某(mou)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)集團已經(jing)有33年(nian)的歷史，一直(zhi)處于中(zhong)國(guo)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)行(xing)業(ye)排頭兵的地(di)位(wei)，目前位(wei)居世界工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)行(xing)業(ye)前3位(wei)，是中(zhong)國(guo)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)行(xing)業(ye)規模(mo)最大、產(chan)品品種與系(xi)列最齊全、最具競爭力和影響(xiang)力的大型企業(ye)集團。產(chan)品銷(xiao)售網絡覆(fu)蓋(gai)180多(duo)個(ge)國(guo)家及地(di)區(qu)，在海(hai)外建立了300多(duo)個(ge)網點(dian)為全球用(yong)戶提供全方位(wei)營銷(xiao)服務。年(nian)出口額連續(xu)30年(nian)保持國(guo)內(nei)行(xing)首位(wei)。向(xiang)市場提供覆(fu)蓋(gai)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)起(qi)重機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)、路(lu)面(mian)機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)、壓實機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)、鏟土運輸機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)、混凝土機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)、高空消防設備、建筑(zhu)機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)、特種專用(yong)車(che)輛、液壓件、工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)專用(yong)底盤(pan)、驅動橋、回轉支承、駕駛室、柴(chai)油機(ji)(ji)(ji)(ji)、齒(chi)(chi)輪(lun)箱、齒(chi)(chi)輪(lun)泵、工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)輪(lun)胎等系(xi)列工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)主(zhu)機(ji)(ji)(ji)(ji)和基礎零部件等產(chan)品。
該集(ji)團的(de)信息(xi)化(hua)(hua)(hua)發展(zhan)歷程(cheng)，從(cong)世紀交替時期的(de)信息(xi)化(hua)(hua)(hua)基礎建設階段(duan)、2010年(nian)前后的(de)兩化(hua)(hua)(hua)深度融合(he)階段(duan)、十三五期間的(de)數(shu)字(zi)化(hua)(hua)(hua)提升階段(duan)，直到當前大數(shu)據時代下的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)(hua)(hua)升級(ji)階段(duan)。從(cong)上世紀80年(nian)代的(de)“甩圖(tu)板”開始起步(bu)，目前已經(jing)(jing)開始了(le)——以(yi)智(zhi)(zhi)能(neng)制造為主攻方向，全力推(tui)動智(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)(hua)(hua)產品與智(zhi)(zhi)能(neng)施工(gong)能(neng)力；推(tui)進智(zhi)(zhi)造升級(ji)，融合(he)5G豐富(fu)的(de)場景打(da)造標桿工(gong)廠；開展(zhan)智(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)(hua)(hua)服務，提供數(shu)字(zi)化(hua)(hua)(hua)產品——全球領先的(de)數(shu)字(zi)化(hua)(hua)(hua)、智(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)(hua)(hua)企(qi)業建設，以(yi)支撐集(ji)團從(cong)戰略控股(gu)型向戰略經(jing)(jing)營型的(de)轉(zhuan)變，真正立足(zu)于(yu)工(gong)程(cheng)機械行(xing)業之巔。
