基于工业互联网平台的模具协同智慧工厂解决方案

【企业简介】

北京航天智造科技发展有限公司于2015年4月17日成立，隶属于中国航天科工集团公司，是航天云网科技发展有限责任公司的总体部与技术研究院，是一家以“互联网+智能制造”为核心业务的专业化公司，致力于建立“信息互通、资源共享、能力协同、开放合作、互利共赢”的工业互联网生态系统，推动“互联网+先进制造”深度融合发展，2017年6月15日正式对外推出国内首个工业互联网云平台——航天云网（INDICS平台），面向全球正式发布，并获得了第17、20届中国国际工业博览会创新金奖。

【案例内容】

北京航天智造科技发展有限公司的基于工业互联网平台的模具协同智慧工厂解决方案从2016年1月开始实施，模具协同智慧工厂是以航天云网模具云平台为基础建设发开的。基于INDICS模具云平台，联接全球化终端用户、标准件供应商及当地外协商，构建大型汽车冲压模具产业链生态系统；构建数字化集成企业，实现模具云平台CRP、CPDM、CMOM与企业PLM、ERP、MES系统集成；构建中小型零件网络化智能化车间；构建冲压模具重型本体网络化智能化车间；实现数据驱动的网络化智能化柔性生产模式；工业物联网网关采集运行数据，实现关键设备远程运维和预测性维护；采集产线生产运营数据，实现工艺优化和质量优化。

基于工业互联网平台的模具协同智慧工厂解决方案已应用于广东省横沥模具专业镇天倬模具项目，天倬模具现阶段处在企业发展的成长阶段，模具订单多，企业发展受设备及管理的束缚，设备利用率低，产能不足，资源没有优化，同时天倬模具的客户分布在国内外，设计采购，销售，设计等多个流程，分别表现为与客户，供应商的订单及业务协同、与客户及供应商的图文档交互，设备数据的收集与管理等方面。

一、实现应用平台项目需求

1、产业链资源整合缺乏抓手

平台可有效的整合，制造商、供应商、服务商等主体形成模具产业生态圈，企业可通过生态圈与上游客户协同设计，获取原材料，找到加工协作单位和检测服务、金融服务。其他角色企业也通过生态圈实现服务化转型，实现社会资源的网络化动态配置。信息流带动技术流，资金流，人才流，物资流，形成基于平台的业务系统能力共享，市场拓展等开放的发展模式。

企业从传统的模式生产，通过对自有技术的细化和定位，发展到通过线上协同发展，开放式/封闭式数据精准对接，提供企业专有云系统接入云平台功能。板块整合行业企业的核心产品与上下游资源，带动横沥镇模具龙头企业上线，解决了供应商找不到订单、需求方无法优选优质供应商问题。实现了用户在线挑选，提供制造产品/服务的在线对接交易、产品/需求发布、选比、搜索、评价等供需交易功能。

2、企业自主研发和创新能力薄弱

平台整合模具行业实际业务流程，解决模具制造产业链中从设计、研发、制造、供应、销售、售后等环节的业务问题，运用互联网云端租用模式，改变了模具行业以往购买产品和实施服务的传统模式，减少企业二次技术改造的投入，并运用平台产生的交易数据分析来衡量产业链协同程度和效率。

3、模具行业高端技术人才缺口大

通过“校企共建”方式的打造，实现产业与金融、科技和人才“三融合”，引入高校和科研院所的技术合作服务，为科研机构与企业互动提供平台，设立紧密维系产、学、研机构间的信息沟通纽带。

4、行业整体信息化、数字化、智能化水平偏低

为企业提供智能诊断、定制化解决方案、智能制造产品服务：云CAD、云CAE、云CAPP、云ERP、云MES、云排产等设计制造及管理云端软件。

二、提供应用平台基础技术支撑

基于航天云网INDICS云平台及各类云应用，以制造资源层、现场控制层、车间执行层、企业管理层、平台应用层、企业协同的业务需求和集成协作为牵引，综合基于云平台的智能制造应用模式，同时考虑智能工厂整体安全，构建基于云平台的智能工厂。

