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新天科技股份有限公司（以下简称新天科技），创建于2000年11月，是国内唯一一家涵盖智能表、智慧水务、智慧节水、智慧热力四大产品系列的上市公司。新天科技是中国智慧能源、智能表及系统行业的先行者之一，经过十余年的励精图治和高速发展，新天科技已成为中国智慧能源、智能表及系统的行业龙头企业。新天科技产品涵盖智能计量仪表及系统（包括基于物联网的智能水表、智能热量表、智能燃气表、智能电表）和智慧能源（包括智慧能源互联网云平台、智慧水务、智慧燃气、智慧热力、智慧农业节水灌溉等），产品畅销全国，并积极响应国家“一带一路”倡议，打破国外技术壁垒，出口至几十个国家和地区。目前，新天科技基于物联网的智慧水务及物联网终端国内市场占有率第一，基于物联网的智慧燃气及物联网终端国内市场占有率前三，基于物联网的智慧热力系统及物联网终端国内市场占有率前三。
项目整合新天科技的技术、人才、管理、客户、生产等资源，通过计算机仿真技术、机器人技术、物联网技术、大数据分析技术、高级人工智能技术等，打造成本更低但质量与环节可控的数据化、柔性化、无人化、智能化、可视化、定制化智能计量仪表制造新模式。
项目主要特点如下：
1）在基于物联网的智能计量仪表制造过程中，PLM系统产品设计数据与MES、ERP高度集成，建立数据互通机制。根据业务流程需求及智能制造标准作业体系，通过系统间集成实现各层级需求的BOM转换，形成智能制造闭环管理体系。
2）项目在离散制造订单预测、趋势预测、决策辅助、设备状态预测等方面，引入高级人工智能算法，以最大限度提高计算准确性，为人工决策提供尽可能优化的辅助建议。
3）项目通过对设备的状态进行预测性感知，将关键设备的维护维修方式改进为视情维修，同时将设备实时量化状态评估与生产计划相结合，达到车间生产全局最优的效果。
4）为了保证生产的高效性和用户的定制化需求，项目在各种智能制造辅助系统的引导下，集成了多种智能装备，并通过这些智能装备的相互协同，实现高柔性化条件下产品的高效率、高品质生产。
5）项目采用一系列复杂工况条件下的关键生产设备状态感知技术，从特征中分离出有效的状态变量，从而对关键设备进行有效的状态感知和管理。
6）在生产制造过程中，针对制造的柔性化、离散化特点，项目综合协同众多系统与环节、流程，最大化地实现各个子系统之间数据的共享，消除了各个子系统的“信息孤岛”，以最优化生产过程。
7）在自动化生产的各个阶段，项目采用多模式生产设计技术，匹配机器生产和人工生产的进度，保证两者之间品质的稳定性。
为达到智能制造升级目标，结合基于物联网的智能水电气热表计智能制造流程，新天科技智能工厂建设的项目总体架构如图6-1所示。
图6-1 项目总体架构
整个工厂建设分为基础支撑层、工业软件、工业装备和智能状态感知平台。基础支撑层为整个流程提供硬件、软件、网络、物联、云端、超算、智能支持，是各项智能化功能开展的基础和前提。在基础支撑层基础上，工业软件包括了知识产权链和价值链，为整个制造过程提供决策支持，是整个制造过程的大脑中枢，保证制造的价值创造最大化。工业装备在整个制造过程中扮演着执行者的作用。为了保证工业装备连续不断地正常运行，需要利用智能状态感知平台，实时感知工业装备中的关键重要部件的状态，进行全生命周期健康监测诊断和基于大数据的在线故障诊断与分析。
项目面向离散型装配制造业零件种类多、产品定制需求多、市场响应快以及产品质量要求高的行业需求，结合智能水电气热表计研发制造特性，建立智能表计制造智能化工厂，主要包括“三链两化一示范”，如图6-2所示。
图6-2 项目主要内容示意图
1）三链。三链包括：①以创新管理为核心的知识产权链，主要包括研发管理、流程规划、生产工程、制造、虚拟镜像化；②以业务管理为核心的价值链，主要包括订单管理、生产计划、材料供应、制造、分销计划、客户管理；③以设备运行管理为核心的资产链，主要包括系统建模、状态感知、智能运维、全寿命周期管理。
