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2.7 中国工业信息化的典型案例

2.7.1 钢铁行业信息化案例

1.中国钢铁企业信息化的发展概括

目前,中国已成为全球最大的钢铁生产与消费国家。钢铁行业面对国际市场的全方位竞争,要求企业采用信息技术和现代管理手段来改造和提升传统产业,推动产业的优化和升级。推进钢铁企业信息化应用,不仅是钢铁行业自身提高竞争力、实现现代化管理的内在需要,也是钢铁企业适应国际环境、融入全球经济的战略选择。

中国钢铁行业的信息化起步于20世纪80年代末,最初的系统只有实现电子记账的功能。90年代后期,钢铁企业认识到管理信息化的重要性,在加强生产自动化的基础上,考虑系统集成和产销、财务管理等业务需求,开始注重信息系统应用功能的开发,少数技术领先企业引进了“产销一体化”的管理信息系统,并成为企业不可或缺的运营平台,从此以后走上了信息化的道路,信息技术从根本上渗透到钢铁企业的生产经营领域。进入21世纪,中国钢铁企业围绕网络系统建设、企业管理信息化、生产过程自动化控制、控制系统改造等领域进行了多方位的信息化建设,在网络平台、企业资源计划(ERP)、制造执行系统(MES)、企业计质量系统、基础自动化和过程自动化改造等多个方面取得了比较显著的效果。从2000年到2008年年底,中国钢铁工业有45家企业或企业集团基本实现了信息化,实施大型信息化项目的钢铁企业钢产量占全国50%以上。

中国钢铁企业比较成熟的信息化架构可分为五层结构,即设备控制级(第1级)、过程自动化级(第2级)、制造执行系统(MES)级(第3级)、企业资源计划(ERP)级(第4级)、企业间管理及决策支持系统级(第5级)。

表2-5是目前中国钢铁行业信息化的总体应用情况。在企业管理领域的ERP系统实施方面,中国钢铁企业前50名几乎都实施了ERP,部分企业ERP相同,还处于一期,系统还不够成熟。其中,以宝钢股份和杭钢项目覆盖的业务范围比较大,宝钢和首钢在集团公司信息化方面走在前面,武钢、马钢等企业正在拓展ERP覆盖的部门厂矿和业务范围。

表2-5 中国钢铁行业信息化应用现状

在中国钢铁行业的信息化建设过程中,形成了一批具有自主知识产权、国产化信息平台及自动化系统、集成技术的软硬件产品,钢铁企业已经成为钢铁工业信息化领域的创新主体。除了产销一体化系统、生产制造执行系统之外,在钢铁生产过程自动化和系统集成技术方面得到了快速发展,核心数学模型开发和应用也取得了突破,在钢铁企业的生产经营中发挥了重要作用。

2.钢铁企业信息化的典型案例

1)生产控制系统(PCS)

生产控制系统(PCS)是钢铁企业信息化中与生产工艺直接关联的部分,其上一层是钢铁生产制造执行系统(MES)。PCS包括了烧结机控制系统、高炉控制系统、能源中心控制系统、计量数据采集系统、检化验数据采集系统、铁水预处理控制系统、转炉及电炉冶炼控制系统、精炼控制系统、连铸控制系统、轧坯出库入库控制系统、加热炉控制系统、热轧控制系统、冷轧控制系统、精整作业系统、钢管库位控制系统、涂镀控制系统等。它们接受从MES传来的作业指令,按照要求执行这些生产作业指令,并将执行结果反馈给MES。

在钢铁工业的生产控制领域,中国钢铁企业通过产业化项目的实施,目前已经在冶金自动化系统和装备的关键技术上取得了重大突破,在大型交流变频调速技术、连铸连轧自动化系统、转炉自动化成套技术等领域形成了系列产品和工程服务能力,使中国的冶金自动化系统进入国际先进行列,中国企业的技术集成能力和工程实施能力也达到了世界先进水平。

例如,鞍钢从20世纪70年代初起,一直从事转炉自动化技术的开发、研究和工程化。先后开展了转炉的氧枪、副原料、副枪、底吹、煤气回收、合金、智能测温仪表等攻关项目,形成了转炉自动化成套技术。在此基础上,通过消化吸收引进技术和自主创新,研制成功适合大、中、小各级高炉和转炉的自动化成套系统与技术,并可提供连铸自动化成套系统和技术,以及棒、线材轧机的自动化成套控制系统和技术。近十几年来,鞍钢先后同德国SIEMENS公司等国外大公司合作,相继完成了鞍钢1700mm热连轧AGC改造、1780mm热连轧机自动化系统的设计、调试。在此基础上,鞍钢华冶联公司承担了鞍钢公司2150mm和济钢1700mm宽带热连轧机自动化控制系统的设计、制造、安装和现场调试任务,技术开发和大型工程实施能力得到极大提高。

