装备制造行业白皮书（2022）

2022年9月 深助力耕装厂内备数制智造化再升级 本期内容 深耕厂内数智化 助力装备制造再升级2 Gartner的研究： 2021年物联网技术成熟度曲线18 树根互联介绍70 深耕厂内数智化 助力装备制造再升级 引言 Gartner在其报告《2021年物联网技术成熟度曲线》中指出，工业物联网在目标受众中的市场渗透率已达到 20%-50%。1对于资产密集型制造工厂而言，通过工业互联网实现生产运营的可视化并帮助提升资产管理决策，这已成为制造业的共识。 中国是工业互联网平台普及率最高的国家之一，这与中国政府对工业互联网的大力支持密不可分。制造企业有动力利用数字化手段实现工厂生产与运营管理的创新，实现降本提质，从而提升产品和企业的市场竞争力。 随着工业互联网的加速渗透，越来越多的平台专注于特定行业，深耕于产线和工艺，融合大数据、AI等技术，助力制造业工厂加速转型。 树根互联在装备制造行业拥有多年的深厚积累，已助力装备制造行业多家龙头企业实现产线数字化、能源透明化、运营精益化全方位升级。通过本册白皮书，树根互联将与您一起，探寻装备制造行业的全面数字化转型之道。 1GartnerInc.，《2021年物联网技术成熟度曲线》，2021年8月6日，G00747575 第一章装备制造业数字化转型背景 1.1装备制造，工业的核心基石 “装备制造业”是中国独有的特色概念，包括机械、电子、交通运 输设备、仪器仪表等共7大类目。装备制造业是关系国民经济命脉的基础性、战略性产业，具有技术密集、系统成套复杂、附加 值高、带动性强的特点。装备制造业产品领域广、品种多，技术跨度大、产业关联度强、需求弹性大。 1.2升级转型，装备制造业正面临全新挑战 传统的装备制造企业往往通过增加资源投入来实现增长的外延式发展，这种粗放模式使其综合能力提升不大，面临着效益不高的困境。在新一轮科技革命和产业变革中，制造业想获得可持续发展的竞争优势，必须依靠新技术实现协同的设计、供应链、生产与产品服务，应用工业互联网实现智能工厂。随着 制造成本的不断上升,装备制造业过去依赖人力、资源和能源的要素驱动式的发展方式已经到达瓶颈，急需向创新驱动的发展方式转变。 重视产品、技术和管理等方面的创新，是实现高端装备制造业升级，逐步实现由对标跟随向自主创新转变的关键环节。随着工业互联网技术的发展，高端装备制造业的未来经济增长点将是通过先进的物联网技术采集智能装备产品的海量运行数据，应用工业大数据技术，提升产品性能，并对产品全生命周期的健康状态进行管控，实现由生产型企业向服务型企业的价值链延伸转变。 随着终端客户对产品功能、性能和质量的需求越来越高，研制和生产周期要求越来越短，产品价格要求越来越低，装备产品的复杂度、制造工艺的难度和高定制化的程度成为企业的巨大 挑战。面对随之而来的“多品种、小批量、高复杂”的制造特征 与“高质量、短周期、低成本”的矛盾，装备制造企业面临着贯穿于装备的全生命周期的最为复杂的制造问题——如何实现全生命周期的高效率和充分柔性。 图1.装备制造业目前面临的挑战和痛点 限 ； 第二章装备制造业数字化转型路径 在客户需求、行业政策、竞争环境、颠覆性技术的驱动下，装备 制造业需要搭建基于数据闭环驱动的卓越制造体系，打通全价值链，实现柔性化生产以及精益化管理和决策。 这就要求企业拥有适合自身业务发展的数字化转型平台，建立持续的数字化创新能力和数字化转型组织文化。通过多级协同的工业互联网架构、云端服务化的系统平台、统一的工业数据 中台、新型数字化场景应用的开发部署等，结合MES/WMS/ EAM/APS/EMS/PLM/QMS等生产流程类应用和产线数字化改造，打通人、机、料、法、环，实现制造资产的协同配置和 运营优化，建立起覆盖产品研发、计划调度、生产执行、质量管控、设备运维、能耗优化等业务场景的全过程数字化闭环管理。 