企业信息化-数字化和智能化工厂

2、技术密集型
– 生产过程涉及到工艺、机械装备、自动控制、 工业工程等专业知识、经验、专有技术。
数字化与智能化工厂
以信息技术为基础的先进制造技术结构
先进技术 创造型工厂 先进技术生产 人 应用技术 服务型工厂 服务生产
生产
信息 基础结构 自动化工厂 基础产品生产
成熟技术 环保型工厂 资源再生 环境技术
应用，据美国 MESA 调查，美国 MES 软件市场规
模： 1993 年为 1.5 亿美元， 1994 年和 1995 年年
增长率为 30% ， 1996 年达到 8.65 亿美元， 1998 年10.1亿美元，予计2003年将增加三倍。
3）生产制造过程的信息化是实现综合生产 指标优化的保证 欧洲钢铁工业技术发展指南指出：“对于
采用信息化的手段,围绕着生产过程的信息和 知识对生产过程进行重组,将优秀的生产与操作经 验、专有技术和知识提炼和融合到上述软件系统 中去，极大地提高生产力。
2) 只有通过企业信息化才能实现企业扁平化管理
金字塔型组织
◆管理组织层次
金字塔型组织：
董事会
生产制造 过程
扁平化组织结构
总经理
生产班 总经理
生产副总
敏捷制造将使企业实现FTQCS战略目标，即产品的
功能(F)全，开发周期(T)短，质量(Q)高，成本(C)
低，并能为用户提供更好的服务(S)。
建立虚拟企业和发展敏捷制造技术是实现敏捷制造 的两个坚实基础。 信息技术是建立虚拟企业和实现虚拟制造的关键使 能技术。
敏捷制造使企业管理从金字塔式的多层结构 走向扁平化结构
2）流程工业数字化与智能化

工艺设计数字化、协同化、虚拟化、智能化


生产过程数字化、自动化、虚拟化、智能化
生产管理数字化智能决策
企业信息化的内涵
将信息技术用于企业产品设计（工艺设 计）、制造（生产）、管理（生产管理
和经营管理）和销售的全过程，以提高
企业的市场应变能力和竞争能力。
企业信息化的内容
能建造各种复杂船舶、 有些属世界最先进船 舶
不足25%
50% ~60%
1973年居第16位
1981年居第2位
居第2位
居第2位
韩国与中国造船业的横向比较（2001年）：
指标 韩国 中国
市场份额
产量（万CGT） 生产效率（工时/CGT）
33%
533.5 13
11%
177.8 58
175K B/C 总工时


经营决策 企业管理 生产调度
BPS (Business Planning System)
MES (Manufacturing Execution System) PCS (Process Control System)
过程优化 过程控制
Purdue 模型
BPS/MES/PC S结构
韩国浦项钢厂 • 浦项董事长刘常夫认为： 21世纪信息管理将成 为浦项生存与发展的关键，建立生产指挥中心： – 新产品开发周期由4年缩短到1.5年； – 交货期由20-30天缩短到7天； – 客户产品库存天数由30天缩短到24天以下； – 月决算时间由6天缩短到1天； – 标准成本计算时间由35天缩短到3天； – 库存原料周转率由8.7次增加到12次。 • 1998年销售额达92亿美元，净利润9.297亿美元， 粗钢产量2560万吨，职工19300人，产量、人均 产量均列世界前茅。

网络化（强调企业间的资源优化）
流程工业一体化过程控制

流程工业一体化过程控制技术是将与产品的质量、产量、 成本相关的经济技术指标自动转化为流程工业生产过程各 工序自动控制系统参数，从而保证达到产品的微观组织和 最终性能的高技术。 流程工业一体化过程控制技术已经成为国际上工业领域的 高技术发展潮流和方向。研发工业生产一体化的过程控制 系统已经成为国际上高技术研发机构与高技术公司的研究 热点，美国I2等高技术公司已经研发出某种材料生产一体 化过程控制软件系统，虽然实现了部分功能，但应用钢铁 等材料生产企业，取得显著的经济效益。 流程工业一体化过程控制系统是实现流程工业信息化的关 键，是提高流程工业生产效率和产品质量、减少资源消耗 的有效途径。
企业信息化
——数字化和智能化工厂
柴天佑
东北大学国家冶金自动化工程技术研究中心
报告提纲
1、信息化是走新型工业化道路必然选择 2、企业信息化的内涵 3、流程工业综合自动化系统 4、离散工业集成制造系统 5、企业信息化的实施策略
1、信息化是走新型工业化道路必然选择
十六大的报告明确指出：
“实现工业化仍然是我国现代化进程中艰巨的历 史性任务。信息化是我国加快实现工业化和现代 化的必然选择。坚持以信息化带动工业化，以工
据美国MESA1996年调查统计结果