2）两化。两化包括：①智能化，基于管理人员任务定位，利用高级人工智能的方法，如深度学习，辅助管理人员做出决策，人工智能的应用体现在三链中的各个环节。②虚拟镜像化，是信息物理系统的具体体现，对所有物理世界的基本单元进行信息化建模，构建其在信息世界的镜像。虚拟世界中代表实体状态和相互关系的模型和运算结果能够更加精确地指导实体的活动，使实体的活动相互协同、相互优化，实现价值更加高效、准确的表达。
3）一示范。根据三链融合模型，以及高级人工智能和信息物理系统的应用，利用数据采集与分析、智能仓库、智能灌封、智能包装、智能周转、智能仓储、三维可视等系统，建设具有示范效应的基于物联网的智能计量仪表生产智能工厂。
智能工厂的基础支撑层是整个系统架构的基础，为工厂的正常运行提供硬件、软件、数据库等方面的支持。基础支撑层包括对系统软硬件的环境的支撑，包括操作系统、数据库等软件环境的支撑，也包括服务器、交换机等硬件与网络环境的支撑。
项目通过PLM软件实施，统一数据源，打破职能部门界限，以项目管理方式进行项目可交付物及过程管控，有效实现项目工作协同；实现无纸化管理，缩短产品设计周期，降低设计成本。同时，与现有的ERP系统对接，减少研发手动工作量80%，降低BOM错误率100%。PLM与ERP、MES及CRM系统集成，实现从需求、设计、生产到售后全过程可视化。
新天科技建立基于知识的智能化工艺规划，利用特征提取和识别模块分析零件CAD模型，得到以特征为单位的零件几何、工艺信息。通过工艺知识库支撑，进行智能化的工艺推理和决策，获得所提取特征加工需要的设备和工艺参数信息。在此基础上，通过人机交互编排工艺过程，而后根据零件CAD模型和已知的工艺参数，自动生成零件的加工毛坯模型以及工序模型。将所有这些参数传递给加工仿真模型自动建立模块，得到零件的加工仿真模型，最终经CAM系统内部处理，生成零件加工代码。
新天科技管理的信息化建设就是在规范管理基础工作、优化业务流程的基础上，通过信息集成应用系统来有效地采集、加工、组织、整合信息资源，提高管理效率，实时、动态地提供管理信息和决策信息。除此之外，在业务管理活动中还产生大量的非结构化数据，如各种文档、邮件、报表、网页、音像、视频、扫描图像以及演示幻灯片等。
新天科技供应链管理的信息化是公司非常重要的一个组成部分。新天科技从原材料、零部件的采购、运输、储存、加工制造、销售直到最终送到和服务于客户，形成了一条由上游的供应商、中间的生产者和第三方服务商、下游的销售客户组成的链式结构。其重点是利用公司局域网、互联网、数据库、电子商务等技术资源通过对供应商、第三方服务商及客户的信息化管理与协调，将公司内部管理和外部的供应、销售、服务整合在一起，提高公司的市场应变能力。
ERP是智能价值链的核心，新天科技智能表计制造的ERP系统主要包括：财务会计、成本管理、固定资产管理、采购管理、销售管理、质量管理、库存管理、设备管理、物料管理、生产管理、需求管理、人力资源管理和工资管理。新天科技ERP系统着眼于公司内部资源、关键业务流程的管理和控制，不仅考虑到信息资源在部门内、公司内、集团内共享的要求，还充分体现预测、计划、控制、业绩评价及考核等管理方面的要求，实现资金流、物流、信息流管理的统一，解决长期困扰公司管理的难题。
业务流程管理（BPM）系统针对智能水电气热表计设计与制造，主要包括以下模块：流程工作台、流程监控、流程审计、流程分析、业务集成、个人设置、组织机构和基础设置等。
新天科技的供应商管理系统包括以下模块：品类管理、供应商全生命周期管理、供应商绩效管理、供货比例管理。
新天科技的供应链管理系统将包含以下模块：采购计划系统、采购管理系统、库存管理系统、存货核算系统、销售系统等。
新天科技的客户关系管理系统包括以下功能模块：客户信息管理、联系人信息管理、潜在客户管理、客户关怀管理、客户满意度管理、客户请求及投诉、客户信用评估、客户统计、行程监控、日程安排、实时任务、事件计划等部分。
