某工程機械集團已經(jīng)有33年的歷史，一直處于中國工程機械行業(yè)排頭兵的地位，目前位居世界工程機械行業(yè)前3位，是中國工程機械行業(yè)規(guī)模最大、產(chǎn)品品種與系列最齊全、最具競爭力和影響力的大型企業(yè)集團。產(chǎn)品銷售網(wǎng)絡覆蓋180多個國家及地區(qū)，在海外建立了300多個網(wǎng)點為全球用戶提供全方位營銷服務。年出口額連續(xù)30年保持國內(nèi)行首位。向市場提供覆蓋工程起重機械、路面機械、壓實機械、鏟土運輸機械、混凝土機械、高空消防設備、建筑機械、特種專用車輛、液壓件、工程機械專用底盤、驅(qū)動橋、回轉(zhuǎn)支承、駕駛室、柴油機、齒輪箱、齒輪泵、工程輪胎等系列工程機械主機和基礎零部件等產(chǎn)品。

　　該集團的信息化發(fā)展歷程，從世紀交替時期的信息化基礎建設階段、2010年前后的兩化深度融合階段、十三五期間的數(shù)字化提升階段，直到當前大數(shù)據(jù)時代下的智能化升級階段。從上世紀80年代的“甩圖板”開始起步，目前已經(jīng)開始了——以智能制造為主攻方向，全力推動智能化產(chǎn)品與智能施工能力;推進智造升級，融合5G豐富的場景打造標桿工廠;開展智能化服務，提供數(shù)字化產(chǎn)品——全球領先的數(shù)字化、智能化企業(yè)建設，以支撐集團從戰(zhàn)略控股型向戰(zhàn)略經(jīng)營型的轉(zhuǎn)變，真正立足于工程機械行業(yè)之巔。

　　為了實現(xiàn)企業(yè)信息化向數(shù)字化和智能化的轉(zhuǎn)變，集團統(tǒng)籌規(guī)劃了新的IT架構(gòu)：在成熟的業(yè)務應用系統(tǒng)之上，依托新建的數(shù)據(jù)主線能力，實現(xiàn)全集團的業(yè)務流程的貫通。從業(yè)務流程角度，圍繞市場需求和產(chǎn)品戰(zhàn)略、需求定義和設計立項、新品開發(fā)和設計復用、功能定義和結(jié)構(gòu)配置、生產(chǎn)工藝和質(zhì)量工程、原型模擬和測試、供應鏈管理、智能制造、產(chǎn)品營銷和售后服務等核心業(yè)務領域，建立全球化、智慧化的戰(zhàn)略經(jīng)營支撐能力。

　　圖一、新的基于數(shù)據(jù)主線的IT架構(gòu)

　　目前該集團與PTC的合作起步于三維CAD設計PRO/E產(chǎn)品的導入，后來逐步采用了Windchill等PLM/SLM解決方案。當前主要專注于企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的合作，為智能化產(chǎn)品的數(shù)字化研發(fā)、一體化智能服務，以及智能化工廠的能力建設提供工具和方案的支撐。

　　圖二、PTC主要參與的業(yè)務環(huán)節(jié)與關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)

　　首先是在產(chǎn)品研發(fā)智能化方面，PTC正在與該集團合作建立“全球產(chǎn)品協(xié)同研發(fā)信息平臺”。這個平臺采用PTC的 Thingworx IIoT企業(yè)數(shù)字主線的框架，基于PTC的Windchill PLM平臺，整合研發(fā)和BOM數(shù)據(jù)，統(tǒng)一服務于該集團各個產(chǎn)品事業(yè)部與研發(fā)相關(guān)的部門。實施橫跨產(chǎn)品三維設計、研發(fā)項目管理、設計任務協(xié)同、市場營銷共享和面向工藝、測試、制造和質(zhì)量合規(guī)等諸多業(yè)務場景的智能化建設方案。如面向平臺化產(chǎn)品的需求實現(xiàn)TOP-DOWN的產(chǎn)品設計;面向營銷和生產(chǎn)效率的提升落地選裝選配;面向集團所有的研發(fā)項目管理建立一體化、并行化、結(jié)構(gòu)化、可視化和數(shù)字化的智慧項目管理體系框架等。