為(wei)了實現(xian)企(qi)業(ye)信息(xi)化(hua)向數字(zi)化(hua)和(he)(he)(he)智(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)的(de)(de)轉變(bian)，集(ji)團統籌規劃(hua)了新(xin)的(de)(de)IT架構：在成熟的(de)(de)業(ye)務(wu)應用系統之上(shang)，依托新(xin)建的(de)(de)數據主線能(neng)力，實現(xian)全集(ji)團的(de)(de)業(ye)務(wu)流程的(de)(de)貫(guan)通(tong)。從業(ye)務(wu)流程角度，圍繞市場需求(qiu)和(he)(he)(he)產品(pin)戰略(lve)、需求(qiu)定義(yi)和(he)(he)(he)設計立(li)(li)項、新(xin)品(pin)開發和(he)(he)(he)設計復(fu)用、功能(neng)定義(yi)和(he)(he)(he)結構配置、生產工藝和(he)(he)(he)質(zhi)量工程、原型模擬和(he)(he)(he)測試、供應鏈管理、智(zhi)(zhi)能(neng)制(zhi)造、產品(pin)營銷和(he)(he)(he)售后服(fu)務(wu)等核心業(ye)務(wu)領域，建立(li)(li)全球化(hua)、智(zhi)(zhi)慧化(hua)的(de)(de)戰略(lve)經營支撐(cheng)能(neng)力。
圖一、新的基于(yu)數據主(zhu)線的IT架(jia)構
目前該集團與PTC的(de)(de)合作起步于三維CAD設(she)計PRO/E產品(pin)的(de)(de)導入(ru)，后來逐(zhu)步采用了Windchill等PLM/SLM解決方案(an)(an)。當(dang)前主要(yao)專注于企業數字化(hua)(hua)轉型的(de)(de)合作，為智能化(hua)(hua)產品(pin)的(de)(de)數字化(hua)(hua)研(yan)發(fa)、一(yi)體(ti)化(hua)(hua)智能服務(wu)，以(yi)及智能化(hua)(hua)工廠的(de)(de)能力建設(she)提供工具和(he)方案(an)(an)的(de)(de)支撐。
圖二、PTC主要參(can)與(yu)的業務環節與(yu)關聯的系統
首先是在(zai)產(chan)品(pin)(pin)研(yan)(yan)發(fa)(fa)智(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)方面，PTC正在(zai)與該(gai)(gai)集團(tuan)合(he)(he)作建立“全球(qiu)產(chan)品(pin)(pin)協(xie)同(tong)研(yan)(yan)發(fa)(fa)信息平臺(tai)(tai)(tai)”。這(zhe)個平臺(tai)(tai)(tai)采用PTC的(de) Thingworx IIoT企業數(shu)字(zi)主線(xian)的(de)框(kuang)架，基于PTC的(de)Windchill PLM平臺(tai)(tai)(tai)，整合(he)(he)研(yan)(yan)發(fa)(fa)和BOM數(shu)據，統(tong)一服務于該(gai)(gai)集團(tuan)各個產(chan)品(pin)(pin)事業部(bu)與研(yan)(yan)發(fa)(fa)相關(guan)的(de)部(bu)門。實(shi)(shi)施橫跨產(chan)品(pin)(pin)三維(wei)設計(ji)(ji)、研(yan)(yan)發(fa)(fa)項(xiang)目(mu)管理、設計(ji)(ji)任務協(xie)同(tong)、市場營銷(xiao)共享和面向工藝(yi)、測試、制造(zao)和質量(liang)合(he)(he)規等(deng)諸多(duo)業務場景的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)建設方案。如面向平臺(tai)(tai)(tai)化(hua)產(chan)品(pin)(pin)的(de)需求實(shi)(shi)現(xian)TOP-DOWN的(de)產(chan)品(pin)(pin)設計(ji)(ji)；面向營銷(xiao)和生產(chan)效率的(de)提升落地選裝選配；面向集團(tuan)所有的(de)研(yan)(yan)發(fa)(fa)項(xiang)目(mu)管理建立一體(ti)化(hua)、并(bing)行化(hua)、結(jie)構化(hua)、可視(shi)化(hua)和數(shu)字(zi)化(hua)的(de)智(zhi)(zhi)慧項(xiang)目(mu)管理體(ti)系框(kuang)架等(deng)。
