離散型裝備制造企業(yè)的數(shù)字化體系研究與應(yīng)用實(shí)踐

楊磊 李濤 武籽臻 王峰

（中信重工機(jī)械股份有限公司，河南洛陽 471039）

制造業(yè)是立國(guó)之本、強(qiáng)國(guó)之基，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈所系。我國(guó)已連續(xù)多年保持世界第一制造大國(guó)地位，制造業(yè)在驅(qū)動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)揮著不可替代的重要作用。但是我們也要清醒地認(rèn)識(shí)到，我國(guó)制造業(yè)總體而言大而不強(qiáng)、利潤(rùn)率不高，長(zhǎng)期來看，面臨著工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家“高端回流”和發(fā)展中國(guó)家“中低端分流”的雙重?cái)D壓[1]。短期來看，又面臨著因能源緊張導(dǎo)致的全球供應(yīng)鏈紊亂以及歐洲傳統(tǒng)的制造業(yè)大國(guó)高端制造業(yè)外流的沖擊，我國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)需應(yīng)對(duì)的內(nèi)外形勢(shì)更加錯(cuò)綜復(fù)雜。同時(shí)，以人工智能技術(shù)為代表的新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造業(yè)深度融合發(fā)展為主要特征的新一代智能制造在全球范圍內(nèi)方興未艾，成為新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù)，將給世界產(chǎn)業(yè)技術(shù)和分工格局帶來革命性影響和深刻調(diào)整[2]。美國(guó)率先提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念并服務(wù)于美國(guó)的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略[3]。德國(guó)憑借其強(qiáng)大的機(jī)器和設(shè)備制造業(yè),結(jié)合自身離散制造業(yè)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì), 提出以CPS為特征的工業(yè)4.0[4]。我國(guó)則制定了《中國(guó)制造2025》國(guó)家戰(zhàn)略，部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。先進(jìn)制造業(yè)已然成為全球經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)，世界各國(guó)紛紛加快謀劃和布局，積極參與全球產(chǎn)業(yè)再分工。而裝備制造業(yè)作為“生產(chǎn)機(jī)器的機(jī)器制造業(yè)”，決定了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)生產(chǎn)技術(shù)裝備的發(fā)展水平，因此被稱為“國(guó)之重器”。我國(guó)的制造業(yè)要打破發(fā)達(dá)國(guó)家的“技術(shù)壁壘”和“綠色貿(mào)易壁壘”，滿足嚴(yán)格的市場(chǎng)準(zhǔn)入和限制條件，就需要不斷推動(dòng)裝備制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，逐步解決由于自主創(chuàng)新不足、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較落后以及能源消耗過大等產(chǎn)生的問題，通過發(fā)展先進(jìn)裝備制造業(yè)，從本質(zhì)上提升我國(guó)的制造業(yè)生產(chǎn)力水平，實(shí)現(xiàn)從中低端制造向制造業(yè)價(jià)值鏈中高端的邁進(jìn)。

一、離散型裝備制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與痛點(diǎn)

重型裝備制造業(yè)是典型的離散型制造行業(yè)。重型裝備制造業(yè)的產(chǎn)品通常需要滿足多樣化的市場(chǎng)需求，根據(jù)個(gè)性化的使用場(chǎng)景，制造企業(yè)需要能夠提供高度定制化的工業(yè)產(chǎn)品。因此，重型裝備制造企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)差異化特征明顯，產(chǎn)品生產(chǎn)模式通常是多品種、小批量、單部件的訂單式生產(chǎn)。不同于連續(xù)型和規(guī)?；纳a(chǎn)模式，離散型裝備制造業(yè)的生產(chǎn)周期通常較長(zhǎng)，生產(chǎn)組織更加復(fù)雜多變。相比于連續(xù)制造，離散制造的產(chǎn)品一般由多個(gè)零件經(jīng)過一系列不連續(xù)的加工最終裝配而成，每個(gè)產(chǎn)品甚至零件的加工過程都可能存在差異，且一種工藝可能由多臺(tái)設(shè)備推進(jìn)。同時(shí)，重型裝備制造的廠房和生產(chǎn)設(shè)備通常是按照工藝類型統(tǒng)一布置，由于加工設(shè)備體積大、噸位重，位置布局通常是固定不變的。因此，需要根據(jù)工藝設(shè)備分配加工的物料，對(duì)加工的過程品還經(jīng)常需要進(jìn)行搬運(yùn)。面對(duì)這些離散型制造的典型特征，傳統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度安排和生產(chǎn)流程的跟蹤管控方法已經(jīng)難以進(jìn)一步提升生產(chǎn)管理水平和生產(chǎn)制造效率，亟需通過引入新的技術(shù)手段和管理方法來打破裝備制造業(yè)的發(fā)展瓶頸。

