智慧工厂车间解决方案

智慧工厂车间

智慧工厂车间解决方案

目录

1项目概述 (4)

1.1项目背景 (4)

1.2项目目标 (4)

1.3适用规范标准 (6)

2需求分析 (9)

2.1计划管理 (9)

2.2工艺管理 (9)

2.3设备管理 (10)

2.4生产报工 (10)

2.5异常管理 (11)

2.6质量管理 (12)

2.7看板管理 (13)

2.8统计报表 (14)

2.9系统安全管理 (14)

2.10系统接口 (14)

3系统解决方案 (16)

3.1网络拓扑图 (16)

3.2数据采集应用架构示意图 (16)

3.3PLC设备数据采集平台 (17)

3.4系统方案结构图 (19)

3.5生产计划排产 (20)

3.5.1ERP 集成 (20)

3.5.2生产任务分解 (20)

3.5.3生产任务派工 (21)

3.5.4返修任务派工 (21)

3.5.5生产任务管理 (21)

3.6设备数据采集管理系统 (21)

3.6.1设备监控系统 (21)

3.6.2程序管理及仿真 (26)

3.6.3运行统计分析 (30)

3.7生产现场管理 (36)

3.7.1生产任务查看 (36)

3.7.2生产进度提交 (37)

3.7.3工艺图文查看 (37)

3.8异常管理 (37)

3.8.1异常类型维护 (38)

3.8.2异常呼叫流程设置 (38)

3.8.3异常呼叫处理 (39)

3.9质量管理 (40)

3.9.1工序质检录入 (40)

3.9.2工序质检查询 (41)

3.10看板管理 (41)

3.10.1生产计划看板 (42)

3.10.2生产进度看板 (42)

3.10.3异常呼叫看板 (43)

3.11统计分析 (43)

3.11.1生产日报 (43)

3.11.2生产月报 (43)

3.11.3人员业绩统计 (43)

3.11.4生产异常统计 (43)

3.11.5质量统计分析 (43)

3.11.6其他 (45)

3.12系统软硬件配置 (46)

3.12.1MES系统配置 (46)

3.12.2设备联网系统配置 (47)

3.13系统运行环境 (47)

3.13.1软件运行环境 (47)

3.13.2硬件配置要求 (48)

4系统技术架构 (50)

4.1系统平台整体业务架构 (50)

4.2系统技术设计思路 (51)

4.3系统软件架构体系 (51)

4.4系统平台底层通信机制 (53)

4.5系统技术特点 (53)

5项目实施方案 (55)

5.1实施策略 (55)

5.2实施方法 (55)

5.3主要实施流程 (56)

5.4项目实施步骤说明 (57)

5.4.1项目启动阶段 (58)

5.4.2需求调研确认阶段 (58)

5.4.3软件功能实现确认阶段 (60)

5.4.4数据标准化初装阶段 (60)

5.4.5系统培训阶段 (60)

5.4.6安装培训工作说明 (61)

5.4.8系统安装测试及试运行阶段 (61)

5.4.9测试计划 (63)

5.4.10软件配置复查 (63)

5.4.11系统交接阶段 (63)

5.5项目实施过程的质量保证 (63)

5.5.1进度报告 (64)

5.5.2技术协调会 (64)

5.5.3项目联络会 (64)

5.5.4项目监理会 (64)

5.6项目工作重点 (64)

5.6.1完成项目总体建设规划 (64)

5.6.2协助硬件设备和系统环境选型 (64)

5.6.3提供细致确认的信息化需求 (64)

5.6.4协助硬件系统实施 (65)

5.6.5系统软件部署集成 (65)

5.6.6应用软件组织实施 (65)

5.6.7系统联网集成测试 (65)

5.7项目测试和验收 (65)

1项目概述

1.1项目背景

该项目重点是实现生产组织全过程中技术准备，生产计划及调度，产品加工，资源保障等部门的信息共享协同工作，保证设备利用率，合理配置和调度资源，提高生产能力。实现业务流程的可视化，促进业务流程的持续优化。

