特種合金材料零部件數(shù)字化協(xié)同制造

1、1 | 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)先進應用案例集特種合金材料零部件數(shù)字化協(xié)同制造一、項目概況五維項目基于電信工業(yè) PON 網(wǎng)絡與恒遠智能科技的設備聯(lián)網(wǎng)數(shù)采技術(shù)與數(shù)字化車間 Dssplat 產(chǎn)品，建立由訂單開始-訂單統(tǒng)籌-訂單執(zhí)行-訂單交付完整的數(shù)字化制造管理協(xié)同平臺，實現(xiàn)了端到端的數(shù)據(jù)集成與應用。項目背景企業(yè)背景五維航電發(fā)展目前面臨以下幾個突出問題和潛在需求：產(chǎn)品定制化需求程度高，但工廠內(nèi)部整體響應速度滿足不了客戶交期。計劃統(tǒng)籌與組織能力弱化，造成各生產(chǎn)工序脫節(jié)，生產(chǎn)協(xié)同性差。車間生產(chǎn)加工與計劃脫節(jié)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)不透明，潛在浪費嚴重，生產(chǎn)成本居高不下。如無法對設備、人員的生產(chǎn)效率進行有效評估，管理精細度低。行業(yè)背

2、景五維在特種合金材料零部件制造行業(yè)客戶優(yōu)質(zhì)，新能源新材料領(lǐng)域有核心的技術(shù)優(yōu)勢和競爭力，急需對公司的運營與管理進行升級提升，以便后續(xù)公司在核電與海工領(lǐng)域、海外市場的戰(zhàn)略部署。項目可行性與資源優(yōu)勢五維的產(chǎn)品特性與材料技術(shù)決定了工廠生產(chǎn)以設備加工為制造主體，所有的人員、物料、方法、工具等生產(chǎn)要素都要經(jīng)過以設備為單元構(gòu)成的加工中心，并且材料研發(fā)設計使用大量先進的熱處理、材料檢測等精密儀器與設備，為項目的智能聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集提供了物理基礎(chǔ)。項目簡介數(shù)字化協(xié)同制造項目整體規(guī)劃以底層的工業(yè)級網(wǎng)絡搭建與設備數(shù)采為技術(shù)支撐，以各生產(chǎn)要素集成的數(shù)字化工位搭建為系統(tǒng)核心，車間級綜合數(shù)字化管理平臺為數(shù)據(jù)應用載體，以工業(yè)

3、級微應用APP 為數(shù)字化系統(tǒng)的重要延伸。主要分為以下幾個實施階段：圖 1 數(shù)字化協(xié)同制造項目規(guī)劃工業(yè)網(wǎng)絡：以電信的工業(yè) PON 網(wǎng)絡為基礎(chǔ)進行車間級工業(yè)網(wǎng)絡的整體升級，搭建設備運行與數(shù)采的網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施。數(shù)據(jù)采集：應用恒遠科技的設備數(shù)采技術(shù)，根據(jù)不同的設備接口與通訊協(xié)議，設計數(shù)采方案，EverMonitor 進行設備級的數(shù)據(jù)采集。數(shù)字工位搭建：集合設備加工的人員、物料、工具、作業(yè)方法、技術(shù)圖紙等生產(chǎn)要素數(shù)字化，結(jié)合設備自身狀態(tài)監(jiān)控、加工參數(shù)采集，形成完整的工位級數(shù)字化管理生態(tài)。車間級數(shù)字化管理平臺：綜合計劃管理、品質(zhì)管理、工藝管理、物料管理、人員管理、效率管理等多個模塊及功能應用，實現(xiàn)對車間的全