隨著新一代信息化、數(shù)字化和智能化技術(shù)在離散型制造業(yè)的推廣應(yīng)用，重型裝備制造業(yè)也迎來了創(chuàng)新發(fā)展的時(shí)代機(jī)遇。同時(shí)，在生產(chǎn)實(shí)踐中，傳統(tǒng)的重型裝備制造業(yè)在與新一代信息技術(shù)的深度融合發(fā)展中仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)。因?yàn)殡x散型制造企業(yè)的業(yè)務(wù)流程復(fù)雜，一旦數(shù)據(jù)鏈條存在斷點(diǎn)和堵點(diǎn)，就會(huì)導(dǎo)致各部門間難以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)高效協(xié)同和數(shù)據(jù)有效共享問題。對(duì)于研發(fā)設(shè)計(jì)部門而言，一套完整的重型裝備的研發(fā)設(shè)計(jì)工作涉及機(jī)、電、液、軟等多項(xiàng)業(yè)務(wù)，缺少高效的研發(fā)設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái)，將導(dǎo)致部門之間的溝通成本較高。而由于產(chǎn)品的定制化程度高，生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)對(duì)工人的技術(shù)能力要求也相對(duì)較高。工藝軟件的應(yīng)用雖然提升了工藝設(shè)計(jì)人員的工作效率，但對(duì)生產(chǎn)部門的指導(dǎo)性仍存在不足，這就導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)能力和業(yè)務(wù)能力始終存在瓶頸。另外，由于大型加工設(shè)備的成本價(jià)值高，通常單臺(tái)部署，一旦發(fā)生故障，其維修周期較長(zhǎng)，要對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高效管理和故障預(yù)測(cè)的難度較大。此外，當(dāng)前重型裝備制造企業(yè)還存在跟蹤服務(wù)能力較弱的短板，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的生態(tài)化應(yīng)用推廣。

二、離散型裝備制造企業(yè)的數(shù)字化體系研究

中信重工機(jī)械股份有限公司，以下簡(jiǎn)稱“中信重工”,前身為洛陽礦山機(jī)器廠，是國(guó)家“一五”期間興建的156項(xiàng)重點(diǎn)工程之一。作為中信集團(tuán)先進(jìn)制造板塊的主力軍，歷經(jīng)60多年的建設(shè)與發(fā)展，中信重工已成為我國(guó)最大的重型裝備制造企業(yè)之一，是全球?yàn)閿?shù)不多的具備重大裝備和特種材料研發(fā)和制造能力的高新技術(shù)企業(yè)，也是全球?yàn)閿?shù)不多的具備極限制造能力的先進(jìn)裝備制造企業(yè)，被譽(yù)為“中國(guó)工業(yè)的脊梁、重大裝備的搖籃”。

中信重工積極貫徹落實(shí)國(guó)家數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，基于內(nèi)外部發(fā)展需要，搶抓數(shù)字化發(fā)展機(jī)遇，制定了中信重工“十四五信息化智能化專項(xiàng)規(guī)劃”。圍繞“離散型重型裝備智能制造”項(xiàng)目建設(shè)，中信重工實(shí)施智能化提升工程，構(gòu)建了如圖1所示的“6+1+N”數(shù)字化應(yīng)用體系，具體包括：數(shù)字化設(shè)計(jì)與工藝應(yīng)用體系、離散型數(shù)字化制造應(yīng)用體系、數(shù)字化精益管理應(yīng)用體系、企業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用體系、信息安全體系6大數(shù)字化應(yīng)用體系，打造1個(gè)國(guó)內(nèi)知名的垂直行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，規(guī)劃建設(shè)N個(gè)5G工業(yè)示范應(yīng)用基地。同時(shí)，中信重工推動(dòng)探索數(shù)字孿生、“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)與公司業(yè)務(wù)的創(chuàng)新融合，全面推進(jìn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

圖1 “6+1+N”數(shù)字化應(yīng)用體系

（一）具有重型裝備行業(yè)特色的數(shù)字化研發(fā)平臺(tái)建設(shè)

1.離散型裝備制造領(lǐng)域協(xié)同研發(fā)設(shè)計(jì)云平臺(tái)建設(shè)

