供应链全球化、客户定制化、日益严苛的环境及安全法规等使机加工企业正处于一个前所未有的不利境地，平均利润率已经被压缩并呈现出持续下降的趋势，这一点在离散行业中尤为明显。因此，需要想方设法通过精益制造和数字工厂建设等先进的生产和管理方式优化工厂底层资源，改善数据采集质量，以提高生产力和客户满意度。

一、离散行业数字工厂的系统架构及建设目标

（一）系统架构

（二）建设目标

总目标：建立具有柔性的制造系统，适应小批量、多品种、个性化定制的市场需求。

1. 对产品质量、物料配送等异常情况预警，提高问题处理效率和准确率，降低生产成本；

2. 对生产现场业务实时监控，及时掌握设备、人员、物料等生产资源，快速应对，敏捷生产；

3. 建立完善的车间生产设备管理体系，提高设备利用率；

4. 建立产品及材料追溯体系，产品生产正反向全程可追溯；

5. 通过与ERP、PLM等信息系统以及车间设备集成，减少人工录入工作，提高处理效率及准确率；

6. 生产、品质、设备、物料实现信息共享与可视化；

一、离散行业数字工厂解决方案

（一）生产排程

1. 现状

生产计划调整困难，因缺料造成车间生产与计划不一致，排产效率低，导致生产响应滞后；

2. 方案

借助APS系统支撑，实现生产排程的集中管理，由计划部门平衡人、机、料等资源，统一生成各工序、各生产线、各台设备 的生产工单；

3. 价值分析

1）为计划人员提供大数据的分析，无需现场查看；

2）降低排产时间，提高生产响应速度；

3）集中排产，有利于统一资源，实现面向订单的生产，降低库存。

（二）生产执行

通过实施MES系统来提升精益生产水平，打造数字化透明工厂，提高制造效率。（以生产报工为例）

1. 现状

1）报工不准确，存在多报或少报的现象

2）数据准确性缺乏控制；

2. 方案

1）由生产人员在手持设备或者工控机上即时报工，设备具有采集功能的可自动报工；

2）装配工序、焊接工序报工实现批次管理；

3）检验工序报工实现序列号管理；

4）系统支持子工序交接方式的报工，也支持流水线生产的生产报工模式

3. 价值分析

1）及时反映生产的完成情况及不良品的情况，有利于及时处理解决问题；

2）有利于对生产数据报工的准确性进行管控；

3）有利于对自制件和成品进行全面批次管理和跟踪；

（三）生产物流

1. 现状

1）车间的在制品较多；

2）线边仓生产数据不准确，实物与账不相符；

3）实际在制品数量与ERP的数量不相符；

2. 问题分析

1）库存信息滞后不能及时反映；

2）由于车间生产数据部准确，直接影响生产排产，和生产效率提升。

3. 方案

1）车间线边库实现全面的货位管理、批次管理、供应商管理；

2）通过和ERP系统集成，实现采购件的自动入库；

3）通过和委外加工管理模块，实现外加工件的按单入库；

4）通过信息系统，实现按单配送和比对。

4. 价值分析

1）实现库存信息及时反馈；

2）实现按工单系统配料；

3）实现物流的批次跟踪。

（四）生产过程的质量控制

1. 问题

1）生产过程的质量管控工作量大、控制节点多，事中控制很困难；

2）质量文档多、统计分析慢、数据不准确。

2. 方案

1）通过MES系统，实现品质的大数据分析，可综合整体分析产品全生命周期的工艺信息、设备信息等；

2）工艺参数的直接报警。工艺参数不在范围内系统将自动报警 ，并可通过手机APP等自动报警；

3）实现生产过程中不良信息的系统自动采集；

4）重要工序的质量检查表等报表在系统中维护，大部分信息都可以通过系统实现自动采集。

3. 价值分析

1）全面深入进行质量分析，发现质量问题产生的真正原因，提高产品质量；

2）对于异常质量问题，能够得到迅速的处理，并将相关数据保存在系统中，有助于系统事后分析；

3）系统自动采集工艺参数信息，节省品质人员过程检时间，减少工作量，更多用于质量分析。

（五）设备管理

实现设备关键零部件的全生命周期管控，及时预警，提升设备运转效率；

实现设备管理系统和主要设备的集成，通过设备控制系统采集设备的相关运行参数，降低人为因素，提升设备管理和监控水平，为生产提供最大的产能保证。

1.设备台账。通过MES设备工装模具台账信息，可以穿透查询到所有与该设备、工装模具的相关信息，可查询设备的使用状况，开工、报废、停用、大小修等。

2. 设备点检。是生产过程中设备日常管理的重要一环，此项工作将直接关系到生产过程的稳定性和生产质量的稳定性。在MES系统中实现设备点检，可以完善和强化设备点检制度，同时也实现了设备点检无纸化。

3.设备保养。由用户自定义保养周期和保养项目，系统自动记录上次保养时间。系统可推算出每月需保养的设备和保养项目以及保养执行人等信息，作为本月保养计划，并生成保养工单。

