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★北京亞控科技發展有限公司

1 方案目標概述

在新一代信息技術與制造技術深度融合的背景下，在工業數字化、網絡化、智能化轉型需求的帶動下，工業互聯網作為全新工業生態、關鍵基礎設施和新型應用模式，通過人、機、物的全面互聯，實現全要素、全產業鏈、全價值鏈的全面連接，正在全球范圍內不斷顛覆傳統制造模式、生產組織方式和產業形態，推動傳統產業加快轉型升級、新興產業加速發展壯大。

肇慶動力在汽車輕量化技術方面已經相較國內同行先行一步，在自動化方面，公司引進了國際一流的生產設備，具備國際先進水平的靜態鑄造生產線；在信息化方面，公司已經建立了ERP、OA系統；隨著國家政策對新能源汽車的大力扶持，相關的零部件需求將會是井噴式增長，肇慶動力也將迎來重大發展機遇，然而，計劃排產不能快速應對需求變化、難以從整體作出最佳生產決策，新產品研發試制周期長，設備狀態難以實時監控，產品無法追溯管理，管理系統多但數據未打通、信息不共享、工序協同困難等傳統制造業的不足，不利于公司的產能大規模提升、快速搶占市場。

項目目標為建設新能源汽車輕量化精鑄件示范生產線及生產互聯網應用示范平臺，構建海量多源多模態制造大數據的采集、傳輸、存儲體系，創新應用MES系統、協同自動化管理系統、APS軟件系統、數據采集系統硬件及軟件、PLM系統、倉儲管理系統、能耗管理系統，通過中央控制室集中管控，從生產過程智能監控、物料全程跟蹤和產品追溯以及能耗精細管理、設備管控、工藝管理等方面實現生產過程管控優化、生產工藝優化、柔性小批量生產、綠色生產，解決行業共性痛點問題。

2 方案介紹

肇慶動力是典型的離散制造企業，屬于鑄造行業，工藝上主要包含鑄造、機加工兩段前后工藝，自身具備完整的汽車零部件技術研發、設計、全流程制造的能力。

目前企業的制造模式還處于傳統的單一流程，即：設計、規劃、采購、生產、物流、銷售等所有環節協同自動化程度較低，協同成本較高，各環節的工業信息化軟件基礎薄弱，數據與流程缺失嚴重。

企業經過考察，最終選定亞控科技科技發展有限公司作為合作方，聯合設計開發生產互聯網應用示范平臺。選定亞控科技是因為亞控科技是一個智能制造軟件、工業互聯網平臺供應商。其平臺組態的特點，可以幫助企業根據業務流程快速構建對應的功能應用，并可在后續迭代過程中隨需而變，靈活性極強，能適應企業的快速發展。其次亞控科技成立20余年，在全國有8大研發中心，30余家分公司及辦事處，可以為項目提供快速支持及全方位服務。亞控擁有全世界最長、最完整的自動化軟件產品線，可以幫助企業實現從底層設備數據采集開始到產線監控、再到生產執行層面的數據與流程貫通。

圖1 亞控產品線

肇慶動力新能源汽車輕量化精鑄件生產互聯網應用創新示范平臺項目基于工業互聯網標準化信息技術，根據企業現狀做好頂層架構設計，把MES系統、PLM系統、SCADA系統、APS系統、能源管理系統、WMS系統、中央控制室、供應鏈系統升級和協同自動化系統作為一個整體進行規劃，貫穿設計研發、生產制造、管理、服務等經營活動的各個環節。構建海量多源多模態制造大數據的采集、傳輸、存儲體系，從生產過程智能監控、物料全程跟蹤和產品追溯以及能耗精細管理、設備管控、工藝管理等方面實現生產過程管控優化、生產工藝優化、柔性小批量生產、綠色生產，解決行業共性痛點問題。

基于本次工業互聯網項目的建設，項目致力于優化提升肇慶動力的制造模式，將企業制造模式由傳統的單一流程改善為各環節高度協同，高度智能的智能制造模式，并將傳統的單純依靠人去決策的模式優化為更多依靠數據去決策指導。體系架構圖如圖2所示。

圖2 體系構架圖

整個工業互聯網平臺分為公司級與產線級兩大部分，各系統根據各自的角色承擔不同的業務支撐。架構分級圖如圖3所示。

圖3 構架分級圖

PLM為數據的源頭，負責定義產品的數據與各項生產資源；ERP主要負責銷售訂單的管理、財務以及成本結算；OA主要負責流程的審批與管理，以及其他辦公業務，跨職能部門的業務的協同處理；WMS主要負責實體倉庫（主要包括原料倉（覆膜砂、鋁錠）、五金倉、低值易耗品、半成品倉、成品倉）的物料出入庫登記管理、庫存管理、庫內盤點以及物料的運輸信息管理。

