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制造工藝的分析與優(yōu)化 在新鋼鐵廠建設時,，首先需要根據(jù)企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈的定位，擬生產(chǎn)的主要產(chǎn)品,、生產(chǎn)類型（單件,、小批量多品種、大批量少品種等）,、生產(chǎn)模式（離散,、流程及混合制造）、核心工藝（例如機械制造行業(yè)的熱加工,、冷加工,、熱處理等），以及生產(chǎn)綱領,，對加工,、裝配、包裝,、檢測等工藝進行分析與優(yōu)化,。企業(yè)需要充分考慮智能裝備、智能產(chǎn)線,、新材料和新工藝的應用對制造工藝帶來的優(yōu)化,。同時，企業(yè)也應當基于綠色制造和循環(huán)經(jīng)濟的理念,，通過工藝改進節(jié)能降耗,、減少污染排放；還可以應用工藝仿真軟件,，來對制造工藝進行分析與優(yōu)化,。 光伏產(chǎn)業(yè)鏈 2 數(shù)據(jù)采集 鋼鐵生產(chǎn)過程中需要及時采集產(chǎn)量,、質(zhì)量,、能耗、加工精度和設備狀態(tài)等數(shù)據(jù),，并與訂單,、工序,、人員進行關聯(lián)，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全程追溯,。出現(xiàn)問題可以及時報警,，并追溯到生產(chǎn)的批次、零部件和原材料的供應商,。此外,，還可以計算出產(chǎn)品生產(chǎn)過程產(chǎn)生的實際成本,。有些行業(yè)還需要采集環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫度,、濕度,、空氣潔凈度等數(shù)據(jù)。 企業(yè)需要根據(jù)采集的頻率要求來確定采集方式,，對于需要高頻率采集的數(shù)據(jù),，應當從設備控制系統(tǒng)中自動采集。企業(yè)在進行智能工廠規(guī)劃時,，要預先考慮好數(shù)據(jù)采集的接口規(guī)范,，以及SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)的應用。不少廠商開發(fā)了數(shù)據(jù)采集終端,，可以外接在機床上,，解決老設備數(shù)據(jù)采集的問題，企業(yè)可以進行選型應用,。 通過數(shù)據(jù)采集準確了解設備狀態(tài) 3 設備聯(lián)網(wǎng) 實現(xiàn)智能工廠乃至工業(yè)4.0,，推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設，實現(xiàn)MES應用,，最重要的基礎就是要實現(xiàn)M2M,，也就是設備與設備之間的互聯(lián)，建立工廠網(wǎng)絡,。那么,，設備與設備之間如何互聯(lián)？采用怎樣的通信方式（有線,、無線）,、通信協(xié)議和接口方式？采集的數(shù)據(jù)如何處理,？這些問題企業(yè)應當建立統(tǒng)一的標準,。 設備聯(lián)網(wǎng)示意圖 在此基礎上，企業(yè)可以實現(xiàn)對設備的遠程監(jiān)控,，機床聯(lián)網(wǎng)之后,，可以實現(xiàn)DNC（分布式數(shù)控）應用,。設備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集是企業(yè)建設工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎,。 4 工廠智能物流 推進智能鋼鐵工廠建設，生產(chǎn)現(xiàn)場的智能物流十分重要,，尤其是對于離散制造企業(yè),。智能工廠規(guī)劃時，要盡量減少無效的物料搬運,。很多優(yōu)秀的制造企業(yè)在裝配車間建立了集中揀貨區(qū)(Kitting Area),，根據(jù)每個客戶訂單集中配貨,，并通過DPS(Digital Picking System)方式進行快速揀貨，配送到裝配線,，消除了線邊倉,。 