針對(duì)重大裝備協(xié)同設(shè)計(jì)難、研發(fā)周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)缺陷致成本高的行業(yè)痛點(diǎn)和難點(diǎn)。中信重工建立了離散型裝備制造領(lǐng)域協(xié)同研發(fā)設(shè)計(jì)云平臺(tái)。該平臺(tái)通過集成設(shè)計(jì)云桌面、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具(CAD、CAE)以及三維參數(shù)設(shè)計(jì)知識(shí)庫，利用三維建模、有限元仿真、仿真測(cè)試等技術(shù)，開展基于模型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真分析，打通了設(shè)計(jì)建模、仿真分析、數(shù)字樣機(jī)驗(yàn)證等功能。平臺(tái)通過數(shù)據(jù)與技術(shù)的融合創(chuàng)新，極大提高了設(shè)計(jì)效率、降低了設(shè)計(jì)差錯(cuò)率、縮短了研發(fā)設(shè)計(jì)周期。

離散型裝備制造的特點(diǎn)導(dǎo)致產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)復(fù)雜以及零件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分散，從而容易產(chǎn)生設(shè)計(jì)資源需求彈性大、設(shè)計(jì)端與生產(chǎn)端協(xié)同效率低等問題。針對(duì)這些問題，中信重工建設(shè)了以PLM系統(tǒng)為核心的數(shù)字化研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)資源的彈性供給、移動(dòng)運(yùn)用，保障了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的安全性，提高了研發(fā)設(shè)計(jì)效率。該平臺(tái)打通了研發(fā)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造的數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)了研發(fā)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)的高效協(xié)同。中信重工在國(guó)內(nèi)重型裝備行業(yè)率先實(shí)現(xiàn)了技術(shù)資料無紙化、數(shù)字化應(yīng)用。如圖2所示，平臺(tái)還以三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)和PLM系統(tǒng)為載體，拓展了支撐三維參數(shù)化設(shè)計(jì)的低代碼開發(fā)平臺(tái)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)功能的分解，建立標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化的產(chǎn)品數(shù)字化研發(fā)設(shè)計(jì)新模式。該平臺(tái)提高了研發(fā)效率30%，縮短研發(fā)周期20%，降低設(shè)計(jì)差錯(cuò)率15%，形成了可推廣的離散型裝備數(shù)字化研發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)解決方案。

圖2 三維數(shù)字化設(shè)計(jì)

2.三維模型的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)

為加強(qiáng)設(shè)計(jì)部門對(duì)生產(chǎn)部門的工藝指導(dǎo)，不斷提升裝備生產(chǎn)效率，中信重工進(jìn)一步開發(fā)了基于三維模型的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)。該平臺(tái)通過將三維設(shè)計(jì)軟件、CAPP、CAM、PLM等有效集成，涵蓋了工藝路線規(guī)劃、工序設(shè)計(jì)、加工作業(yè)描述、工藝裝備選用、數(shù)控編程等功能，建立了完備的工藝裝備資源庫，全面實(shí)現(xiàn)了工藝數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理和三維數(shù)字化加工仿真、三維數(shù)字化裝配指導(dǎo)。該平臺(tái)的推廣使用使得加工效率提高了12%以上，裝配效率提升10%，工藝可行率提高30%，形成行業(yè)內(nèi)可復(fù)制的裝備制造三維數(shù)字化工藝技術(shù)方案。

針對(duì)重型裝備研發(fā)設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、產(chǎn)品調(diào)試復(fù)雜且成本高的痛點(diǎn)，三維數(shù)字平臺(tái)通過構(gòu)建數(shù)字樣機(jī)并采用虛擬調(diào)試技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了虛擬化仿真調(diào)試功能。該功能上線后縮短了產(chǎn)品調(diào)試試驗(yàn)時(shí)間，減少了設(shè)計(jì)成本，降低了創(chuàng)新設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。如圖3所示為數(shù)字樣機(jī)全貌，圖4為對(duì)應(yīng)的實(shí)際重型裝備產(chǎn)品。該技術(shù)已在科技部重大專項(xiàng)“液壓重載機(jī)械臂關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用驗(yàn)證”項(xiàng)目中成功應(yīng)用，得到了有效驗(yàn)證，并取得良好效果。

圖3 液壓重載機(jī)械臂數(shù)字樣機(jī)