装备制造企业数字化转型需要把握数字化-透明化-精益化- 智能化的路径： 2.1产线数字化 针对装备制造企业常见的下料、物流、机加、焊接等重要环节，通过数字化和自动化的改造，加快生产节拍，提升人机协同、工艺段效率和柔性化。 2.2生产透明化 通过工业互联网平台数据集成与分析工具，可将企业的ERP、 MES、PLM等核心生产系统打通；同时利用平台的大数据分析能力，将不同行业长期实践积累的设备绩效分析模型、人员 绩效分析模型、生产绩效分析模型等工业知识沉淀到平台。将实时采集设备数据、能源数据与生产过程数据、质量数据与订单、采购等业务数据融合分析，开展设备透明化、能源透明化和生产现场透明化管理。 图2.生产透明化、运营精益化、管理智能化 2.3运营精益化 在实现生产透明化的基础上，从这些数据里洞察问题，发挥数据价值。分析数据背后隐藏的价值需要积累隐性知识，需要 熟悉制造过程、制造程序、制造工艺等行业Know-How。树根互联从长期为制造业企业服务的实践中沉淀了丰富工业 知识并提供了一整套的数据分析工具，从数据洞察分析问题，最后解决问题，帮助装备制造企业实现运营精益化。 2.4管理智能化 基于AI大数据技术结合数据智能分析、预测，继续深化智能制造，实现设备故障智能预测、工艺诊断智能优化、质量缺陷 智能检测等，通过数据驱动的智能化管理，持续提升效率，降低成本。 第三章工业互联网平台如何助力装备制造业实现数字化转型 3.1根云平台——制造业数字化转型新基座 树根互联为装备制造企业提供数字化转型新基座——根云平台，该平台由工业互联网操作系统、工业边缘服务和工业APP三个部分组成，可以接入和管理海量高价值工业设备，与各类工业系统进行数据交换，实时处理高并发工业数据，预装丰富的工业知识、工业机理模型和工业组件，快速构建组件式、订阅制的工业APP，提供满足工业场景特点和业务需求的工业APP以及工业互联网解决方案。 通过对大量工业企业的服务，根云平台沉淀了三大核心通用能力：多种类工业设备的大规模连接能力、多源工业大数据和AI的分析能力、多样化工业应用的开发和协同能力。 图3.根云平台概览 ROOTCLOUD根云工业互联网操作系统 工业可视化服务 工业低代码组件服务 工业应用开发框架 API生命周期管理 应用赋能开发框架 流批一体计算引擎 工业数据链接引擎 工业APP 工业设备模型库工业指标模型库 海量高并发数据收发引擎 工业AI系统 工业区块链系统 多级复合物建模系统湖仓库一体数据存储系统 私有化部署 公有云部署 +混合部署 工业大数据引擎 数据智能模型库 工业边缘服务 根云操作系统内核 根云平台 装备制造企业借助根云平台建立起自己的数字化转型新基座，就可以向下对接海量工业设备，向上支持工业应用的快速开发与部署，将OT数据和IT数据打通，实现整个企业的生产制造要素全连接，实现数字化能力的泛在部署，打通企业生产运营各个环节，实现各个场景的精益化运营和智能化管 3.2装备制造业数字化转型成熟度评估 基于装备制造企业的战略及愿景，针对人、机、料、法、线路、布局、流程进行分析梳理和诊断，并对企业现有智能制造能力进行调研和评估打分；比照同行业先进案例及模式，提出数字化转型战略规划及精益制造蓝图。 理。 图4.覆盖企业生产运营各个场景 图5.装备制造业数字化转型评估 3.3实现产线数智化 针对装备制造企业常见的下料、物流、机加、焊接4个重要环节，树根互联提供针对每个环节的整体全自动化和智能化解决方案。 3.3.1下料 下料工艺是装备制造行业对产品成本和质量产生关键影响的核心工艺，数字化改造效果明显，是工业互联网应用的重点方向之一。下料业务管理的范畴包括原材料的出库、切割成型、标识、物流、分拣、回收、再利用、统计核算、安全等，涉及面广，管理复杂，且下料业务管理上通常面临劳动生产率提升、场地节约、自动化率提升、材料利用率提升等诸多指标的考核压力。 树根互联依托工程机械行业下料产线的优势经验积累和摸索，提供“智能下料岛解决方案”和整体下料岛EPC交钥匙工程服务。