1、企業(yè)信息化數(shù)字化和智能化工廠,柴天佑,東北大學(xué)國家冶金自動化工程技術(shù)研究中心,報告提綱,1、信息化是走新型工業(yè)化道路必然選擇 2、企業(yè)信息化的內(nèi)涵 3、流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng) 4、離散工業(yè)集成制造系統(tǒng) 5、企業(yè)信息化的實施策略,十六大的報告明確指出：,“實現(xiàn)工業(yè)化仍然是我國現(xiàn)代化進(jìn)程中艱巨的歷史性任務(wù)。信息化是我國加快實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的必然選擇。堅持以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子?！?1、信息化是走新型工業(yè)化道路必然選擇,1) 信息化是提高企業(yè)知識生產(chǎn)力的最有效的工具,現(xiàn)代管理之父杜拉克

2、指出:“知識生產(chǎn)力將日益成為一個國家、一個產(chǎn)業(yè)、一家公司的競爭實力的決定性因素”，“無論什么傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，之所以能發(fā)展壯大，就是因為它們圍繞知識和信息進(jìn)行了重組。” 采用信息化的手段,圍繞著生產(chǎn)過程的信息和知識對生產(chǎn)過程進(jìn)行重組,將優(yōu)秀的生產(chǎn)與操作經(jīng)驗、專有技術(shù)和知識提煉和融合到上述軟件系統(tǒng)中去，極大地提高生產(chǎn)力。,金字塔型組織 扁平化組織結(jié)構(gòu) 管理組織層次 金字塔型組織：,2) 只有通過企業(yè)信息化才能實現(xiàn)企業(yè)扁平化管理,經(jīng)營決策,企業(yè)管理,生產(chǎn)調(diào)度,過程優(yōu)化,過程控制,Purdue 模型,實行扁平化管理的幾個例子： 美國通用電器公司從董事長到一般職工，管理層從26層減到5層。60多個部門組合為1

3、2個業(yè)務(wù)部，管理人員減少1/4，1996年利潤居全美榜首。 日本興亞電工公司（KOA）廢除中層管理職務(wù)后，銷售額上升14%、利潤增加37%。 美國IBM公司、英國石油公司和電訊電報公司均做大幅度體制改革，取得顯著效果。,韓國浦項鋼廠 浦項董事長劉常夫認(rèn)為： 21世紀(jì)信息管理將成為浦項生存與發(fā)展的關(guān)鍵，建立生產(chǎn)指揮中心： 新產(chǎn)品開發(fā)周期由4年縮短到1.5年； 交貨期由20-30天縮短到7天； 客戶產(chǎn)品庫存天數(shù)由30天縮短到24天以下； 月決算時間由6天縮短到1天； 標(biāo)準(zhǔn)成本計算時間由35天縮短到3天； 庫存原料周轉(zhuǎn)率由8.7次增加到12次。 1998年銷售額達(dá)92億美元，凈利潤9.297億美元，

4、 粗鋼產(chǎn)量2560萬噸，職工19300人，產(chǎn)量、人均產(chǎn)量均列世界前茅。,遼寧省排山樓金礦 ：黃金回收率提高1以上；生產(chǎn)能力由1200噸日提高到2000噸日，剝采比由10：1降低到6.5：1，選礦成本由73.03元噸降為37元噸，采礦成本由57元噸降為43元噸，人均勞動生產(chǎn)率75萬元，是同類企業(yè)的平均水平的17倍。(圖一所示),圖一 排山樓金礦,據(jù)美國MESA1996年調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果,生產(chǎn)周期時間縮短率為35%; 數(shù)據(jù)輸入時間縮短率為36%; 在制品削減率為32%; 文書工作削減率為67%; 交貨期縮短率為22%; 不合格產(chǎn)品減低率為22%; 文書丟失減少率為55%.,據(jù)美國ARC公司調(diào)查,基于三

