GB/T 37393-2019 数字化车间 通用技术要求

　　ICS 25 . 040 N 10

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 37393—2019

　　数字化车间 通用技术要求

　　Digitalfactory—Generaltechnicalrequirements

　　2019-05-10 发布 2019-12-01 实施

　　国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 37393—2019

　　GB/T 37393—2019

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国机械工业联合会提出。

　　本标准由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC 124)归口 。

　　本标准起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、中国科学院沈阳 自动化研究所、国机智能科技有限公司、吴忠仪表有限责任公司、西安高压电器研究院有限公司、无锡职业技术学院、中国船舶重工集团公司第七一六研究所、秦川机床工具集团股份公司、北京和利时系统工程有限公司、中国信息通信研究院西部分院、中冶赛迪信息技术有限公司、青岛海尔工业智能研究院有限公司、江苏徐工信息技术股份有限公司、南京大学、华南理工大学、西北工业大学、西门子(中国)有限公司、罗克韦尔 自动化(中国)有限公司、三菱电机自动化(中国)有限公司、菲尼克斯(中国)投资有限公司、贝加莱工业 自动化(中国)有限公司、施耐德电气(中国)有限公司、重庆盟讯电子科技有限公司、南京优倍自动化系统有限公司、上海自动化仪表有限公司、陕西高端装备与智能制造产业研究院有限公司、上海电器科学研究院、上海工业自动化仪表研究院有限公司、北京航天智造科技发展有限公司、广东汇兴精工智造股份有限公司、毕恩吉商务信息系统工程(上海)有限公司。

　　本标准主要起草人：丁露、王成城、王春喜、宋宏、李歆、刘曙、陶铮、戴勇、钱晓忠、刘志刚、王骏、郭琼、吴慧媛、华铬、戴霁明、杨应华、周晓毅、戎罡、孙强、潘学龙、倪建军、廖良闯、玄甲辉、任洪强、全新路、张维杰、任涛林、李翌辉、赵洪武、陈长胜、张云华、范雨晓、黄振林、刘俊杰、陈菁、刘亚俊、何茂松、董健、薛晓娜、宋华振、张庆军、王震、柴熠、王英、王嘉宁、许建全、于文涛、阎新华、何军红、许光辉。

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　　引 言

　　数字化车间是运用精益生产、精益物流、可视化管理、标准化管理、绿色制造等先进的生产管控理论和方法设计和建造的信息化车间，具有精细化管控能力，是实现智能化、柔性化、敏捷化的产品制造的基础 。数字化车间作为智能制造的核心单元，涉及信息技术、自动化技术、机械制造、物流管理等多个技术领域。 因此，统一的术语和通用的技术要求是我国实现数字化车间建设、完善智能制造标准体系所必备的基础条件。

　　数字化车间标准体系由一系列标准构成，标准体系架构如图 1 所示。

　　图 1 数字化车间标准体系架构

　　其中，第一栏为标准体系中的基础标准，本标准为基础标准;第二栏为方法标准，是第四栏技术支持类标准在数字化车间环境中的映射，是数字化车间标准建设的重点;第三栏为应用标准，是基础标准和方法标准在特定行业领域的应用，例如汽车制造、船舶、航空、轨道交通等;第四栏为支持标准，不是数字化车间标准的重点工作内容，但对本标准体系中第二栏的方法标准起到支撑作用。

　　本标准主要用于离散制造领域数字化车间的新建、改建、验收和运营，对于流程工业领域也具有 一定的参考价值。

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　　数字化车间 通用技术要求

　　1 范围

　　本标准规定了数字化车间的体系结构、基本要求、车间信息交互、基础层数字化要求、工艺设计数字化要求、车间信息交互、制造运行管理数字化要求等内容。

　　本标准适用于指导离散制造领域数字化车间的规划、建设(新建或改建)、验收和运营。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 20720 . 3—2010 企业控制系统集成 第 3 部分：制造运行管理的活动模型

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　控制图 controlchart

　　为检测过程、控制和减少过程变异，将样本统计量值序列以特定顺序描点绘出的图。

　　[GB/T 3358 . 2—2010,定义 2 . 3 . 1]

　　3.2

　　详细生产排产 detailedproductionscheduling

　　组织和构造生产现场作业计划的集合，并对单个或多个产品的相关生产顺序进行排序。

　　3.3

　　数字化车间 digitalfactory(digitalworkshop)

　　以生产对象所要求的工艺和设备为基础，以信息技术、自动化、测控技术等为手段，用数据连接车间不同单元，对生产运行过程进行规划、管理、诊断和优化的实施单元。

　　注：在本标准中，数字化车间仅包括生产规划、生产工艺、生产执行阶段，不包括产品设计、服务和支持等阶段。

　　3.4

　　紧急插单 emergencyorder

　　在按订单生产模式下，客户订单要求的交货期早于正常生产运行需要的提前期，使得产品不能按照常规业务流程进行生产，而采取的特殊措施。 生产过程中发生产品品质问题，返工返修、补废等导致不能按期交货，也会引起紧急插单。

　　3.5

　　设备管理 equipmentmanagement

　　以设备为研究对象，追求设备综合效率，应用一系列理论、方法，通过一系列技术、经济、组织措施，对设备的物质运动和价值运动进行全过程管理。

　　注 1 ：前期管理：规划、设计、选型、购置、安装、验收。

　　注 2：后期管理：使用、维护、维修等过程。

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　　3.6

　　作业计划 jobplan

　　根据企业季度、月度、日生产计划的具体规定，为各个工段、班组、个人，或每个工作地制定的以周、日 、班以至小时计，制造同一产品的计划。

　　3.7

　　物流调度 logisticscheduling

　　在稀缺资源分配过程中所涉及的物流的调配。

　　3.8

　　制造设备 manufacturingequipment

　　通过设备自身功能以及同其他辅助设备协同来执行车间具体生产工艺的设备。

　　注：制造设备包括加工设备、物流设备、质量检测设备以及维护设备等。

　　3.9

　　制造执行系统 manufacturingexecutionsystem

　　生产活动管理系统，该系统能启动、指导、响应并向生产管理人员报告在线、实时生产活动的情况。这个系统辅助执行制造订单的活动。

　　[GB/T 25486—2010,定义 2 . 162]

　　3 . 10

　　人机交互 man-machineinteraction

　　人与机器互相配合共同完成一项任务的过程。

　　3 . 1 1

　　预测性维护 predictivemaintenance

　　根据观察到的状况而决定的连续或间断进行的预防性维修，以监测、诊断或预测构筑物、系统或部件的条件指标。 这类维修的结果应表明当前和未来的功能能力或计划维修的性质和时间表。

　　注：也称为基于状态的维修。

　　[GB/T 29308—2012,定义 3 . 13]