4.设备维修。当设备出现故障后，通过该模块完成对设备维修的报警和处理跟踪。设备在维修状态时，排产时系统将扣除相应的产能，

5.备品备件管理。通过对设备备品备件的管理，实现对设备备品备件的库存查询及预警、入库、出库（领用）、维修保养更换，归还等功能。当备品备件的库存不足时，设备管理员收到库存报警信息，备品备件管理员下达采购申请单时，可自动关联出当前库存不足的备品备件。

6.设备大小修。设备管理部门根据需要制定下年度的设备大小修计划，系统将在计划开始之前自动提醒相关的业务部门组织实施，并生成大小修工单，大小修开始后在排产时系统将扣除相应的产能。

7.设备知识库。将设备的基本信息、设备故障信息及处理方案等信息汇总到统一的知识库进行管理。工人在遇到设备需要维修的状况时，可以通过知识库关联查询出该问题的解决方法，不需要凭借长期的经验积累就能快速解决曾经发生过的问题。

8.设备监控。系统自动采集设备相关参数，通过集成平台传送至MES系统的设备运行模块中。自动采集设备停机时间和运行时间，在MES系统中可维护停机原因记录。MES的设备运行模块可以自行配置设备参数，并提供报表查询分析功能。

通过MES系统设备概览模块，可以自动对所有设备运行情况进行监控。对于设备异常（参数值超过标准上下限）予以报警提示。

通过MES系统的设备点检表，可实现对设备的点检功能。对于可以采集工艺参数的设备通过数据采集得到设备实时数据实现远程点检。

设备运行参数和工序工艺参数在设备监控系统中实现上下限自动报警功能，并在MES系统中推送到相应主管部门，并设定解决时限，未完成的自动推送上一级主管。

9. OEE分析。包括MTBF、MTTR、正常运行时间、停机时间、运行时间、等待时间、车间单个设备的运行总时间、排列图、曲线图等内容。

10.工装模具、刀夹具管理。使用信息化手段，可以产生清晰明确的工装模具、刀夹具的档案记录，并且在生产过程中详细地记录每个产品所使用的工装模具、刀夹具。对于生产质量追溯可提供所使用的工装模具、刀夹具数据，对于每个工装模具、刀夹具又可以管理其生命周期。

1）工装模具、刀夹具库存管理：支持工装模具、刀夹具按编号、供应商、进行库存管理，可实时查询库存信息。管理工装模具、刀夹具入库、出库及库存信息，管理人员可方便快捷的查询工装模具、刀夹具信息。

2）工装模具、刀夹具领用管理：车间根据要求，开具工装模具、刀夹具领用单，必须填录为哪台设备使用，工装模具、刀夹具库根据领用单发料。

工装模具、刀夹具生命周期管理：从工装模具、刀夹具领用开始计时，系统根据该工装模具、刀夹具完成的产品加工数及使用频率，结合工装模具、刀夹具可使用的次数，统计出该工装模具、刀夹具是否到了需要更换的时间，并及时进行预警，避免由于工装模具、刀夹具毁损造成的生产任务停工等问题。

（一）可视化管理

通过可视化系统可以实现以下价值：

1.生产实时监控，透明化管理。

2.班组班前会可以利用生产和质量报表点评上班次任务情况，布置当班任务。

3.周例会和月例会可以使用各个层级的报表和OEE分析，总结本周期内的各种问题，并得出预防和改善方案。

4.考核会上可以使用各个层级的报表和OEE分析，对照考核项得出考核结果。

5.各个层级的报警实时送达，为快速响应提供保证。

（七）系统集成

以SAP系统与MES系统集成为例

1.集成的技术方式

2.基础数据集成

3.业务数据集成

（八）数据采集

1.数采方案

为了保证系统的运行稳定性，选用KEPServerEX 为OPC Server，其优点是支持全部主流PLC、DCS、智能仪表的驱动，运行稳定可靠，有大多数的市场占有率；CNC数据采集模块使用FOCAS2接口函数库开发，FOCAS2接口函数库是FANUC提供给用户的应用程序接口函数库，通过调用这些标准函数即可实现计算机与数控机床之间的信息交互。选用西门子的WinCC作为平台软件，完成生产过程实时监控、设备实时报警、将生产过程数据发送到MES系统数据库、接受MES系统数据、将接受到的MES系统数据发送到指定的机台等任务。

2.网络架构

三、离散行业数字工厂建设的效益分析

通过数字工厂建设，推动企业转型升级：

1.适应小批量、多品种的市场，实现柔性制造

2.大幅度提升生产效率

3.全面提高产品质量水平

4.提升设备利用率

数字化工厂建设对提升企业竞争力具有重要的作用和明显的效果：

1.预计年销售收益率提高5~10个百分点。

2.通过数字化制造项目预计物流成本至少下降5%；

3.通过MES系统上线，生产效率提升30%以上

   4.质量成本大幅度下降。