当前所面临的问题主要焦点集中在“针对计划、物料、生产过程问题的解决”。计划层与执行层存在空隙，造成这种空隙的是资源物料，计划，生产过程的不断更新导致。主生产计划及物料需求计划都是建立在理想稳定的状态基础上，然而计划，资源等会在计划到生产这段时间内发生改变，制造环境也可能发生变化，设备的突然故障或者更换以及不合格品率不符合要求都会导致计划的混乱。那么需要计划排程来规避这些问题的发生，有机的将计划，资源，生产串联起来，做到实时化，智能化，集成化的更新。

现公司为了更好的管控车间现场，需要对生产车间内生产设备进行监控管理，并由设备管理延伸到整个车间的生产管控。故需要一套适合机修厂自身的生产管理软件结合设备监控系统来提高工厂对生产现场的管控能力，优化生产。

1.2项目目标

以柔性制造系统、敏捷制造等信息化改造为建设目标，利用传感技术、无线通信技术、计算机网络技术、智能数字化技术、物联网应用服务平台技术等多种现代化技术，打造基于物联网的综合示范平台，建立起一个示范性应用基地。

通过WIP（在制品管理）+SCADA（设备联网）实现敏捷制造的生产管理目标，以信息可视化提供的数据支撑，准确掌握各类生产的资源负荷状况，提高瓶颈资源利用率，提升

原料工装夹具配送精准度、提升生产应变能力。以信息可视化达到问题预判、问题预防，减少生产问题。及时传递操作中的生产作业状态信息，促使解决问题流程的实施及现场管理组体系的完善。以信息化手段，实现可视化全息车间管理。提供多种统计分析，为决策者提供充足的数据依据。打造具有先进性、科学性、前瞻性的现代化生产体系。

可视化的车间管理，提升效益，通过原料准备、生产计划信息、加工过程的透明化、实时化，提升配送精准度，监控生产设备运行情况，确保及时生产配送，提高效率。以设备信息可视化，提高设备信息化水平，提升效率，降低不合格品率，提高用户满意度。以产品生命周期可视化，分析流程瓶颈，有效推进生产协调，降低生产执行出错率，提升部门协作效率。以工艺内容可视化，加强员工自主性，提高数据共享效率，增加产线应变能力。以异常信息可视化，快速响应并有效解决，避免停线，降低风险。通过库存信息透明化、实时化，避免信息传递延时而导致的物料出入库出错，降低仓储成本。行成透明化、实时化、现代化的智慧车间。

1.打造具有先进性、科学性、前瞻性的现代化生产标杆。

2.通过信息化手段实现智能调度排产、生产数据跟踪，提高生产协同效率。

3.通过信息可视化促进精益生产以提升管理过程的问题解决能力，达到问题预判、问

题预防的效果，可视化包括：

1)生产进度可视化：实时对生产进度进行跟踪，挖掘生产瓶颈，提升交期把控。

2)生产质量可视化：分析生产过程中的不良问题，归纳总结不良原因，整理解决

方案，提高生产质量。

3)异常信息可视化：提高异常情况响应速度，保证生产过程流畅性，提高生产效

率。

4.打造信息化工艺流程，生产排产、生产过程高度自动化，将生产工艺标准化，准确

化。

5.通过信息化，智能化，缩减人工成本，提升设备高度协同能力。

6.通过物联网技术实现设备数据自动采集，设备数据和生产数据自动报工。

7.提供多种统计分析，为决策者提供充足的数据依据。

1.3适用规范标准

依据设计施工图纸和技术要求，本项目的材料、设备、施工必须达到下述规范、标准的要求，如下述标准及规范要求相互间有出入时则以最新的较严格者为准。本设计遵循的相关标准规范包括：