標致雪鐵龍工廠裝配車間的 集中揀貨和RGV應用 離散制造企業(yè)在兩道機械工序之間可以采用帶有導軌的工業(yè)機器人、桁架式機械手等方式來傳遞物料,，還可以采用AGV,、RGV（有軌穿梭車）或者懸掛式輸送鏈等方式傳遞物料。在車間現(xiàn)場還需要根據(jù)前后道工序之間產(chǎn)能的差異,，設立生產(chǎn)緩沖區(qū),。立體倉庫和輥道系統(tǒng)的應用，也是企業(yè)在規(guī)劃智能工廠時,，需要進行系統(tǒng)分析的問題,。 5 生產(chǎn)質(zhì)量管理 提高質(zhì)量是鋼鐵工廠管理永恒的主題，在智能工廠規(guī)劃時,，生產(chǎn)質(zhì)量管理更是核心的業(yè)務流程,。質(zhì)量保證體系和質(zhì)量控制活動必須在生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)建設時統(tǒng)一規(guī)劃、同步實施,，貫徹質(zhì)量是設計,、生產(chǎn)出來，而非檢驗出來的理念,。 質(zhì)量控制在信息系統(tǒng)中需嵌入生產(chǎn)主流程,，如檢驗、試驗在生產(chǎn)訂單中作為工序或工步來處理,；質(zhì)量審理以檢驗表單為依據(jù)啟動流程開展活動,；質(zhì)量控制的流程、表單,、數(shù)據(jù)與生產(chǎn)訂單相互關聯(lián),、穿透；按結構化數(shù)據(jù)存儲質(zhì)量記錄,，為產(chǎn)品單機檔案提供基本的質(zhì)量數(shù)據(jù),，為質(zhì)量追溯提供依據(jù)；構建質(zhì)量管理的基本工作路線：質(zhì)量控制設置-檢測-記錄-評判-分析-持續(xù)改進,；質(zhì)量控制點需根據(jù)生產(chǎn)工藝特點科學設置,，質(zhì)量控制點太多影響效率，太少使質(zhì)量風險放大,；檢驗作為質(zhì)量控制的活動之一,，可分為自檢、互檢,、專檢,，也可分為過程檢驗和終檢,；質(zhì)量管理還應關注質(zhì)量損失，以便從成本的角度促進質(zhì)量的持續(xù)改進,。對于采集的質(zhì)量數(shù)據(jù),，可以利用SPC系統(tǒng)進行分析。制造企業(yè)應當提升對QIS（質(zhì)量管理信息系統(tǒng)）的重視程度,。 三星的生產(chǎn)質(zhì)量管理實踐 6 設備管理 設備是生產(chǎn)要素,，發(fā)揮設備的效能（OEE—設備綜合效率）是智能工廠生產(chǎn)管理的基本要求，OEE的提升標志產(chǎn)能的提高和成本的降低,。生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)需設置設備管理模塊,，使設備釋放出最高的產(chǎn)能，通過生產(chǎn)的合理安排,，使設備尤其是關鍵,、瓶頸設備減少等待時間；在設備管理模塊中,，要建立各類設備數(shù)據(jù)庫,，設置編碼，及時對設備進行維保,；通過實時采集設備狀態(tài)數(shù)據(jù),，為生產(chǎn)排產(chǎn)提供設備的能力數(shù)據(jù)；企業(yè)應建立設備的健康管理檔案,，根據(jù)積累的設備運行數(shù)據(jù)建立故障預測模型,，進行預測性維護，最大限度地減少設備的非計劃性停機,；要進行設備的備品備件管理,。 通過預測性維護 盡早發(fā)現(xiàn)設備的故障隱患 7 智能廠房設計 智能鋼鐵工廠的廠房設計需要引入BIM（建筑信息模型），通過三維設計軟件進行建筑設計,，尤其是水,、電、汽,、網(wǎng)絡,、通信等管線的設計。同時,，智能廠房要規(guī)劃智能視頻監(jiān)控系統(tǒng),、智能采光與照明系統(tǒng)、通風與空調(diào)系統(tǒng),、智能安防報警系統(tǒng),、智能門禁一卡通系統(tǒng),、智能火災報警系統(tǒng)等,。采用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng),，通過人臉識別技術以及其他圖像處理技術，可以過濾掉視頻畫面中無用的或干擾信息,、自動識別不同物體和人員,，分析抽取視頻源中關鍵有用信息，判斷監(jiān)控畫面中的異常情況,，并以最快和最佳的方式發(fā)出警報或觸發(fā)其它動作,。 