2)制造执行系统(MES)

制造执行系统(MES)在钢铁企业具有两个方面的作用:(1)作为面向工厂的管理系统,通过生产计划、生产调度、库存管理、质量管理、设备管理、物料跟踪等系统功能,对产品订单、质量、设备、资源等进行全面的动态管理;(2)作为将ERP等业务系统与生产设备控制系统联接的桥梁,将来自ERP系统的生产计划信息,转化为生产指令下达到生产过程控制系统,并从生产过程控制系统中获得生产现场数据,经过处理后向ERP系统及时反馈生产状态信息。

这里以宝钢为例。宝山钢铁股份有限公司是中国最大的钢铁联合企业,年产量超过1000万吨,其下属的上海宝信软件公司承担了宝钢股份的全部信息化改造、维护、开发和实施任务。宝钢于1998年建立了公司整体产销系统,并陆续改造、新增了包括一、二、三期炼铁、炼钢、连铸、热轧、冷轧、钢管、高线等产线在内的20多套MES。随着宝钢整体信息化建设的开展,建设了公司企业级管理系统(ERP)、各分厂级的制造执行系统(MES)以及各底层的过程控制系统,从而在中国钢铁企业首次构造了完整的ERP/MES/PCS架构的信息化系统。

宝信公司在国家863项目的支持下,通过与大学院校合作,采用产、学、研结合的办法,研制和开发了冶金企业MES产品化软件,形成了具有独立知识产权的MES软件平台,填补了国内冶金行业在MES研究和产品化应用方面的空白。在全国钢铁企业成功地实施了40多套MES,为这些企业取得了很好的经济效益。

3)企业资源计划(ERP)系统

钢铁企业ERP系统的主要功能涵盖经营管理、产品制造、供应链管理、办公自动化、基础自动化等相关方面。在网络及数据库环境的支持下,实现了系统内部的信息集成。

以武钢为例。原武汉钢铁(集团)公司是中华人民共和国成立后兴建的第一个特大型钢铁联合企业,是中国重要的板材生产基地。为了应对经济全球化以及信息技术的挑战,武钢不断进行管理创新,在钢铁主业集团范围内对原有的业务流程进行了重新设计和再造,并以信息化为推动力,整合了相关业务流程。2001年,武钢按照ERP管理模式,开发了整体产销信息系统,建立了以市场需求为导向、合同为主轴的产销整合管理和追踪模式,实现了产销一体化管理。该系统将销售管理、质量管理及生产管理等专业系统紧密结合,在保证质量、交货期、满足客户个性需求的前提下进行生产优化。同时,以销售合同贯穿销售、排程、生产、存货、发货流程管理,掌握进度及实物动态,实现合理的资源调度。

武钢ERP系统一期工程于2003年1月成功上线运行,包含了销售管理、技术质量管理、生产管理、存货与出货管理、财务管理、信息作业管理六大管理系统33项子功能,约4080个应用软件程序,取得了显著的应用效果。具体体现为以下几个方面:

(1)有效降低了库存,尤其是厂际之间、工序之间的中间库存。整体产销系统投入运行后,中间库存从日均2.6万吨降低到1.8万吨左右,平均降低30%。

(2)提高了生产作业效率,经过精确计算带来了钢材成材率的提高和附带品的减少,缩短了合同订货周期,可以满足客户的个性化需求,合同交货期由原来的45天缩短到30天。

(3)提升了技术创新能力,产品质量有所提高,生产组织和质量管理更加规范有效,获取、分析数据更加及时、准确。

(4)降低了企业成本,实现了减员增效。例如,负责公司生产计划编排人员减少了50%以上。

(5)缩短了货币资金回笼时间,通过整体产销系统,财务人员可以随时获取公司销售收入和货币资金回笼情况,资金回笼时间平均缩短3天。

此外,武钢通过ERP系统的应用,主要的生产线实现了产销一体化,这是钢铁产业界公认能产生重大效益的工程。该系统完成后,武钢在主要的生产线上可以真正实现“产销一体、管控衔接、三流同步”,这是钢铁企业信息化的理想目标。

4)企业间管理及决策支持系统

钢铁行业的企业间管理及决策支持系统是在ERP的基础上对整个供应链信息化管理的功能扩展,包括客户关系管理(CRM)、供应商关系管理(SRM)、供应链管理(SCM)、产品生命周期管理(PLM)及支持企业决策的商务智能与决策支持系统。这是涉及范围更大、功能更复杂、管理层次也更高级的企业运营管理系统。在该技术领域,一些基本的技术开发如数据仓库和电子商务等,也开始在中国钢铁企业中得到了应用。例如,宝钢在数据仓库技术应用方面走在了国内企业的前列,开发了数据仓库的综合数据挖掘系统、质量分析技术和客户服务知识库等技术,取得了显著的应用成效。