1) GB/T 18725-2008 制造业信息化技术术语

2) GB/T 18757 2002 工业自动化系统企业参考体系结构与方法论

3) GB/T 10113 2003 分类与编码通用术语

4) GB/T 22124.3-2010 面向装备制造业产品全生命周期工艺知识第3部分通用制造工艺描述与表达规范

5) GB/T 26327-2010 企业信息化系统集成实施指南

6) GB/T 26335-2010 工业企业信息化集成系统规范

7) GB/T 25486-2010 网络化制造技术术语

8) GB/T 25487-2010 网络化制造系统应用实施规范.pdf

9) GB/T 25489-2010 网络化制造系统功能规划技术规范(1)

10) GB/T 26119-2010 绿色制造机械产品生命周期评价

11) GB/T 25111-2010 网络化制造环境下的制造资源分类

12) JB/T 8823-1998 机械工业企业计算机辅助管理信息分类编码导则

13) GB/T 22454-2008 企业集成企业建模构件

14) GB/T 16642-2008 企业集成企业建模框架

15) GB/T 18726-2011 现代设计工程集成技术的软件接口规范

16) GB/T 18729-2011 基于网络的企业信息集成规范

17) GB/T 20720.3-2010 企业控制系统集成第3部分：制造运行管理的活动模型

18) GB/T 20720.2-2006 企业控制系统集成第2部分：对象模型属性

19) GB/T 20720.1-2006 企业控制系统集成第1部分：模型和术语

20) GB/T 16642-1996 计算机集成制造系统体系结构

22) GB/T 18999-2003 工业自动化系统企业模型的概念与规则

23) GB/T 25109.3-2010 企业资源计划第3部分：ERP 功能构件规范

24) GB/T 25109.4-2010 企业资源计划第4部分：ERP 系统体系结构

25) SJ/Z 11362-2006 企业信息化技术规范制造执行系统(MES)规范

26) SJ/T 11293-2003 企业信息化技术规范第1部分企业资源规划系统(ERP)规范

27) GB/T 25485-2010 工业自动化系统与集成制造执行系统功能体系结构

28) GB/Z 18727-2002 企业应用产品数据管理(PDM)实施规范

29) GB/T 16664-1996 企业供配电系统节能监测方法

30) GB T 15587-2008 工业企业能效管理导则

31) GB/T 8222-2008 用电设备电能平衡通则

32) GB 17167- 2006 用能单位能效计量器具配备和管理通则

33) GB/T 2589-2008 综合能效计算通则

34) GB/T 23331-2009 能效管理体系要求

35) GB/T 3484-2009企业能量平衡通则

36) GB/T 7119-2006 节水型企业评价导则

37) GB/T 13471-2008 节电技术经济效益计算与评价方法

38) GB50174-2008 电子信息系统机房规范

39) GB 50311-2007 综合布线系统工程设计规范

40) GB 50115-2009 工业电视系统工程设计规范

41) GB 50464-2008 视频显示系统工程技术规范

42) GB 50348-2004 安全防范工程技术规范

43) GB 50395-2007 视频安防监控系统工程设计规范

44) GB 50394-2007 入侵报警系统工程设计规范

45) GB 50396-2007 出入口控制系统工程设计规范

46) GB 50371-2006 厅堂扩声系统系统设计规范

47) GB 50174-2008电子信息系统机房设计规范

48) GB50635-2010会议电视会场系统工程设计规范

49) GB50799-2012电子会议系统工程设计规范

50) GB 50343-2012 建筑物电子信息系统防雷技术规范

除执行国家的有关标准外，还应执行机械制造行业的相关标准。无规范和标准时，以设计部门提出经业主同意的标准执行。

2需求分析

2.1计划管理

根据订单和生产计划制定详细排程和车间生产作业计划（是一种资源分配的决策活动。考虑订单优先级、交货期、库存、加工路径、产品特性、加工工序、设备负荷、资源限制等条件，将生产计划与用户订单转化为具体的生产作业计划，排出高效率的日（班、线、台等）的作业顺序，并将设备的调整降低到最小程度。