生产周期时间缩短率为35%; 数据输入时间缩短率为36%; 在制品削减率为32%; 文书工作削减率为67%; 交货期缩短率为22%; 不合格产品减低率为22%; 文书丢失减少率为55%.
据美国ARC公司调查,基于三级结构的MES可获 得效益为:质量提高19.2%,劳动生产率提高13.5%, 产量提高11.5%.
2、资源管理复杂
由于每个操作可能涉及不同的物料、设备、工具及文档等资源，这些 资源离散地分布在企业中，因此在异步、并发的离散流程中资源管理 复杂。
3、控制量相互独立、流程切换代价小
产品生产主要通过位移、角度等作为控制量进行物理加工，设备控 制参数由设计决定，不受物料物性影响，设备间独立性强。流程切换 不存在象连续工业那样复杂的启停和清洗过程，主要是加工程序的上 载和刀具的更换，所以切换代价较小。
网络平台(Internet/Intranet/Extranet)。
造船工业案例分析
韩国造船企业通过高度信息化和自动化，走集成造船的发 展道路，逐步向敏捷制造模式迈进，韩国成为当今世界第一造 船大国。
韩国造船业发展纵向比较：
I 时间 期末造船能 力、产量 期末年 出口额 1972~1976
（三五计划期间） 能力：143万总吨 产量： 81万总吨 3.0亿美元
B/C开工到交船时间 VLCC（船坞周期）
30万
7.5个月 ~2个月
>100万
13.5个月 5个月
预舾装率
钢材利用率
90%
90%
80%
80%
2、企业信息化的内涵
制造业特点： – 离散制造业 – 流程工业
– 混合制造业
离散制造业的特点
1、调度和协调复杂
产品部件多，可以独立加工，生产流程能够并行、异步进行；对于 某一产品常有多种实现路径可供选择，设备功能冗余度大，因此增加 了调度和协调的复杂性。
应用
机器
数字化与智能化工厂
设计数字化、协同化、虚拟化、智能化
制造过程数字化、自动化、 虚拟化、智能化
企业 数字化与 智能化
管理数字化与智能决策
生产过程数字化、自动化、
虚拟化、智能化
1）离散制造业数字化与智能化

设计数字化、协同化、虚拟化、智能化 制造过程数字化、自动化、虚拟化、智能化 管理数字化与智能决策
降低生产成本、提高产品质量、减少环境
污染和资源消耗只能通过全流程自动控制
系统的优化设计来实现”。 (Charbonnier et al.1999)
综合生产指标的分解
产 质 成 消 量 量 本 耗
生产计划
生产制造执行
综合生产指标： 产量、质量、 综合 成本、消耗 生产
关键 工艺 各工段 参数 指标 生产指标 设定 模型 模型
V 1997~2001
（八五计划期间） 能力：1300万总吨 产量：1161万总吨 97.0亿美元 大规模进入并主导 LNG船市场，在大 型油船、集装箱船 市场占主导地位 85% 居第1位 （2000~2003）
产品发展
造船配套设 备自给率 造船产量在 世界上地位
建造20万吨以上巨 型油船等简单船种
突出核心竞争力企业
零部件厂 ……
零部件2厂
零部件厂n 后勤 保障
市场 零部件1厂 设计 供应
企业组织 模式
市场 后勤 保障 供应
组装 车间
集成
核心零 件制造
……
企业核心技 术 外部企业协作
敏捷制造的关键技术
支持敏捷制造的使能技术：资源共享、信息 服务、虚拟制造、并行工程、建模/仿真和 人工智能等; 资源优化,包括供应链的建模和管理;
业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效
益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势
得到充分发挥的新型工业化路子。”
1) 信息化是提高企业知识生产力的最有效的工具
现代管理之父杜拉克指出:―知识生产力将日 益成为一个国家、一个产业、一家公司的竞争实 力的决定性因素”，“无论什么传统产业，之所 以能发展壮大，就是因为它们围绕知识和信息进 行了重组。”


