离散生产型制造企业数字化工厂解决方案

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离散生产型数字化工厂整体解决方案 离散生产型数字化工厂整体解决方案 目 录 CONTENTS 01 ╱ 离散生产型数字化工厂愿景 02 ╱ 数字化工厂整体解决方案 03 ╱ 数字化工厂应用案例 01 离散生产型数字化工厂愿景 生产人员密集 ，实 施自动化难度大 生产过程品种交替频繁 ， 产品非标多、变批量大 多品种 离散制造业 > 设备利用率低 > 库存压力大 > 按期履约率低 > 一次检验合格率低 离散生产制造的特点 自动化水平 生产管理 生产计划 按订单组织生产，物料 多，计划执行困难 > 单件、小批量 > 多品种、变批量 > 个性化定制 多品种小批量特征的离散型制造特点： 自动化水平要求很高， 特别是缺陷自动检测， 自动识别能力要求高。 生产过程单一，缺乏灵 活 性；产品变更一次， 调整 周期长。 规模生产 离散制造业 生产计划 生产计划一次要求需求量大，若 生产量不满足，生产成本会增加， 甚至生产计划组织不起来。 > 产量大而品种少； > 工艺过程与生产条件 稳定，不易变更； > 作业分工细，产线长； 离散生产制造的特点 自动化水平 生产管理 大批量单一产品特征的离散型制造特点 : > 生产线调整繁琐 > 设备维护成本高 根据生产过程的特征划分 SMT 贴片生产 机加工生产 组装生产 半导体生产 注塑生产 装配 行业现状及主要痛点 ① 管理过程完全靠人，制度流程无法落实到位 ② 信息靠人工传递，散落在各个环节，缺少集中管理 ⑤ 订单成本无法准确核算，订单无法准确报价 ③ 异常问题无法及时暴露，生产过程不透明 ④ 外协过程缺乏管理，外协延期无法快速识别 从客户下单到订单审核，生产加工，不能严格按制度执行；工艺编制 / 工时审核与生产加工界限模糊，未严格按流程执行。 订单信息通过纸质传递；生产调度依靠调度员口头通知；外协加工进度靠调度员沟通掌握，缺少可视化管理； 成品发货由调度员视情况安排，信息没有及时反馈销售；存在已经交货一年，但尚未开票付款的情况。 订单信息通过纸质传递；生产调度依靠调度员口头通知；成品发货由调度员视情况安排，信息没有及时反馈销售； 存在已经交货一年，但尚未开票付款的情况。 人员工时缺少统计，无法准确核算订单的生产成本，对订单报价 外协发货收货靠调度员管理，外协信息不透明；外协加工进度靠调度员沟通掌握，缺少可视化管理； 外协任务多，个别延期任务，调度员无法及时识别跟催。 战略方向 数字化技术直面企业难题， 将对生产、制造、工艺、人员各 个方面进行持续改进优化，减少 人为因素的影响，使离散生产制 造过程通过数字化化技术实现全 面要素的精确可控，最终为企业 带来全领域质量效益的提升。 数字化技术是解决离散生产制造的关键手段 持续优化的数字化技术将改变一切 设计领域的工艺质量管控 建立设计工艺质量标准与一次成功率 制造领域的数字化设备 互联互通基础的分散式控制生产 人员领域的高效管理 降低人为主观因素 生产领域的计划排产 优化逆向排产能力 数字化技术 直面企业难 题 中 国 家 战 略 ： 中 国 制 造 2025 参 考 德 ： 国 工 业 4.0 数字化工厂愿景： > 数据驱动：整个企业的管理、 生产、制造活动将直接由 “ 企业资源信息集控中心” 进行协调和驱动。 > 物物互通：所有机器实现以 三维模型为信息载体进行呼 应操作。 > 人机互动：通过人工单元、 自动化单元、物流单元的有 机结合，实现各种单元的柔 性生产。 > 虚实互联：采用数字技术 ， 在虚拟环境完成产品设计， 并进行设计和工艺的优化迭 代。 