5、級結(jié)構(gòu)的MES可獲得效益為:質(zhì)量提高19.2%,勞動生產(chǎn)率提高13.5%,產(chǎn)量提高11.5%.,1999年，美國“財富”雜志發(fā)表文章稱MES是 “ERP市場的挑戰(zhàn)者”。該文介紹年產(chǎn)值16億美元的美國化纖企業(yè)Unifi公司，其下屬Yadkinville廠應(yīng)用MES軟件后，效益增加69%，實際增效1600萬美元。 基于ERP/MES/PCS三級結(jié)構(gòu)的MES軟件得到廣泛應(yīng)用，據(jù)美國MESA調(diào)查，美國MES軟件市場規(guī)模：1993年為1.5億美元，1994年和1995年年增長率為30%，1996年達(dá)到8.65億美元，1998年10.1億美元，予計2003年將增加三倍。,3）生產(chǎn)制造過程的信息化是實現(xiàn)綜合

6、生產(chǎn) 指標(biāo)優(yōu)化的保證,歐洲鋼鐵工業(yè)技術(shù)發(fā)展指南指出：“對于降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少環(huán)境污染和資源消耗只能通過全流程自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計來實現(xiàn)”。 (Charbonnier et al.1999),綜合生產(chǎn)指標(biāo)的分解,4）生產(chǎn)制造過程的信息化是實現(xiàn)敏捷制造的保證,現(xiàn)代化的通訊網(wǎng)絡(luò)將世界連成一體，經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn) 程使世界變成了一個統(tǒng)一的市場，致使產(chǎn)品市場競爭國際化； 產(chǎn)品的品種越來越豐富，產(chǎn)品的批次和批量越來 越少，產(chǎn)品的開發(fā)周期越來越短。,敏捷制造（Agile Manufacturing）把動態(tài)靈活的虛擬組織機構(gòu)、先進(jìn)的柔性制造技術(shù)和高素質(zhì)的人員進(jìn)行全面的集成。 敏捷制造將使企業(yè)實現(xiàn)FT

7、QCS戰(zhàn)略目標(biāo)，即產(chǎn)品的功能(F)全，開發(fā)周期(T)短，質(zhì)量(Q)高，成本(C)低，并能為用戶提供更好的服務(wù)(S)。 建立虛擬企業(yè)和發(fā)展敏捷制造技術(shù)是實現(xiàn)敏捷制造的兩個堅實基礎(chǔ)。 信息技術(shù)是建立虛擬企業(yè)和實現(xiàn)虛擬制造的關(guān)鍵使能技術(shù)。,敏捷制造使企業(yè)管理從金字塔式的多層結(jié)構(gòu)走向扁平化結(jié)構(gòu),企 業(yè),工 廠,單 元,工作站,車 間,設(shè) 備,計 劃,執(zhí) 行,控 制,（a）多級遞階,（b）分布式,縱向集成,縱橫向綜合集成,“小而全”“大而全”企業(yè),突出核心競爭力企業(yè),敏捷制造使企業(yè)“大而全”“小而全”的組織模式走向分工協(xié)作突出核心競爭力的模式,敏捷制造的關(guān)鍵技術(shù),支持敏捷制造的使能技術(shù)：資源共享、信息服

8、務(wù)、虛擬制造、并行工程、建模/仿真和人工智能等; 資源優(yōu)化,包括供應(yīng)鏈的建模和管理; 網(wǎng)絡(luò)平臺(Internet/Intranet/Extranet)。,造船工業(yè)案例分析,韓國造船企業(yè)通過高度信息化和自動化，走集成造船的發(fā)展道路，逐步向敏捷制造模式邁進(jìn)，韓國成為當(dāng)今世界第一造船大國。,韓國造船業(yè)發(fā)展縱向比較：,韓國與中國造船業(yè)的橫向比較（2001年）：,2、企業(yè)信息化的內(nèi)涵,制造業(yè)特點： 離散制造業(yè) 流程工業(yè) 混合制造業(yè),1、調(diào)度和協(xié)調(diào)復(fù)雜 產(chǎn)品部件多，可以獨立加工，生產(chǎn)流程能夠并行、異步進(jìn)行；對于某一產(chǎn)品常有多種實現(xiàn)路徑可供選擇，設(shè)備功能冗余度大，因此增加了調(diào)度和協(xié)調(diào)的復(fù)雜性。 2、資源管理

