2021-09-06

面向装备制造企业的工业iPaaS平台建设项目——装备制造行业数字化工厂集成解决方案

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引言:

山东恒远智能科技有限公司(以下简称“恒远科技”)作为装备制造垂直行业工业互联网领军企业,是国内首家行业级工业iPaaS(集成平台integration platform as a service)解决方案服务商,装备制造行业一站式数字化工厂集成解决方案服务商。

烟台博森科技发展有限公司(以下简称“博森科技”)是目前国内数控加工排屑过滤领域领军企业。根据不同的客户需要,为全球机床行业提供最优化的机床排屑过滤解决方案,具有国际先进水平。

为了提高装备制造项目全过程的协同性,提升交期与客户服务质量,与山东恒远智能科技有限公司合作,规划建设全业务系统、全生产要素、全价值链的数据互联互通的企业级工业iPaaS平台,对整个数字化工厂进行战略规划和布局,实现企业的降本增效与数字化转型升级。

一、项目概况

恒远科技工业iPaaS平台建设项目是根据企业生产现场实际情况与行业特征,应用平台化技术为企业搭建销售订单、研发设计、计划统筹、生产制造、设备智能化、供应链协同、售后服务等全业务场景的微服务应用,帮助企业建立了全业务系统、全生产要素、全价值链的数据互联互通的数字化工厂iPaaS平台。

1. 项目背景

1)博森科技排屑过滤装备制造的痛点

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图1 装备制造行业痛点

1)订单多样化,批量小,项目制

订单客制化程度高,批量小,种类多;

订单信息量大,特殊参数要求和标准繁多,项目制。

2)技术工艺复杂,设计数据信息量大

零部件多达上千种,BOM结构复杂;

工艺标准和工艺路线多样化;

3)生产制造离散,管理难度高

工序集群孤岛式分布;

加工工序流转多样化;

生产任务、人员、物料、设备信息高度离散,计划管理困难。

4)设备加工为主体

各工序均以设备加工为主;

设备化程度相对较高,但联网利用率低。

5)产品生命周期长,运维滞后

装备产品在客户现场的运行状态需要远程监控与运维,提升服务效率和品质。

2)全局优化三大集成需求与碎片化供给的矛盾

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图2  集成需求与碎片化供给的矛盾

1)基于订单协同的业务集成

围绕订单,销售、技术、采购、生产各业务部门进度不透明,多部门协作主要靠线下沟通;PDM/ERP/OA等信息化工具彼此孤立,数据孤岛;

2)基于产品结构的制造集成

产品结构复杂,最多有9000多个零部件,生产制造过程高度离散。

3)基于智能决策的数据集成

整个装备制造过程生命周期长,涉及到大量的数据,市场战略、财务运营、采购都需要这些大量的综合数据,亟需一个数据汇聚和分析的数据集成应用平台。

2. 项目简介

基于博森科技现有的信息化系统,打造一个以客户为源点的一体化数字云工厂平台系统,实现从客户需求-客户下单-研发设计-生产制造-采购仓储-客户交付-售后运维的全业务流程、全生产要素、全价值链的数字化工厂。

1)生产业务协同层互联互通一体化建设

搭建协同层完整的数字化平台技术架构系统,实现横向的业务系统集成。

一是以订单为原点,设计从工厂级到工位级完整的计划管理系统。

二是基于现有ERP系统进行数字化集成,将订单管理、计划管理、采购管理、仓库管理的数据进行集成,实现平台级的数据和业务的互通互联。

2)车间制造执行层数字化建设

建设基于条码系统的生产过程控制管理,包括车间级计划、生产过程报工、工艺标准与图纸、质量检验与控制。

3)设备智能化管理升级

一是进行设备联网与数据采集,实时监控设备的运行状态和加工参数,进行设备运行效率的分析评估;

二是将设备的日常保养、点检、维修进行数字化管理,保证设备的高效运作。

4)运营管理层的智能化决策

一是基于平台的大数据建立完善的数据统计分析系统,报表中心,数据中心;

二是设计开发基于数据分析的智能可视化系统,如车间看板、工位看板、工厂级的运营中心等。

3. 项目目标

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图3 数字化转型2.0

(1)打破信息孤岛

突破传统的多个系统独立部署形成信息孤岛的1.0模式(集成陷阱),通过一体化技术架构设计,搭建博森科技全业务流程、全生产要素、全价值链数字工厂平台系统

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图4 数据驱动智造

(2)全价值链数据驱动

应用目前主流的工业互联网技术和数字孪生理念,在物理工厂的基础上打造一个真正的数字孪生工厂,最终实现数据在工厂的自由流动—数据驱动智造

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图5  项目目标应用场景

(3)全过程应用场景数字化

博森科技的数字化工厂平台打通从销售订单、技术工艺、生产计划到车间执行到订单交付的全过程应用场景的数字化,建立一个实现人机数字化交互、制造数字化协同、管理数字化决策的高效的数字化透明工厂

