基於信息物理系統

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基於信息物理系統基於信息物理系統（CPS）的智能管理，信息物理系統（CPS）是智能製造的基礎，相當於人的感知，他將通過將物理設備連接到互聯網上，讓物理設備具有計算、通信、控制、遠程協調和自治等五大功能，從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合。公司通過信息物理系統（CPS）可以將資源、信息、物體以及人緊密聯繫在一起，從而創造物聯網及相關服務，並將生產工廠轉變為一個智能環境，是實現設備、產品、人協調互動的基礎。

關鍵詞：CPS 汽車行業 智能管理

目錄

一、案例簡介

某公司生產製造工藝流程紛繁複雜，品種多樣，各車系車型的產量產能不均，作業工時差別大，部份車型的產量少，生產流程呈現了複雜性、混合性、多樣性，既有多品種多車系混線生產也有單品種單車系多線生產；既有按庫存模式的標準車型生產也有按特殊配置的訂單生產。單車物料繁多、單價高（平均每一輛車的進料件在2000個以上），既有共用零件也有多軌供應零件，既有自製零件也有委外加工零件。

信息物理系統（CPS）相當於人的感知，他將通過將物理設備連接到互聯網上，讓物理設備具有計算、通信、控制、遠程協調和自治等五大功能，從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合。公司通過信息物理系統（CPS）可以將資源、信息、物體以及人緊密聯繫在一起，從而創造物聯網及相關服務，並將生產工廠轉變為一個智能環境，是實現設備、產品、人協調互動的基礎。

二、案例背景介紹

某公司在導入海外汽車生產技術和經營管理的同時，也引進了當時較成熟的生產核心業務信息系統，並根據自身的業務特點和實際情況進行改造和完善，形成了當時較為先進的生產信息化系統，支撐着企業精益、柔性的生產經營活動。

然而，某公司舊的生產核心業務信息系統已經不能滿足企業生產規模不斷擴張的需求以及新生產技術、新信息技術發展的要求，必須對生產價值鏈信息化體系進行再造和集成，將車間的各個設備通過PLC網絡連接，並在上位機的中轉下將數據分享到WEB，從而再通過WEB實現與人，產品的緊密連接，在以太網上實現各種資源的整合，初步的虛擬生產實際。

三、案例應用詳情

生產線管理各個廠家有自身特點，某公司在智能化建設中邊探索，邊前進，目前已經有建立4個數據處理中心，4個WEB服務器，3個生產控制中心，6大功能系統，初步完成部分生產管理的信息化。

某公司的實際做法如下：

1) 信息物理系統（CPS）的建立

某公司建廠近20年，設備較為老舊，以塗裝車間為例，大部分設備的PLC為A系列，設備網絡分為II網和10網，同時兩個網絡獨立無互通。同時還有些單獨設備，如自動機，ROBOT等未接入整個車間的PLC網絡。如果要實現讓虛擬網絡反應現實物理世界有很大的難度。

考慮到這樣的問題，公司CPS的建立由以下幾方面入手：

Ø 對於II網和10網的PLC主站增加以太網模塊；

Ø 部分獨立設備通過硬線接入相鄰II網或10網；

Ø 建立上位主機，編寫桌面程序實現與兩個網絡的PLC主站以太網通訊；

Ø 建立PLC數據庫，實時存儲PLC數據；

Ø 建立WEB服務器，將數據庫的數據共享到WEB環境。

通過以上的幾種方法，就能將車間的各個設備通過PLC網絡連接，並在上位機的中轉下將數據分享到WEB，從而再通過WEB實現與人，產品的緊密連接，在以太網上實現各種資源的整合，初步的虛擬生產實際。

2) 智能製造各類系統的建立

基於初步的CPS的建立，公司在此基礎上依據生產各個管理模塊，共建立了P，D，Q，C，S，M六大系統。下面逐一舉例介紹：

P 生產管理：

OEE實時管理系統：通過CPS系統獲取設備，產品實時數據，並通過上位主機建立數據模型，挖掘所需數據，利用WEB的數據可視化技術在互聯網上實時監控，及時回饋提升效率。

4M變更實時管理系統：通過主機對人、機、料、法各項活動建立流程模型及數據模型，通過以太網與實際活動相連，並實時通過以太網將現實活動反應至終端，掌握4M變更減少損失。

設備故障實時監控系統：通過CPS數據實現隨時隨地可知道設備現況。

D 交期管理：

生產自動排程系統：LES系統依據庫存，需求量，安全量自動生成衝壓生產計劃，並通過MES系統中轉將信號顯示於現場

Q 品質管理：

熔接品質保證系統：依靠電氣迴路和自動化程序，使點焊設備自動記錄點焊數，並與設定值對比，漏點焊時，設備自動報警，確保品質。

評價系統：評價數據模型建立獲取評價數據，通過對數據不同分類，掌握各類TOP項，並通過web可視化模塊動態顯示，雷達圖，推移圖，餅圖及熱力分布圖的形式可以直觀的給管理者提供及時的信息。

扭力監測系統：裝配扭力數據實時上傳服務器，不合格報警。

無紙化品質系統：統一各單位問題點記錄位置，並將品質數據數字化，WEB化。

C 成本管理：

領料系統：先進先出管理，實時單台用量查詢超標報警，批次變更管理。

能源管理：用電，用氣單台用量管理，熱水鍋爐天然氣實時管理，同比環比分析。

加油監控系統：實時管理每台車汽油添加量。

S 安全管理：

安全教育訓練系統：新人相關教育訓練web化，規範人員教育。

視頻監控系統：重要設備，重點崗位，主要出入口設置視頻監控，保障人員設備安全。

M 士氣管理：

博客系統：員工生活，相關通知，生日祝福等給員工一個業餘生活共享的空間。

四、創新性與優勢

本項目的創新性在於以下幾個方面：

（1）通過CPS系統獲取設備，產品實時數據，並通過上位主機建立數據模型，挖掘所需數據，利用WEB的數據可視化技術在互聯網上實時監控，及時回饋提升效率。

（2）通過CPS數據實現隨時隨地可知道設備現況。

（3）通過主機對人、機、料、法各項活動建立流程模型及數據模型，通過以太網與實際活動相連，並實時通過以太網將現實活動反應至終端，掌握4M變更減少損失。

五、案例應用效益分析

通過全過程集成的生產價值鏈信息化平台，可隨時掌控生產實時運行狀況、生產質量狀況、物料供應狀況，供應鏈的健康狀況，提高企業生產效率，有利於提高企業的應變能力和競爭能力。

提高生產計劃靈活性和生產製造的可動性，提升供應商管理體系，促成廠商多軌供貨降價目標的達成，降低物料採購成本及生產製造成本。

實現規範化的管理，提高管理效率，各職能部門以及和供應商間的溝通與工作協同提高98%以上。