离散工业设计、制造、管理一体化
百度文库
4、劳力密集型、自动化水平相对较低
离散制造业企业由于是离散加工，产品的质量和生产率很大程度依赖 于工人的技术水平，自动化主要在单元级，例如数控机床、柔性制造 系统等，因此,离散制造业是一个人员密集型行业，自动化水平相对较 低。
流程工业的特点 1、复杂性
– 主要的流程工业涉及到原材料和能源的生产加 工行业，如冶金（钢铁、有色、黄金）、石油 化工、电力等；我国资源的特点：贫矿多，难 于提炼，因而其生产加工过程复杂； – 金字塔式的管理模式是层次多，经营管理、制 造执行等过程的信息获取、控制与管理涉及的 变量与参数多，过程的模型难于描述。
II 1977~1981
（四五计划期间） 能力：400万总吨 产量： 93万总吨 8.9亿美元 建造中小型集装箱 向、滚装船以及成 品油船、化学品船 等复杂船舶 45%
III 1982~1991
（五五/六五计划期间） 能力：600万总吨 产量：350万总吨 41.3亿美元
IV 1992~1996
（七五计划期间） 能力：1000万总吨 产量： 738万总吨 71.3亿美元 大规模进入型集装 箱船市场，在大型 油船和集装箱船和 集装箱船市场占主 导地位 75%
企 业
纵 向 集 成
工 厂 车 间 单 元 工作站 设 备
纵 横 向 综 合 集 成
计 划
执 行
控 制
（a）多级递阶
（b）分布式
敏捷制造使企业“大而全”“小而全”的组 织模式走向分工协作突出核心竞争力的模式
“小而全”“大而全”企 业
零部件2 零部件 车间 车间 零部件1 零部件n 车间 车间 设计
生产车间
生产部 生产厂
工人 扁平化
组织结构：
生产指挥中心 生产制造过程
实行扁平化管理的几个例子：

美国通用电器公司从董事长到一般职工，管理层从26层减到5层。 60多个部门组合为12个业务部，管理人员减少1/4，1996年利润居 全美榜首。
日本兴亚电工公司（KOA）废除中层管理职务后，销售额上升14%、 利润增加37%。 美国IBM公司、英国石油公司和电讯电报公司均做大幅度体制改革， 取得显著效果。
•
• 辽宁省排山楼金矿 ：黄 金回收率提高1％以上；生 产能力由1200吨／日提高 到2000吨／日，剥采比由 10：1降低到6.5：1，选矿 成本由73.03元／吨降为37 元／吨，采矿成本由57元 ／吨降为43元／吨，人均 劳动生产率75万元，是同 类企业的平均水平的17倍。 (图一所示)
图一 排山楼金矿

设计信息化（产品设计和工艺设计）
－计算机辅助设计(CAD) －并行工程 －虚拟制造与流程模拟 －设计过程管理(PDM)

企业管理信息化
－企业资源（ERP） －制造执行（MES）

生产制造过程自动化
－优化控制与过程控制
－加工设备机电一体化

集成化（强调企业内部信息集成）
－设计、制造、管理一体化 －一体化过程控制

1999 年，美国“财富”杂志发表文章称 MES 是
“ ERP 市场的挑战者”。该文介绍年产值 16 亿
美 元 的 美 国 化 纤 企 业 Unifi 公 司 ， 其 下 属
Yadkinville 厂应用 MES 软件后，效益增加 69% ， 实际增效1600万美元。

基于ERP/MES/PCS三级结构的MES软件得到广泛
各工序 关键工 艺参数
指标 优化 系统
优化控制
4）生产制造过程的信息化是实现敏捷制
造的保证
现代化的通讯网络将世界连成一体，经济全球化进 程使世界变成了一个统一的市场，致使产品市场竞 争国际化；
产品的品种越来越丰富，产品的批次和批量越来
越少，产品的开发周期越来越短。
敏捷制造（Agile Manufacturing）把动态灵活的 虚拟组织机构、先进的柔性制造技术和高素质的人 员进行全面的集成。