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东方希望:基于工业互联网的智能制造

2022/1/14        作者:e-works整理      
关键字:工业互联网案例  e-works年度盘点  智能制造  东方希望  
本文为“2021年度中国智能制造最佳应用实践奖”参评案例。本次活动将评选出2021年度,为中国智能制造领域带来突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业推进智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,供广大制造业行业企业学习供鉴。
一、企业简介

       东方希望集团(以下简称“东方希望”)总部位于上海浦东。现有员工30,000多人,旗下300余家子公司,年产值超1000亿元,荣列2021中国民营企业500强第52位。

       东方希望创业近40年,形成了以重化工业为主,农业、房产、重化工业多元化协同发展的新格局,产业遍布中国28个省市自治区和东南亚部分国家,在新疆、内蒙、河南、山西、重庆等地建设了大型发电、氧化铝、电解铝、工业硅、多晶硅、水泥、化工等重化工产业园区,实现了多个领域的技术突破与领先。
东方希望
东方希望

 

二、企业在智能制造方面的现状

       东方希望深根制造业多年,在全面调研国内外发展现状和企业自身发展需求的基础上,在中国制造2025,互联网+,工业互联网的国家战略发展大背景下, 2017年集团开启了生产管理信息系统相关项目建设,至2019年完成了部分公司的MES、设备管理、电子巡检等生产相关系统建设,实现了智能制造的初步探索;2020年,集团启动了工业互联网平台项目建设,以实现全流程的实时数据管控,以大数据驱动生产经营管理,目标是打造整个东方希望基于数据驱动的集团化统一生产管理平台。

       至2021年底,已完成集团所有重化工公司接入工业互联网平台,完成了MES、能源管理、设备管理、电子巡检等功能模块的建设,实现了生产数据的实时在线,报警数据的实时分级推送,设备预防性检修,能源自动统计计量等功能应用。整体上提升了工作效率,规范了流程,增强了现场管控,对多元化集团数字化实践提供借鉴示范作用。2021年建设数字化产品涉及10大专业领域,115个产品,主要集中于生产管理、采购、销售、物料管理、综合事务和人事管理板块。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

1.项目背景介绍

       东方希望重化工是多个不同行业的流程化生产企业组成,企业内部数据间流转不及时,各个系统信息相对独立,数据管理未实现平台化,OT和IT融合度不足,急需建立一个大一体化的信息系统来支撑整个集团公司的生产管理体系,形成集团公司一体化生产运营模式,实现资源的集中管理与调配,发挥集团公司协同效应。

       通过信息化手段加强对于下属企业的管控能力;打通集团公司与下属企业之间的管理通道,使集团公司能够获得准确、及时的决策信息,对下属企业进行科学决策和指导。

       实现集团内部跨业务、跨部门的对标数据,构建集团/业务板块/工厂所关注的KPI指标,构建集团层面企业服务总线平台,满足集团层面各业务系统与管控相关的数据信息的灵活集成和业务创新。

2.项目实施与应用情况详细介绍

       2.1 系统规划

       基于集团规划指导思想,结合工业互联网体系架构2.0,东方希望集团工业互联网整体解决方案总体架构分为三个层级:

       第一层:边缘层:指车间的自动化过程装备,智能仪表,智能传感器,通过以太网技术,无线通信技术,实现的车间设备联网,数据与信息传递至工业物联网平台。

       第二层:平台层:指基础架构在内的高度自由的计算资源组合,实现组件服务;可以向上层应用(企业层)提供能力。另一方面,它可以接受并执行企业层下达的操作、计算指令。

       第三层:应用层: 指企业云上部署的应用平台,实现工艺、能源、设备相关功能应用,大数据分析,多任务厂协调智能决策。

       2.2 系统架构

       2.2.1 工业互联网整体建设目标

       东方希望工业互联网建设,以物联网中台+集团型应用平台+数字工厂+移动端应用为基础,实现生产设备、生产系统、工厂数据、业务系统集成,提供日常生产管理及移动端应用。通过数据湖+数据中台+集团数据模型实现集团统一管理,挖掘数据价值。借助DevOPs+业务中台建设,提供集团各业务模块的协同。通过大中台、小前台的建设模式,最终形成集团数字化建设总体框架,实现持续迭代。
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       2.2.2 系统架构

       本项目采用云边协同方案实施部署,部署分为两部分:

       云上部署:主要部署工业互联网行业平台、数字工厂、IOT平台、数据存储、MES系统等。

       边缘部署:工厂内配置边缘服务器部署IOT平台、数据存储、预警报警与实时监控、数据上传代理。

       云端与边缘端保持数据交互、应用统一管控,实现云边协同工作。
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       2.2.3 MES微服务化