圖4 液壓重載機(jī)械臂實(shí)物

（二）離散型連續(xù)化的智能生產(chǎn)制造模式分析

面向訂單的離散制造業(yè)的特點(diǎn)是多品種和小批量。因此，生產(chǎn)設(shè)備的布置通常不是按產(chǎn)品而是按照工藝進(jìn)行，例如：按車、磨、創(chuàng)、銑來安排機(jī)床的位置。每個(gè)產(chǎn)品的工藝過程都可能不一樣，而且可以進(jìn)行同一種加工工藝的機(jī)床有多臺(tái)。因此，工廠需要對(duì)所加工的物料進(jìn)行調(diào)度，并且半成品需要進(jìn)行物流運(yùn)輸，加工流程是不連續(xù)的。與流程工業(yè)不同，離散型制造適用按訂單組織生產(chǎn)的模式，由于很難預(yù)測(cè)訂單在什么時(shí)候到來，產(chǎn)品的工藝過程也可能經(jīng)常發(fā)生變更，因此合理計(jì)劃的效益在離散制造業(yè)相當(dāng)高，這就導(dǎo)致需要良好的生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率很大程度依賴于工人的技術(shù)水平，自動(dòng)化能力主要在單元級(jí)，例如數(shù)控機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)等。因此，當(dāng)前離散制造業(yè)還是一個(gè)人員密集型行業(yè)，整體的自動(dòng)化水平和數(shù)字化水平相對(duì)較低。離散制造行業(yè)的特點(diǎn)決定了對(duì)ERP、MES、APS、DNC等系統(tǒng)產(chǎn)生了與流程工業(yè)與眾不同的特色需求[5]。

1.生產(chǎn)流程線上化連續(xù)跟蹤管控

為將公司級(jí)生產(chǎn)指揮管理全面由線下轉(zhuǎn)為線上，中信重工通過推動(dòng)生產(chǎn)流程線上化跟蹤把控，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)指揮調(diào)度效率的提升。公司配套自主開發(fā)了如圖5所示的生產(chǎn)力管控大廳，主要包括綜合計(jì)劃、指揮調(diào)度和協(xié)同制造三大平臺(tái)，打通和高度集成了各信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)以項(xiàng)目為核心，多維度、多層級(jí)的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。通過開發(fā)公司級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)執(zhí)行、成套入庫、外協(xié)管理、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)在線率達(dá)95%以上，推動(dòng)了生產(chǎn)過程的精益化、透明化管理，提升了生產(chǎn)指揮調(diào)度效率約40%、生產(chǎn)計(jì)劃綜合完成率25%。

圖5 生產(chǎn)力管控大廳

針對(duì)離散型重型裝備設(shè)備生產(chǎn)過程復(fù)雜的特點(diǎn)，以及當(dāng)前行業(yè)線上化、數(shù)字化管理水平較低的不足，中信重工開發(fā)了數(shù)字化生產(chǎn)管控平臺(tái)。該平臺(tái)涵蓋了線上生產(chǎn)指揮平臺(tái)、ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、APS系統(tǒng)、DNC系統(tǒng)、工控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、智能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)、5G專網(wǎng)等軟硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從ERP系統(tǒng)中接收零件生產(chǎn)計(jì)劃，并從CAPP中接收工藝路線及相關(guān)工藝信息，生成工序級(jí)生產(chǎn)任務(wù)，經(jīng)過APS高級(jí)排程，自動(dòng)生成科學(xué)的、精準(zhǔn)的生產(chǎn)任務(wù)計(jì)劃，自動(dòng)下發(fā)至數(shù)控作業(yè)單元。生產(chǎn)管理人員可以實(shí)現(xiàn)線上指揮，并實(shí)時(shí)掌握工時(shí)成本、能源消耗、生產(chǎn)進(jìn)度等信息。數(shù)字化生產(chǎn)管控平臺(tái)的投產(chǎn)使用使生產(chǎn)排產(chǎn)準(zhǔn)確率提升25%、生產(chǎn)綜合效率提升25%、生產(chǎn)履約率提升20%。

2.生產(chǎn)排程與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)智能化精益管理

重型裝備的生產(chǎn)制造過程一般較長(zhǎng)，這就導(dǎo)致生產(chǎn)的管控非常復(fù)雜，同時(shí)面臨生產(chǎn)排程多變的挑戰(zhàn)。中信重工通過與知名高校開展產(chǎn)學(xué)研合作，研發(fā)了離散型重型裝備制造行業(yè)APS高級(jí)排程系統(tǒng)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，構(gòu)建了排程策略模型和算法，按照排程策略自動(dòng)生成可視化的排程結(jié)果，如圖6所示。該系統(tǒng)具有按交貨期、計(jì)劃優(yōu)先級(jí)、生產(chǎn)周期、新訂單插單、生產(chǎn)狀態(tài)優(yōu)先等多種排產(chǎn)方式，可最大限度滿足各類復(fù)雜的排產(chǎn)要求，大大提高了生產(chǎn)效率。目前，該系統(tǒng)已推廣應(yīng)用到中信重工下屬各子公司生產(chǎn)單位，并取得了良好效果。