在传统下料车间的基础上，能够实现人员配置压缩30%以上，场地节省30%以上，设备数量减少30%以上，有效作业时间提升70%以上，综合材料利用率提升10%以上，分拣自动化率接近100%，配套周期缩短，一次齐套率提升。 3.3.2物流 厂内物流服务于生产，对工厂内部的原材料、半成品、成品及零部件等进行存储和输送，侧重于物流与生产的对接。对于传统装备制造企业，厂内物流往往成为生产流程效率瓶颈，存在数据驱动不足，管理工具相对缺乏，带来库存物料资金占用率高，库存周转率低，呆滞料多，无法支撑企业快速周转、近零库存的生产制造模式等痛点。 图6.智能下料解决方案价值 树根互联提供基于根云平台的厂内物流整体解决方案，包括： ■通过整体精益数字化咨询服务，对厂内物流进行整体的咨询诊断服务，确定核心问题及改进方向，有的放矢； ■通过精益管理咨询，精益布局规划及优化，系统分析现场管理存在的浪费，优化流程，优化管理，达到降本增效的目标； ■通过在仓储物流各个作业环节导入自动化设备，用设备代替人工作业，实现省人省力化，最终释放现场作业人员，降低人力成本； ■通过导入IIoT架构的数字化应用，实现作业流信息化管理，智能化决策，提升整体运营水平及整体生产运营效率。 3.3.3焊接 焊接作为装备制造业的重要工艺段，也是装备制造业产线数字化转型的重要组成部分。由于其生产过程特殊，对焊前物料一致性、焊接拼装精准性和焊接变形的控制都有很高要求。 树根互联提供基于根云平台的智能焊接整体解决方案，以自动化焊接机器人、自动转运设备、自动组对拼装设备为基石，带来效率提升、稳定的质量输出和减轻工人劳动强度；通过对 焊接工艺机理模型和制造过程数据分析，加上AI、激光跟踪和自适应算法等技术的应用，实现机器人智能化柔性焊接，有效提升焊接质量一致性。 图7.厂内物流解决方案价值 图8.智能化焊接解决方案 通过智能升级，实现焊接人、机、料、法、环、测全要素管控和质量追溯，提高生产效率、降低制造成本，解决企业工人难招、产能不足、人均产值低和设备使用率低的痛点，满足市场快速变化和柔性化生产的需求。 图9.机加设备刀具智能管控 3.3.4机加 当前机加工设备的自动化程度、设备精度、设备附加值都在不断提高，而终端客户的需求也更加多样化，这就要求制造企业在管理上更加灵活、及时，能更有效地利用生产资源创造更多价值。 通过对机加工设备的数据采集和分析管理，实现可视化生产 排程和加工程序管理；实现对OEE数据的实时监控和自动分析，精准定位影响效率的关键环节，提高生产效率；实时监控 生产现场的产量、良率和设备异常情况，将提醒、预警、报警机制分类分级分角色，让生产中信息传递通畅及时；基于精密加工行业特征，结合加工中心、车床等机械加工过程，构建出刀具状态监测和寿命预测分析系统，帮助用户提高运营管理水平，降低设备运维成本，提高加工生产效率。 3.4生产运营透明化 针对装备制造企业面临的挑战和核心诉求，一方面提高关键制造环节的整体全自动化和智能化；另一方面通过采集分析设备、能耗、三现等现场数据并和各个信息化管理系统打通，实现装备制造企业生产业务数据和经营指标的透明可视，让企业管理者实时掌握现状。 3.4.1设备数据透明化 以根云平台广泛的物联能力为支撑，以基于IoT数据计算的设备指标为抓手，提供设备驾驶舱支撑决策管理层精准洞察和 图10.设备数据透明化 科学决策，全面分析设备的各项指标，提供设备数据透明化解决方案，为决策管理层精准洞察和科学决策提供支撑，为生产管理人员进行精益生产分析提供工具支撑，为设备管理人员进行高效的现场维护和管理提供支持。同时，针对不同类型设备提供具备工艺特点的核心指标，并支持用户的自定义。 3.4.2能耗数据透明化 以能源计量网络为基础，进行能耗多维度分析、设备能效分析，实现企业能耗数据的实时透明化。同时，将能源数据和其它 系统数据结合，挖掘工艺、质量、