根据基于物联网的智能计量仪表的工艺流程与离散制造的行业特点，新天科技进行车间总体设计、工艺流程及布局数字化建模，输出智能工厂设计所需的硬件配置。研究应用多种三维设计与工艺仿真工具，建立车间组织模型、车间作业计划模型，根据行业特点，研究制造现场所需数据采集设备、控制设备、数据库服务器等各型设备的互联互通模型，建立一套支持标准协议网络接口的网关和读写器等关键设备的配置模型，输出智能工厂所需的车间互联互通所需的硬件配置。在智能制造体系中，所涉及的设备种类繁多，各个生产设备之间的关系复杂，其中任何一个设备出现异常，都会导致生产暂停，降低生产效率，因此，有必要通过关键设备状态感知，提前获取设备退化状态，预先做出维护维修活动，并根据设备状态对全生产系统的运行做出优化辅助决策支持。
在状态感知结果指导系统运行优化方面，新天科技为了尽量提高整体生产效率，依据各个设备的健康状态进行横向比较，健康度较高的设备分配更多的生产任务，而健康度较低的设备则承担较少的生产任务，甚至暂时停止工作，这样，就可以实现车间全局设备退化程度一致化，避免导致有的生产设备异常而无法使用。新天科技针对智能生产制造系统中的故障，目前采用的方式是基于设备的实际状态，对设备的退化趋势做出预测，在设备即将发生异常之前，采取维护措施，保证设备能够连续稳定运行，达到“防患于未然”的目的。
新天科技将RFID技术、传感器网络技术、嵌入式智能技术、无线通信技术综合应用于车间关键部件实时监测与在线管理，建立集无线感知、测量、分析、决策于一体的关键部件状态监测与管理信息平台，解决车间关键部件在配置、调度、位置跟踪、状态监测、生命周期管理、库存管理等环节存在的物流与信息流监控难题，为企业高效、敏捷关键部件管理提供重要的技术支撑。关键设备智能状态感知体系架构如图6-3所示。
图6-3 关键设备智能状态感知体系架构
为了适应智能水电气热表计生产的高柔性化特点，从定制化客户需求（PLM需求管理）到产品的数字化设计数据（PDM）、工艺模拟仿真，从CAPP到生产计划控制（ERP）到数字化车间的MES，从车间总体布局到车间级的数据采集，打通产品全生命周期以及客户端交付的信息流，清除所有的信息孤岛。这样逐步实现智能表计的加工设备联网与数据自动采集，生产车间的高级排产、精确排产、看板管理、物料管理、设备管理、工具管理、过程质量管理、决策支持等，逐步实现全模块化、高度集成、全过程透明、闭环、体现协同制造、适合智能表计行业特点的数字化信息管理系统。
新天科技MES与公司的ERP、OA、SCM和自动化系统、自动化设备集成在一起，实现产品过程追溯、质量追溯及责任追溯，实现销售订单、生产任务单到产成品产出、入库、发货的全过程信息采集、监控共享和质量追溯，在帮助公司实现生产的数字化、智能化和网络化等方面发挥着巨大作用。
试制阶段、初次加工以及批量生产过程进行到一半都需要进行严格的质量检测，生产过程中的质量检测主要是对外观、基本尺寸的检测。质量检测流程如图6-4所示。
图6-4 质量检测流程
为了保证产品计量的准确性，控制公司所生产的产品计量准确性，同时，也为业内其他企业提供表计检定，新天科技研发了大规模智能检定平台。该平台能够对各种类型、各种型号、各种规格的表计进行检定，同时，也可提供第三方检定服务。
1.生产数据采集与分析系统
项目采用基于RFID标签与读写器及系统，充分采集制造进度、现场操作、质量检验、设备状态等生产现场信息，通过车间MES，实现计划、排产、生产、检验的全过程闭环管理，并与ERP集成，建立了车间级的工业通信网络，系统、装备、零部件以及人员之间实现信息互联互通和有效集成。
2.供应链物料智能配送系统
项目在智能表计生产车间和仓库之间，采用供应链物料智能配送系统。其目标是：实现实时的物料配送以达到减少物料浪费，同时能对物料进行跟踪，降低物料在配料点的库存量，改善车间物料的流动状况，最终达到有效控制制造成本的效果。该系统的核心功能是：物料配送计划的生成、配送计划的执行、对物料的跟踪管理。
3.车间生产系统