圖6 APS高級(jí)排程系統(tǒng)

為解決離散型高端裝備生產(chǎn)過程復(fù)雜和生產(chǎn)周期長(zhǎng)導(dǎo)致的管理過程難度大以及管理顆粒大的痛點(diǎn)和難點(diǎn)。中信重工基于精益管理理念，融合以大數(shù)據(jù)為代表的新一代信息技術(shù)，構(gòu)建了智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過集成應(yīng)用多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的多維度數(shù)據(jù)，建立了基于大數(shù)據(jù)的智能化生產(chǎn)管理平臺(tái)，同時(shí)開發(fā)了以企業(yè)微信、掌上重工、微信小程序?yàn)楹诵牡囊苿?dòng)應(yīng)用平臺(tái)，展現(xiàn)多視角的生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)分析看板，構(gòu)建多視角、多維度、全方位的生產(chǎn)指揮調(diào)度平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、面向離散型制造領(lǐng)域的連續(xù)化生產(chǎn)精益管理體系。目前，該平臺(tái)已在中信重工所屬重型裝備板塊和新能源裝備板塊推廣應(yīng)用。

（三）以數(shù)據(jù)技術(shù)為核心的經(jīng)營(yíng)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)

在經(jīng)營(yíng)管理方面，中信重工基于數(shù)據(jù)資源的開發(fā)利用，驅(qū)動(dòng)公司信息應(yīng)用從“IT（信息技術(shù)）”向“DT（數(shù)字技術(shù)）”轉(zhuǎn)型。目前已經(jīng)形成了支持營(yíng)銷服務(wù)、科研開發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、采購供應(yīng)、財(cái)務(wù)管控等多業(yè)務(wù)場(chǎng)景的綜合數(shù)字化應(yīng)用集群。通過搭建企業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)和管理駕駛艙，深挖數(shù)據(jù)資源價(jià)值，中信重工打造了如圖7展示的經(jīng)營(yíng)管控?cái)?shù)據(jù)平臺(tái)。項(xiàng)目以數(shù)據(jù)為血液，以平臺(tái)為載體，“泵動(dòng)”業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。該平臺(tái)通過打造數(shù)據(jù)“采集、存儲(chǔ)、挖掘、治理、增值”的全生命周期管理，為經(jīng)營(yíng)管理提供決策支持，為公司精益化運(yùn)營(yíng)管理和高質(zhì)量發(fā)展提供數(shù)字技術(shù)支撐。

圖7 經(jīng)營(yíng)管控?cái)?shù)據(jù)平臺(tái)

通過集成營(yíng)銷服務(wù)、生產(chǎn)制造、財(cái)務(wù)管理等相關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)，中信重工打造了數(shù)字化供應(yīng)鏈協(xié)同管控平臺(tái)。平臺(tái)具備對(duì)外招標(biāo)、投標(biāo)、評(píng)標(biāo)、采購管理、合同管理、供應(yīng)鏈管理、制造協(xié)同、數(shù)據(jù)共享等23個(gè)功能模塊，提升了供應(yīng)鏈一體化協(xié)同效率，實(shí)現(xiàn)了商流、物流、信息流、資金流“四流”合一，可實(shí)時(shí)掌握招標(biāo)、采購進(jìn)度和采購物資生產(chǎn)、運(yùn)輸、質(zhì)量以及到貨數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與制造協(xié)同的物資精準(zhǔn)配送。該平臺(tái)的上線使用提升了采購物資及時(shí)到貨率20%以上，降低了采購成本15%左右，助力逐步構(gòu)建全球化戰(zhàn)略供應(yīng)鏈體系。

圍繞“核心制造+綜合服務(wù)”的新型商業(yè)模式，中信重工打造了以客戶為中心、貫穿營(yíng)銷全流程的網(wǎng)絡(luò)化和智能化營(yíng)銷服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)高效集成生產(chǎn)管理、財(cái)務(wù)管理、礦山裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，搭建從商機(jī)挖掘、產(chǎn)品推廣、售前支持，到合同執(zhí)行、運(yùn)維服務(wù)、備件銷售的面向營(yíng)銷支持的信息共享和大數(shù)據(jù)中心，提供了形成客戶畫像、結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開展遠(yuǎn)程診斷、預(yù)測(cè)性運(yùn)維等智能化服務(wù)。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)營(yíng)銷和服務(wù)增值，商機(jī)轉(zhuǎn)化率提高20%，客戶滿意度提升15%以上，有效提升了客戶黏性，助力了市場(chǎng)開拓。