　　3 . 12

　　生产求助 productionhelp

　　作业工位上作业人员对发生的各种异常情况发出求助信息，提示相关人员及时处理。

　　3 . 13

　　生产物流管理 productionlogisticmanagement

　　发出实时、具体的物流指令，调度物流资源、驱动物流设备、控制物流状态，按排产计划与调度要求为生产过程各个工位或区域，供应生产作业所需物料，保障车间生产的任务有效完成。

　　3 . 14

　　生产现场可视化管理系统 productionsitevisualizationmanagementsystem

　　面向生产现场，采用电子看板、广播等技术手段，实现产品、设备、物流、生产状态、能源监管等信息公开化、可视化，以提升现场管理水平、优化现场工作环境的管理系统。

　　3 . 15

　　生产资源 productiveresources

　　生产所需的除制造设备以外的制造资源。

　　注：生产资源包括人员、元器件、成品、半成品、辅助工具等。

　　3 . 16

　　质量控制 qualitycontrol

　　质量管理的一部分，致力于满足质量要求。

　　[GB/T 19000—2015,定义 3 . 3 . 7]

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　　3 . 17

　　维修 repair

　　设备技术状态劣化或发生故障后，为恢复其功能而进行的技术活动。

　　注：设备维修，包括各类计划维修和计划外的故障维修及事故修理。

　　3 . 18

　　作业任务 task

　　根据动态的现场情况，为作业计划分派人员、设备等资源后，下发给作业人员或设备的可执行的单一产品的生产制造工作。

　　3 . 19

　　可视化工艺流程管理 visualprocessmanagement

　　将制造过程各工序间流转关系及条件用计算机工艺软件进行管理，并以工艺流程图的方式进行显示。

　　3 . 20

　　作业工位 workstation

　　数字化车间里生产过程最基本的生产单元。

　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　AGV：自动导引运输车(Automated Guided Vehicle)

　　ASN：预先发货清单(Advanced Shipping Note)

　　BOM：物料清单(Bill of Material)

　　CNC：计算机数字控制机床(Computer numerical control)

　　DCA：文件控制与归档(Document Control and Archiving)

　　ERP：企业资源计划(Enterprise Resource Planning)

　　HMI：人机接 口 (Human Machine Interface)

　　I/O：输入/输出(Input/Output)

　　IT：信息技术(Information Technology)

　　MBD：基于模型的设计(Model Based Design)

　　MES：制造执行系统(Manufacturing Execution System)

　　MTBF：平均故障间隔时间(Mean Time Between Failure)

　　NC：数字控制(Numerical Control)

　　OEE：整体设备效率(Overall Equipment Effectiveness)

　　PDA：生产数据采集(Production Data Acquisition)

　　PLC：可编程序控制器(Programmable Logic Controller)

　　PLM：产品生命周期管理(Product Lifecycle Management)

　　PDM：产品数据管理(Product Data Management)

　　PDCA：计划执行检查行动(Plan, Do, Check, Act)

　　SCADA：监控与数据采集(Supervisory Control And Data Acquisition)

　　SIL：安全完整性等级(Safety Integrity Level)

　　SPC：统计过程控制(Statistical Process Control)

　　SQL：结构化查询语言(Structured Quevy Language)

　　RFID：射频识别技术(Radio Frequency Identification)

　　RGV：有轨制导车辆 (Rail Guided Vehicle)

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　　TCP/IP：传输控制协议/互联网协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol ) VPN：虚拟专用网络(Virtual Private Networks)

　　WLAN：无线局域网络(Wireless Local Area Networks)

　　WMS：仓储管理系统(Warehouse Management System)

　　5 体系结构

　　数字化车间重点涵盖产品生产制造过程，其体系结构如图 2 所示，分为基础层和执行层。 在数字化车间之外，还有企业的管理层(不在本标准范围内)。数字化车间应用案例可参见附录 A,产线设计可参见附录 B。

　　数字化车间的基础层包括了数字化车间生产制造所必需的各种制造设备及生产资源，其中制造设备承担执行生产、检验、物料运送等任务，大量采用数字化设备，可自动进行信息的采集或指令执行;生产资源是生产用到的物料、托盘、工装辅具、人、传感器等，本身不具备数字化通信能力，但可借助条码、 RFID等技术进行标识，参与生产过程并通过其数字化标识与系统进行自动或半自动交互。

　　数字化车间的执行层主要包括车间计划与调度、生产物流管理、工艺执行与管理、生产过程质量管理、车间设备管理五个功能模块，对生产过程中的各类业务、活动或相关资产进行管理，实现车间制造过程的数字化、精益化及透明化。 由于数字化工艺是生产执行的重要源头，对于部分中小企业没有独立的产品设计和工艺管理情况，可在数字化车间中建设工艺设计系统，为制造运行管理提供数字化工艺信息。

　　本标准仅包含最基础的功能模块，可根据实际情况增加其他模块，如能效管控系统、生产安全管理系统等，参见附录 C 和附录 D。 数字化车间信息处理方式可参见附录 E。

　　图 2 数字化车间体系结构图

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　　数字化车间各功能模块之间主要数据流如下(见图 3) :

　　— 系统从企业资源计划承接分配到车间的生产订单，在车间计划与调度模块依据工艺路线分解为工序作业计划，排产后下发到现场。

　　— 工艺执行与管理模块指导现场作业人员或者设备按照数字化工艺要求进行生产，并采集执行反馈给车间计划与调度。 若生产过程出现异常情况，不能按计划完成，需敏捷协调各方资源，通过系统进行调度以满足订单需求。

　　— 工艺执行过程中若需进行检验控制，由生产过程质量管理模块将检验要求发送给检验员或检验设备执行检验，并采集检验结果，进行质量监控和追溯。

　　— 生产现场需要的物料，根据详细计划排产与调度结果，发送相应物料需求给生产物流管理模块，由仓库及时出库并配送到指定位置;生产完成将成品入库，实现生产物料的管理、追踪及防错。

　　— 生产执行过程的工艺执行、质量控制等结果反馈到车间计划与调度，进行实时监控及生产调度，并形成完工报告反馈到更高一层企业资源计划。

　　— 数字化车间中大量的设备运维，通过车间设备管理模块统一维护，提醒和指导设备人员定期保养，记录维修保养结果。 设备维保计划与工序作业计划需相互协调，以保证生产正常进行。

　　图 3 数字化车间数据流示意图

　　6 基本要求

　　6 . 1 数字化要求

　　数字化车间的资产和制造过程信息应数字化。

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　　数字化要求主要包括如下方面：

　　— 制造设备数字化：数字化车间的制造设备数字化应符合 7 . 1 的要求，数字化设备的比率应不低于 70%。各行业可根据各自身特点规定相应行业数字化车间制造设备的数字化率。