智能化生产控制中心 智能化生产执 行过程管控 智能化仓储 / 运输与物流 现场监视装置 中央控制室 现场 Andon 高级计划排程 执行过程调度 数字化物流管控 数字化质量检测 智能化加工设备 智能化机械手 DNC 智能工具管理 离散型数字化工厂的愿景 公共资源定位系统 智能加工中 心与生产线 AGV 智能小车 数字化工厂 自动化立体仓库 02 数字化工厂整体解决方案 编码系统 PLM （设计、工艺、 制造一体化） ERP MES 装配中心 下料中心 制造中心 立体库 第 1 层 PLC SFC 第 3 层 ERP PLM 智能物流仓 储系统 分部转运系统 多机器人协同生 产线制造 加工中心 检测机器人 分选机器人 装配机器人 托盘库 成品库 辅助机器人 自动生产线 （数据驱动的智能单元、智能生产线） 数字化工厂整体解决方案 系统组成 第 2 层 MES 工厂组态 数字化工厂整体由四大平台组成：决策平台、工程数据平台、辅助平台、实体制造平台。 数字化双胞胎 数字化双胞胎 （直观的数据展示、决策 ） 决策平台 工程数据平台 辅助平台 PLM/ERP/MES （工程大数据） 中控室 EMAIL （数据贯通） …… …… 出库 入库 系 统 门集 户 成 料库 CPS …… 棒料切割单元 型材下料单元 板材套料单元 自动划线单元 BPM OA IMP 分部转 运系统 实体制造平台 工业网络 DNC DNC SFC SFC 决策平台 数字化工厂整体解决方案 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - . 决策平台 虚拟工厂 决策平台就是利用数字技术建立和实际工厂一模一样的虚拟工厂，在虚拟工厂中运用企业知识对产品的设计、工艺规划、生产执行、物流产能等 进行仿真，优化出最佳的生产制造方案；并将工厂的实际生产数据在虚拟工厂中实时的展示出来，管理人员通过增强虚拟现实了解生产线的质量情况、 运转情况、在制品情况等。 物理产品 1 、产品实物 2 、产品试验 3 、产品性能 工位 1 工位 2 产品工艺 作业指导书 生产工艺 1 、装配顺序 2 、物料搬运 3 、人工操作 4 、工艺资源使用 工厂规划 1 、工厂设备及布局 2 、产品生产工艺 3 、物流输送方式及策略 4 、…… 生产车间 决策平台 数字化双胞胎技术 决策平台的核心是采用数字化双胞胎技术，即：通过虚拟工厂对现实的物理工厂进行数字化模拟，虚实互联。 工艺验证 1 、装配顺序仿真 2 、装配工艺仿真 3 、人机工程仿真 4 、机器人仿真 5 、工位布局仿真 生产状态展示 1 、点检信息 2 、设备状态信息 3 、车间生产信息 4 、线边库存 产品模型、工厂模型、 资源、工艺结构 工艺可行性报告、 问题报告 虚拟 生产能力仿真 1 、产线产能 2 、产线瓶颈 3 、设备配备优化 4 、利用率 数字化样机及展示 1 、干涉检查 2 、剖面检测 3 、设计进度展示 4 、大装配展示 模型、尺寸公差、属性信息 设计质量评估、进度反馈 生产工艺、布局、物流策略 产线性能评估及改进方法 现实 工 艺 规 划 工 厂 规 划 生 产 执 行 产 品 设 计 操作视频 决策平台 数字化双胞胎技术 01 产品设计 虚拟工厂将产品设计过程数据形成数字样机，并与 PLM 系统进行集成，在虚拟工厂中进行实时展示，能够调取需要展示的产 品模型在 PLM 系统中存储的各个阶段的研制进度、仿真进度和试验进度，实现产品原理、外形、建模状态、研制计划的完成情 况 、相关技术文档的进度信息等内容的展示，可以有效提升研制过程管理水平。 数字化样机及展示 1 、干涉检查 2 、剖面检测 3 、设计进度展示 4 、大装配展示 物理产品 1 、产品实物 2 、产品试验 3 、产品性能 模型、尺寸公差、属性信息 设计质量评估、进度反馈 相对于建造物理样机而言，建造数字样机是一项成本收益极高的选择，通过虚拟装配仿真验证、振动分析、干涉检查 等功能，实现零部件设计的迭代，替代传统的设计、生产、装配验证模式，帮助公司节约大量成本，大幅提高装配效率， 大幅缩短研制周期。 决策平台 数字化双胞胎技术 01 产品设计 装配、振动、干涉等数字分析 产品物理样机设计 产品数字样机设计 决策平台 数字化双胞胎技术 02 工艺规划 在数字样机完成建造后，就可以在虚拟工厂内进行工位设计、 人因工程分析、 机器人离线编程优化、加工装配工艺仿 真等等工艺规划，在设计阶段就进行可制造性验证，提前进行装配可行性与装配精确性的研究，可以有效减少设计变更。 