2006年,宝钢建立了能源管理数据仓库系统(EMS)。宝钢能源中心的EMS系统,主要面向能源生产的实时监控和在线调整,其数据库中存储的归档数据是能源统计和管理的基本依据。宝钢能源管理数据仓库具有以下特点,可充分满足目前钢铁企业能源管理的需求。

(1)及时性。统计分析报表的生成主要由自动引擎通过批处理程序完成,给能源报表的编制带来明显的优点。

(2)准确性。统计分析报表全部由数据仓库系统直接从业务数据库中提取数据,减少了人工干预环节,从而增强了数据的可靠性。

(3)综合性。数据仓库中的数据按照主题进行存储,按主题进行数据的组织和使用,提高了数据运用的效率。

(4)集成性。基于网络和数据仓库的操作平台,使用户数据报量、人工修正数据、处理统计数据、财务审核数据、最终报表的发布传递等工作,都能够在统一的平台上借助各自的功能模块完成,从而减少了出错操作,提高了工作效率。

3.钢铁行业信息化的发展意义

总体而言,中国钢铁企业信息化取得了显著的效益,其主要表现在以下几个方面。

1)促进钢铁企业以市场需求为导向,按照用户订单方式组织生产,实现质量设计和生产线管理,使企业生产目标较快地从以生产为中心向以市场和客户为中心转变。

2)促进了钢铁企业的体制创新、管理创新和技术创新,大多数钢铁企业实现了一级财务核算、集中采购、集中仓库管理和统一的生产指挥调度,管理机构扁平化,优化了生产流程,从而显著提高了整个行业的竞争力。

3)通过业务流程重组和信息化平台的应用,打破了原有管理上的信息壁垒,有效地解决了信息孤岛现象,实现了统一平台上的信息共享。通过生产、销售、采购、项目管理和财务系统的集成,强化了企业资金管理。财务与制造的集成使实时成本核算成为可能。

4)强化企业管理的标准化和规范化。产品标准、技术规范、检验标准等实现了集中式管理和分布式共享,流程程序、记载数据和操作规范等均由信息化系统自动执行,极大地改善了“执行难”的问题。

5)促进企业信息公开、程序透明、运营规范,使财务账目数据和采购、计量、检验、销售价格政策等运作过程透明化,保证了业务活动轨迹有可追溯性,从而提高了企业运营的安全性。

2.7.2 航天云网平台

2017年6月15日,中国航天科工集团公司正式发布了航天云网平台“INDICS”,这是中国首个工业互联网云平台。工业互联网概念最初由美国通用电气公司提出,是指将信息空间与物理空间相融合的智能制造系统,从而提高制造业创新能力、制造能力和服务能力。工业互联网是集互联网技术、物联网技术、云计算技术、人工智能技术、大数据采集与挖掘技术于一体的全球性工业创新载体。目前,中国航天的INDICS与美国通用公司的Predix云平台、德国西门子公司的MindSphere云平台处于同一水平。

1.INDICS平台概况

航天云网平台具有信息互通、资源整合、协同制造等功能,通过整合航天科工集团的内外部资源,目前着重发展云制造、创新创业和工业品商城三大核心板块业务,致力于打造成为“互联网+智能制造”产业化创新服务平台。

目前,航天云网平台主要由四大板块构成,即专用网络平台、公用网络平台、国际公用互联网平台和智慧企业运行平台。

1)专有云平台:是一个航天专用网络云平台,主要用于解决航天科工集团内部范围内企业协同设计、协同制造等资源共享、能力协同问题,借助该专有云平台可以推动航天科工集团公司全要素资源共享、制造过程深度协同,实现“企业有组织,资源无边界”。

2)公有云平台:是一个公用网络云平台,主要用于整合全国范围内相关资源,为广大企业与政府提供服务。例如,为企业提供的协作配套业务可以支持机加、电装、例行试验、计量检测等任务与能力服务,在线开展需求发布、应答、竞价、成交评价的全业务流程服务;为各级政府提供的工业云平台可整合各类政府产业监测平台,实现“经济运行数据云端采集、政府决策分析云端实现”。

3)国际云平台:是一个面向国际公用的互联网云平台,可以为“一带一路”沿线国家提供产业合作的多语言平台。已在德国、伊朗、巴基斯坦等国落地,为当地企业寻求国际产能合作服务。

4)智慧云平台:是一个智慧企业运行服务云平台,可以为企业提供线下“三哑改造/智能改造”,即解决“哑设备、哑岗位、哑企业”问题,提供智能制造技术改造服务等,实现智能装备、智能生产、智能管理。