APS負責統籌整個公司的計劃業務，APS也是與外部系統交互最多的系統模塊；首先，銷售將未來幾個月的銷售預測或實際的銷售訂單錄入ERP，APS從ERP獲取銷售訂單，進行月度主計劃排程，排程過程中需要從PLM獲取產品工藝、生產資源等關鍵基礎數據，之后輸出的計劃需要發送至OA進行計劃審批，之后OA將審批結果反饋至APS；APS模塊主要負責計劃排程，具體會包括基礎數據管理，銷售訂單導入，模擬排程，戰略備庫，主計劃排程，手動排產，物料需求計劃等幾個重要的核心模塊。

計劃經OA審批通過后，APS將作業計劃派工至產線/機臺，具體接收端為現場MES終端，MES組織各項生產資源生產，實時反饋完工進度與異常動態給APS，APS根據MES的執行情況動態調整計劃，MES關聯生產過程的人、機、料、質檢結果等信息用作生產事后統計與產品精細化追溯、效率與品質、成本分析改善，績效考核。

MES根據現場的實時進度，需要將物料的需求信息發送至WMS進行物料的實時拉動，以保證物流配送的效率；MES在業務上主要現場的生產制造執行與跨部門的生產業務協同，具體包括生產執行與報工，防錯管理，質量管理等幾個核心模塊，以及人員績效，生產統計，模具管理，設備管理，物料配送管理，生產可視化，用戶管理等模塊。

數據采集（SCADA）主要分為能耗采集、生產設備的狀態信息與過程工藝參數采集、產品計量檢測信息采集等共計三類；SCADA采集的數據主要服務于MES的數據收集以及各主要模塊如質量檢驗與產品追溯、實時報工，生產統計等的建設；其次服務于EMS能耗管理系統的能耗數據監測與收集，統計分析，以便節能降耗；EMS能源管理系統主要監測公司生產區域能耗情況，并做能耗統計、分析，結合鋁合金鑄造行業能耗計算與評價標準，對肇慶動力能耗水平做分級評價；根據統計的能耗情況，結合各生產工藝環節的產量，將能耗歸集到單件產品。

系統采用亞控科技管控一體化全組態平臺KingFusion、數據采集平臺KingIOServer、SCADA組態軟件KingSCADA和實時數據庫KingHistorian作為企業工業互聯網平臺的基礎建設平臺，平臺皆為亞控科技獨立自主開發，保證安全可控。

KingFusion3.6全組態管控一體化平臺可以輕松幫助工程師搭建靈活全面的工業互聯網平臺，可視化的組態開發環境，可快速完成解決方案的開發與應用。靈活部署的運維中心，輕松實現系統的遠程在線部署及診斷。支持本地化、云端的多平臺部署方式，輕松實現平臺的跨平臺搭建。

KingIOServer作為一款獨立的數據采集平臺，實現了對5000余種設備的數據采集；支持多種數據庫，多種方式的存儲，可為第三方軟件或者數據采集監管平臺提供標準統一的數據源。

KingIOServer致力于提供高效可靠的解決方案，可廣泛應用于市政、油氣、電力、礦山、物流、汽車、大型設備等行業，為監控中心（SCADA/HMI）、能源管理系統（EMS）、制造執行系統（MES）、企業資源計劃系統（ERP）等提供原始數據支撐。

圖4 產品結構圖譜

這些系統部署至工業互聯網平臺，在企業內部建設了工業網絡。針對智能工廠的建設需求，同時考慮支撐未來各類的設備會越來越多，生產車間的交互數據越來越多，對信息傳輸的速度的和響應時間有較高的要求，將網絡構架分為三層，分別是辦公內部網絡、車間環形工業以太網、車間現場總線，系統網絡構架拓撲圖如下所示。

辦公內部網絡主要指涉及公司研發設計、經營管理的網絡，通過辦公內部網絡可以連接企業的各業務系統。辦公內部網絡與車間工業網絡通過防火墻隔離，保證了生產數據的安全與防干擾。

車間環形工業以太網是指為保障智能制造車間數據傳輸和交互而建設的工業網絡，環形以太網主干采用環形搭建，大大降低了網絡斷開的風險，保證了網絡的通暢。主干網配置具有管理環網功能的三層交換機。現場的智能設備、視頻監控系統可根據需要通過主干交換機接入車間環形以太網。

車間底層的現場總線主要是將生產現場底層的未接入環網的設備以及主控PLC與從站PLC進行連接，底層設備現場總線技術采用Profibus、Profinet、Modbus等主流技術。智能工廠網絡拓撲圖如圖5所示。

圖5 智能工廠網絡拓撲圖

OA系統：作為前端業務環節，兼顧企業協同辦公與生產制造的整合，處在整個價值鏈中提升企業協同效率的關鍵環節，通過OA的建設，將提升企業的信息化、流程管理水平。

PLM系統：管理與產品相關的所有數據、資源和過程，實現與相關應用系統以及信息系統的集成，形成集團內部及供應鏈上下游企業之間的協同工作環境。

APS系統針對動力金屬汽車零部件業務制定總體APS排產框架與業務模塊標準，依據各基地車間的個性化業務，配置不同的優化策略與算法庫，實現企業生產資源配置優化管理。APS邏輯圖如圖6所示。