完成路径规划后，还可以制作可视化的三维电子装配作业指导书，可以提高装配效率与成功率。同时，该指导书还可 以应用于员工培训以及产品的拆装、维护工艺培训等场景。 工艺验证 1 、装配顺序仿真 2 、装配工艺仿真 3 、人机工程仿真 4 、机器人仿真 5 、工位布局仿真 生产工艺 1 、装配顺序 2 、物料搬运 3 、人工操作 4 、工艺资源使用 人因工程分析与工位设计 加工 / 装配工艺过程分 析 机器人离线编程与优化 工艺可行性报告、 问题报告 资源、工艺结构 产品模型、工厂模型、 决策平台 数字化双胞胎技术 03 生产执行 工艺规划完成后，虚拟工厂提供生产执行仿真分析功能，可以进行机器人加工仿真、数控中心刀轨仿真等加工工艺仿 生产车间 工位 1 工位 2 生产状态展示 1 、点检信息 2 、设备状态信息 3 、车间生产信息 4 、线边库存 真。 提前进行机器人与设备、 环境、工件的运动干涉检查；通过仿真生成的 NC 程序、机器人控制程序还可以导出并直接 应 用于生产环境 ，从而减少在实际生产环境下机器人的调试时间，有效缩短新产品加工工艺确定的时间。 机器人生产状态模拟仿真 数控中心刀轨仿真 生产执行仿真分析 产品工艺 操作视频 作业指导书 决策平台 数字化双胞胎技术 03 生产执行 生产执行状态可视化管控 虚拟工厂与 MES 系统进行集成，对真实车间生产状态进行可视化管控， 在虚拟工厂中将加工数据、设备运行状态的实时监控以及通过定制虚拟看板 的方式将管理者最关心的数据集中展示出来，可以有效提升管理水平。 产量 质量 图表 视频 信息 设备 信息 运行 状态 决策平台 数字化双胞胎技术 04 工厂规划 完成产品样机设计、工艺规划、生产执行等一系列仿真分析后，就能够建立虚拟工厂了。通过仿真模型进行设备布局 仿真、物流仿真和产能仿真分析。 工厂规划 1 、工厂设备及布局 2 、产品生产工艺 3 、物流输送方式及策略 4 、…… 生产能力仿真 1 、产线产能 2 、产线瓶颈 3 、设备配备优化 4 、利用率 工厂产能 / 节拍等优化分 析 工厂 / 车间布局建 模 工厂物流分析 生产工艺、布局、物流策略 产线性能评估及改进方法 决策平台 数字化双胞胎技术 04 工厂规划 将影响产能的条件逐一输入，包括各加工单元的加工时间信息，零件投产量与投产顺序、小车数量、速度、缓冲区容量等 条件进行输入，通过仿真计算的方式评估小车数量、速度、投产计划对产出、生产时间带来的影响，以得到最优的配置方案。 通过仿真过程数据 ，以图形化方式随时查看设备利用率、小车利用率等数据，进行各种分析，以充分发掘产线的能力。 工程数据平台 数字化工厂整体解决方案 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - . 编码系统 装配中心 SFC 下料中心 DNC 制造中心 DNC 工程数据平台主 要由产品生命周期管 理系统 PLM 、企业 资 源计划 ERP 、制 造执 行系统 MES 、 信息物 理系统 CPS 组成。其 中编码系 统是整个工 程数据 的应用核心。 立体库 SFC 第 1 层 PLC SFC 第 3 层 ERP PLM 第 2 层 MES 工厂组态 工程数据平台 系统组成 MES ERP PLM （设计、工艺、 制造一体化） 辅助机器人 检测机器人 装配机器人 托盘库 分选机器人 成品库 分部转运系统 多机器人协同生 产线制造 …… …… 出库 入库 智能物流仓 储系统 料库 CPS …… 棒料切割单元 型材下料单元 自动划线单元 板材套料单元 加工中心 分部转 运系统 工程数据平台 实体制造平台 工业网络 PLM 的角色扮演： > 在“三维”数字化工厂框架中 ， PLM 系统居于领导层 ，提供了从 规 划到支持的解决方案。 > 范围覆盖所有相应的部门以及整个供应链 ，从产品市场需求、概 念设计、详细设计、加工制造、售后服务，直到产品报废回收等 全过程的管理。 > PLM 通过使用完整的数字化产品表示形式 ，为所有利益相关者提 供可视化支持，能够快速进行试验分析、更改设计、运行假设分 析方案、细化设计，以及执行其他更多操作。 工程数据平台 PLM—— 产品生命周期管理系统  产品生命周期管理系统 PLM 是数字化工厂的“领导”。 ERP 的角色扮演： > 在“三维”数字化工厂框架中， ERP 系统居于计划层，还能够体 现 企业事前计划、事中控制的思想。 > ERP 通过链接价值链纵向、横向、端到端的所有信息，实时监控、 远程控制、数据分析及预测，拉近消费者与企业的距离，协助企 业在互联网产业环境下快速建立大规模个性化、定制化的智能制 造模式。 > 新一代的 ERP 提高了企业的工作效率，并帮助企业处理更为复杂 的情况，同时还能协助管理者做出更好的决策。 > 工业软件的应用成为核心，协助企业实现纵向、横向的全面整合， 形成从研发到销售再到售后服务的完整价值链闭环。 ERP 工程数据平台 ERP—— 企业资源计划管理系统  企业资源计划管理系统 ERP 是数字化工厂的“大脑”。 MES 的角色扮演： > 对于制造型企业而言 ， MES 扮演的是“从订单出 发到产品完成过程中，将产品及生产现场的实时 信息完整无误地反映给管理者，以促使企业将生 产活动最佳化”的角色。 > MES 完成制造计划的执行，它在制造资源（计划 层） ERP 和信息物理（控制层） CPS 之间架起 了 一座桥梁，是实现车间生产数字化、智能化 的基 本技术手段。 工程数据平台 MES—— 制造执行系统  制造执行系统 MES 是数字化工厂的“神经”。 CPS 的角色扮演： > 采用物联网技术，嫁接智能数据终端，进行设备 监控、物料、人员及流程与测试数据信息的半自 动和自动录入。 > 根据产品特点和管理需求，构建如设备、工具、 质量、工艺、人员等重点关注管理的 IT 子系统， 实时采集生产底层各种数据，加以统计分析和展 示。 > 构建生产过程各个环节的标准化机制，确定哪些 信息可被用来交换，哪些属于标准构件，哪些机 器适用等。 > 管理者结合大数据分析结果，可进行利用和决策。 工程数据平台 CPS—— 信息物理系统（工厂生产底层）  信息物理系统 CPS 是工业互联网的感知层，是数字化工厂的“触角”。 NO 流向 说明 1 DCS-MES DCS 将设备状态、工装、物料等信息反馈 至 MES 作为派工的依据 2 MES-DCS DCS 接收排产的生产指令，按照内部机制 进行立体库捡料， AGV 路线等，开始配送 3 DCS-MES AGV 配送至要求的生产单位，通过机器人 或人工进行上料并反馈结果 4 DCS-MES DCS 实时反馈加工状态及自动检测结果 5 MES-DCS MES 将在线质量分析结果反馈至 DCS ，由 DCS 进行判断是否需要停机 6 DCS-MES DCS 将完工信息反馈至 MES 7 DCS-MES DCS 将入库信息反馈至 MES DCS 数据采集 DNC 8 生产订单 ERP 生产订单 仓库料账 生产作业工单 优先级 物料配送需求 9 1 工程数据平台 信息流模型 智能单位完成内部的上线料，加工和检测。依据 排程自动判断下一作业。调用 AGV 进行配送或入 库，实现柔性制造。 MES 将生产指令（含零件号、工序号、 设备编号、工艺路径编号及其版本） 传递至 DCS/DNC 系统 设备控制 机床工作状态 ( 如 空转、停机、保养、 报警等 ) 过程关键 参数采集等 物料定义及 BOM 工艺路径 作业指导书 NC 程序指引 ID 接收生产指令 数控编程 制造资源管理 制造工艺规划 下达生产任务 原材料领用 刀具工装领用 AGV/ 人工拣配 NC 工作包 作业指导书 图片、刀具清单等 虚拟机床仿真 数字化双胞胎 MES DCS/DNC 接到 MES 通 知后，自动获取 NC NC 程序管理 数据采集 12 11 工装主数据 技术数据 刀具分类 10 APS 高级排产 程序检测 加工参数验证 生产订单 实际排产结果 刀具、工装