智能工廠的廠房布局 整個廠房的的工作分區(qū)（加工、裝配,、檢驗,、進貨、出貨,、倉儲等）應根據(jù)工業(yè)工程的原理進行分析,，可以使用數(shù)字化制造仿真軟件對設備布局、產(chǎn)線布置,、車間物流進行仿真,。在廠房設計時，還應當思考如何降低噪音,，如何能夠便于設備靈活調(diào)整布局,，多層廠房如何進行物流輸送等問題。 8 智能裝備的應用 鋼鐵企業(yè)在規(guī)劃智能工廠時,，必須高度關注智能裝備的最新發(fā)展,。機床設備正在從數(shù)控化走向智能化，實現(xiàn)邊測量,、邊加工,，對熱變形、刀具磨損產(chǎn)生的誤差進行補償,，企業(yè)也開始應用車銑復合加工中心,，很多企業(yè)在設備上下料時采用了工業(yè)機器人。 未來的工廠中,，金屬增材制造設備將與切削加工（減材）,、成型加工（等材）等設備組合起來，極大地提高材料利用率,。除了六軸的工業(yè)機器人之外,，還應該考慮SCARA機器人和并聯(lián)機器人的應用，而協(xié)作機器人則將會出現(xiàn)在生產(chǎn)線上,，配合工人提高作業(yè)效率,。 增材制造設備與切削加工設備 組合應用的智能制造單元 9 智能產(chǎn)線規(guī)劃 智能產(chǎn)線是智能工廠規(guī)劃的核心環(huán)節(jié)，企業(yè)需要根據(jù)生產(chǎn)線要生產(chǎn)的產(chǎn)品族、產(chǎn)能和生產(chǎn)節(jié)拍,，采用價值流圖等方法來合理規(guī)劃智能產(chǎn)線,。智能產(chǎn)線的特點是：在生產(chǎn)和裝配的過程中，能夠通過傳感器,、數(shù)控系統(tǒng)或RFID自動進行生產(chǎn),、質(zhì)量、能耗,、設備績效（OEE）等數(shù)據(jù)采集,，并通過電子看板顯示實時的生產(chǎn)狀態(tài)，能夠防呆防錯,；通過安燈系統(tǒng)實現(xiàn)工序之間的協(xié)作,；生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)快速換模，實現(xiàn)柔性自動化,；能夠支持多種相似產(chǎn)品的混線生產(chǎn)和裝配,，靈活調(diào)整工藝，適應小批量,、多品種的生產(chǎn)模式,；具有一定冗余，如果生產(chǎn)線上有設備出現(xiàn)故障,，能夠調(diào)整到其他設備生產(chǎn),；針對人工操作的工位，能夠給予智能的提示,，并充分利用人機協(xié)作,。 設計智能產(chǎn)線需要考慮如何節(jié)約空間，如何減少人員的移動,，如何進行自動檢測,，從而提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。企業(yè)建立新工廠非常強調(diào)少人化,，因此要分析哪些工位應用自動化設備及機器人,，哪些工位采用人工。對于重復性強,、變化少的工位盡可能采用自動化設備,，反之則采用人工工位。 三菱電機名古屋制作所的電磁閥智能產(chǎn)線 10 制造執(zhí)行系統(tǒng) MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）是智能鋼鐵工廠規(guī)劃落地的著力點,，MES是面向車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng),，上接ERP系統(tǒng)，下接現(xiàn)場的PLC程控器,、數(shù)據(jù)采集器,、條形碼,、檢測儀器等設備。MES旨在加強MRP計劃的執(zhí)行功能,，貫徹落實生產(chǎn)策劃,，執(zhí)行生產(chǎn)調(diào)度，實時反饋生產(chǎn)進展,；