       MES平台采用微服务架构搭建,各能力底座与业务功能拆分成各微服务模块,具备下列优势:

        可配置,业务灵活组合,集团视角统筹管理分发各业务功能;

       可插拔,后续随时增减开关垂直业务模块;

       可横向扩展,提供企业级分布式应用服务和任务调度;

       可垂直扩展,随业务量的提升,可添加单服务的冗余数量,增加性能的负载量。

       2.2.4 云边数据交换

       目前MES主要的业务数据都是在云端产生,云端保存,云端处理。边缘端MES主要处理与生产强相关的业务,如预警报警,通过MQ消息队列与云上MES通信,边缘端只处理实时逻辑,不保存业务数据,通过MQ消息触发云端MES操作或保存业务数据。点位数据在边缘端产生、缓存,在实序数据库中管理。数据也会实时IOT平台传输至云端数据实序数据库。边缘端无关系型数据库,业务数据通过mq到达云上存储。

       2.2.5 容灾情况

       工厂断网情况:

       工厂发生断网情况后,实时数据在厂侧缓存,待网络恢复后进行断点续传;厂侧备用4G网络启用,报警消息通过4G网络正常发送。断网情况厂侧需配合措施:报警预警服务器具备能连接4G网络条件。在防火墙或网关层通过控制端口的访问控制达到只推送报警信息。

       云上可用性:

       云上MES采用微服务架构,每个服务预计架设3个以上节点,分别部署在不同的服务器上负载均衡,保证在满足负荷的情况下服务正常运行,不会发生全部服务发生故障的情况,服务的可用性理论上达到99.999%以上,根据部署的节点增多而逐步提高,当使用规模超过现有节点负荷时,可随时增加部署新的服务节点,无缝增加负荷能力。

       2.3 实施功能

       2.3.1 生产执行管理系统

       1)实时监控页面展示DCS界面图,数据实时同步,并具备历史数据曲线图等功能,监控的重点指标有曲线及曲线组分析、历史数据、历史回放等功能。

       2)对重点指标进行实时监控、分级报警,实现按照不同的区间(红色、橙色、黄色)三级报警, 实时推送到移动终端钉钉消息进行自动提醒,分级拨打语音电话报警。

       3)在线交接班,自动取数生成运行日志,在线录入岗位记事内容、交接班记事等生产运行事项,可移动端实时查询。

       4)自动取数生成各种自定义报表,在线编辑模板,可按excel格式导入导出,可在上下报表间穿透和传递。

       2.3.2 设备管理系统

       1)建立设备信息档案,设备基础信息、购置信息、技术参数、保护及联锁信息、运行信息等。

       2)实时展示集团、公司、工段三个层面的设备运行情况;展示产线和A类设备运转率、总电耗、负荷率、运行时长。

       3)流程性在线设备定期保养、分级检修、消缺管理、设备非停、备件管理,实现设备全生命周期各阶段的规范化、自动化、数字化管理。

       4)实现设备在线健康分析、可靠性分析、预测性维护等功能,实现智能设备运维。
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       2.3.3 能源管理

       1)能源采集,实时采集智能水、电表数据,形成能源产耗信息。系统可配合部署在不同位置智能仪表,以固定周期采集能耗数据,按设备、车间进行能耗的采集。取代手工抄表,实时监控能源运行状态。

       2)能源消耗分析,依据实时采集能源消耗数据,计算各项能源消耗的指标与参数,对影响工厂的能源消耗进行分析,生成相应的能源报表与分析图表,为工厂提高能源利用率,降低能源消耗提供支持。

       2.3.4 巡检机器人

         1)巡检机器人通过定义巡检路线,可定期进行巡检,通过自身搭载的高清相机、红外热成像仪、多功能环境监测仪等设备进行巡检数据的采集。

       2)将采集到的数据统一上传至工业互联网平台,平台端进行数据分析,对异常数据进行实时报警、报修处理。

3.效益分析

       至2021年底,已完成集团所有重化工公司接入工业互联网平台,系统运行稳定。实现了生产数据的实时监控,设备的联网,各类大数据管理报表均从系统中自动计算生成,系统自动预警,实时数据监控、工艺数据联网大大提高工作透明度和工作效率,结合能源抄表分析系统,实现了工厂能耗的降低,同时实现了环保数据异常的及时处理,确保安全稳定生产;使用巡检机器人和自开发设备健康预测功能,实现设备的预测性维护,将设备故障率降低10%,备件消耗费用降低10%。
责任编辑:魏蝶
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