车间生产系统是生产设备的集合，是生产制造执行部分。利用PLC可控制部分生产系统中的设备，生产系统主要包括SMT、焊接、调试、灌胶、复调、装配包装等多个环节。
4.物联网智能表计自动检测系统
为了保证基于物联网的智能表计的准确性，同时，也为业内其他企业提供表计检定，新天科技自主研发了适用于物联网智能表计的检测系统。该系统能够自动检测基于物联网的水表、电表、燃气表、热力表。
基于物联网的智能表计自动检测系统主要由自动检测流水线、计量功能检测系统和物联通信检测系统组成。其中，自动检测流水线由工业机器人、AGV、AGV线路、运输线等组成，与各个检测系统相结合，完成各项功能的自动化检测。
5.设备健康监测与诊断分析系统
设备健康监测与诊断分析系统是关键生产设备智能感知体系在智能表计生产示范工厂中的具体体现。该系统可保证智能制造从整个系统到各个关节的高效运行，防止设备退化带来的生产误差。
设备健康监测与诊断分析系统主要由前端多类型传感器、多类型数据采集卡、现场计算机、网络与云平台、中心数据分析系统组成。设备健康监测与诊断分析系统结构如图6-5所示。
图6-5 设备健康监测与诊断分析系统结构
6.三维可视化决策支持系统
车间加工设备、物流设施、数据采集系统均接入车间信息化网络，加工程序下载执行、物流及路径规划、现场数据采集均根据MES实时指令动态执行。车间各类三维模型与实际装备对应匹配，形成三维可视化决策支持系统。该系统在车间三维柔性化仿真验证阶段能准确仿真实际装备的运行状况，在实际加工作业阶段对车间动态进行实时监控。该系统的应用实现了工业机器人、智能设备和信息技术三者在制造业的高效融合。
目前，新天科技建立了以大数据为基础的信息化系统，主要包括：OA系统、ERP系统、IPD系统、CRM系统、BPM系统、MES、视频会议系统等。
新天科技已建7条全自动贴装生产线（图6-6）并完成并线，真正实现PCB贴装全过程自动化，提高单板产出效率，并线前现有人员配备需第二天才能流转，并线后同等人员配备可实现一小时内流转。
目前，公司已建成的智能仓储系统主要结构为框架结构，采用周转箱为载货单元的周转方案（图6-7），配置了U形转轨堆垛机6台，直行穿梭车4台，提升机1台，输送设备100余台，立体货架1套。采用立体货架与堆垛机相结合的存储方式，智能传感仪表存储量约30万只。日常运营维护主要成本来自人工成本，维护设备费用占比较低。
图6-6 全自动贴装生产线
图6-7 智能仓储系统
新天科技已建一条全自动燃气表组装生产线（图6-8），大量使用工业机器人、机械手等，大大提高工作效率和产品质量。
新天科技智能包装系统采用智能输送设备和自动包装机相结合的方式（图6-9），能有效提高包装质量，降低劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率，得到规格一致的产品包装。智能包装系统与智能仓储系统相结合，采用顶层自动化管理，提升标准化作业流程，实现客户订单与生产实时互联，人力、物力资源的动态分配。
图6-8 全自动燃气表组装生产线
图6-9 智能包装系统
目前，新天科技已经投入使用的智能周转系统，配置了智能穿梭车2台、垂直提升机2台、输送设备90余台，采用直行穿梭车与垂直提升机相结合的转运方式，作为周转箱在水平和垂直方向的输送载体，通过智能周转系统实现设备的链级控制以及信息化管理，有效减少人工搬运强度，提升管理水平。
智能周转系统与生产精益管理系统有机结合，物料扫描后自动送到12个车间的指定工位，同时对物料实时跟踪，减少无附加值活动，改善物料流通性能，提高生产回报率。周转系统、仓储系统、包装系统的智能数据链接，提升标准化作业流程，实现客户订单与生产实时互联，使公司资源成为动态有机整体。智能周转系统如图6-10所示。
新天科技已建一条自动化灌封试点生产线（图6-11），可根据产品特点，自动识别灌封工艺，并实现批量多工序自动灌封。
图6-10 智能周转系统
图6-11 智能注塑灌封系统生产线