為提高產(chǎn)品準時交付率,、提升設備效能、減少等待時間,，MES系統(tǒng)需導入生產(chǎn)作業(yè)排程功能,，為生產(chǎn)計劃安排和生產(chǎn)調(diào)度提供輔助工具，提升計劃的準確性,。在獲取產(chǎn)品制造的實際工時,、制造BOM信息的基礎上，企業(yè)可以應用APS(先進生產(chǎn)排程)軟件進行排產(chǎn),，提高設備資源的利用率和生產(chǎn)排程的效率,。 MES是智能工廠的樞紐 11 能源管理 為了降低智能工廠的綜合能耗，提高勞動生產(chǎn)率，特別是對于高能耗的鋼鐵工廠,，進行能源管理是非常有必要的,。采集能耗監(jiān)測點（變配電、照明,、空調(diào),、電梯、給排水,、熱水機組和重點設備）的能耗和運行信息,，形成能耗的分類、分項,、分區(qū)域統(tǒng)計分析,，可以對能源進行統(tǒng)一調(diào)度、優(yōu)化能源介質(zhì)平衡,，達到優(yōu)化使用能源的目的,。 同時，通過采集重點設備的實時能耗,，還可以準確知道設備的運行狀態(tài)（關機,、開機還是在加工），從而自動計算OEE,。通過感知設備能耗的突發(fā)波動,，還可以預測刀具和設備故障。此外,，企業(yè)也可以考慮在工廠的屋頂部署光伏系統(tǒng),，提供部分能源。
三菱電機福山制作所的節(jié)能案例 施耐德電氣的Ecostructure平臺提供了企業(yè)能效管理的整體解決方案,；三菱電機則提出了能源JIT理念,，福山制作所對空調(diào)系統(tǒng)、空壓機,、鍋爐等耗能設備進行重點監(jiān)控,，對于非生產(chǎn)時間的能耗進行追溯，對生產(chǎn)線每個工位的能耗進行檢測,，將節(jié)能的責任分配到班組,，從而節(jié)約能源。 12 生產(chǎn)無紙化 鋼鐵生產(chǎn)過程中工件配有圖紙,、工藝卡,、生產(chǎn)過程記錄卡、更改單等紙質(zhì)文件作為生產(chǎn)依據(jù),。隨著信息化技術的提高和智能終端成本的降低,，在智能工廠規(guī)劃可以普及信息化終端到每個工位,，結合輕量化三維模型和MES系統(tǒng)，操作工人將可在終端接受工作指令,，接受圖紙,、工藝、更單等生產(chǎn)數(shù)據(jù),，可以靈活第適應生產(chǎn)計劃變更,、圖紙變更和工藝變更。有很多廠商提供工業(yè)平板顯示器,，甚至可以利用智能手機作為終端,，完成生產(chǎn)信息查詢和報工等工作。
通過工業(yè)平板顯示工藝過程卡 13 工業(yè)安全 鋼鐵企業(yè)在進行新工廠規(guī)劃時,，需要充分考慮各種安全隱患,，包括機電設備的安全,，員工的安全防護,，設立安全報警裝置等安防設施和消防設備。同時,，隨著企業(yè)應用越來越多的智能裝備和控制系統(tǒng),，并實現(xiàn)設備聯(lián)網(wǎng)，建立整個工廠的智能工廠系統(tǒng),，隨之而來的安全隱患和風險也會迅速提高,，現(xiàn)在已出現(xiàn)了專門攻擊工業(yè)自動化系統(tǒng)的病毒。因此,，企業(yè)在做智能工廠規(guī)劃時,，也必須將工業(yè)安全作為一個專門的領域進行規(guī)劃。
工業(yè)安全涉及諸多領域 14 精益生產(chǎn) 精益生產(chǎn)的核心思想是消除一切浪費,，確保工人以最高效的方式進行協(xié)作,。很多制造企業(yè)采取按訂單生產(chǎn)或按訂單設計，滿足小批量,、多品種的生產(chǎn)模式,。智能工廠需要實現(xiàn)零部件和原材料的準時配送，成品和半成品按照訂單的交貨期進行及時生產(chǎn),，建立生產(chǎn)現(xiàn)場的電子看板,，通過拉動方式組織生產(chǎn)，采用安東系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)和解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的異常問題,；同時,，推進目視化、快速換模,。很多企業(yè)采用了U型的生產(chǎn)線和組裝線,，建立了智能制造單元,。推進精益生產(chǎn)是一個持續(xù)改善的長期過程，要與信息化和自動化的推進緊密結合,。
持續(xù)推進精益體系建設 15 人工智能技術應用 人工智能技術正在被不斷地被應用到圖像識別,、語音識別、智能機器人,、故障診斷與預測性維護,、質(zhì)量監(jiān)控等各個領域，覆蓋從研發(fā)創(chuàng)新,、生產(chǎn)管理,、質(zhì)量控制、故障診斷等多個方面,。在智能工廠建設過程中,，應當充分應用人工智能技術。 例如,，可以利用機器學習技術,，挖掘產(chǎn)品缺陷與歷史數(shù)據(jù)之間的關系，形成控制規(guī)則,，并通過增強學習技術和實時反饋,，控制生產(chǎn)過程減少產(chǎn)品缺陷。同時集成專家經(jīng)驗,，不斷改進學習結果,。利用機器視覺代替人眼，提高生產(chǎn)柔性和自動化程度,，提升產(chǎn)品質(zhì)檢效率和可靠性,。IBM開展了通過人工智能算法來分析質(zhì)量問題，并找出改進措施的實踐,，取得了實效,。