2.INDICS云制造平台的核心功能

航天云制造平台通过提供云资源、云设计等服务,实现企业间的协同制造。INDICS云制造平台的核心功能如下:

1)云资源中心:一是为企业提供在线资源池,如各类工程协同软件、管理软件、工具软件的软件池,按照产业、产品、技术的发展需求而将各个单位知识产权汇聚在一起所形成的知识产权池,与线上产品紧密相关嵌入式、具有可持续发展特性的标准规范池;二是为企业提供在线工业云服务;三是提供软件云租用。

2)云协作中心:可以提供研发设计、生产加工等任务的需求和能力发布平台,实现企业线上对接,支撑后续项目应标、合同管理、过程监控、信用评价等生命周期管理。

3)云设计中心:可以为企业提供在云端开展设计活动所需的任务、流程、数据云PDM管理系统,以及各类专业设计分析软件等,辅助用户实现云CAD设计、云CAE分析、云CAPP工艺等业务活动。

4)供应链云服务:对原材料采购、计划、生产、供货、库存、销售、运输、售后、退货、换货、审核进行全过程可视化的管理。

5)营销链云服务:提供从销售下单、发货到经销商入库、产品零售和派工安装全过程跟踪。

6)售后链云服务:提供对商品问题提报、处理等一系列售后服务的信息化系统。

INDICS云制造平台在研制和开发过程中形成了一些有效的做法,已取得初步的成效和成功案例。

首先,在企业层形成资源、能力的网络效应方面,航天云网平台通过整合工业优秀设计资源、搭建工业软件的云资源池,实现众多企业共享云智慧成果的目的。例如,通过与全球领先的工程设计软件公司MSC签署合作协议,成为MSC全球唯一线上代理运营商,为数千家企业提供了工业设计软件的在线服务。

其次,航天云网通过搭建工业大数据平台,为企业提供了制造与服务相结合、准确把握市场动态等服务。例如,基于INDICS搭建的格力工业大数据平台,为格力空调提供了设备定位、故障预测、故障诊断等服务,可以及时、准确定位运行故障,缩短停机时长,从而提高了客户满意度;此外,还为格力空调提供了用户习惯分析、多维统计分析等,有助于其把握销售规律、特点及变化趋势,可用于指导产品的个性化设计及产品的推广销售。

最后,在帮助企业开展智能化技术改造方面,航天云网平台通过线上云平台与线下自动化生产系统相结合,为企业提供互联网络、标准体系以及安全体系等服务,以实现对传统工厂的虚拟化改造。例如,以航天695厂为样板的虚拟工厂建设,通过接入生产设备的实际数据,利用设备自有的网卡或采用硬件传感器等方法,将企业生产车间的设备接入云平台的虚拟工厂,用户可通过VR设备等随时随地在线查看生产流程,从而达到实现协同设计与可视化工艺的目的,大幅提高客户对产品的接受度。

3.基于INDICS云平台的工业品商城

航天云网平台可以提供比传统电商平台更为丰富、更为专业化的工业商品相关服务,基于INDICS云平台的工业品商城包括如下功能:

1)产品中心:提供工业品发布、工业品管理、销售管理和售后服务功能,实现所有产品的统一管理。

2)易购中心:为会员提供将闲置设备及存货进行网上易物或销售的平台,帮助企业清理库存、闲置资产及设备。

3)采购中心:提供购买方采购需求发布、供应商应答、供方筛选、竞价、招投标功能,实现线上一体化采购、深度在线交易和采购价值最大化。

4)租赁中心:提供将会员的闲置设备和物品进行网上出租的平台,实现会员单位利用闲置设备增收,并降低承租人使用设备成本。

4.INDICS云平台的重要作用

在新一轮全球产业革命中,一些工业发达国家都在建构智能制造产业体系。与德国西门子和美国GE等国际巨头相比,中国制造业企业整体发展水平落后且内部层次不齐,仍处于“工业2.0”、“工业3.0”并存的阶段,企业智能化与自动化程度存在很大的差异,这就要求中国必须走一条符合自身特点的“工业4.0”道路。

INDICS是航天科工打造的中国首个工业互联网云平台。这是一个以云制造服务为核心,以信息互通、资源共享、能力协同、开放合作、互利共赢为理念的“互联网+智能制造”产业化创新服务平台。该平台聚集了海量的制造业企业资源,发挥了产业横向整合的作用,为中国制造业智能化改造提供了全新模式。其通过提供产业链上下游的供给与需求交易撮合、设计资源共享、生产虚拟化以及核心资源(软件、专家、专利、标准)共享等服务,可以提高中国制造业企业的整体智能化、信息化水平,进而提升生产效率与产品竞争力。 zRA8uAwyS1lPNExmUMK1/FIABLM2vyVk5QTDwQQfxQgbUKgNDwrtY6+LcLt+ztxy

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