圖6 APS邏輯圖

WMS系統涵蓋了揀貨管理、收貨管理、移庫管理、補貨管理、盤點管理、人員績效、庫位管理以及批次管理、待檢品與合格品管理、不良貨品管理等環節。

中央控制系統集電視墻拼接技術、多屏圖像處理技術、網絡技術等融合為一體。能夠很好地與用戶監控系統、指揮調度系統、網絡信息系統等連接集成，形成一套功能完善、技術先進的交互式信息顯示及管理平臺。大屏顯示系統實現信號接收轉換；信號顯示預覽預審及多媒體形式展示；多系統集聯，與各種應用平臺進行連接集成；靈活控制，分權分級。

MES包含智能產線終端、質量管理、設備管理、人員績效、生產執行為MES系統的核心業務模塊，其主要對接APS制定的作業計劃，利用產線智能終端模塊，將生產過程的工單、質量、設備、人員等數據收集，并實時報工。

質量管理模塊：MES系統建設有兩個核心目的，“提質”與“增效”。通過全面質量管理解決方案，將產品從先期策劃的設計階段，到生產的制程階段，再到事后的分析改進包含在內，改善品質，降低成本。

設備管理模塊實時收集、記錄和監控設備狀態、警報、參數、實驗結果、數據上傳等，通過建立全面的設備運維體系，降低設備故障率，提升設備利用率。

人員績效模塊采集員工上崗信息，借調信息，出勤信息，工時信息，產量信息，操作行為，對數據分析并與其他模塊集成，實施全面績效管理。

能源管理系統通過對企業的所有相關能源介質的輸入及產出進行梳理和整合，實現覆蓋企業能源供應、生產、輸送、轉換、消耗全過程。

此外，本項目采用的關鍵軟件和設備均為國產自主產品，自主安全可控。系統的實施供應商全部為國內廠商。系統的代碼均為自主開發，擁有完整知識產權。項目的自主安全可靠性高，不存在卡脖子風險。

另外，本項目合作伙伴北京亞控科技發展有限公司，在項目建設進程中，提供了多年行業咨詢、規劃、需求分析的經驗以及平臺開發模型庫，為聯合開發提供了極大的便利，亞控科技秉持著合作共贏的基本思路，為沒有經驗的企業賦能，扶上馬送一程，為后面企業自主實施信息化項目提供了能力，極大的拓寬了企業后續的數字化發展思路。

3 代表性及推廣價值

項目涉及的工業設備、業務系統100%實現“上云上平臺”。實現云端協同設計與共享、產品研發效率提升13%；實現設備利用率提升12%、計劃外故障停機時間減少11%；實現智能化排產排期、生產效率提升5%；實現設備平均能耗降低3.5%、維護和服務成本降低13%；實現交貨期準確率提升15%。

3.1 經濟社會效益

新能源汽車輕量化精鑄件生產互聯網應用創新示范平臺項目在廣東肇慶動力金屬股份有限公司實施成功后，可新增60個就業崗位。

由于生產成本的降低和質量的提升，企業產品在市場內獲得更具競爭力的優勢，可提升市場占有率，項目完成后，建成年產8萬件新能源汽車輕量化精鑄件的生產能力，新增年銷售收入5200萬元，利潤630萬元，新增稅金280萬元。

3.2 產業鏈效益

新能源汽車輕量化精鑄件生產互聯網應用創新示范平臺項目包含眾多模塊，可根據鑄造行業企業的實際需求，向大部分的鑄造企業以銷售、合作開發的形式輸送大量的軟硬件技術，能成功將一些傳統鑄造企業轉型成為自動化水平、信息化水平較高的企業，讓傳統的鑄造企業實現產品品質提升，業務的快速發展。項目的示范與推廣應用成功，必將生產管控產業的建設與發展，對增加新的就業機會及社會發展提供了良好而強有力的支撐，帶動企業及產業鏈數字化轉型。

3.3 技術示范效應

目前我國本土的鑄造企業制造商總數近3萬家，但據統計數據，年產值500萬元以上規模的企業僅6000余家。且大多處于供應鏈的底層，以密集勞動和廉價成本為主要競爭力。同時，我國鑄造行業還存在著很多不足，依然是大而不強，在自主創新能力、資源利用與生產效率、產業與產品結構、信息化程度、質量與效益等方面差距明顯，節能減排和轉型升級任務緊迫而艱巨。

本項目成功實施，可成為行業的標桿，促使行業內的企業學習實施工業互聯網技術，為企業帶來經濟收益。同時解決行業共同痛點，可以在行業內進行橫向復制，實現快速部署。

系統技術本身也有利于推廣應用。系統開發主要面向普通工程師和業務人員，主要依據業務需求和邏輯實現功能配置，編程語言簡單，開發成本較低。系統將業務邏輯模型化，企業業務發生變更，工程師只需改變模型，即可快速實現項目的調整。系統具有行業內快速應用的便利性和較高的推廣價值。

摘自《自動化博覽》2022年11月刊