4、方位的數(shù)字化升級管理。工業(yè)級微應用 APP：針對五維特定的應用場景，開發(fā)移動端的微應用， 快速有效的解決實際問題。項目目標制造協(xié)同化多樣化的產(chǎn)品形態(tài)，導致整個制造鏈條信息冗雜，管理難度高、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)速度與效率低下，通過數(shù)字化平臺，將設計-采購-制造-倉儲-物流-交付-服務等各個環(huán)節(jié)打通，進行數(shù)據(jù)集合與應用，實現(xiàn)協(xié)同設計、協(xié)同制造及供應鏈協(xié)同。產(chǎn)品智能化裝備制造的關(guān)鍵材料、核心部件的設計、研發(fā)、測試的大數(shù)據(jù)采集、分析，如材料研發(fā)設計參數(shù)、監(jiān)測評價數(shù)據(jù)等；產(chǎn)品智能化遠程運行參數(shù)監(jiān)控與預警；圖 2特種合金零部件產(chǎn)品工藝圖二、項目實施概況五維航電數(shù)字化管理升級項目一期主要以數(shù)字化協(xié)同制造為目標，

5、重點是企業(yè)對內(nèi)部制造過程進行數(shù)字化升級改造。項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容圖 3項目總體架構(gòu)五維協(xié)同制造數(shù)字化平臺總體架構(gòu)主要分為：流程層、設備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)采層、數(shù)據(jù)中心模型層、應用平臺與微應用層。流程層架構(gòu)設計首先在系統(tǒng)進行流程建模仿真與模型設計，對公司整體業(yè)務進行價值流分析與設計，識別系統(tǒng) TOC 流程點與缺失項，進一步定義數(shù)字化匹配的標準業(yè)務流與工藝流、過程流，進行由上而下的公司級、工廠級、車間級、工位級的流程標準化。設備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)采層基于工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)總線等通信協(xié)議，4G 網(wǎng)絡、NB-IOT 等無線通信協(xié)議將設備接入網(wǎng)絡；通過 EverMonitor 采集設備進行加工參數(shù)、設備狀態(tài)、故障分析與預警

6、等實時數(shù)據(jù)的采集，內(nèi)部集成了多種采集協(xié)議，兼容 ModBus、OPC、CAN、 Profibus 等各類工業(yè)通信協(xié)議和軟件通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一，另一方面基于盒子的內(nèi)置高性能芯片與處理系統(tǒng)，能夠?qū)?shù)據(jù)從邊緣側(cè)、傳輸?shù)皆贫?，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程接入。 圖 4設備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)采結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)中心模型層所有采集的數(shù)據(jù)會存儲到數(shù)據(jù)中心模型集成庫，除了存儲功能，核心功能是封裝了幾百種工業(yè)技術(shù)、管理技術(shù)、機器學習、數(shù)理統(tǒng)計的算法，實現(xiàn)機理建模， 能夠?qū)v史數(shù)據(jù)、 實時數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)進行聚類、關(guān)聯(lián)和預測分析。如五維集成了更多的特種材料的設計仿真算法模型、定制化材料加工的流程算法模型，實現(xiàn)對現(xiàn)有資源的優(yōu)化配置

7、。應用平臺與微應用層基于五維特定的研發(fā)設計端與生產(chǎn)制造端的問題，建立一體化的數(shù)字化車間管理應用平臺，實現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)集成與應用。圖 5數(shù)字化管理平臺搭建數(shù)字化 Dssplat 平臺，建立由訂單開始-訂單統(tǒng)籌-訂單執(zhí)行-訂單交付完整的數(shù)字化制造管理協(xié)同平臺?；陉P(guān)鍵工序與瓶頸設備，集成人員、設備、物料、工具、方法等生產(chǎn)要素建立以設備加工中心為核心的數(shù)字工位。圖 6數(shù)字工位圖 7工業(yè) APP 微應用基于特定場景，深度挖掘數(shù)據(jù)價值與用戶行為分析，開發(fā)移動端的工業(yè)APP 微應用服務，如異常管理微應用、設備智能管家微應用、訂單執(zhí)行管理平臺微應用等。全面的可視化運營決策數(shù)字化管理平臺與移動領(lǐng)導駕駛艙應用。