　　— 生产信息的采集：90%的数据可通过数字化车间信息系统进行自动采集。

　　— 生产资源的识别：应能对数字化车间制造过程所需要的生产资源的信息进行识别。

　　— 生产现场可视化：可通过车间级通信与监测系统，实现车间生产与管理的可视化。

　　— 工艺设计数字化：数字化车间的工艺设计宜采用数字化设计方法，符合第 8 章要求。

　　6 . 2 网络要求

　　数字化车间应建有互联互通的网络，可实现设备、生产资源与系统之间的信息交互。

　　6 . 3 系统要求

　　数字化车间应建有制造执行系统或其他的信息化生产管理系统，支撑制造运行管理的功能。

　　6 . 4 集成要求

　　数字化车间应实现执行层与基础层、执行层与管理层系统间的信息集成。

　　6 . 5 安全要求

　　数字化车间应开展危险分析和风险评估，提出车间安全控制和数字化管理方案，并实施数字化生产安全管控。

　　7 基础层数字化要求

　　7 . 1 制造设备的数字化要求

　　制造设备的数字化要求包括：

　　— 应具备完善的档案信息，包括编号、描述、模型及参数的数字化描述;

　　— 应具备通信接口，能够与其他设备、装置以及执行层实现信息互通;

　　— 应能接收执行层下达的活动定义信息，包括为了满足各项制造运行活动的参数定义和操作指令等;

　　— 应能向执行层提供制造的活动反馈信息，包括产品的加工信息、设备的状态信息及故障信息等;

　　— 应具备一定的可视化能力和人机交互能力，能在车间现场显示设备的实时信息及满足操作的授权和处理相关的人机交互。

　　数字化制造设备的典型配置与功能要求参见附录 C。

　　7 . 2 生产资源的数字化要求

　　生产资源的数字化要求包括：

　　— 在条码及电子标签等编码技术的基础上满足生产资源的可识别性，包括生产资源的编号、参数及使用对象等的属性定义;

　　— 上述信息应采用自动或者半自动方式进行读取，并自动上传到相应设备或者执行层，便于生产过程的控制与信息追溯;

　　— 识别信息可具备一定的可扩展性，如利用 RFID进行设备及执行层的数据写入。

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　　8 工艺设计数字化要求

　　根据生产过程需求，数字化车间的工艺设计宜采用数字化设计方法，并满足以下要求：

　　— 采用辅助工艺设计，如三维工艺设计;

　　— 能进行工艺路线和工艺布局仿真;

　　— 能进行加工过程仿真和/或装配过程仿真;

　　— 建立工艺知识库，包括工艺相关规范，成功的工艺设计案例，专家知识库等;

　　— 提供电子化的工艺文件，并可下达到生产现场指导生产;

　　— 向制造执行系统输出工艺 BOM。

　　9 车间信息交互

　　9 . 1 通信网络

　　为执行数字化车间基础层的工作任务处理，实现控制设备与现场设备之间的通信，可采用如下通信方式：

　　— 现场总线：可采用 PROFIBUS、CC-LINK、MODBUS、CAN 等协议;

　　— 工业以太网通信：可采用 PROFINET 、Ethernet/IP、EtherCAT、POWERLINK等协议;

　　— 无线通信：工业无线(WIA-FA、WIA-PA)、WIFI、蓝牙、3G/4G/5G等协议。

　　9 . 2 数据采集与存储

　　数字化车间应在企业数据字典定义的数据采集内容基础上，结合数据的实时性要求，利用合理的网络通信方式与数据存储方式进行数据的采集与存储，并与企业级数据中心实现对接。 包括：

　　a) 应能对车间所需数据进行采集、存储和管理，并支持异构数据之间的格式转换，实现数据互通。

　　b) 宜采用实时数据库与历史数据库相结合的存储方式：

　　1) 实时数据库：采集和储存生产现场实时性较高的数据，支持执行层的各项应用，如 OEE统计等;

　　2) 历史数据库：宜采用关系数据库，采集和储存工艺设计和制造过程所需的相关主数据及过程数据。

　　c) 应具备信息安全策略，并支持更新和升级，如访问与权限管理、入侵防范、数据容灾备份与恢复等。

　　9 . 3 数据字典

　　数字化车间应建立数据字典，具体要求如下：

　　— 包括车间制造过程中需要交互的全部信息，如设备状态信息、生产过程信息、物流与仓储信息、检验与质量信息、生产计划调度信息等;

　　— 描述各类数据基本信息，如数据名称、来源、语义、结构以及数据类型等;

　　— 支持定制化，各行业可根据各自特点制定本行业的数据字典。

　　10 制造运行管理数字化要求

　　10 . 1 基本要求

　　数字化车间制造运行管理各功能模块应满足以下基本要求：

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　　— 能与数据中心进行信息的双向交换;

　　— 具有信息集成模型，通过对所有相关信息进行集成，实现自决策;

　　— 模块间能进行数据直接调用;

　　— 模块能与企业其他管理系统(如 ERP、PDM等)实现信息双向交互。

　　10 . 2 车间计划与调度

　　10 . 2 . 1 信息集成模型

　　车间计划与调度的功能模型及与主要数据流见图 4 。其中，虚框中为生产计划与调度的功能，包括详细排产、生产调度、生产跟踪，其主要业务流程如下：

　　— 数字化车间从企业生产部门获取车间生产计划(或通过接口 自动接收 ERP 系统的生产订单)，根据生产工艺形成工序作业计划，根据生产计划要求和车间可用资源进行详细排产、派工;

　　— 将作业计划下发到现场，通过工艺执行管理模块指导生产人员/或控制设备按计划和工艺进行加工;

　　— 生产执行过程中，实时获取生产相关数据、跟踪生产进度，并根据现场执行情况的反馈实时进行调度;

　　— 根据生产进度偏差对未执行的计划重新优化排产，并将生产进度和绩效相关信息反馈到企业生产部门或 ERP 系统，完成车间计划与调度的闭环管理。

　　车间计划与调度应支持可视化信息管理，即通过车间生产流程监测、控制系统反馈的信息，以可视化看板的形式展现生产计划执行的节拍、工艺调整、指挥调度、物流(车间级)、产成品等信息，以辅助人员在线实时地监控、参与、调整生产计划。

　　图 4 车间计划与调度信息集成模型

　　10 . 2 . 2 功能要求

　　10 . 2 . 2 . 1 详细排产

　　为满足车间生产计划要求，通过详细排产，根据产品工艺路线和可用资源，制定工序作业计划。 排产的过程需综合考虑当前计划完成情况、车间设备等资源可用性、实际产能及节省能源等因素，生成基于精益化生产理念的、以柔性制造为目标的生产排产计划。 详细排产的具体功能要求见 GB/T 20720. 3 —

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　　2010 中 6 . 6 。

　　详细排产应根据产品生产工艺制定工序计划，考虑车间设备管理、生产物流管理中设备、人员、物料等资源的可用性进行计划排产，形成作业计划发送给生产调度。 另外，排产生成的作业计划也会反馈影响生产设备、人员、物料等生产要素的管理，比如，与设备维护保养计划相互影响。