感知控制层通过RFID传感器、条码／二维码等智能感知单元，实现设备和生产信息的感知接入。通过网络传输实现实现人员、设备、物料、环境等制造资源的互联互通。通过SCADA等软件实现对工业现场的数据采集、人机交互等，提供生产过程中的设备、物料、产品等实时监测、分析及优化控制服务。车间执行层通过制造执行系统、仓库管理系统、物流调度系统等，实现对生产现场的精准控制和工况的实时监测及数据分析优化。企业管理层通过企业资源规划、产品全生命周期管理、供应链管理、客户关系管理等信息管理系统，实现营销、设计、制造、服务资源的组织规划，并与现场系统同步实时数据，提高设计生产效率，保证产品质量。（其架构如图1所示）

图1 基于云平台的智能工厂架构图

IIOT层通过边缘计算等技术实现数据接入云平台，通过云平台的IaaS层进行数据存储管理，通过PaaS层的算法模型及API组件等技术，进行数据分析并传输至应用层。

云平台应用层（即CMSS），采用“一脑一舱两室两站一淘金”（企业大脑、企业驾驶舱、云端业务工作室、云端应用工作室、企业上云服务站、小微企业服务站、数据淘金）的业务界面为用户提供服务。从横纵两个维度布局打造工业应用生态环境。横向以产业链条为主线，分为智慧研发、精益制造、智慧服务、智慧管控。纵向以应用层级为主线，包括设备层、产线层、企业层、智能互联层四个层次的应用。

图2 模具云总体功能图

图3 模具云技术架构

基于物联网技术，接入模具制造行业复合数控加工中心等设备383台，包括CNC组设备、线割组设备、车铣钻组设备、研磨组设备等；应用了排产任务、资源匹配、供应商优选业务流程、跨企业协同资源调度混合集合规划等12个工业模型；依托INDICS平台，基于数据中心资源、尖端虚拟化技术，应用了Creo、CATIA、autoCAD、云ANSYS、Simright、远算仿真云等15款模具设计仿真分析工具和CPDM、CRP、CMOM 3款网络化协同工具；使用距离约束、库存约束、工期约束、价格约束等正向、逆向算法支持云资源协同的企业内及跨企业有限产能排产。应用案例技术实现包括以下四个方面：

1、CPDM设计工艺协同系统

支撑企业基于三维模型/图文档的跨部门协同设计，实现企业与供应商、客户间打破异构平台、软件限制的三维模型/图文档异地协同，提高研发效率、质量，缩短研发周期。通过与企业本地PLM、外协单位PDM系统集成，打通以BOM/工艺数据为核心驱动的企业研发流程。通过数字化研发业务的升级，完成从需求到研发到量产的端到端集成。

2、CRP云端资源协同系统

线上形成产品订单，驱动线下基于订单的生产和工程。与企业ERP、MES系统集成，进行CRP有限产能计划排程，实现产能约束的车间级优化排程，平衡产能，自制计划推送MES，驱动执行生产。外协、采购计划推送INDICS云平台进行供应链协同。

3、CMOM制造运营管理分析系统

应用SMARTIOT工业物联网网关与智能产线集成，采集产线、设备数据和生产数据，利用INDICS云平台的大数据分析算法引擎，对产线设备信息进行综合可视化分析展示。通过与ERP系统集成，利用云平台提供的BI分析工具，对企业运营数据进行统计分析，支撑企业运营决策；通过与MES系统集成，收集相关质量信息，利用云平台的质量/工艺分析工具和算法，发掘产品质量的关联关系，找到影响质量的关键因子，为企业工艺优化提供依据。