其次是面向產品服務智能化方面，PTC的解決方案是以數字化服務工程（DSE）入手，基于智能互聯的產品和系統為體系框架，對整個智能服務能力體系進行規劃和設計。在產品設計階段就將面向售后服務的需求、服務策略、FRU規則、指導手冊架構和驗證確認等服務環節要素引入產品服務功能設計（DFS）規劃。在智能產品服務流程管理中，基于數據分析，提供零備件的預測和優化；以數據驅動的服務過程管理系統，支持人員效率的持續優化和知識庫迭代。配合服務3D模型和現場物聯網數(shu)據，將增強現(xian)(xian)實技術引入(ru)服(fu)務(wu)技工培訓和服(fu)務(wu)現(xian)(xian)場交互性支持等。
2020年以來，該集團與PTC的(de)合作進(jin)入(ru)到工業物聯網技(ji)術應用(yong)的(de)主(zhu)場(chang)之一(yi)——智能制造環(huan)節。當前(qian)工程機械行業的(de)制造環(huan)節面臨著非(fei)常復雜且(qie)極具挑戰性的(de)場(chang)景(jing)：
產品定制化程度高、非標(biao)和(he)變異產品型號繁(fan)多，造成產品設計變化導致的工藝、材料甚(shen)至(zhi)裝(zhuang)備都經常需要調整和(he)更新。
生(sheng)產裝備來源復(fu)雜，設(she)備狀態和工況難(nan)(nan)以(yi)監控、管理和進行績效統計(ji)，維(wei)(wei)修保養和生(sheng)產計(ji)劃脫節(jie)，導致運(yun)維(wei)(wei)成本(ben)和材料浪費難(nan)(nan)以(yi)控制。
實際的生產過程的工藝參數難以采集和匯總(zong)利用(yong)，質量(liang)缺陷缺乏預測性和可控性，違規作業時有發生，產品質量(liang)控制(zhi)目標難以達成。
生(sheng)產(chan)(chan)過程數據實時可(ke)見性無法滿(man)足，各類消(xiao)耗統計(ji)延遲，生(sheng)產(chan)(chan)成(cheng)本和產(chan)(chan)出難以關聯，生(sheng)產(chan)(chan)管(guan)理和決策效率低下，精益化生(sheng)產(chan)(chan)無以為(wei)據等(deng)。
為了解決這些問題，實現制造環節數字化和智能化的提升，2020年，該集團與PTC合作在智能化工廠項目中引入Thingworx IIoT平臺，核心目標就是全力構建集團一體化設備互聯互通（工業互聯網）平臺，以(yi)實現“設備高效采集(ji)、數據(ju)深度挖掘、精益持續改(gai)善、效益明(ming)顯提升”的目標，為(wei)公(gong)司(si)數字化(hua)轉(zhuan)型(xing)、智能工(gong)廠提質增效提供(gong)重要(yao)支(zhi)撐。
圖三、數字化工(gong)廠總體建設目標
構(gou)建集(ji)團(tuan)統(tong)一的工業(ye)互聯網平(ping)(ping)臺，當前的主要目標是實現(xian)平(ping)(ping)臺建設(she)能(neng)力(li)、數據采集(ji)能(neng)力(li)和業(ye)務(wu)應(ying)用能(neng)力(li)的三(san)大提升，以支撐集(ji)團(tuan)規(gui)劃的兩個方向的創新應(ying)用場景：
利用IoT平臺，并結合(he)5G、AR等新技(ji)術，在重點設備(bei)端實現數(shu)據高效(xiao)采(cai)集(ji)，智能輔(fu)助(zhu)維(wei)修(xiu)以及對現場(chang)、資產和人員(yuan)的集(ji)成管控等。
采用數字孿生框架，為運營端提供(gong)設備即服務等新(xin)業務模式所需的資(zi)產可視性和(he)互(hu)操作性、訂單執行管控和(he)追(zhui)溯、生產實時績效管理、質量預(yu)測和(he)精(jing)益提升等。
在已經實(shi)施(shi)(shi)的(de)第(di)一期智能制(zhi)造項目中(zhong)，基(ji)于當前規劃的(de)業(ye)務場景(jing)，為了滿足整個集團(tuan)的(de)承載力需求，實(shi)施(shi)(shi)了集群(qun)部(bu)(bu)署(shu)的(de)架構，將Thingworx平臺部(bu)(bu)署(shu)到集團(tuan)的(de)IT基(ji)礎設施(shi)(shi)中(zhong)。基(ji)于開箱即(ji)用的(de)設備管理、生產績效管理和(he)數據分(fen)析工具(ju)，建立了工業(ye)物聯網基(ji)礎平臺，并(bing)提供了系統集成接口和(he)部(bu)(bu)分(fen)數字(zi)孿生和(he)大數據分(fen)析創新應用。
圖四、第一期工業物聯網平臺功能架構
當前實現的核心功能包括(kuo)了：
設(she)備連接：采(cai)用Kapware采(cai)集(ji)復雜的(de)自動(dong)化協議(yi)；Thingworx Edge SDK對接非(fei)標的(de)自動(dong)化設(she)備協議(yi)；第三方RTU采(cai)集(ji)環境和(he)能源數據；通(tong)(tong)過通(tong)(tong)過RESTFUL方式(shi)對接MES等(deng)信息化系統。