在系统设计过程中主要由以下需求：

1)总厂计划（系统集成）：在系统设计过程中需要考虑与整厂对各类订单的加工产线

计划导入以及和交货期进行控制管理，并在在MES中进行车间现场详细排产工作。

2)手动排产：该功能模块主要是根据从总厂中读取的主计划进行分解，企业工作人员

根据现场设备负荷、交货期等情况在系统中进行手动排产、派工等操作，可具体到

人员、设备、工位等。

3)生产进度跟踪：可实时了解车间产线现场的各订单的实际进度。

2.2工艺管理

工艺管理是MES系统中必不可少的一个重要环节，工艺管理是企业重要的基础管理，是稳定、提高产品质量、提高生产效率、保证安全生产、降低消耗、增加经济效益、发展生产的重要手段和保证。

系统主要需求如下：（该功能可根据企业已有PDM系统中功能进行集成，把MES需要的信息从PDM系统中读取出来，避免重复工作，该工作需PDM系统开发商配合，提供接

口和相关字段）

1)工艺文件和图文的管理：可在系统中对生产工艺图文和相关文件进行统一管理。

2)工艺流程管理：可在系统中自定义工艺路线等。

3)工艺版本管理：可通过版本管理工艺路线等。

4)审批管理：当系统中工艺流程或工艺版本变更时需进行审批，审批流程可自定义。

2.3设备管理

设备管理是一套对生产设备、操作规程、管理制度、运行监控、故障诊断、维修维护、运行统计等进行全面管理的模块。该模块需要和设备联网系统集成，一起完成该功能。

主要需求如下：

1)设备台账管理；

2)实时运行监控（设备联网PLCC 系统）；

3)设备故障报警（设备联网PLCC 系统）

4)设备运行统计分析（设备联网PLC 系统）；

5)点巡检信息化管理（MES 中实现）；

6)维修维护管理（MES 中实现）；

7)备品备件管理（MES 实现）；

8)零配件采购（MES 实现）

2.4生产报工

生产进度的实时报工在MES系统中是最重要的一个节点，每一个工序或零件的完成与否将直接决定整个生产任务是否能够完成，甚至影响整个企业的计划安排，所以通过车间实时数据报工，能最大限度地贯彻好调度结果的有效执行。

主要需求如下：

1)操作终端：每条线关键工位或每几台设备放置一条工位终端，用来进行任务查看、

生产进度提交、异常呼叫、图文查看等。

2)生产任务查看：在车间现场指定位置放置操作终端，员工在现场终端刷卡来了解自

己的生产任务，并卡查看相关工位文件、操作说明等。

3)生产进度提交：通过现场工位机或设备数据采集直接提交生产数量。

2.5异常管理

生产过程中有可能出现的异常情况，如设备故障、缺料、加工异常等情况。出现异常时，系统进行异常报备、异常跟踪处理、异常紧急预案处理设置及异常短信通知设置，并定时生成异常处理报告和报表。

实现快速的信息传递、申请呼叫、实时显示、统计分析、报表生成等，就工序作业、设备状态、质量问题、供应物料情况等过程进行实时的信息传递和管理，对生产全过程构成支撑。

当品质，工艺，设备，设备参数出现异常报警时，系统会根据预先设定的人员、处理时间及提醒方式，若责任人在时间内未处理报警则逐级进行提醒。

主要需求如下：

1) 可在系统中自定义设置异常类型；

2) 可以通过短信、邮件、看板的方式通知相关人员，根据故障类型的不同设定不同的

处理人员；

3) 当出现异常时，处理人员处理超时时可以逐级上报。

4) 可以通过现场操作终端进行异常呼叫，呼叫时需刷员工卡记录呼叫人员信息、呼叫

时间、呼叫工位、处理人员、处理时间等。

2.6 质量管理

生产质量管理主要是为了控制产品生产过程质量，降低生产风险，提高合格率和客户满意度，针对关键工序设置检验指导内容、质检项及参数供质检人员对比确认，大大降低了因上道工序存在的质量问题继续加工生产而带来的损失。