新天科技智能工厂建设针对典型离散型制造——智能水电气热表计的制造中，全流程制造决策难度增加、制造能力无法满足市场需求、可靠性与质量一致性有待提升、对柔性生产需求不断增强等问题，通过计算机仿真技术、机器人技术、物联网技术、大数据分析技术、高级人工智能技术等，在满足国家智能制造基本示范要素的前提下，深入打造以业务管理为核心的价值链、以创新管理为核心的知识产权链、以设备运行管理为核心的资产链，在制造基地全面建设智能制造示范自动化车间，预期效果如下：
实现生产效率提高20%以上，运营成本降低20%以上，产品研制周期缩短30%以上，产品不合格率降低20%以上，单位产值能耗降低10%以上，关键设备维修停机时间降低30%以上。
智能水电气热表计的生产，由于涉及多种类型、多种规格、多种型号的表计，是典型的高柔性化离散制造场景。将示范工厂延伸到行业内其他企业，将对智能表计生产行业产生巨大影响。首先，示范工厂中高柔性化将会改变量产工厂柔性化低的现状，使其适应复杂产品和复杂工艺以及多样化的生产。其次，示范工厂的质量信息采集、全过程零部件状态管理以及零缺陷的管理模式如应用在其他企业，将全面提高量产车间的质量和生产透明化程度。最后，通过研发和试制、工艺阶段的仿真到现实的协同经验积累，可大大缩短柔性化智能工厂建设的周期。
作为行业内首家涵盖智能水表、智能热量表、智能燃气表、智能电表的企业，新天科技具备在智能表计行业进行深度智能化制造升级的布局优势。通过该项目，新天科技在智能制造的全要素，包括知识产权链、价值链、资产链进行高度集成的工厂智能化升级，将大大提升智能表计的生产效率，提高产品的质量水平。从全局全要素开展智能化转型升级，将有力带动仪器仪表行业的智能化改造。
智能表计的离散制造中，由于需要根据订单情况，实时调整生产计划，并需要物料、设备、人工、物流等多环节配合，因而在进行整体生产决策时，需要考虑的环节较多，对决策人员的经验和能力要求较高。而以深度学习为代表的高级人工智能技术，在众多复杂问题解决方面提供了优质的解决方案，降低了人工脑力劳动工作量。因此，本项目将高级人工智能技术引入离散制造的各方面决策中，从而提高决策准确率，最终达到生产最优化、设备运行最优化、物料供给最优化。
智能表计的生产过程中，涉及的生产物料种类多、生产流程复杂、加工工序灵活，为了掌握生产制造的实时状态，需要对整个生产过程有尽量深入和透明的实时感知能力。信息物理系统技术通过对物理世界中的每个物品增加感知属性，在信息世界对每个物品进行建模，进一步明确物品之间的联系和关系，最优化物品之间的配合与协作。基于信息物理系统的思想，将智能表计制造中的所有产品进行电子化标识，从而实现产品在信息世界的多角度建模，最终达到产品的全程可追溯、全面可监控。另外，基于信息物理系统的思想，对资产链的重要设备进行信息化刻画，从而加强制造设备之间的协作性和对比性，提高制造设备的运行效率。
随着我国的快速发展，智慧城市不断推进，智能水电热气表计逐步取代了传统表计，我国对智能表计的需求量不断增加。该项目的完成有利于在智能表计制造行业形成一个完整良好的典范，为大幅提高我国智能表计的国际竞争力保驾护航，实现整个行业的超越式发展。
新天科技基于物联网的智能计量仪表智能工厂建设针对典型智能水电气热表计的离散型制造中，全流程制造决策难度增加、制造能力无法满足市场需求、可靠性与质量一致性有待提升、对柔性生产需求不断增强等问题，通过计算机仿真技术、机器人技术、物联网技术、大数据分析技术、高级人工智能技术等，在满足国家智能制造基本示范要素的前提下，攻克制造全流程多源异构数据规格化处理、高级人工智能的工业化应用、制造全要素的虚拟化镜像构造等关键技术，深入打造以业务管理为核心的价值链、以创新管理为核心的知识产权链、以设备运行管理为核心的资产链，完成基于物联网的智能计量仪表生产系统的信息化、数据化、柔性化、无人化、智能化、可视化、整合化升级，并形成一套智能化制造示范工厂系统。最终，为仪器仪表制造行业的智能化升级提供示范，为离散型制造企业智能化信息化转型树立标杆，并推动我国智能制造水平的提升。