  设备监控（双向交互）  产线看板（订单进度、异常状态等）  中控中心（大屏幕）  能源管理 15 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 15 15 © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. HZ 新材生产流程现状 目前生产工艺流程 在最后的包装阶段，需要人工手动输入系统，效率很低，容易出错 各设备相互独立，其状态只能通过人员到达现场实地观察 能源消耗只能通过人工抄表的方式进行，并且无法进行对比分析，难以确定能源消耗异常的原因 目前质检方式都是通过人工操作，包括破坏性检验和外观检查。 可能提高的方面 调胶 上胶 选片 组合 热压 剪裁 打包 质检 质检 质检 16 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 16 16 © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. HZ 新材智能工厂目标构想 实时能源消耗监控，历史数据报报表汇总及多维度分析，多维度，为管 理者的决策提供数据支持 利用电子屏幕，实时监控各个设备状态，使用 3D 模型展示工艺流程，及 设备运行情况，并且能够将相关信息通过邮件或移动设备推送给相关负责 人，使得工作人员不必亲临现场就能实时获取产线的状态。同时，报表分 为参观展示和内部管理两部分。 柔性 制造 敏捷 物流 节能 环保 实时 监控 优化工厂车间布局，提升厂内外物流透明度。运用 RFID 等移动先进技术， 运用到立体仓库的管理，实现敏捷物流 优化现有生产工艺过程，提高设备利用率，加强车间物流管控透明度，提 升供应链反应速度，缩短订单交付周期和客户满意度。 17 © 2014 SAP AG or an SAP affiliate company. All rights reserved. 内容 17 1 © 2015 SAP AG. All rights reserved. 智能制造工厂面临的挑战 HZ 智能工厂现状与目标 HZ 智能工厂信息化解决方案 HZ 新材智能工厂解决方案 --- 基于工业物联网的定制化生产控制平台 19 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 智能分析 HZ 智能工厂业务全景图——“数据联通” +“ 大数据应用” MES ERP » 物料数据主 » 物料清单 » 变式管理 » 工艺路线 » 工时确认 » 生产订单确认 » 库存更新 » 工艺路线 » 每道工序的车间控制 » 数据采集 » 质检 » 报工 PLC ( 设备 ) » 机器报告完成并发出下一个操作请求 » 传感器信号 » 客户订单 » 生产订单 » SFC 编码 » 产成品物料编码 » 原材料编码 » ME 的参数控制执行 » 机器状态， AGV 状态， 工站状态 » 客户订单 » 订单状态更新 » 挖掘制造数据 » 工站号 » 计数器 » 传感器检测装物料的 托盘 » 传感器检测原材料的 料架 » 动态生产 » 降本增效 » 风险预测 20 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 企业营运层 工厂管理层 SAP Business Solutions （ PP, MM, PM, QM, HR, PP/DS ） 车间设备与工控系统 LIMS Historian HMI Weigh Scale PLC SCADA Inspection EQP SAP MII 制造集成与智能 SAP ME 制造执行管理 设备自动化及控制 HZ 智能工厂 IT 架构 MES HZ 新材智能工厂解决方案 --- 打造基于工业物联网的定制化生产控制平台 22 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 传统生产线管控模式 •按照管理层次划分 • MES 系统 • OPC 服务器 • PLC 控制器 • 机器人 / 机床控制器 • 按照业务领域划分 • 信息域 • 网络域 • 控制域 MES 系统 OPC Server DCOM 接 口 PLC 控制器 I/O 变量 机床 / 机器人 控制 器 ProfiNET 接口 信息域：布局、流程、 工艺、菜单、工步、事件 网络域：拓扑、协议、 通讯握手、权限、时序连接 控制域：内存地址、变 量类型、运动路径、动力 源、空间坐标… 23 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 传统管控模式的弊端 出库 打磨控制 入库 主 PLC 4 Servo Aix 待加工工件 机 器 人 视觉处理系统 HMI CNC MES Z X Y 机器人 视觉处理系统 从 PLC 从 PLC 从 PLC 产线重构 • 重新设计通讯、逻辑控制。 • 设置 406 个 I/O 变量，配置 97 个 逻辑模块。 • 通过断电重启来切换 Profinet 网 络连接拓扑 • 配置 105 个 OPC 变量 • 至少需要两周的变更时间 24 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 新的生产管控模式  物联化的 CPS 管控  底层设备智能化、 Web 化  生产资源 / 设备能力模型化  通过统一模型实现工艺到控制的 自适应贯通 MES 系统 软件定义网络 服务适配器 TCP/IP 机床 / 机器人 智能控制器 服务组合 Web Service / UA 消息总线 复杂事件处理 Web Service / 消息总线 信息、网络、控制 统一模型 单步控制 动作组合 生产过程编排 工艺分解 ProfiNet 25 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 设备能力模块化、可组合 针对具体生产需求可视化配置工艺过程，快速形成装配 / 加工逻辑，并部署执行 WS WS WS WS WS 抓 取 拿 放 WS WS 工艺库 举升 打磨 抓 打磨 可视化的工艺拖拽设计 搬运 搬运 取 放 工艺管理系统 工艺过程 设备能力 新的生产管控模式 26 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 产品变化，语义规则库在线调整，产线动态重构 生产设备虚拟化，即插即用 生产设备状态实时感知，预测性维修  实现个性化生产  编程复杂度降低 90%  设备可用时间提升 30% 新的生产管控模式 - 特点 27 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 基于工业物联网的定制化生产管控平台 泛在化 感知 设备模块化可组合，软件定义的生产 全流程、全生命周期优化 Wireless 语义 Web 机械特性 电气特性 通信特性 运行效率 振动、温度、噪声、电压、电流、功率因数、 通信时延、位置 28 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 工业无线技术 工业无线技术是实现工业 4.0 定 制化可重构生产的重要使能技术  线缆安装与维护成本极高，在灵活性、可 达性、可维护性、覆盖能力方面有难以逾 越的困难。 • 美国能源部统计：北美工业用传感器 的市场份额 110 亿美元，安装和布线 成本超过 1000 亿美元。 工业无线技术将使工业生产效率提高 10 ％，使排放和污染降低 25 ％。 29 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 工业无线技术 实现生产线、机器人的无线化 30 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 工业无线 WIA-FA 技术 突破了工业无线网络抗干扰、高并发、高实时等关键技术 提出了具有射频环境认知能力的自适 应跳频技术 提出了频域轮询的高并发接入技术 IEEE 802.15.4 16个可用信道 在线信道 状态测量 干扰信道 序列 跳频序列自 适应调整 跳频通信 网络拓扑 Time 2.483 信 道 Time 信 道 2.400 WIA-FA • 用于工厂自动化的工业无线网络 （ Wireless network for Industrial Automation –Factory Automation ） 31 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. WIA-FA 体系结构和设备 增强星型网络 NM/SM位置 工厂控制网络 无线连接 主控计算机 主网关 接入设备 现场设备 冗余网关 GW-AD有线连接 现场设备 接入设备 冗余网关 主网关 主控计算机 WIA-FA 网关设备和接入设备 小 型 化 通 用 低 成 本 WIA-FA 现场设备 32 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. WIA-FA 技术指标 延迟 <10ms 可靠性 >99.99% HZ 新材智能工厂解决方案 --- 打造端到端的生产执行系统管控平台 34 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. 34 34 © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. Main Business Scope 实时监控 能源监控与分析 设备利用率 报警框架 主数据与集成 计划排程 物料管理 质量与设备管理 35 Public © 2016 SAP SE or an SAP affiliate company. All rights reserved. ME  ERP Release 工单给 MES  工单下线  物料耗用及在制品状回馈到 ERP  工单完工讯息回馈至 ERP  物料批号和序号条形码管理  物料领 , 退 , 报废流程 (ERP 集成 )  物料上料确认  物料短缺看板  物料追溯 工单完工报工 (ERP 集成 ) 物料 , 工时 , WIP ，完工数…  生产追溯 (Lot History)  在制品状况  物料状况  投入产出  生产效率分析  品质报告  设备效率分析  物料良率分析  人员效率分析  订单完成状况  KPI 设定与管理  设备状况及属性管理  工具使用状况及预防性维护  设备设备集成  OEE 设备利用率分