9、復(fù)雜 由于每個操作可能涉及不同的物料、設(shè)備、工具及文檔等資源，這些資源離散地分布在企業(yè)中，因此在異步、并發(fā)的離散流程中資源管理復(fù)雜。 3、控制量相互獨立、流程切換代價小 產(chǎn)品生產(chǎn)主要通過位移、角度等作為控制量進(jìn)行物理加工，設(shè)備控制參數(shù)由設(shè)計決定，不受物料物性影響，設(shè)備間獨立性強。流程切換不存在象連續(xù)工業(yè)那樣復(fù)雜的啟停和清洗過程，主要是加工程序的上載和刀具的更換，所以切換代價較小。 4、勞力密集型、自動化水平相對較低 離散制造業(yè)企業(yè)由于是離散加工，產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率很大程度依賴于工人的技術(shù)水平，自動化主要在單元級，例如數(shù)控機床、柔性制造系統(tǒng)等，因此,離散制造業(yè)是一個人員密集型行業(yè)，自動化水平相對

10、較低。,離散制造業(yè)的特點,流程工業(yè)的特點 1、復(fù)雜性 主要的流程工業(yè)涉及到原材料和能源的生產(chǎn)加工行業(yè)，如冶金（鋼鐵、有色、黃金）、石油化工、電力等；我國資源的特點：貧礦多，難于提煉，因而其生產(chǎn)加工過程復(fù)雜； 金字塔式的管理模式是層次多，經(jīng)營管理、制造執(zhí)行等過程的信息獲取、控制與管理涉及的變量與參數(shù)多，過程的模型難于描述。 2、技術(shù)密集型 生產(chǎn)過程涉及到工藝、機械裝備、自動控制、工業(yè)工程等專業(yè)知識、經(jīng)驗、專有技術(shù)。,數(shù)字化與智能化工廠,以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的先進(jìn)制造技術(shù)結(jié)構(gòu),數(shù)字化與智能化工廠,制造過程數(shù)字化、自動化、 虛擬化、智能化,生產(chǎn)過程數(shù)字化、自動化、 虛擬化、智能化,管理數(shù)字化與智能決策,

11、設(shè)計數(shù)字化、協(xié)同化、虛擬化、智能化,企業(yè) 數(shù)字化與 智能化,1）離散制造業(yè)數(shù)字化與智能化 設(shè)計數(shù)字化、協(xié)同化、虛擬化、智能化 制造過程數(shù)字化、自動化、虛擬化、智能化 管理數(shù)字化與智能決策 2）流程工業(yè)數(shù)字化與智能化 工藝設(shè)計數(shù)字化、協(xié)同化、虛擬化、智能化 生產(chǎn)過程數(shù)字化、自動化、虛擬化、智能化 生產(chǎn)管理數(shù)字化智能決策,企業(yè)信息化的內(nèi)涵 將信息技術(shù)用于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計（工藝設(shè)計）、制造（生產(chǎn)）、管理（生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理）和銷售的全過程，以提高企業(yè)的市場應(yīng)變能力和競爭能力。,企業(yè)信息化的內(nèi)容,設(shè)計信息化（產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計） 計算機輔助設(shè)計(CAD) 并行工程 虛擬制造與流程模擬 設(shè)計過程管理(PDM

12、) 企業(yè)管理信息化 企業(yè)資源（ERP） 制造執(zhí)行（MES） 生產(chǎn)制造過程自動化 優(yōu)化控制與過程控制 加工設(shè)備機電一體化 集成化（強調(diào)企業(yè)內(nèi)部信息集成） 設(shè)計、制造、管理一體化 一體化過程控制 網(wǎng)絡(luò)化（強調(diào)企業(yè)間的資源優(yōu)化）,流程工業(yè)一體化過程控制,流程工業(yè)一體化過程控制技術(shù)是將與產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本相關(guān)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)自動轉(zhuǎn)化為流程工業(yè)生產(chǎn)過程各工序自動控制系統(tǒng)參數(shù)，從而保證達(dá)到產(chǎn)品的微觀組織和最終性能的高技術(shù)。 流程工業(yè)一體化過程控制技術(shù)已經(jīng)成為國際上工業(yè)領(lǐng)域的高技術(shù)發(fā)展潮流和方向。研發(fā)工業(yè)生產(chǎn)一體化的過程控制系統(tǒng)已經(jīng)成為國際上高技術(shù)研發(fā)機構(gòu)與高技術(shù)公司的研究熱點，美國I2等高技術(shù)公司已經(jīng)研