4、VR/AR虚拟工厂与仿真

利用虚拟现实VR/AR技术、仿真建模技术，对离散制造行业工厂中生产全要素（人、机、物、法、环）进行抽象行为规则虚拟仿真建模，构建与实际工厂中物理环境、生产能力和生产过程完全对应的虚拟制造系统，在打通数据链条的基础上，对接物理生产线、信息化系统实时数据，实现虚拟工厂数字孪生系统的构建和运行。支撑用户产线规划、车间生产和运营服务等阶段的监控、仿真和分析，实现基于CPS的海量实时数据的可视化管理和分析统计。

三、构建应用平台技术架构

1、整体技术路线

图4 架构图

航天云网总承项目总体实施范围包括项目总体规划及集成设计，云端应用、数据采集及SMARTIOT应用、工业大数据应用、自动化设备及物流系统集成及实施。

应用INDICS平台构筑天倬模具智能制造样板间线上线下相结合的生产计划、BOM/工艺数据、企业运行数据三条主线，整体构建天倬模具基于云平台的智能工厂。其中包含：以生产计划为核心驱动的产业链生产制造流程，以BOM/工艺数据为核心驱动的企业研发流程，以企业运行数据为核心驱动的大数据分析与应用流程。

2、云制造平台建设内容

信息化系统：信息化系统主要由CRP，CPDM，CMOM系统及MES系统组成，完成从订单的的分发，生产的排产，设计数据、图文档的管理，设备数据的管理及分析，设备的调度等功能。

云智造运营系统：基于INDICS平台，实施CRP云资源计划，实现从INDICS平台接收订单需求，生成销售订单，支撑开展有限产能计划排程（如图5所示）。

图5 云智造运营系统

设备数据管理系统：设备数据管理系统通过对设备数据的实时采集和监控，上传到云平台，完成对设备关键指标的实时监控（如图6、7所示）。

图6 机械手状态监控

图7 设备状态监控

四、推进应用平台建设路径

图8 横沥模具云平台

1、搭建横沥模具云平台

平台围绕模具行业所需的交易、工具、技术、知识、管理等提供云平台功能，汇聚模具行业上下游所需产品、配件、技术、知识等高质量资源,服务模具行业上下游企业。

2、开展基于云平台的CRP、CPDM系统应用

构建以企业为中心的全价值链生态体系，实现企业（设备、产线、业务）能力上云；线上订单协同研发设计、有限云排产，智能驱动线下生产。

图9 CRP有限云排产应用

3、应用物联网关

图10 模具车间现场加工单元图

自动获取产品信息和相应加工参数；实现重型工件（≥30000KG）物流智能化，龙门铣床与重载AGV对接的船坞技术实现工件与龙门铣床的自动上料的定位。

4、应用大数据智能分析技术

针对智能管理与决策优化需求，通过采集质量相关指标，利用相关性分析技术，建立相关性分析构件。通过对实时采集的设备数据进行分析，结合知识经验库，建立设备异常检测构件。

图11 冲压模具车间设备分析应用

5、产线仿真及优化设计

应用平台产线仿真工具，搭建智能制造车间的整体模型，应用工厂实际生产情况约束，对工厂设计、设备布局、物流线路、加工能力、调度系统进行全局仿真，发现产线设计中存在的相关问题，优化产线的整体情况。

6、智能生产线

利用先进的系统集成技术，通过基于OPC/UA协议的工业网络，对工业机械手，工业数控多轴加工中心，AGV等设备进行集成。实现对完成云排产后的汽车冲压模具进行智能化生产计划接受，毛坯的自动配送、加工，生产情况的自动统计、反馈，构建一体化的智能模具生产线。

实施步骤：CRP云端资源协同，协同商务、资源协同、外协外购的上线及运行，与EIM,MES的集成;CPDM设计工艺协同,跨事业部、客户、供应商的设计与工艺协同的上线及运行；大数据分析应用，设备远程监控与预测性维护，基于质量大数据的设计与工艺优化的功能升级、运维，效能分析——运营分析应用功能设计、开发、上线及运行。