8、網(wǎng)絡互聯(lián)架構(gòu)圖 8領(lǐng)導駕駛艙工業(yè) PON 網(wǎng)絡系統(tǒng)是中國電信立足于構(gòu)筑新一代智能通訊網(wǎng)，在對傳統(tǒng)工業(yè)交換機系統(tǒng)研究基礎(chǔ)之上，結(jié)合最尖端的無源光網(wǎng)絡通訊技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)新出的一套安全、可靠、融合、先進的綜合解決方案。圖 9網(wǎng)絡架構(gòu)圖項目通過工業(yè) PON 網(wǎng)絡系統(tǒng)為企業(yè)構(gòu)建雙冗余容錯環(huán)網(wǎng)，確保生產(chǎn)網(wǎng)絡出現(xiàn)連接中斷的情況時，立即啟用另外一條通路，使網(wǎng)絡通信的可靠性大大提高。工業(yè) PON 網(wǎng)絡在物理層采用了 PON 技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON 的拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。車間現(xiàn)場采用移動終端掃描二維碼方式采集數(shù)據(jù)，需要通過無線網(wǎng)絡接入， 但是車間現(xiàn)場環(huán)境復雜，電磁干擾密布，為了滿足車間現(xiàn)

9、場對生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性需求，采用工業(yè)級全向無線 AP，高密負載均衡，所有終端自動被接入到附近最優(yōu) AP，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。數(shù)據(jù)架構(gòu)和應用數(shù)據(jù)是企業(yè)未來核心資產(chǎn)，數(shù)據(jù)就是價值，數(shù)據(jù)架構(gòu)決定企業(yè)能否將數(shù)據(jù)有效采集和利用。我們將數(shù)據(jù)分為三大類，設備實時數(shù)據(jù)、生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)。其中，設備實時數(shù)據(jù)由 系統(tǒng)通過設備接口和協(xié)議自動采集，生產(chǎn)實時數(shù) 據(jù)由生產(chǎn)過程中的參與人員通過二位碼掃描采集， 業(yè)務數(shù)據(jù)由生產(chǎn)管理人員通過系統(tǒng) Web 端頁面操作錄入。設備實時數(shù)據(jù)是設備運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括設備運行狀態(tài)、故障代碼、核心參數(shù)等，由系圖 10數(shù)據(jù)架構(gòu)圖統(tǒng)通過設備協(xié)議自動采集，采集頻率高，數(shù)據(jù)量大。所以我

10、們在采集終端進行了預處理和格式化，并用Redis 做緩存控制，減少通信中斷對數(shù)據(jù)采集造成的影響。數(shù)據(jù)按照格式轉(zhuǎn)發(fā)到服務器端后，服務器會對數(shù)據(jù)進行二次清洗，將業(yè)務相關(guān)數(shù)據(jù)存入業(yè)務數(shù)據(jù)庫，為生產(chǎn)管理和協(xié)同提供支持。業(yè)務數(shù)據(jù)庫使用用開源數(shù)據(jù)庫 PostgreSQL 搭建，輕量化、低成本，完全滿足生產(chǎn)需要。其他設備數(shù)據(jù)將會被實時轉(zhuǎn)存到非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，進行持久化存儲，為大數(shù)據(jù)分析建立基礎(chǔ)。此數(shù)據(jù)庫用 MongoDB 進行管理，MongoDB 也是開源數(shù)據(jù)庫技術(shù)，支持高并發(fā)寫入和分布式存儲，性能優(yōu)越。三、下一步實施計劃智能化產(chǎn)品圖 11項目遠期規(guī)劃特種合金材料零部件的使用環(huán)境要耐高溫、耐高壓、耐腐蝕，產(chǎn)