13、發(fā)出某種材料生產(chǎn)一體化過程控制軟件系統(tǒng)，雖然實現(xiàn)了部分功能，但應(yīng)用鋼鐵等材料生產(chǎn)企業(yè)，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 流程工業(yè)一體化過程控制系統(tǒng)是實現(xiàn)流程工業(yè)信息化的關(guān)鍵，是提高流程工業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少資源消耗的有效途徑。,離散工業(yè)設(shè)計、制造、管理一體化是將信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和先進(jìn)設(shè)計制造技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用于企業(yè)產(chǎn)品全生命周期（從市場需求到最終報廢處理）的各個階段。通過信息集成、過程優(yōu)化及資源優(yōu)化，實現(xiàn)物流、信息流、資金流的繼承與優(yōu)化運行，達(dá)到人（組織、管理）、經(jīng)營和技術(shù)三要素的集成，以縮短企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)的時間（T）、提高產(chǎn)品質(zhì)量(Q) 、降低成本(C) 、改善服務(wù)(S) 、清潔環(huán)境（E），從而

14、提高企業(yè)的市場應(yīng)變能力和競爭能力。 離散工業(yè)設(shè)計、制造、管理一體化技術(shù)是全世界制造工業(yè)領(lǐng)域的高技術(shù)發(fā)展潮流和方向。以實現(xiàn)敏捷制造為目標(biāo)的設(shè)計、制造、管理一體化技術(shù)，已經(jīng)成為國際上高技術(shù)研發(fā)機構(gòu)與高技術(shù)公司的研究熱點，它不僅成為制造業(yè)不斷推出新產(chǎn)品、快速響應(yīng)不可預(yù)測的市場并贏得競爭的主要手段，而且成為信息時代提高企業(yè)競爭能力的綜合性高新技術(shù)。如韓國現(xiàn)代重工與美國PTC公司合作開發(fā)以WindeHill為核心的設(shè)計、制造、管理一體化系統(tǒng)，已經(jīng)使企業(yè)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 離散工業(yè)設(shè)計、制造、管理一體化系統(tǒng)具有集成化、數(shù)字化、智能化、敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化的發(fā)展趨勢，使企業(yè)能夠從容應(yīng)付快速變

15、化的市場，獲得企業(yè)的長期效益,最終使企業(yè)實現(xiàn)TQCSE戰(zhàn)略目標(biāo)。,離散工業(yè)設(shè)計、制造、管理一體化,3、流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng),綜合自動化系統(tǒng)是流程工業(yè)信息化的基礎(chǔ) 工業(yè)過程綜合自動化系統(tǒng)將生產(chǎn)過程的生產(chǎn)工藝技術(shù)、設(shè)備運行技術(shù)和生產(chǎn)過程管理技術(shù)集成起來，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制、優(yōu)化運行和優(yōu)化管理，從而保證與產(chǎn)品質(zhì)量、成本、質(zhì)量相關(guān)的綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化。,企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),基于ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng),生產(chǎn)過程綜合自動化系統(tǒng),生產(chǎn)過程管理系統(tǒng),生產(chǎn)過程控制系統(tǒng),計算機支撐系統(tǒng),生產(chǎn)過程綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),生產(chǎn)過程綜合自動化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖,生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)功能,生產(chǎn)計劃系統(tǒng)功能