　　其次是面向產(chǎn)品服務智能化方面，PTC的解決方案是以數(shù)字化服務工程（DSE）入手，基于智能互聯(lián)的產(chǎn)品和系統(tǒng)為體系框架，對整個智能服務能力體系進行規(guī)劃和設計。在產(chǎn)品設計階段就將面向售后服務的需求、服務策略、FRU規(guī)則、指導手冊架構(gòu)和驗證確認等服務環(huán)節(jié)要素引入產(chǎn)品服務功能設計（DFS）規(guī)劃。在智能產(chǎn)品服務流程管理中，基于數(shù)據(jù)分析，提供零備件的預測和優(yōu)化;以數(shù)據(jù)驅(qū)動的服務過程管理系統(tǒng)，支持人員效率的持續(xù)優(yōu)化和知識庫迭代。配合服務3D模型和現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，將增強現(xiàn)實技術(shù)引入服務技工培訓和服務現(xiàn)場交互性支持等。

　　2020年以來，該集團與PTC的合作進入到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用的主場之一——智能制造環(huán)節(jié)。當前工程機械行業(yè)的制造環(huán)節(jié)面臨著非常復雜且極具挑戰(zhàn)性的場景：

　　● 產(chǎn)品定制化程度高、非標和變異產(chǎn)品型號繁多，造成產(chǎn)品設計變化導致的工藝、材料甚至裝備都經(jīng)常需要調(diào)整和更新。

　　● 生產(chǎn)裝備來源復雜，設備狀態(tài)和工況難以監(jiān)控、管理和進行績效統(tǒng)計，維修保養(yǎng)和生產(chǎn)計劃脫節(jié)，導致運維成本和材料浪費難以控制。

　　● 實際的生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)難以采集和匯總利用，質(zhì)量缺陷缺乏預測性和可控性，違規(guī)作業(yè)時有發(fā)生，產(chǎn)品質(zhì)量控制目標難以達成。

　　● 生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)實時可見性無法滿足，各類消耗統(tǒng)計延遲，生產(chǎn)成本和產(chǎn)出難以關(guān)聯(lián)，生產(chǎn)管理和決策效率低下，精益化生產(chǎn)無以為據(jù)等。

　　為了解決這些問題，實現(xiàn)制造環(huán)節(jié)數(shù)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(gòu)建集團一體化設備互聯(lián)互通（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）平臺，以實現(xiàn)“設備高效采集、數(shù)據(jù)深度挖掘、精益持續(xù)改善、效益明顯提升”的目標，為公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能工廠提質(zhì)增效提供重要支撐。

　　圖三、數(shù)字化工廠總體建設目標

　　構(gòu)建集團統(tǒng)一的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，當前的主要目標是實現(xiàn)平臺建設能力、數(shù)據(jù)采集能力和業(yè)務應用能力的三大提升，以支撐集團規(guī)劃的兩個方向的創(chuàng)新應用場景：

　　● 利用IoT平臺，并結(jié)合5G、AR等新技術(shù)，在重點設備端實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效采集，智能輔助維修以及對現(xiàn)場、資產(chǎn)和人員的集成管控等。

　　● 采用數(shù)字孿生框架，為運營端提供設備即服務等新業(yè)務模式所需的資產(chǎn)可視性和互操作性、訂單執(zhí)行管控和追溯、生產(chǎn)實時績效管理、質(zhì)量預測和精益提升等。

　　在已經(jīng)實施的第一期智能制造項目中，基于當前規(guī)劃的業(yè)務場景，為了滿足整個集團的承載力需求，實施了集群部署的架構(gòu)，將Thingworx平臺部署到集團的IT基礎設施中?；陂_箱即用的設備管理、生產(chǎn)績效管理和數(shù)據(jù)分析工具，建立了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎平臺，并提供了系統(tǒng)集成接口和部分數(shù)字孿生和大數(shù)據(jù)分析創(chuàng)新應用。