二、项目实施概况

1. 项目总体架构和主要内容

1)项目总体架构设计

项目总体架构分为设备层、车间层、业务层和平台层,如图6所示。

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图6  项目总体架构设计

项目以数据为核心,从五个方面实现博森科技数据的互联互通:

1)   数据实现:包括基于数采的设备数据连接、可快速与现有ERP系统的集成数据连接、通过条码/RFID/移动终端等手工操作的其他采集方式的数据连接。

2)   数据汇聚:数据的存储,应用数据湖的技术帮助博森科技建立数据中台,打破不同系统间的数据壁垒,实现数据的共享。

3)   数据分析:基于企业的技术、经验、知识和最佳实践形成数据算法,让数据进行自由流动,实现企业知识的创造、传播和复用体系。

4)   数据应用:基于数据的微服务,面向场景、面向角色、面向特定问题构建一个微服务池,形成平台的解决方案。

5)   数据赋能:数据的深度挖掘和应用,未来基于iPaaS平台的大数据构建智能化服务和应用,实现客户价值最大化。

2)平台功能架构设计

项目平台功能包括从客户管理、技术工艺、生产制造、设备智能化、供应链协同等100多个子功能应用和服务,满足不同业务场景的需求,帮助博森科技实现横向与纵向全方位数据集成,如图7所示。

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图7  平台功能架构设计

纵向集成以工业数据采集技术为主,实现边缘端到云端数据集成,从设备层的数据采集到平台层的数据汇聚、数据分析到应用层的数据赋能。

横向集成以工业模型和工业算法为主,实现全业务流程数据集成,从工位级应用到车间级到工厂级到行业级应用集成。

2. 项目功能模块划分及说明

结合博森科技各部门业务流程,平台业务功能划分如下,如图8所示。

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图8  博森科技数字化工厂平台功能设计

2.1 客户需求数字化

以博森科技客户需求为数据原点,实现客户档案、商机管理、技术方案、报价管理、合同管理、订单进度跟踪、发货回款等全方位的客户关系数字化管理,建立精准、实时、高效的CRM大数据,实现销售数据的有效追踪和自动分析,提升销售业务效率与市场响应速度。流程设计如图9所示。

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图9 博森科技数字化工厂平台客户管理功能设计

2.2 研发设计数字化

对客户需求的产品进行数字化解耦,进行图纸设计、BOM分解、工艺路线设计、工艺标准和加工参数设计、工时定额线上作业,实时自动派发到生产设备和人员。流程设计如图10所示。

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图10博森科技数字化工厂平台技术工艺功能设计

1.图档管理:图档上传审批、自动匹配,系统自动推送实时图纸至生产、质量等部门。

2.BOM管理:八大部分机械、电气、液压多职能部门BOM同步维护,系统一键整合生成切削液集中过滤系统设计BOM,并在此基础上进行采购BOM自动生成及制造BOM快捷维护。

3.工艺管理:下料、焊接、热处理、机加工等工艺参数、技术要求、工时定额等信息维护,自动生成工艺卡片,指导生产,为质量检验提供依据。

4.变更管理:图档、BOM、工艺变更版本管理,实现加工过程技术参数的有效追溯。

2.3 生产制造数字化

生产制造贯穿生产、质量、设备管理各环节,打通各环节业务流程。

2.3.1 生产管理

构建博森科技多重计划协同制造体系,通过主计划协同各部门工作,保证项目所需资源齐套准备;通过车间计划协同各车间生产,工序交接连贯减少等待;通过班组计划实现生产任务精细化管理,人员高效工作。业务流程如图11所示。

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11 博森科技数字化工厂平台计划逻辑图

订单相关工单、任务单等进度情况实时汇总,权限人员可查看订单的状态及生产进度,实现对订单信息的大数据管理。订单进度显示如图12所示。

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图12 博森科技数字化工厂平台订单进度追溯

2.3.2 品质全过程管理

基于装备制造行业特性,质量管理从项目开发阶段的质量策划开始,过程关键控制点的见证管理、现场质量数据的实时采集、理化/无损检测支撑、关键参数的SPC生产过程分析评价等,实时全过程数据管理,为装备品质保驾护航。

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13 博森科技数字化工厂平台全过程质量管理

2.3.3 设备智能化

设备智能化模块主要包含智能维保和智能连接两大模块。

通过恒远自主研发的设备数据采集终端,依托5G技术,实现现场设备高速稳定联网,实时获取设备状态、参数等动态数据借助设备加工调优模型,实现关键设备工艺参数自我监控与优化,有效保障加工品质与效率。

