★北京亚控科技发展有限公司

1 方案目标概述

在新一代信息技术与制造技术深度融合的背景下，在工业数字化、网络化、智能化转型需求的带动下，工业互联网作为全新工业生态、关键基础设施和新型应用模式，通过人、机、物的全面互联，实现全要素、全产业链、全价值链的全面连接，正在全球范围内不断颠覆传统制造模式、生产组织方式和产业形态，推动传统产业加快转型升级、新兴产业加速发展壮大。

肇庆动力在汽车轻量化技术方面已经相较国内同行先行一步，在自动化方面，公司引进了国际一流的生产设备，具备国际先进水平的静态铸造生产线；在信息化方面，公司已经建立了ERP、OA系统；随着国家政策对新能源汽车的大力扶持，相关的零部件需求将会是井喷式增长，肇庆动力也将迎来重大发展机遇，然而，计划排产不能快速应对需求变化、难以从整体作出最佳生产决策，新产品研发试制周期长，设备状态难以实时监控，产品无法追溯管理，管理系统多但数据未打通、信息不共享、工序协同困难等传统制造业的不足，不利于公司的产能大规模提升、快速抢占市场。

项目目标为建设新能源汽车轻量化精铸件示范生产线及生产互联网应用示范平台，构建海量多源多模态制造大数据的采集、传输、存储体系，创新应用MES系统、协同自动化管理系统、APS软件系统、数据采集系统硬件及软件、PLM系统、仓储管理系统、能耗管理系统，通过中央控制室集中管控，从生产过程智能监控、物料全程跟踪和产品追溯以及能耗精细管理、设备管控、工艺管理等方面实现生产过程管控优化、生产工艺优化、柔性小批量生产、绿色生产，解决行业共性痛点问题。

2 方案介绍

肇庆动力是典型的离散制造企业，属于铸造行业，工艺上主要包含铸造、机加工两段前后工艺，自身具备完整的汽车零部件技术研发、设计、全流程制造的能力。

目前企业的制造模式还处于传统的单一流程，即：设计、规划、采购、生产、物流、销售等所有环节协同自动化程度较低，协同成本较高，各环节的工业信息化软件基础薄弱，数据与流程缺失严重。

企业经过考察，最终选定亚控科技科技发展有限公司作为合作方，联合设计开发生产互联网应用示范平台。选定亚控科技是因为亚控科技是一个智能制造软件、工业互联网平台供应商。其平台组态的特点，可以帮助企业根据业务流程快速构建对应的功能应用，并可在后续迭代过程中随需而变，灵活性极强，能适应企业的快速发展。其次亚控科技成立20余年，在全国有8大研发中心，30余家分公司及办事处，可以为项目提供快速支持及全方位服务。亚控拥有全世界最长、最完整的自动化软件产品线，可以帮助企业实现从底层设备数据采集开始到产线监控、再到生产执行层面的数据与流程贯通。

图1 亚控产品线

肇庆动力新能源汽车轻量化精铸件生产互联网应用创新示范平台项目基于工业互联网标准化信息技术，根据企业现状做好顶层架构设计，把MES系统、PLM系统、SCADA系统、APS系统、能源管理系统、WMS系统、中央控制室、供应链系统升级和协同自动化系统作为一个整体进行规划，贯穿设计研发、生产制造、管理、服务等经营活动的各个环节。构建海量多源多模态制造大数据的采集、传输、存储体系，从生产过程智能监控、物料全程跟踪和产品追溯以及能耗精细管理、设备管控、工艺管理等方面实现生产过程管控优化、生产工艺优化、柔性小批量生产、绿色生产，解决行业共性痛点问题。

基于本次工业互联网项目的建设，项目致力于优化提升肇庆动力的制造模式，将企业制造模式由传统的单一流程改善为各环节高度协同，高度智能的智能制造模式，并将传统的单纯依靠人去决策的模式优化为更多依靠数据去决策指导。体系架构图如图2所示。

图2 体系构架图

整个工业互联网平台分为公司级与产线级两大部分，各系统根据各自的角色承担不同的业务支撑。架构分级图如图3所示。

图3 构架分级图

PLM为数据的源头，负责定义产品的数据与各项生产资源；ERP主要负责销售订单的管理、财务以及成本结算；OA主要负责流程的审批与管理，以及其他办公业务，跨职能部门的业务的协同处理；WMS主要负责实体仓库（主要包括原料仓（覆膜砂、铝锭）、五金仓、低值易耗品、半成品仓、成品仓）的物料出入库登记管理、库存管理、库内盘点以及物料的运输信息管理。