　　对于多品种小批量生产模式，由于从一批产品转到另一批产品生产要花费时间调整设备、更换模具等，传统车间以减少换产次数的方式安排生产。 随着多功能加工中心、柔性生产线等智能装备的提升，以及准时配送、成套配送等新物流方式的支持，数字化车间中多品种小批量生产的详细排产应实现均衡化生产，包括：

　　— 生产总量的均衡：将连续两个时间段之间的总生产量的波动控制到最小程度，减少生产量波动造成的设备、人员、库存及其他生产要素的高配置浪费;

　　— 产品品种数量的均衡：在生产期之间，合理安排不同产品的投产顺序和数量，消除不同品种产品流动的波动，减小对前序工序和库存的影响。 对于柔性生产线，应能实现均衡化混线生产。

　　多品种小批量的均衡化车间计划，需与其他车间生产要素的管理相配合，最终应能达到如下效果：

　　— 能够快速地适应每月中每天的市场需求的变化，为准时化的实施提供强有力的支撑;

　　— 成品库存数量保持较低水平，并且可以及时满足客户的需求;

　　— 可以使工序间的在制品数量减少到最低，并可以进一步消除，实现“零库存”。

　　对于单件生产模式，产品品种多而每一品种生产数量很少，产品生产重复性差，生产技术准备时间长，设备利用率较低。 数字化车间中单件生产的详细排产应基于瓶颈理论，确定某时间段内的瓶颈资源，并根据瓶颈资源排产，提高资源利用率及有效产出。

　　10 . 2 . 2 . 2 生产调度

　　为了实现作业计划的要求，通过生产调度分派设备或人员进行生产，并对生产过程出现的异常情况进行管理。 详细功能要求见 GB/T 20720 . 3—2010 中 6 . 7 。

　　数字化车间的生产调度应能实时获取生产进度、各生产要素运行状态，以及生产现场各种异常信息，具备快速反应能力，可及时处理详细排产中无法预知的各种情况，敏捷地协调人员、设备、物料等生产资源，保证生产作业有序、按计划完成。 获取生产现场状况的方式包括设备实时数据，通过数字化工位、可视化管理系统获取的各种生产过程信息。

　　生产调度处理的异常情况主要包括：

　　— 市场需求波动引起的紧急订单，下达到车间成为紧急插单，影响已安排的其他正常生产计划，需采取相应措施满足计划要求;

　　— 生产计划已安排或投产后，发生客户临时变更订单要求，需采取相应措施满足要求;

　　— 生产过程中进行质量检验发现不合格情况，导致返工返修需进行生产调度;

　　— 设备故障、人员等发生异常情况，采取相应措施保证生产继续进行。

　　若异常事件导致无法通过调度满足计划要求，则需通过详细排产重新进行优化排产。

　　10 . 2 . 2 . 3 生产跟踪

　　生产跟踪包括为企业资源计划作生产响应准备的一系列活动，如总结和汇报关于产品生产中人员和设备的实际使用、物料消耗、物料生产以及其他如成本和效益分析需要的有关生产数据信息。 生产跟踪还向详细生产排产、以及更高层的企业生产计划提供反馈信息，以使各层计划能根据当前情况进行更新。

　　数字化车间的生产跟踪应能自动获取生产相关数据，统计产品生产中各种资源消耗，并反馈给相关功能/系统/或部门。 生产相关数据的获取来源，包括从数字化接口(数字化设备或工位)直接采集到的，或者经过其他功能模块加工过的信息。

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　　10 . 3 工艺执行与管理

　　10 . 3 . 1 信息集成模型

　　工艺执行与管理信息集成模型如图 5 所示，主要包括工艺执行与工艺管理两部分。 工艺执行由车间子计划/物料清单生成、派工单生成、作业文件下发等构成，工艺管理由工艺权限管理、工艺变更管理、可视化工艺流程管理等构成。 工艺执行贯穿于计划、质量、物流、设备等全生产过程中;工艺管理功能可以在 PDM、ERP、MES等相关系统中实现，工艺文件以计算机系统可识别的数据结构呈现。

　　图 5 工艺执行与管理信息集成模型

　　10 . 3 . 2 功能要求

　　10 . 3 . 2 . 1 工艺执行

　　通过工艺的数字化与车间系统的网络化，实现作业文件、作业程序的 自动下发和标准工艺精准执行;通过生产和质检数据、现场求助信息采集，反馈工艺执行实时状态和现场求助信息，实现产品生产工艺的可追溯与现场求助的快速响应。 具体功能包括：

　　— 物料清单生成

　　根据产品 BOM 与作业计划，自动分解生成物料清单，实现生产计划细分、物料提前备料、工序流转自动采集、工位物料智能化配送等。

　　— 派工单生成

　　根据生产工艺过程，将车间子计划分解为各工序的派工单。 各工序根据产品 BOM、生产工艺过程 、日派工单实现生产前物料备料，车间根据产品 BOM、生产工艺过程、标准工时等实现各派工单智能化调度。

　　— 作业文件下发

　　将各种工艺卡、工艺图纸、作业指导书等作业文件自动下载到各作业工位终端，现场作业人员可通过工艺编码或生产计划号、工单号实时查询标准工艺参数、标准质检工艺、作业指导等工艺信息。

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　　— 标准工艺参数、作业程序下传

　　通过以太网或总线方式将标准工艺参数自动下发到对应机台，防止由于人为因素导致现场机台工艺参数设置错误。

　　作业程序可以 自动下传到现场数字化装备实现自动加工或装配等作业。

　　— 数据采集

　　进行工艺信息在线交互式浏览、物料校验及开工条件检查;

　　实时记录和上传生产现场出现的工艺技术问题和处理方法;

　　实时采集生产过程中的工艺参数，向质量控制系统提供生产、质检数据，实现生产过程质量预警，并通过与生产现场可视化管理系统等进行集成，实现预警信息及时发布;

　　求助终端实时采集生产求助信息，向生产现场可视化管理系统提供现场求助信息，以便现场作业工位获得快速响应;

　　及时将作业指令状态信息与作业工位状态信息向系统反馈。

　　10 . 3 . 2 . 2 工艺管理

　　数字化车间应实现以工艺信息数字化为基础，借助一体化网络与车间作业工位终端实现无纸化的工艺信息化管理;并以可视化工作流技术，实现制造流程再造、工序流转和调度的数字化管控以及工艺纪律管理。 具体功能包括：

　　— 工艺权限管理

　　工艺执行权限主要实现组织结构管理、人员管理、访问规则管理等。 一般情况下，组织结构 由Group(组别)、Role(角色)、User(用户)和 Person(人员)构成。 通过访问规则的定义，来实现对用户操作权限的控制，控制用户、角色、工作组对数据仓库或具体文档的操作权限。

　　根据岗位职责要求进行相应权限分配，对应授权人员可进行相关工艺的上传、下载、查询、修改等。

　　— 工艺变更管理

　　主要实现工艺变更、工艺优化数据版本管理等。 工艺变更应符合标准变更工作流程以及控制、跟踪机制，结合产品数据的状态管理，可以在规范管理更改过程、保证更改的可追溯性的同时，提供准确、及时的更改传递机制，保证更改结果的正确性和一致性。