主要需求如下： 处理报警信息

责任人 响应时效，超过时间则

提醒下一级人员

提醒方式—短信/邮件

1)通过现场终端可以提交生产过程中产品自检、报废、返修等数据。

2)移动检验：检验人员配备移动终端，如PDA，PAD等。通过移动终端选定生产任务

进行检验，并提交检验数据。

3)工作人员可通过系统实时查看当前生产任务的检验记录和统计结果。

4)通过设备数据采集，可自动获取检验设备的检验数据并向系统提交。

2.7看板管理

看板是把相关人员需要的数据直观的展示出来，需要了解这些信息的员工能一目了然的看到这些信息，帮助操作人员和管理人员进行生产管控。

主要需求如下：

1)可在每条产线、关键工位、关键部门放置对应的看板。看板位置和看板内容需详细

调研后确定。

2)看板类型：可选液晶看板或LED看板，大小待定。

2.8统计报表

在企业中,只有把收集的统计数字经过多次加工处理,进行系统地、深入地分析，才能转换成各种有用的信息，使大量的统计数据完全实现它们的使用价值，才能发挥统计的服务和监督作用。

本系统可根据各种数据源生成各种报表，如设备故障统计报表，设备运行统计报表等等，并支持自由选取时间跨度，对象进行统计等功能。具体报表内容和报表展示方式需详细调研后系统根据已有数据及企业需要生成。

2.9系统安全管理

企业生产管理系统在设计过程中需要考虑到系统权限划分功能，每个菜单、每个操作、每个登录人员都需要进行详细的权限划分。

如果一个对系统都不清楚的人就拥有过高的权限，对系统，对数据任意的操作，很可能导致系统崩溃，数据紊乱，造成不可预估的损失。相反，对于一个管理层来说，没有足够的权限及时查看数据，进行分析总结，那么就会导致信息获取屏障，问题发现不及时，响应迟缓等问题。由此可见，系统权限的设置必不可少，他是软件安全运行的基础条件。

本案在权限划分中，采取等级制，明确权限高低，操作范围，信息知晓范围等等，从而保证系统信息及运行安全。达到精确控制信息的私密性，独立性。

2.10系统接口

系统在设计、分析、开发过程中，一方面应充分考虑到企业已有信息系统的对接（如OA、PDM、CAPP、ERP、DNS等），确保客户的投资；另一方面，还应考虑到系统的后续扩展，为以后的扩充预留接口。

已有系统的数据对接主要如下：

?与ERP系统的的接口：把MES中需要且ERP中存在的内容通过集成读取到MES 系统中，如设备管理、BOM管理等模块的部分或全部信息。

?与PDM系统的接口:实现生产现场加工任务和零件工艺图纸、工艺路线等的无缝连接；

?与PLCC系统的接口：由于PLCC系统可作为一个独立的系统存在，故PLC和MES 直接的数据交互需通过系统集成的方式实现。

3系统解决方案3.1网络拓扑图

3.2数据采集应用架构示意图

3.3PLC设备数据采集平台

数据采集平台架构

生产线现场加工设备为西门子等国际通用的PLC，采用DAServer的方式与现场PLC 进行通信交互，将现场加设备中的工艺参数，报警信息、产量等设备信息采集到系统历史数据库中，与当前的生产工单、加工工序、加工产品、加工时间相对应，通过报表的形式展示。

原料、工装夹具扫描确认无误后，在工位终端（触摸屏）点击开始加工，现场工控级实时获取加工过程中的工艺实时数据，上传到系统服务器中，并显示在工位终端，供加工工人查看，业务流程如下图所示：

3.4系统方案结构图

3.5生产计划排产

3.5.1ERP 集成

由于企业存在多个管理系统，包括ERP 和PDM 等。MES 中的部分功能是和ERP 中的一些功能重合的，为了避免员工重复的工作，MES 系统需要和ERP 系统做系统集成。在生产计划方面MES 系统需要读取ERP 系统的生产主计划及交期信息，MES 系统再根据从ERP 中得到的主计划进行详细任务分解。

3.5.2生产任务分解

该模块主要功能为把从ERP 读取的主计划进行进一步任务分解，根据产品的工艺路线或工艺标准，把任务分解到车间或产线。