APS负责统筹整个公司的计划业务，APS也是与外部系统交互最多的系统模块；首先，销售将未来几个月的销售预测或实际的销售订单录入ERP，APS从ERP获取销售订单，进行月度主计划排程，排程过程中需要从PLM获取产品工艺、生产资源等关键基础数据，之后输出的计划需要发送至OA进行计划审批，之后OA将审批结果反馈至APS；APS模块主要负责计划排程，具体会包括基础数据管理，销售订单导入，模拟排程，战略备库，主计划排程，手动排产，物料需求计划等几个重要的核心模块。

计划经OA审批通过后，APS将作业计划派工至产线/机台，具体接收端为现场MES终端，MES组织各项生产资源生产，实时反馈完工进度与异常动态给APS，APS根据MES的执行情况动态调整计划，MES关联生产过程的人、机、料、质检结果等信息用作生产事后统计与产品精细化追溯、效率与品质、成本分析改善，绩效考核。

MES根据现场的实时进度，需要将物料的需求信息发送至WMS进行物料的实时拉动，以保证物流配送的效率；MES在业务上主要现场的生产制造执行与跨部门的生产业务协同，具体包括生产执行与报工，防错管理，质量管理等几个核心模块，以及人员绩效，生产统计，模具管理，设备管理，物料配送管理，生产可视化，用户管理等模块。

数据采集（SCADA）主要分为能耗采集、生产设备的状态信息与过程工艺参数采集、产品计量检测信息采集等共计三类；SCADA采集的数据主要服务于MES的数据收集以及各主要模块如质量检验与产品追溯、实时报工，生产统计等的建设；其次服务于EMS能耗管理系统的能耗数据监测与收集，统计分析，以便节能降耗；EMS能源管理系统主要监测公司生产区域能耗情况，并做能耗统计、分析，结合铝合金铸造行业能耗计算与评价标准，对肇庆动力能耗水平做分级评价；根据统计的能耗情况，结合各生产工艺环节的产量，将能耗归集到单件产品。

系统采用亚控科技管控一体化全组态平台KingFusion、数据采集平台KingIOServer、SCADA组态软件KingSCADA和实时数据库KingHistorian作为企业工业互联网平台的基础建设平台，平台皆为亚控科技独立自主开发，保证安全可控。

KingFusion3.6全组态管控一体化平台可以轻松帮助工程师搭建灵活全面的工业互联网平台，可视化的组态开发环境，可快速完成解决方案的开发与应用。灵活部署的运维中心，轻松实现系统的远程在线部署及诊断。支持本地化、云端的多平台部署方式，轻松实现平台的跨平台搭建。

KingIOServer作为一款独立的数据采集平台，实现了对5000余种设备的数据采集；支持多种数据库，多种方式的存储，可为第三方软件或者数据采集监管平台提供标准统一的数据源。

KingIOServer致力于提供高效可靠的解决方案，可广泛应用于市政、油气、电力、矿山、物流、汽车、大型设备等行业，为监控中心（SCADA/HMI）、能源管理系统（EMS）、制造执行系统（MES）、企业资源计划系统（ERP）等提供原始数据支撑。

图4 产品结构图谱

这些系统部署至工业互联网平台，在企业内部建设了工业网络。针对智能工厂的建设需求，同时考虑支撑未来各类的设备会越来越多，生产车间的交互数据越来越多，对信息传输的速度的和响应时间有较高的要求，将网络构架分为三层，分别是办公内部网络、车间环形工业以太网、车间现场总线，系统网络构架拓扑图如下所示。

办公内部网络主要指涉及公司研发设计、经营管理的网络，通过办公内部网络可以连接企业的各业务系统。办公内部网络与车间工业网络通过防火墙隔离，保证了生产数据的安全与防干扰。

车间环形工业以太网是指为保障智能制造车间数据传输和交互而建设的工业网络，环形以太网主干采用环形搭建，大大降低了网络断开的风险，保证了网络的通畅。主干网配置具有管理环网功能的三层交换机。现场的智能设备、视频监控系统可根据需要通过主干交换机接入车间环形以太网。

车间底层的现场总线主要是将生产现场底层的未接入环网的设备以及主控PLC与从站PLC进行连接，底层设备现场总线技术采用Profibus、Profinet、Modbus等主流技术。智能工厂网络拓扑图如图5所示。

图5 智能工厂网络拓扑图

OA系统：作为前端业务环节，兼顾企业协同办公与生产制造的整合，处在整个价值链中提升企业协同效率的关键环节，通过OA的建设，将提升企业的信息化、流程管理水平。

PLM系统：管理与产品相关的所有数据、资源和过程，实现与相关应用系统以及信息系统的集成，形成集团内部及供应链上下游企业之间的协同工作环境。

APS系统针对动力金属汽车零部件业务制定总体APS排产框架与业务模块标准，依据各基地车间的个性化业务，配置不同的优化策略与算法库，实现企业生产资源配置优化管理。APS逻辑图如图6所示。