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14 博森科技数字化工厂平台设备状态智能监控

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图15 博森科技数字化工厂平台设备智能维保业务流程

2.3.4 数据统计与可视化

系统自动汇总分析各环节数据,并以丰富的报表实时呈现,减少人工统计工作量,便捷追溯,精准管理。

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16 博森科技数字化工厂平台生产运营数据中心

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17 博森科技数字化工厂平台车间生产进度看板

2.4 供应链协同数字化

结合博森科技实际,构建供应链与生产制造和设计工艺的协同管理体系,通过对标准采购和提前采购的全流程信息化管控和订单(项目)协同计划的集中计划管控,配合仓储管理的条码化管控,实现了企业内部的供应链协同管理。

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18 博森科技数字化工厂平台供应链协同

2.5 客户服务数字化

系统以售后问题管理为数据基础,通过对客户售后问题的系统性管理和进度跟踪,保证所有售后问题均能够快速响应和有效解决,提高客户满意率。

通过对销售出的设备运行状态进行全方位监控,便于公司人员快速掌握客户端设备实际使用状态,识别风险,提前决策,提高客户满意度。

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19 博森科技数字化工厂客户服务体系

3. 网络、平台或安全互联架构

1)应用架构

平台引入互联网先进技术,采用云原生设计理念,应用微服务架构、容器化部署等先进的架构方法,打造企业级信息化平台。

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图20 博森科技数字化工厂技术架构

平台整体划分前端、后台、存储、支撑四个部分,主要有以下几个特点:

1)前端采用渐进式MVVM框架VUE开发

2)后端采用微服务架构

3)容器化部署

4)高可用负载均衡

主要技术栈:

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图21  互联网先进的软件平台技术

2)安全架构

平台建设充分考虑企业信息安全需求,从身份识别、访问控制、入侵检测、加密传输与存储等各个方面入手,提供金融级别的安全可靠性防护。

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图22 博森科技数字化工厂安全管理

三、下一步实施计划

1. 全面设备的智能化、自动化升级

实现全部设备的加工工艺数据、能耗数据、产能数据、运行数据的分析与应用。

2. 数字化集成平台向行业内客户端、供应链端上下游进行延伸

工业iPaaS数字化集成平台第一阶段主要实现了工厂内部从订单接收到研发、生产制造到交付的数据集成,远期会基于装备制造行业的特点,在平台侧向客户、供应商进行数据赋能:

1)客户端数据赋能

在远程运维的基础上,继续开发客户端入口APP:一是可以实现对装备生产过程的数据查询;二是可以二维码等方式快速进入售后服务端,进行售后问题反馈和处理。

2)供应商端数据赋能

平台开放供应商端接口和应用,装备的所有零部件供应商可以通过平台进行接单和实时进度汇报,保证装备制造全供应链的协同性。

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图23  项目远期规划

3. 建立装备制造行业的数据共享赋能平台

一是为装备制造企业打造工具化、低成本、一站式的数字化升级产品生态,

二是打造产业数据获取、数据汇聚、数据赋能的工业大数据应用创新平台,

三是形成装备制造业智能化升级、服务化转型、创新性设计的新一代信息技术创新应用共享服务平台,助力我国装备制造业技术融合与产业升级。

四、项目创新点和实施效果

1. 项目先进性及创新点

1)打造了国内首个装备制造企业级的工业iPaaS平台

针对装备制造行业的工业实践与特征,帮助行业内企业实现全业务系统、全生产要素、全价值链的一站式数字化工厂解决方案。

2)利用数据中台解决企业级数据集成的问题

平台内构建了数据中台组件,主要实现数据治理、数据挖掘和数据服务的功能,与ERPPDM等外部系统集成。

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图24  项目数据集成能力

2. 实施效果

数字化集成平台的项目上线后,打通了装备制造的全业务、全流程和全制造过程,在项目交付、成本控制和质量管理方面实现了很大提升。

1)项目交付周期缩短42%

平台上线后,各业务部门协同效率和物料齐套性大幅提升,交付周期从平均200天以上缩短至120天左右。

(2)成本控制精细化提升

根据装备定制化的订单特点,数字化平台可以实时统计每一台装备、每一个零部件的制造工时和成本,同时平台的实时制造工时成本可以有效的为预报价管理提供数据支撑。

(3)质量损失较低7.1%

通过对原材料理化试验建模、焊接工艺参数建模,实时分析材料质量和焊接质量等装备制造的核心质量控制点数据,大幅降低了因材料缺陷、焊接缺陷造成的重复加工、报废的成本。


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