11、品的使用壽命、產(chǎn)品的附加值高，零部件本身的損耗對大型裝備的運行性能影響大，如核電設備對零部件的使用狀態(tài)要求較高，但缺乏必要的監(jiān)控手段。后續(xù)會針對一部分高端產(chǎn)品進行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用和智能化改造，如高端合金材料智能螺栓，通過耐高溫特種傳感器技術(shù)進行遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制，實時對零部件的運行狀況數(shù)據(jù)進行預警，提高維保的效率與整體設備的穩(wěn)定性。智慧供應鏈通過物聯(lián)網(wǎng)、服務計算、云計算等信息計算與制造技術(shù)融合，構(gòu)成智慧供應鏈平臺，實現(xiàn)軟硬件制造資源和能力的全系統(tǒng)、全生命周期、全方位的感知、互聯(lián)、決策、控制、執(zhí)行和服務化，進而實現(xiàn)人、機、物、信息的集成、共享、協(xié)同與優(yōu)化。行業(yè)大數(shù)據(jù)平臺進行行業(yè)數(shù)據(jù)與資源整理，建立

12、特種合金材料的研發(fā)設計大數(shù)據(jù)平臺，為行業(yè)內(nèi)的特種材料企業(yè)提供數(shù)據(jù)仿真模擬、數(shù)據(jù)存儲、大數(shù)據(jù)分析服務。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對特種合金材料零部件產(chǎn)品的智慧化改造，逐步建立核定領(lǐng)域的零部件運維監(jiān)控中心，為終端用戶提供遠程運維與監(jiān)測預警服務，降低企業(yè)運維成本。四、項目創(chuàng)新點和實施效果項目先進性及創(chuàng)新點設備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)采技術(shù)應用基于恒遠科技 EverMonitor 的設備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)采技術(shù)，設計多協(xié)議、多設備的標準化集成采集技術(shù)方案。如智能監(jiān)控預警，設備聯(lián)網(wǎng)并實時監(jiān)測材料車間的冶煉設備、熱處理設備、機加工設備監(jiān)控爐溫曲線、轉(zhuǎn)軸與進刀速度等工藝參數(shù)， 實現(xiàn)預警功能。工業(yè)級 APP 微應用基于五維的數(shù)字化管理平臺，結(jié)合客

13、戶瓶頸工位與關(guān)鍵問題，深度挖掘數(shù)據(jù)價值與用戶行為分析，開發(fā)應用了多個工業(yè) APP 微應用。如異常管理數(shù)字化 APP，可解決異常頻發(fā)、管理鏈條長的問題；設備智能管家 APP，解決設備生命周期管理數(shù)字化的問題等等。行業(yè)數(shù)字化平臺解決方案形成了特種合金材料零部件制造行業(yè)的標準數(shù)字化制造端到端的應用解決方案，實現(xiàn)了設備、人員、物料等資源要素的.橫向網(wǎng)絡化集成，同時打通了由設計研發(fā)到生產(chǎn)制造的縱向集成。如設計數(shù)字化仿真應用，合金材料的配方研發(fā)實現(xiàn)數(shù)字化仿真模擬應用，建立試樣工藝參數(shù)模型，并進行 3D 畫面動態(tài)演示與數(shù)據(jù)算法簡易化配置。如檢測評價智能分析應用，對檢測設備進行數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)智能化檢測與評價，建立檢測評價中心大數(shù)據(jù)庫。實施效果圖 12行業(yè)數(shù)字化平臺橫向集成方案制造速度提升通過訂單的數(shù)字化車間管理平臺，減少研發(fā)、設計、工藝、采購、生產(chǎn)之間的信息不協(xié)同問題，提高計劃組織的準確性，產(chǎn)品的平均生產(chǎn)周期由 56 個月左右縮短至 13 個月；產(chǎn)品的準時交付率由 47%提升至 75% ；生產(chǎn)成本下降通過生產(chǎn)制造的實時數(shù)據(jù)采集，產(chǎn)品標