图6 APS逻辑图

WMS系统涵盖了拣货管理、收货管理、移库管理、补货管理、盘点管理、人员绩效、库位管理以及批次管理、待检品与合格品管理、不良货品管理等环节。

中央控制系统集电视墙拼接技术、多屏图像处理技术、网络技术等融合为一体。能够很好地与用户监控系统、指挥调度系统、网络信息系统等连接集成，形成一套功能完善、技术先进的交互式信息显示及管理平台。大屏显示系统实现信号接收转换；信号显示预览预审及多媒体形式展示；多系统集联，与各种应用平台进行连接集成；灵活控制，分权分级。

MES包含智能产线终端、质量管理、设备管理、人员绩效、生产执行为MES系统的核心业务模块，其主要对接APS制定的作业计划，利用产线智能终端模块，将生产过程的工单、质量、设备、人员等数据收集，并实时报工。

质量管理模块：MES系统建设有两个核心目的，“提质”与“增效”。通过全面质量管理解决方案，将产品从先期策划的设计阶段，到生产的制程阶段，再到事后的分析改进包含在内，改善品质，降低成本。

设备管理模块实时收集、记录和监控设备状态、警报、参数、实验结果、数据上传等，通过建立全面的设备运维体系，降低设备故障率，提升设备利用率。

人员绩效模块采集员工上岗信息，借调信息，出勤信息，工时信息，产量信息，操作行为，对数据分析并与其他模块集成，实施全面绩效管理。

能源管理系统通过对企业的所有相关能源介质的输入及产出进行梳理和整合，实现覆盖企业能源供应、生产、输送、转换、消耗全过程。

此外，本项目采用的关键软件和设备均为国产自主产品，自主安全可控。系统的实施供应商全部为国内厂商。系统的代码均为自主开发，拥有完整知识产权。项目的自主安全可靠性高，不存在卡脖子风险。

另外，本项目合作伙伴北京亚控科技发展有限公司，在项目建设进程中，提供了多年行业咨询、规划、需求分析的经验以及平台开发模型库，为联合开发提供了极大的便利，亚控科技秉持着合作共赢的基本思路，为没有经验的企业赋能，扶上马送一程，为后面企业自主实施信息化项目提供了能力，极大的拓宽了企业后续的数字化发展思路。

3 代表性及推广价值

项目涉及的工业设备、业务系统100%实现“上云上平台”。实现云端协同设计与共享、产品研发效率提升13%；实现设备利用率提升12%、计划外故障停机时间减少11%；实现智能化排产排期、生产效率提升5%；实现设备平均能耗降低3.5%、维护和服务成本降低13%；实现交货期准确率提升15%。

3.1 经济社会效益

新能源汽车轻量化精铸件生产互联网应用创新示范平台项目在广东肇庆动力金属股份有限公司实施成功后，可新增60个就业岗位。

由于生产成本的降低和质量的提升，企业产品在市场内获得更具竞争力的优势，可提升市场占有率，项目完成后，建成年产8万件新能源汽车轻量化精铸件的生产能力，新增年销售收入5200万元，利润630万元，新增税金280万元。

3.2 产业链效益

新能源汽车轻量化精铸件生产互联网应用创新示范平台项目包含众多模块，可根据铸造行业企业的实际需求，向大部分的铸造企业以销售、合作开发的形式输送大量的软硬件技术，能成功将一些传统铸造企业转型成为自动化水平、信息化水平较高的企业，让传统的铸造企业实现产品品质提升，业务的快速发展。项目的示范与推广应用成功，必将生产管控产业的建设与发展，对增加新的就业机会及社会发展提供了良好而强有力的支撑，带动企业及产业链数字化转型。

3.3 技术示范效应

目前我国本土的铸造企业制造商总数近3万家，但据统计数据，年产值500万元以上规模的企业仅6000余家。且大多处于供应链的底层，以密集劳动和廉价成本为主要竞争力。同时，我国铸造行业还存在着很多不足，依然是大而不强，在自主创新能力、资源利用与生产效率、产业与产品结构、信息化程度、质量与效益等方面差距明显，节能减排和转型升级任务紧迫而艰巨。

本项目成功实施，可成为行业的标杆，促使行业内的企业学习实施工业互联网技术，为企业带来经济收益。同时解决行业共同痛点，可以在行业内进行横向复制，实现快速部署。

系统技术本身也有利于推广应用。系统开发主要面向普通工程师和业务人员，主要依据业务需求和逻辑实现功能配置，编程语言简单，开发成本较低。系统将业务逻辑模型化，企业业务发生变更，工程师只需改变模型，即可快速实现项目的调整。系统具有行业内快速应用的便利性和较高的推广价值。

摘自《自动化博览》2022年11月刊