為貫徹落實(shí)國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略，提升節(jié)能環(huán)保效果，中信重工建立了“互聯(lián)網(wǎng)+能源管理平臺(tái)”。平臺(tái)通過對(duì)能源計(jì)劃、能源實(shí)績(jī)、能源能效分析、能源質(zhì)量等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集管理，對(duì)能源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理、歸納分析，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)、修正平衡。中信重工還建立了完備的四級(jí)能耗指標(biāo)分析考核體系，評(píng)估企業(yè)用能水平，及時(shí)分析企業(yè)能耗問題，動(dòng)態(tài)核算企業(yè)節(jié)能效率，找準(zhǔn)企業(yè)節(jié)能方向及措施，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。平臺(tái)上線以來，每年可降低能源消耗成本3000余萬元。

三、離散型重型裝備制造行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用實(shí)踐及成效

基于對(duì)重型裝備制造業(yè)數(shù)字化體系的探索與研究，中信重工依托自身產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，堅(jiān)持做大做強(qiáng)以重型裝備制造板塊為核心的主業(yè)。同時(shí)，公司積極擁抱市場(chǎng)新業(yè)態(tài)，努力挖掘發(fā)展新動(dòng)能，結(jié)合生產(chǎn)制造與技術(shù)發(fā)展需要，不斷推進(jìn)離散型裝備制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，引領(lǐng)探索離散型裝備智能制造新模式，持續(xù)提升自身的核心制造能力，形成可復(fù)制、可推廣的核心技術(shù)產(chǎn)品和整體解決方案，從而推動(dòng)公司逐步向服務(wù)型制造企業(yè)發(fā)展，賦能客戶和行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，鋪筑具有中信重工特色的數(shù)字化產(chǎn)業(yè)和智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展新通道。當(dāng)前，中信重工已經(jīng)發(fā)展成為國(guó)內(nèi)最大的特種機(jī)器人研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化基地之一，國(guó)家級(jí)創(chuàng)新型企業(yè)和高新技術(shù)企業(yè)，以及全球最具競(jìng)爭(zhēng)力的礦業(yè)裝備、水泥裝備制造商與服務(wù)商，在特種機(jī)器人智能制造、“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”以及智慧礦山建設(shè)等領(lǐng)域不斷推動(dòng)數(shù)字化應(yīng)用落地實(shí)踐。

（一）打造離散型重型裝備智能制造工廠模板

中信重工通過采用5G新技術(shù)，結(jié)合智能工廠軟件架構(gòu)及平臺(tái)搭建，實(shí)現(xiàn)了智能制造工廠的協(xié)同研發(fā)、多車間協(xié)作和大數(shù)據(jù)應(yīng)用。生產(chǎn)人員通過數(shù)字化設(shè)備、工位機(jī)、手持智能化終端等設(shè)備連接，打通了人機(jī)物互聯(lián)通道。公司通過持續(xù)優(yōu)化改善人機(jī)協(xié)作式生產(chǎn)，打造了高效、協(xié)同、柔性化的智能制造工廠模式，形成了傳統(tǒng)離散型裝備智能制造問題整體解決方案、柔性化智能制造解決方案。

基于離散型重型裝備智能制造生產(chǎn)模式，中信重工建設(shè)的“高端耐磨件制造智能化工廠”是我國(guó)鑄造制造企業(yè)樹立的一個(gè)鑄造行業(yè)智能化生產(chǎn)的模板和標(biāo)桿。針對(duì)鑄造企業(yè)信息孤島的難點(diǎn)，公司通過建立設(shè)計(jì)、工藝及制造技術(shù)協(xié)同平臺(tái)及其應(yīng)用基地，形成了高端耐磨件智能制造的數(shù)字化鑄造工廠整體解決方案，為傳統(tǒng)鑄造行業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型樹立了標(biāo)桿。該模式可在行業(yè)內(nèi)復(fù)制，并為相關(guān)企業(yè)提供咨詢和整體方案實(shí)施服務(wù)。該方案可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模塊化、柔性化智能制造，提供砂型鑄造高級(jí)計(jì)劃排程產(chǎn)品、鑄造行業(yè)精益生產(chǎn)MES系統(tǒng)產(chǎn)品。除了傳統(tǒng)制造領(lǐng)域，中信重工在特種機(jī)器人這一新興制造領(lǐng)域，依托工業(yè)和信息化部智能制造新模式項(xiàng)目建設(shè)了“特種機(jī)器人制造智能化工廠”。該工廠實(shí)施完成了柔性可重構(gòu)工作島、車間互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與信息模型、數(shù)據(jù)采集與可視化系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)、數(shù)字化仿真系統(tǒng)等新技術(shù)應(yīng)用。該工程形成了特種機(jī)器人行業(yè)智能制造的試點(diǎn)示范和樣板間，如圖8所示，具有典型的示范應(yīng)用效應(yīng)及較強(qiáng)的可復(fù)制性。