設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)管(guan)理(li)：設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)信息檔案全記錄；設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)參數——采集(ji)點位及重要數據追溯；設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)狀態、指(zhi)標實時(shi)監控(kong)——設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)運維人員可以(yi)快速了解設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)情況；帶(dai)時(shi)間戳(chuo)的狀態參數——基于設(she)(she)備(bei)(bei)(bei)歷史記錄，為工藝人員提供大數據分析支撐；報警、點檢(jian)、巡檢(jian)、維保日志和(he)知識庫管(guan)理(li)等(deng)。
生產(chan)(chan)管(guan)(guan)理(li)(li)：生產(chan)(chan)工藝和(he)程序管(guan)(guan)理(li)(li)和(he)執行過(guo)程參數監(jian)控(kong)；生產(chan)(chan)績效管(guan)(guan)理(li)(li)——OEE等各類KPI看板和(he)報告；工單與(yu)設備(bei)狀態匹(pi)配度(du)；產(chan)(chan)前(qian)檢查、產(chan)(chan)中(zhong)監(jian)控(kong)和(he)產(chan)(chan)后追溯管(guan)(guan)理(li)(li)等；
維保管(guan)理：維修(xiu)計劃、設備狀態監控、告警、故(gu)障(zhang)報修(xiu)、工(gong)單管(guan)理、維修(xiu)日志、零(ling)備件管(guan)理和故(gu)障(zhang)處理知(zhi)識(shi)庫——原因分析、知(zhi)識(shi)增補、知(zhi)識(shi)圖譜和現場AR指導(dao)。
基于大數(shu)(shu)據(ju)分(fen)析(xi)的質量控(kong)制和工(gong)藝優化(hua)：設備數(shu)(shu)據(ju)分(fen)析(xi)——通過(guo)機(ji)(ji)器(qi)學習算(suan)法(fa)模(mo)型建(jian)立故(gu)障模(mo)型，提供(gong)故(gu)障預警；焊機(ji)(ji)數(shu)(shu)據(ju)分(fen)析(xi)管理——通過(guo)焊接故(gu)障控(kong)制實驗，對(dui)(dui)數(shu)(shu)據(ju)進行(xing)分(fen)析(xi)，建(jian)立焊接機(ji)(ji)器(qi)學習算(suan)法(fa)模(mo)型；刀(dao)(dao)具數(shu)(shu)據(ju)分(fen)析(xi)——通過(guo)刀(dao)(dao)具故(gu)障控(kong)制實驗，對(dui)(dui)數(shu)(shu)據(ju)進行(xing)分(fen)析(xi)，建(jian)立機(ji)(ji)器(qi)學習算(suan)法(fa)模(mo)型。
數字(zi)孿生：通過車間和(he)單體設(she)備的多個視角(jiao)，展示設(she)備實時加工姿(zi)態和(he)實時數據，為不(bu)同角(jiao)色提供(gong)設(she)備相(xiang)關的基本(ben)信息(xi)(xi)、效率、成本(ben)信息(xi)(xi)，以及報警(jing)信息(xi)(xi)。
經過一(yi)年的實(shi)(shi)施，在(zai)工業互聯網平臺實(shi)(shi)現(xian)了(le)設(she)(she)備(bei)數據全量(liang)采集和(he)與MES / SCADA系統(tong)全面打(da)通的基(ji)礎(chu)上，目前在(zai)設(she)(she)備(bei)綜合管理(li)層面交付了(le)設(she)(she)備(bei)健(jian)康度(du)管理(li)所涉(she)及的設(she)(she)備(bei)實(shi)(shi)時(shi)數據，故障數據，運(yun)行數據，運(yun)維數據，實(shi)(shi)現(xian)生產設(she)(she)備(bei)的總體狀態(tai)分析(xi)(xi)、預測(ce)告警和(he)趨勢分析(xi)(xi)、以及故障追溯(su)和(he)判斷(duan)工具，指導排(pai)產、維護和(he)優化。
圖五、設備(bei)健康度管理(li)系(xi)統功能和圖例(li)