　　— 可视化工艺流程管理

　　通过可视化工艺流程实现工序间流转管理，并对工艺流程中各工序点进行属性设置，快速实现数字化车间生产流程再造，实现数字化车间生产工艺流程快速切换。

　　— 作业文件管理

　　作业文件包括生产流程工艺、工艺卡、工艺图纸、质检工艺标准卡、标准工艺参数卡等，并以版本号区别。

　　— 作业程序管理

　　作业程序通过工艺编码或生产计划号、工单号与数字化装备关联，并以版本号区别。

　　— 工艺优化管理

　　对采集的机台工艺参数的实际值或质检数据，进行统计、分析、预警，实现工艺优化。

　　— 生产求助管理

　　工位上作业人员针对工位发生的各种问题发出求助呼叫信息，上传生产现场可视化管理系统，可触发声光报警、显示终端、广播等，提示相关人员注意，以便及时处理问题。

　　10 . 4 生产过程质量管理

　　10 . 4 . 1 信息集成模型

　　生产过程质量管理各功能之间及与外部功能子系统之间的信息集成关系描述，如图 6 所示。

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　　图 6 生产过程质量管理信息集成模型

　　10 . 4 . 2 功能要求

　　10 . 4 . 2 . 1 质量数据采集

　　质量数据主要包括生产设备工艺控制参数、质量检测设备检测结果、人工质量检测结果等生产过程数据，覆盖原材料、零部件、半成品和成品。 数字化车间应提供质量数据的全面采集，对质量控制所需的关键数据应能够自动在线采集，以保证产品质量档案的详细与完整;同时尽可能提高数据采集的实时性，为质量数据的实时分析创造条件。

　　10 . 4 . 2 . 2 质量监控

　　10 . 4 . 2 . 2 . 1 指标监控

　　应对过程质量数据趋势进行监控，并对综合指标进行统计监控。

　　过程质量数据趋势监控：主要用于独立质量指标的原始数据监控，具有采集频率高、实时性强的特点，通过设定指标参数的报警界限，对超出界限的数据及时报警。 通常由生产组态软件开发实现，以趋势图为主要展现形式。

　　综合指标统计监控：主要用于基于原始数据的综合质量指标的统计监控，可以融合多种监控标准和统计算法对指标进行综合运算，并定时刷新，使监控更宏观，更有针对性。 通常由 MES 或独立质量系统开发实现，以 SPC控制图、预控图、仪表盘等为主要展现形式。

　　10 . 4 . 2 . 2 . 2 质量监控预报警

　　应基于实时采集海量质量数据所呈现出的总体趋势，利用以预防为主的质量预测和控制方法对潜在质量问题发出警告，以避免质量问题的发生。 以采用 SPC 工具进行监控为例，其具有八种标准的判异准则，可以基于判异规则对质量数据进行监视，对发现的异常情况应及时预报警与处理。

　　10 . 4 . 2 . 3 质量追溯

　　以产品标识(生产批号或唯一编码)作为追溯条件，以条码及电子标签为载体，基于产品质量档案，以文字、图片和视频等富媒体方式，追溯产品生产过程中的所有关键信息：如用料批次、供应商、作业人员、作业地点(车间、产线、工位等)、加工工艺、加工设备信息、作业时间、质量检测及判定、不良处理过程、最终产品等。

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　　10 . 4 . 2 . 4 质量改进

　　针对生产过程中发现的质量缺陷，应基于 PDCA循环原则构建质量持续改进机制，固化质量改进流程，提供质量异常原因分析工具，并不断积累形成完备的质量改进经验库。

　　10 . 5 生产物流管理

　　10 . 5 . 1 信息集成模型

　　数字化车间中的所有物料、刀具、量具、车辆、容器/托盘等都应进行唯一编码。 应能 自动感知和识别物流关键数据，并通过通信网络传输、保存和利用。 生产物流管理信息集成模型见图 7 。

　　图 7 生产物流管理信息集成模型

　　10 . 5 . 2 功能要求

　　10 . 5 . 2 . 1 物流规划

　　物流规划的依据是车间计划与调度指令要求，并应遵守下列约束条件：

　　— 时间：基于物流规划中规定的时间条件，以及制造执行计划中的批次、路线及起始-到达的区位要求，设置合理、可行的物流起始时间、运行路线和到达时间;

　　— 装载：基于车间环境与实施条件和工艺执行计划要求，确定各次物流运转所应装载的物料或在制品。

　　凡进入物流计划的物料均应编码，并在物料本体上附加数字化标识，标识的编码结构应符合企业产品生命周期管理信息结构要求。

　　物流规划应输出相应的信息文件，内容包括：物流运行的物件数量、批次组合、物流路线、物料需求

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　　时间和送达时间等基本信息。 物流方案应使物流批量与工艺指令相匹配，合理安排转序时间间隔，用准确的物料流量来满足工艺执行岗位操作需要。

　　10 . 5 . 2 . 2 物流调度及优化

　　物流调度主要包括如下内容：

　　— 事前调度，针对供应链采购进厂物流进度及其产品信息和质量状况，按照事先设计的处理流程应对物流计划内容的插入变更;

　　— 事中调度，针对较大批次生产任务对物流计划的影响，基于生产进度执行原则和精益库存管理原则，合理调配物流时间和运输批次，保持物流与各工艺执行工位的进度同步;

　　— 事后调度，在发生外来扰动(如插单、换单等)时，快速启动物流响应，以减轻外来扰动对生产进度的影响，满足客户需求。

　　调度优化主要包括如下内容：

　　— 充分利用物联感知技术，获取物流调度作业执行过程中的现场实时数据，以验证当前调度执行的流程是否合理、节约和高效;

　　— 基于规定的车间时钟时间，预先制定可多时间段分散并行的物流作业方案，以应对外来扰动所引发的制造执行指令变更，并避免时间和物理资源的浪费;

　　— 积累生产过程运行管理知识，逐步形成基于制造执行系统指令的最佳物流方案;

　　— 数字化基础条件好的企业，应引入虚拟化技术以提高生产物流的可视化程度，为工艺过程的仿真试验、验证分析和节拍预测/调整提供决策支持。

　　10 . 5 . 2 . 3 物料领取与配送

　　在车间运输与库存系统的基础上，为了配合车间物流调度而进行的实物形态的运输、存储等活动，包括在仓库内外的运输活动(包括调库、移库等)进行物料领取与配送。 如图 8 所示。

　　图 8 物料领取与配送接口示意图

　　在具体物流调度的需求下，车间物料请求(包括具体的物料、数量以及配送地点等)通过设备、现场执行层或者制造执行系统提交给车间物流管理系统。 借助于自动化物流设备和车间物流布局，车间物流管理系统产生相应的物流配送作业并将指令发送给对应的车间物流设备并指导该设备完成物流作业任务并反馈给车间物流管理系统。