16、,智能優(yōu)化控制系統(tǒng),智能優(yōu)化控制系統(tǒng)功能,智能優(yōu)化控制策略,產(chǎn)量 質(zhì)量 成本 消耗,智能優(yōu)化控制實施策略,綜合自動化系統(tǒng)案例,酒鋼選礦廠介紹 甘肅酒鋼選礦廠是酒泉鋼鐵（集團(tuán)）公司的原料 鐵精礦的生產(chǎn)廠 年處理鐵礦石800萬噸 礦石含鐵品位33%,酒鋼選礦廠主要設(shè)備,礦石處理: 99臺: 振動篩、皮帶運輸與卷揚系統(tǒng)等 豎爐焙燒: 242臺: 22豎爐, 4 干選機等 磨礦: 115臺: 15球磨機, 8分級機, 7 旋流器等 強磁選: 55臺: 25 磁選機等 弱磁選: 脫水:4 臺脫水槽 磁選: 30臺: 14 磁選機等 濃縮: 146臺: 5 濃縮大井等,酒鋼選礦廠廠景,綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

17、硬件結(jié)構(gòu),圖5 綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu),控制系統(tǒng)照片,礦石處理控制軟件界面,豎爐焙燒過程控制軟件界面,磨礦過程控制軟件界面,磁選過程控制軟件界面,濃縮過程控制軟件界面,豎爐焙燒過程優(yōu)化控制軟件界面,磨礦過程優(yōu)化控制軟件界面,W1: 燃燒室溫度設(shè)定值 , Y1: 燃燒室溫度, W2: 加熱煤氣流量設(shè)定值 , Y2: 加熱煤氣流量, U1: 加熱煤氣閥門開度,圖 6 豎爐焙燒過程實際控制曲線,豎爐焙燒過程,應(yīng)用效果,W3: 給礦量設(shè)定值, Y3: 給礦量, U2: 給礦機電振頻率, W4: 給水量設(shè)定值, Y4: 給水量, U3: 給水閥門開度,圖 7 磨礦過程實際控制曲線,磨礦過程,應(yīng)用成效

18、豎爐焙燒過程 豎爐臺時產(chǎn)率: 提高 0.7 T/h (從 24.9 T/h 到 25.62 T/h) 磁選管回收率: 提高 2% 磨礦過程 磨礦粒度 (-200目): 強磁選:提高 2.92% (從 72.98% 到 75.90%) 弱磁選:提高 2.21% (從 72.80% 到 75.01%) 金屬回收率: 提高 1.25%-2.01% 精礦品位 ： 提高0.5 設(shè)備運轉(zhuǎn)率: 提高 2.98% 減 員: 50%,4、離散工業(yè)集成制造系統(tǒng),集成制造系統(tǒng)是實現(xiàn)設(shè)計、制造、管理一 體化系統(tǒng)的基礎(chǔ),計算機集成制造系統(tǒng) （Computer Integrated Manufacturing Syste

19、ms，CIMS） 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng) （ Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS ）,集成制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu),數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng),計算機輔助設(shè)計 （Computer Aided Design， CAD） 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 (Product Data Management ，PDM ),生產(chǎn)計劃系統(tǒng),主導(dǎo)生產(chǎn)計劃(Master Production Schedule ) 物料需求計劃( Material Requirements Planning) 能力需求計劃( Capacity Requirement Planning) 車間場地控制( Sh

20、op Floor Control) 采購( Purchasing) 物料控制( Inventory Control ) 產(chǎn)品數(shù)據(jù)( Product Data ) 費用賬目( Cost Accounting ),生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng),訂單管理(Work Order Management ) 工作站管理( Workstation Management ) 物料跟蹤管理( Inventory Tracking and Management ) 物料輸運管理( Material Movement Management ) 數(shù)據(jù)采集( Data Collection ) 意外事件管理( Exception Ma

21、nagement),維護(hù)管理功能( Maintenance Management function) 操作者管理( Time and Attendance function) 統(tǒng)計過程控制功能( Statistical Process Control function) 質(zhì)量保障功能( Quality Assurance function) 過程數(shù)據(jù)/性能分析功能( Process Data/Performance Analysis function) 文檔/產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理( Documentation/Product Data Management function) 產(chǎn)品跟蹤功能( Genealogy/Product Traceability function) 供應(yīng)商管理功能( Supplier Management ),控制系統(tǒng),機械設(shè)備(Machine Tool) 傳感器( Oven Sensor ) 存儲/回收系統(tǒng)( Storage/Retrieval System ) 機器人( Robots ) 工作單元( Work Cells ) 過程系統(tǒng)( Process system ) 工具存儲