16 生產(chǎn)監(jiān)控與指揮系統(tǒng) 流程行業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)線配置了DCS系統(tǒng)或PLC控制系統(tǒng)，通過組態(tài)軟件可以查看生產(chǎn)線上各個設備和儀表的狀態(tài),，但絕大多數(shù)離散制造企業(yè)還沒有建立生產(chǎn)監(jiān)控與指揮系統(tǒng),。 實際上，離散制造企業(yè)也非常需要建設集中的生產(chǎn)監(jiān)控與指揮系統(tǒng),，在系統(tǒng)中呈現(xiàn)關鍵的設備狀態(tài),、生產(chǎn)狀態(tài)、質(zhì)量數(shù)據(jù),，以及各種實時的分析圖表,。在一些國際廠商的MES軟件系統(tǒng)中，設置了MII（Manufacturing Ingetration and Intelligence）模塊,，其核心功能就是呈現(xiàn)出工廠的關鍵KPI數(shù)據(jù)和圖表,，輔助決策,。
美的工廠的生產(chǎn)指揮大屏 17 數(shù)據(jù)管理 數(shù)據(jù)是智能鋼鐵工廠建設的血液，在各應用系統(tǒng)之間流動,。在智能工廠運轉(zhuǎn)的過程中,，會產(chǎn)生設計、工藝,、制造,、倉儲、物流,、質(zhì)量,、人員等業(yè)務數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能分別來自ERP,、MES,、APS、WMS,、QIS等應用系統(tǒng),。因此，在智能工廠的建設過程中,，需要一套統(tǒng)一的標準體系來規(guī)范數(shù)據(jù)管理的全過程,，建立數(shù)據(jù)命名,、數(shù)據(jù)編碼和數(shù)據(jù)安全等一系列數(shù)據(jù)管理規(guī)范,，保證數(shù)據(jù)的一致性和準確性。 另外,，必要時,，還應當建立專門的數(shù)據(jù)管理部門，明確數(shù)據(jù)管理的原則和構建方法,，確立數(shù)據(jù)管理流程與制度,，協(xié)調(diào)執(zhí)行中存在的問題，并定期檢查落實優(yōu)化數(shù)據(jù)管理的技術標準,、流程和執(zhí)行情況,。企業(yè)需要規(guī)劃邊緣計算、霧計算,、云計算的平臺,，確定哪些數(shù)據(jù)在設備端進行處理，哪些數(shù)據(jù)需要在工廠范圍內(nèi)處理,，哪些數(shù)據(jù)要上傳到企業(yè)的云平臺進行處理,。
某企業(yè)的數(shù)據(jù)分析平臺 18 勞動力管理 在智能鋼鐵工廠規(guī)劃中，還應當重視整體人員績效的提升,。設備管理有OEE,，人員管理同樣有整體績效-OLE（整體勞動效能）,。通過對整體勞動效能指標的分析，可以清楚了解勞動力績效,，找出人員績效改進的方向和辦法,，而分析勞動力績效的基礎是及時、完整,、真實的數(shù)據(jù),。通過考勤機、排班管理軟件,、MES系統(tǒng)等實時收集的考勤,、工時和車間生產(chǎn)的基礎數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)分析的手段,，可以衡量人工與資源（如庫存或機器）在可用性,、績效和質(zhì)量方面的相互關系。讓決策層對工廠的勞動生產(chǎn)率和人工安排具備實時的可視性,，通過及時準確地考勤數(shù)據(jù)分析評估出勞動力成本和服務水平,，從而實現(xiàn)整個工廠真正的人力資本最優(yōu)化和整體勞動效能的提高。
推進對勞動力的精益管理（來源：Kronos） |
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