圖8 特種機(jī)器人制造智能化工廠

（二）基于5G新技術(shù)的多場(chǎng)所應(yīng)用解決方案

針對(duì)離散型裝備制造現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)差、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)率低、數(shù)據(jù)傳輸慢等現(xiàn)狀，聚焦關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備故障無法提前預(yù)測(cè)、維修成本高、維修周期長(zhǎng)等痛點(diǎn)，中信重工建設(shè)了河南省首家5G工業(yè)企業(yè)專網(wǎng)。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了5G信號(hào)在生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域全覆蓋，在實(shí)現(xiàn)便捷連接的同時(shí)，保障了公司的數(shù)據(jù)安全和網(wǎng)絡(luò)安全。針對(duì)關(guān)鍵核心設(shè)備，公司部署了5G智能網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)采集終端，可支持多種接口和以太網(wǎng)協(xié)議。項(xiàng)目不僅實(shí)現(xiàn)了重點(diǎn)設(shè)備的互聯(lián)互通和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，還可通過構(gòu)建設(shè)備數(shù)字模型和專家?guī)欤_展設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線檢測(cè)和故障預(yù)警，提前預(yù)防設(shè)備故障，提高了設(shè)備的可用性及綜合利用效率，同時(shí)有效降低了設(shè)備能耗。

針對(duì)離散型裝備制造工廠機(jī)床聯(lián)網(wǎng)率低的特點(diǎn)，中信重工通過實(shí)施“5G+設(shè)備聯(lián)網(wǎng)改造”，大規(guī)模部署數(shù)據(jù)采集設(shè)備，構(gòu)建了5G工業(yè)專網(wǎng)，提升了數(shù)據(jù)安全性，保證數(shù)據(jù)不出廠，保障數(shù)據(jù)和信息資產(chǎn)安全。該工程借助5G低時(shí)延、大帶寬的優(yōu)勢(shì)，利用數(shù)據(jù)采集裝備，實(shí)現(xiàn)了如圖9所示的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和傳輸，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、工藝執(zhí)行參數(shù)、生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控分析。該技術(shù)的應(yīng)用約提高設(shè)備利用率20%，降低能耗10%。

圖9 5G+設(shè)備云眼平臺(tái)

基于5G技術(shù)應(yīng)用，中信重工還打造了如5G+機(jī)器人島數(shù)字孿生、5G+特種機(jī)器人、5G+遠(yuǎn)程操控、5G+AR/VR等多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，形成了一批特色鮮明的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”典型應(yīng)用示范。

（三）基于礦山裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的智慧礦山整體建設(shè)方案

中信重工建設(shè)了如圖10、圖11所示的國(guó)內(nèi)行業(yè)領(lǐng)先的礦山裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。面向礦山裝備行業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的需求，該平臺(tái)構(gòu)建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚和分析的服務(wù)體系，形成了支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業(yè)云平臺(tái)。該平臺(tái)面向礦山用戶提供了裝備研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、遠(yuǎn)程運(yùn)維、故障診斷、設(shè)備健康評(píng)估、工藝產(chǎn)線優(yōu)化等綜合服務(wù)。該平臺(tái)將工業(yè)技術(shù)、管理、應(yīng)用等方面的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)模塊化、軟件化，以微服務(wù)組件或工業(yè)APP的形式賦能給行業(yè)企業(yè)。平臺(tái)已成功在國(guó)內(nèi)多家礦山行業(yè)得到應(yīng)用，連接設(shè)備價(jià)值達(dá)100多億，開發(fā)出礦石粒度智能檢測(cè)、襯板磨損在線檢測(cè)等20余個(gè)獨(dú)有的工業(yè)APP和近百個(gè)工業(yè)機(jī)理模型和微服務(wù)組件并投入應(yīng)用。目前，該系統(tǒng)取得了良好的應(yīng)用效果，為用戶帶來了明顯的收益，重大事故發(fā)生率降低約10%，整條生產(chǎn)線運(yùn)行率提高12%左右。

圖10 礦山裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

圖11 5G+礦山裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)創(chuàng)新應(yīng)用