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　　必要时，应有一定的防错措施，用文字、语言、标识和必要的物理装置来警示、限制或隔离人的行动及其功能作用，防止人对材料、物体和设备实施错误或不当的触摸、尝试、操纵、移动或变更。

　　10 . 5 . 2 . 4 车间库存管理

　　数字化车间的库存管理应是基于不同库存活动对车间物料形态、数量、状态等属性变化进行记录、追溯与分析等活动。 可借助于信息化手段与自动化技术，使其变得更加精确和透明。 主要包括库存数据采集与追溯、库存分析。

　　库存数据采集是指对于库存运营和物料操作信息的汇集和报告的一系列活动。

　　库存追溯是建立在库存历史数据基础上以满足第三方系统和企业内的查询、验证等活动。 车间库存与企业资源计划应交互库存移动、状态等信息。 在企业资源计划中建立库存管理体系。 在企业层对库存管理进行企业级别库位定义、库存移动规则定义等(包括库位间不同库存类型和状态、以及库位与库位之间)。库存移动信息一般包括：

　　— 从仓库到产线的原材料准备;

　　— 生产订单状态更新，包括生产订单的执行、更改和取消等;

　　— 车间发生的非符合型成本，比如由于人为、设备和技术原因导致的原材料报废和不良品报废等;

　　— 其他库存转移，包括：

　　● 退仓：由于生产计划的变更，多余原材料退回仓库;

　　● 退还给供应商：将车间有问题的物料转移到收货环节进行供应商退货处理。

　　库存分析是指为了库存操作的持续改善而对于库存效率以及资源利用率进行分析的一系列活动，如在收货环节通过提供的收货数量差异与交付时间来进行原材料供应商评估。

　　10 . 6 车间设备管理

　　10 . 6 . 1 信息集成模型

　　车间设备管理主要功能包括设备状态监控、设备维修维护和指标运行分析。 各功能之间及与外部功能子系统之间的信息集成关系描述如图 9 所示。

　　图 9 车间设备管理信息集成模型

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　　10 . 6 . 2 功能要求

　　10 . 6 . 2 . 1 设备状态监控

　　10 . 6 . 2 . 1 . 1 设备运行数据采集

　　通常由设备控制与数据采集系统实现，应能自动在线采集反映设备状态所需的关键数据。 对于不同类型的设备，数据采集方式也不同，如对于具有以太网等标准通讯接 口 的设备，可以直接按相应接 口协议采集;对于没有通讯接口的设备，可以通过增加专用采集终端进行采集。

　　数据采集信息一般应包括：

　　— 设备状态信息;

　　— 设备状态起始时间信息;

　　— 设备运行及空闲时间;

　　— 设备故障信息;

　　— 设备报警信息;

　　— 设备加工及运行参数信息。

　　10 . 6 . 2 . 1 . 2 设备状态可视化

　　设备状态信息应采用图形化展示方式。

　　对于具有建模需要的关键设备，应按照设备图纸构建数字化模型，结合采集数据准确模拟设备的实时运行状态，并能够按照设备结构实现部件级的分解查询。 从而增强设备监控的可视化效果。

　　10 . 6 . 2 . 1 . 3 基于事件的设备状态异常预警

　　依据设备运行标准和要求，应对指标参数的监控结果进行分析和判定，对有异常变化趋势的情况进行预警，对发生异常或故障的情况进行报警。

　　预警和报警信息应按照异常等级与类型及时通知到相应的监控人员，并采用多种形式相结合的通知方式，如现场监控屏幕显示、报警灯声光报警、系统级消息通知、短信通知等。

　　10 . 6 . 2 . 2 设备维修维护

　　10 . 6 . 2 . 2 . 1 概述

　　应建立以设备维修维护计划制定、工单分配、下发、执行、反馈为流程的标准化维修维护体系，以计划工单为主要管理形式，利用智能移动终端(如手持 PDA、平板电脑)完成维修维护的执行和反馈。 针对典型故障，提供维护维修的经验库，能够基于采集的设备状态进行自诊断;对于维修过程，提供图文、视频等标准作业指导，确保设备安全稳定运行。

　　10 . 6 . 2 . 2 . 2 周期性维护

　　根据设备类型制定相应的周期性维护计划，基于配置信息自动生成维护工单，并通知和下发给相应岗位人员，通过执行工单的反馈信息跟踪执行状态。

　　10 . 6 . 2 . 2 . 3 预测性维护

　　基于对设备运行数据，特别是设备运行日志文件数据的分析，对设备的运行状态进行有效评估，进而动态、及时地发现设备运行的潜在异常情况，并生成具有针对性的维护方案。

　　针对设备关键零部件，能够结合其理论使用寿命和实际运行参数状态，对零部件的更换时间做出及

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　　时提醒，对超期使用的零部件做报警。

　　10 . 6 . 2 . 2 . 4 设备故障管理

　　设备故障管理内容如下：

　　— 故障分类管理：依据管理要求，可以对故障类型按不同角度进行配置，形成类型编码与名称的对应存储关系。 如按故障发生的部位可划分为机械故障和电气故障，按故障来源可划分为人为故障和非人为故障等。

　　— 故障树管理：依据车间设备实际情况，建立设备、故障类型、故障部位、故障名称的故障树存储结构，形成可配置的故障信息维护体系。

　　— 故障分析与经验库：利用可视化分析工具，对故障现象进行原因分析，为分析人员提供故障诊断方案。 基于日常故障处理经验，建立并维护故障案例库和处理经验库，为故障处理人员提供故障解决方案。

　　— 故障处理：按照故障分析结果，以电子工单的方式对故障的处理流程进行管理，保存故障处理的过程记录。

　　10 . 6 . 2 . 3 设备运行分析

　　基于设备实时状态采集和维护维修过程中搜集的过程数据，自动统计分析与设备相关的指标，主要包括设备完好率、设备利用率、设备故障率、停机(或停产)时间、停机(或停产)次数、设备平均故障间隔时间(MTBF)等。

　　注：不同类型设备的统计指标及计算方法不尽相同，按实际管理需求进行选择。

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　典型电气产品数字化车间应用案例

　　A.1 概述

　　数字化车间是数字化、网络化技术在生产车间的综合应用，它将制造设备与工艺设计系统、生产组织系统和其他管理系统的信息进行集成，形成综合信息流的集成制造系统。 从整体上改善生产的组织与管理，提高制造系统的柔性，提高数字化设备的效率。

　　本附录通过一个典型的数字化电气产品生产车间实例，展示数字化车间的实现方案及关键节点。在车间建设中，数字化制造起着非常重要的作用，提供从产品设计、工艺编制、车间计划到产品的整个加工过程的生产活动的信息化管理。 它采用当前的、精确的数据，对生产活动进行初始化，及时引导、响应和报告车间的活动，对随时可能发生变化的生产状态和条件做出快速反应，重点削减不产生附加值的活动，从而有效的推动车间运行。 数字化制造改善运行设备的回报，并改善及时交货、库存周转、毛坯和现金流通性能。 通过双向通信，提供整个企业的生产活动以及供应链中以任务作为关键因素的信息。