同(tong)時在設(she)(she)(she)備(bei)管(guan)理(li)與(yu)生(sheng)產管(guan)理(li)相結合方(fang)面(mian)(mian)，交付了(le)面(mian)(mian)向不同(tong)管(guan)理(li)層級的設(she)(she)(she)備(bei)績(ji)效指(zhi)標(biao)可視(shi)化和(he)統計分析的綜合看板、移動應(ying)用和(he)數字孿生(sheng)展示看板等(deng)(deng)業務應(ying)用。圍(wei)繞業務需求制定大量的設(she)(she)(she)備(bei)KPI指(zhi)標(biao)：設(she)(she)(she)備(bei)綜合效率(lv)(lv)(lv)（OEE）、計劃/24小時開機利用率(lv)(lv)(lv)、開機率(lv)(lv)(lv)、設(she)(she)(she)備(bei)故障率(lv)(lv)(lv)、設(she)(she)(she)備(bei)速(su)度效率(lv)(lv)(lv)、保養執(zhi)(zhi)行(xing)率(lv)(lv)(lv)、點檢執(zhi)(zhi)行(xing)率(lv)(lv)(lv)等(deng)(deng)11項關鍵指(zhi)標(biao)，多角度、全方(fang)面(mian)(mian)考(kao)察設(she)(she)(she)備(bei)管(guan)理(li)全過程。同(tong)時這些KPI指(zhi)標(biao)可以在多個維度進行(xing)詳(xiang)細對比(bi)，結合工廠日(ri)歷，上下件報工，形(xing)成精準KPI情報，支撐精益化管(guan)理(li)。
圖六、生產(chan)績效管理可視化看板架構
在工藝及質量控制層面在機加工、焊接等關鍵工序，實現了工藝全流程管理、機加工質量超差缺陷控制告警和焊接質量缺陷告警等人工智能業務應用。
圖七、加工工藝程序(xu)管理流程視圖
在工(gong)藝質量和(he)設備(bei)維保(bao)智(zhi)能(neng)化(hua)角度，基于(yu)工(gong)業物聯網平臺交付(fu)了(le)設備(bei)故(gu)障(zhang)知(zhi)識庫(ku)和(he)故(gu)障(zhang)根因統(tong)(tong)計分(fen)析、追溯(su)和(he)優化(hua)分(fen)析系(xi)統(tong)(tong)。如焊(han)接設備(bei)的(de)主要故(gu)障(zhang)為尋位(wei)短(duan)路(lu)、送(song)絲系(xi)統(tong)(tong)故(gu)障(zhang)和(he)撞槍(qiang)，通(tong)過排(pai)除尋位(wei)系(xi)統(tong)(tong)故(gu)障(zhang)、保(bao)養送(song)絲回路(lu)、優化(hua)工(gong)裝定位(wei)和(he)焊(han)接程序，可降低近80%的(de)故(gu)障(zhang)停機。目前該知(zhi)識庫(ku)積累(lei)了(le)1萬余條預置報警代(dai)碼，系(xi)統(tong)(tong)支持(chi)處理方式不斷的(de)積累(lei)和(he)迭代(dai)，形(xing)成智(zhi)能(neng)化(hua)的(de)知(zhi)識分(fen)享機制。
圖八、工藝和設備故(gu)障根(gen)因圖譜
PTC全球(qiu)資深副(fu)總裁兼大(da)中華區(qu)總裁劉強表示：“經過(guo)對以上生產(chan)環節數字(zi)(zi)化轉型(xing)項(xiang)目(mu)實(shi)施成果的(de)(de)(de)充分(fen)認可，我們(men)與該集(ji)團的(de)(de)(de)工(gong)業(ye)(ye)互聯(lian)網(wang)(wang)(wang)項(xiang)目(mu)合作已經成功地進入了第(di)二階段(duan)。后續我們(men)將(jiang)幫(bang)助(zhu)客戶在進一步(bu)開發(fa)設備物聯(lian)網(wang)(wang)(wang)與5G和AR技(ji)術相結合的(de)(de)(de)設備端開發(fa)創新應(ying)用(yong)，在充分(fen)挖掘物聯(lian)網(wang)(wang)(wang)大(da)數據支撐的(de)(de)(de)智能化運營創新應(ying)用(yong)的(de)(de)(de)同時，向整(zheng)個客戶集(ji)團推廣第(di)一階段(duan)的(de)(de)(de)開發(fa)成果，最(zui)大(da)限(xian)度地推進企業(ye)(ye)的(de)(de)(de)數字(zi)(zi)化轉型(xing)。以協助(zhu)客戶盡(jin)快獲得工(gong)業(ye)(ye)互聯(lian)網(wang)(wang)(wang)時代的(de)(de)(de)核心競爭力，鞏(gong)固和提高該集(ji)團在全球(qiu)工(gong)程機械行業(ye)(ye)的(de)(de)(de)排頭(tou)兵地位。”