圍繞智慧礦山建設(shè)，中信重工依托全球礦山裝備研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造能力，研發(fā)了如圖12所示的礦山智能化全流程解決方案?；诘V山裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，中信重工自主開發(fā)了智慧礦山整體解決方案，包含采礦智能化、選礦智能化、尾礦處理智能化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的智能感知、自主決策、智能調(diào)節(jié)，推動(dòng)了礦山生產(chǎn)的少人化和無人化轉(zhuǎn)變。中信重工開發(fā)的基于5G的智慧煤礦全流程解決方案，能夠解決煤礦安全生產(chǎn)、智能管控技術(shù)難題，技術(shù)水平國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。公司目前擁有70余款煤礦智能裝備產(chǎn)品，主要覆蓋采掘、供電、給排水、通風(fēng)、主輔運(yùn)輸、洗選等生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理等環(huán)節(jié)。通過利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等核心技術(shù)，該方案能實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)從生產(chǎn)管理到管理決策各業(yè)務(wù)板塊的“大調(diào)度”協(xié)同指揮和一體化集中監(jiān)管。該方案打造了窯街煤電、晉能控股、龍煤集團(tuán)等10余座煤礦智能化示范礦井，大力助推了礦山產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，賦能礦山行業(yè)智能化升級(jí)。

圖12 智慧礦山建設(shè)示例

四、總結(jié)與展望

中信重工的數(shù)字化轉(zhuǎn)型及項(xiàng)目建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)對(duì)裝備制造企業(yè)和客戶行業(yè)企業(yè)均形成了有益的借鑒參考，產(chǎn)生了積極的帶動(dòng)和輻射作用。中信重工的智能制造整體解決方案、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)、基于5G的應(yīng)用場(chǎng)景解決方案以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型咨詢和診斷服務(wù)，能夠助力裝備制造企業(yè)提升核心制造能力、縮短研發(fā)周期、提高設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。面向客戶企業(yè)，中信重工能夠提供智能裝備定制化研發(fā)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造、選礦工藝大數(shù)據(jù)及工藝產(chǎn)線優(yōu)化分析、智慧礦山整體解決方案、設(shè)備遠(yuǎn)程運(yùn)維和預(yù)防運(yùn)維等服務(wù)。新一代信息技術(shù)的應(yīng)用幫助中信重工同時(shí)提升了客戶滿意度和市場(chǎng)占有率，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化轉(zhuǎn)型服務(wù)增值，通過對(duì)外輸出數(shù)字化轉(zhuǎn)型解決方案，逐步構(gòu)建了行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)圈。

目前，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為裝備制造業(yè)加快新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換、推動(dòng)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的有效途徑。中信重工數(shù)字化轉(zhuǎn)型創(chuàng)新實(shí)踐給行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展帶來以下借鑒和啟示：一是加快推進(jìn)新一代信息技術(shù)與制造業(yè)融合應(yīng)用場(chǎng)景建設(shè)?；?G、大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，裝備制造業(yè)要充分利用新技術(shù)的賦能賦智作用，研究和建設(shè)信息技術(shù)與跨部門、跨業(yè)務(wù)的融合應(yīng)用場(chǎng)景，加快推進(jìn)智能工廠建設(shè)，激發(fā)新動(dòng)能，破解發(fā)展瓶頸，重構(gòu)基于價(jià)值創(chuàng)造的業(yè)務(wù)流程，提高生產(chǎn)效率、運(yùn)營(yíng)績(jī)效。二是重構(gòu)數(shù)字化供應(yīng)鏈體系，建設(shè)協(xié)同、共享價(jià)值鏈，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的高質(zhì)量發(fā)展。裝備制造業(yè)涉及的供應(yīng)鏈數(shù)量龐大，供應(yīng)鏈的協(xié)同程度是影響裝備制造業(yè)價(jià)值創(chuàng)造的重要環(huán)節(jié)，亟需構(gòu)建數(shù)字化供應(yīng)體系，減少數(shù)字化轉(zhuǎn)型斷點(diǎn)和堵點(diǎn)。三是基于價(jià)值重構(gòu)發(fā)展服務(wù)型制造產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建新業(yè)態(tài)。離散型裝備制造業(yè)企業(yè)經(jīng)過長(zhǎng)期積累，對(duì)裝備研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、售后服務(wù)積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，隨著產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，裝備制造業(yè)可以將累積的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)化封裝，形成行業(yè)解決方案對(duì)外輸出，形成裝備制造業(yè)數(shù)字化產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)，支持企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。