　　A.2 实现方案

　　A.2 . 1 体系架构

　　体系架构如图 A. 1 所示。

　　A.2 . 2 功能和要求

　　实现功能：本数字化车间订单管理模块从企业资源计划承接分配到车间的生产订单，由排产模块根据工艺路线分解为工序作业计划，排产后下发至生产现场，工艺管理模块指导现场作业人员或设备按照数字化工艺要求进行生产，工艺执行过程中，若需进行检验控制，由质量管理模块负责质量的监控和追溯，生产需要的物料由物流管理模块负责分配，生产过程中的大量设备，通过设备管理模块进行统一管理 。生产过程中的工艺执行、质量控制等结果将会反馈到排产模块，进行实时的监控与调度，并形成报告反馈至更高一层的企业资源计划系统。

　　数字化要求：数字化车间的资产和制造过程信息应能够转变为被计算机识别的信息，主要包括设备的数字化、生产资源的可识别、数据信息的可采集以及生产现场的可视化。

　　网络要求：数字化车间的网络通信，实现设备、生产资源与系统间的互联互通。

　　集成要求：数字化车间应能实现执行层与基础层、执行层与管理层系统间的信息传输与集成。

　　安全要求：数字化车间应提出车间的安全控制和数字化管理方案，并实施数字化生产安全管控。

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　　图 A.1 数字化车间体系架构

　　A.3 基础层数字化

　　A.3 . 1 制造设备的数字化

　　A.3 . 1 . 1 数字化功能

　　制造设备的数字化功能主要分为数据采集和操作功能两部分：

　　a) 数据采集：对制造设备进行数据采集和分析，对制造进度、现场操作、质量检验、设备状态等生产现场信息进行采集和跟踪，并对这些信息进行分析。

　　数据采集的接入主要采用如下方法：条形码阅读器采集工件码标，经可编程控制器转换为可识别数

　　据，并通过 Profinet/Profibus-DP,上传到车间 MES 系统 SQL数据库;材料托盘全部带有 RFID 标签，

　　由读出/写入设备与 PLC 相联，再连接到 MES 系统;AGV 小车，下料、切割、注塑、装配设备全部采用PLC为控制核心的自动化设备，通过光电(光电开关、编码器)、磁感应、霍尔效应、热阻、图像识别、语音等方式采集数据，并将工件、设备、人员、物料等信息上传给 MES 系统，车间设备的电压、电流、相位、功率因素等能效参数也通过 PLC采集上传给 MES 系统。

　　b ) 操作功能：MES 系统负责制造设备的执行管理如订单信息、排程管理、生产信息统计、资源信

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　　息以及 HMI信息;设备及生产信息、报警信息、作业及维修指导等信息。

　　A.3 . 1 . 2 网络构成与接口

　　PROFINET 的实时通道和等时同步通道可以实现毫秒级到微秒级的响应速度，已被工业自动化业界广泛采用。 本系统采用开放实时以太网的一网到底结构，从底层 I/O 现场层到设备之间连接的控制层，再到 管 理 层 MES、ERP 等 全 部 采 用 PROFINET 实 时 工 业 以 太 网，包 括 线 缆、光 纤 传 输 的PROFINET技术、无线 WLAN传输的 PROFINET技术。 整体网络架构如图 A. 2 所示。

　　图 A.2 网络架构

　　PROFINET兼容 TCP/IP协议的实时以太网，能满足过程控制、工厂自动化和运动控制实时通信要求，已有的系统无需修改就能集成到 PROFINET 中，系统具有高度开放性和兼容性，为系统拓展提供了接口，如 CNC设备、机器人、RFID、视觉系统、视频监控等。

　　本案例车间已经建成了以工业交换机和工业无线 AP 为接入设备，并与公司办公网络有机集成的工业以太网。 通过有线的、无线的连接，车间中的生产设备能够与网络相连，并将相关的数据传输到MES 系统中。

　　A.3 . 1 . 3 集成要求

　　对数字化智能制造设备的系统构成以及内在逻辑关系进行至上而下的梳理和分析，如图 A. 3所示。

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　　图 A.3 制造设备的系统集成

　　该架构主要包括业务层、运作层、功能系统、功能单元、支撑技术五个层次。 各个层次相辅相成，紧密联系，其中系统以需求订单为输入，以信息系统为核心，集成自动化上下料等多个子功能系统，以基本功能单元及支撑技术为依托，推动智能制造生产线的正常运作，实现大批量产品的生产或小批量个性化产品的定制服务，满足客户和市场的需求。

　　A.3 . 1 . 4 功能安全

　　设备的安全性能由机械安全防护和电气安全控制两方面组成。 除了机械安全防护外，从电气安全控制的角度，一套安全控制系统，由安全输入设备，如紧急停止按钮、安全门锁、安全激光扫描仪、双手按钮、安全地毯等;安全控制模块如安全继电器、安全桥、安全 PLC、安全网络;和被控输出元件，如主接触器、阀等三部分组成。

　　本数字化车间根据车间个设备区域安全系统的规模大小来选择相应的方案，具体如下：

　　简单的单功能安全应用，如急停按钮、采用单功能的安全继电器。

　　对于 2 个 ~3 个安全功能的应用，如一个急停按钮、一个安全门锁和一个安全光幕，可选择多功能的安全继电器，即简化接线、减少安装空间，又节约成本。

　　对于 4 个 ~70 个安全功能的应用，可采用可编程安全模块，使用方便，性价比高，还可以通过网关，将故障信号传到 PLC或上位机，有利于故障诊断。

　　占地面积大或长距离的自动化生产线通常采用现场总线或工业以太网，实现分布式 I/O 系统，其安全控制系统可采用安全 PLC+安全 I/O 的方案。 对低成本要求较高的，采用安全桥方案。 安全桥技术自带安全逻辑处理单元，无需安全 PLC,显著降低整体方案成本。

　　智能型安全驱动设备，如，变频器、伺服控制器，采用自带安全力矩关断功能的型号。

　　从提高生产效率方面考虑，将安全区域划分成几个不同的区域，分别进行安全控制。 另外，对产线核心的区段，采用安全速度监视继电器控制，可在满足安全要求的同时，将安全对生产效率的影响降到最低。

　　安全 防 护 系 统 的 实 施，遵 照 相 关 安 全 标 准，如 IEC 61508 、ISO 12100 、IEC 62061 、ISO 13849 、

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　　IEC 60204 等 。采用包括风险评估在内的全生命周期的安全管理体系。

　　A.3 . 1 . 5 信息安全

　　车间信息系统可能遇到的不安全威胁有病毒、黑客和内部人员的非授权网络操作或误操作。 为了消除以上不安全因素，整个车间网络系统采用三层纵深防御策略。

　　— 第一层为物理策略层，建立车间网络操作管理规范，计算机设置相应的不同层级密码;

　　— 第二层为网络安全层，对车间网络按功能区域分段，段与段之间及控制层与管理层之间设置mGuard工业级硬件防火墙，其过滤器根据源发地址和目标地址对数据包进行过滤，阻止来自“外部”的不需要的数据流。 远程访问全部经过 VPN 和 mGuard 防火墙过滤;

　　— 第三层为系统完整性层面，采用 CIFS (Common Internet File System)完整性检测技术可定期扫描网络中的病毒，并可以调用第三方病毒服务器对病毒实施有效查杀。

　　A.3 . 2 生产资源的数字化

　　通过应用 RFID技术，可编码原料、原料处理设备、模具等，并将收集的信息传送给生产设备控制系统 。 即将产品从原料到成品整个流程的所有信息记录并连接起来。

　　A.4 工艺设计数字化

　　工艺设计数字化是产品设计数字化与企业管理数字化的桥梁。 本数字化车间采用工艺设计、执行与管理系统进行数字化的产品工艺设计。 现场生产工程师可以通过流程框图的形式对现场的工艺进行设计和规划。

　　A.5 车间信息交互

　　数字化车间的整体布局分为基础层、执行层，在数字化车间之外，还有企业的管理层，系统将收集到的客户信息与管理层的 ERP 和 PLM进行信息交互，ERP 与执行层的制造执行系统 MES 之间进行信息交互，PLM将数字产品信息传递到执行层的工艺设计、执行与管理系统，同时 MES 与工艺设计、执行与管理系统也存在信息交互，MES将生产订单等信息传递给基础层生产资源、制造设备、模具、检测工具等，工艺设计、执行与管理系统将生产工艺、物流信息等传递给制造设备、AGV 等，同时基础层又会将收集到的信息反馈到 MES与工艺设计、执行与管理系统中。

　　A.6 制造运行管理数字化

　　A.6 . 1 车间计划与调度

　　数字化车间通过车间计划排产模块实现车间计划与调度。

　　根据预先定义的生产约束条件，规则矩阵，预设指标，排产产能策略等条件，实现全自动排产、半 自动排产或人工排产。 结合甘特图方式，综合显示设备实时状态信息、已排产订单工序、关联关系、工具资源分配情况，便于计划员检查现场排产情况和执行状态，实现了生产过程透明化的需求。

　　除了生产订单排产，还可以针对设备预修、维修任务、模具换针任务等，创建 MES 中的工作计划工单，调动车间生产、ToolShop、设备维护等团队完成指定任务。

　　A.6 . 2 工艺执行与管理

　　数字化车间通过车间订单管理模块完成工艺执行与管理。

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　　ERP 系统生产订单数据、相应 BOM、routing等主数据，准实时传入 MES 系统，经排产后下达车间现场。 实现了无纸化信息流传递，提高了计划与车间执行层面的联动性。

　　在 HMI终端上显示设备实时运行状态，支持状态转换，自动记录设备作业周期、产量，合格品/不合格品数量。 查看本工位上待生产订单，登录或退出订单工序，订单工序完成情况，订单产品 BOM,工序配套、工具资源和准备状态等信息。

　　在 HMI终端上还可以即时打开本工序订单相关的操作文档手册，方便车间现场员工使用。

　　车间执行过程和结果信息，最终汇入 MES 订单管理模块，通过订单相关报表，方便获取订单完成的各种时间状态组成，便于分析订单执行周期内的瓶颈，通过订单与质量相关报表，可以分析订单与班组、设备、工具之间的关联关系，便于分析、定位质量问题。

　　A.6 . 3 生产过程质量管理

　　质量管理包括来料检验、过程检验、投诉管理、工具管理以及质量分析模块。 它通过检验计划与生产计划紧密的结合，实现了生产的闭环管理。 它通过各测量工具等方法采集现场的相关数据。

　　— 质量数据采集与监控：MES对接收到 PLC发送的不合格品信号进行记录和统计，定时刷新系统质量监控页面，通过 SPC控制图方式展示每个设备每个时段的不合格品数量，并根据不合格品的发展趋势进行预警。

　　— 质量追溯与改进：质量追溯系统是数字化车间在引入质量追溯软件框架的基础上，车间 自主开发的生产软件。 系统贯穿整个生产过程，其主要的功能包含追溯产品中使用的原材料状况及记录通过每道生产工序的时间及结果。 实施全面产品质量过程管控，并实现收集数据用于内部分析改进。 追溯系统如图 A. 4 所示。

　　图 A.4 追溯系统构建示意图

　　A.6 . 4 生产物流管理

　　生产物流管理包括：

　　— 内部生产物流：包括收货和发货环节。 其中，收货环节包括 ASN 的创建、货物的清点、货物的上架，发货环节包括订单发货、生产发料看板及生产发货。

　　— 成品物流：成品仓库物流系统主要功能部件采用模块化、标准化设计，并应用条码技术、变频调速、高速数据采集、人机界面、工业现场总线、以太网及 PLC 控制等先进控制技术，在 WMS 系

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　　统的管理调度下，完成物品的包装输送及出库业务。

　　通过核心 ERP 系统下达业务指令，实现业务信息流的自动传递，减少仓库对人员的需求和依赖。

　　A.6 . 5 车间设备管理

　　车间设备管理包括：

　　a) 设备状态监控：数字化车间采用 MES 制造执行系统中的设备管理模块，对设备的状态进行监控。

　　b ) 设备维修维护：设备信息管理模块-设备维护 日历可实现：

　　— 操作工及设备维修人员可在设备终端上查看设备维护内容及周期;

　　— 系统自动计算维护周期，并通过图示在终端给出提示信号。

　　c) 设备运行分析：智能生产线的数据采集与控制系统对设备实时状态和维护维修过程中搜集的数据进行采集，自动统计并分析与设备相关的指标。

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　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　数字化车间合理化产线设计案例

　　B.1 目的和概要

　　由于人工成本上升、人才成本提高、品质确保困难等问题的出现，机器代替人的 自动化解决方案得到广泛应用。 其中一种是全自动化产线的方式(如图 B. 1 所示)，但存在以下缺点：

　　a) 难以对应多品种小批量的生产方式;

　　b ) 难以跟上生产规模的变动;

　　c) 设备成本较高;

　　d) 需要较大的安装空间;

　　e) 维护成本较高;

　　f) 生产类型更换的准备时间长，由于设备故障造成的临时停机多发，难以保持高开工率;

　　g) 需要高水平的操作人员。

　　按照适当的规模，将产线分割为多个工作单元可有效解决以上问题，如图 B. 2 所示。 工作单元之间的部件搬送由人来完成。 本附录给出了人和设备(机器人)的协作生产解决案例。

　　图 B.1 全自动化产线的整体示意图

　　图 B.2 单元式生产线的整体示意图

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