　　圖四、第一期工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺功能架構(gòu)

　　當前實現(xiàn)的核心功能包括了：

　　● 設備連接：采用Kapware采集復雜的自動化協(xié)議;Thingworx Edge SDK對接非標的自動化設備協(xié)議;第三方RTU采集環(huán)境和能源數(shù)據(jù);通過通過RESTFUL方式對接MES等信息化系統(tǒng)。

　　● 設備管理：設備信息檔案全記錄;設備參數(shù)——采集點位及重要數(shù)據(jù)追溯;設備狀態(tài)、指標實時監(jiān)控——設備運維人員可以快速了解設備情況;帶時間戳的狀態(tài)參數(shù)——基于設備歷史記錄，為工藝人員提供大數(shù)據(jù)分析支撐;報警、點檢、巡檢、維保日志和知識庫管理等。

　　● 生產(chǎn)管理：生產(chǎn)工藝和程序管理和執(zhí)行過程參數(shù)監(jiān)控;生產(chǎn)績效管理——OEE等各類KPI看板和報告;工單與設備狀態(tài)匹配度;產(chǎn)前檢查、產(chǎn)中監(jiān)控和產(chǎn)后追溯管理等;

　　● 維保管理：維修計劃、設備狀態(tài)監(jiān)控、告警、故障報修、工單管理、維修日志、零備件管理和故障處理知識庫——原因分析、知識增補、知識圖譜和現(xiàn)場AR指導。

　　● 基于大數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量控制和工藝優(yōu)化：設備數(shù)據(jù)分析——通過機器學習算法模型建立故障模型，提供故障預警;焊機數(shù)據(jù)分析管理——通過焊接故障控制實驗，對數(shù)據(jù)進行分析，建立焊接機器學習算法模型;刀具數(shù)據(jù)分析——通過刀具故障控制實驗，對數(shù)據(jù)進行分析，建立機器學習算法模型。

　　● 數(shù)字孿生：通過車間和單體設備的多個視角，展示設備實時加工姿態(tài)和實時數(shù)據(jù)，為不同角色提供設備相關(guān)的基本信息、效率、成本信息，以及報警信息。

　　經(jīng)過一年的實施，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)了設備數(shù)據(jù)全量采集和與MES / SCADA系統(tǒng)全面打通的基礎上，目前在設備綜合管理層面交付了設備健康度管理所涉及的設備實時數(shù)據(jù)，故障數(shù)據(jù)，運行數(shù)據(jù)，運維數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)設備的總體狀態(tài)分析、預測告警和趨勢分析、以及故障追溯和判斷工具，指導排產(chǎn)、維護和優(yōu)化。

　　圖五、設備健康度管理系統(tǒng)功能和圖例

　　同時在設備管理與生產(chǎn)管理相結(jié)合方面，交付了面向不同管理層級的設備績效指標可視化和統(tǒng)計分析的綜合看板、移動應用和數(shù)字孿生展示看板等業(yè)務應用。圍繞業(yè)務需求制定大量的設備KPI指標：設備綜合效率（OEE）、計劃/24小時開機利用率、開機率、設備故障率、設備速度效率、保養(yǎng)執(zhí)行率、點檢執(zhí)行率等11項關(guān)鍵指標，多角度、全方面考察設備管理全過程。同時這些KPI指標可以在多個維度進行詳細對比，結(jié)合工廠日歷，上下件報工，形成精準KPI情報，支撐精益化管理。

　　圖六、生產(chǎn)績效管理可視化看板架構(gòu)

　　在工藝及質(zhì)量控制層面在機加工、焊接等關(guān)鍵工序，實現(xiàn)了工藝全流程管理、機加工質(zhì)量超差缺陷控制告警和焊接質(zhì)量缺陷告警等人工智能業(yè)務應用。

　　圖七、加工工藝程序管理流程視圖

　　在工藝質(zhì)量和設備維保智能化角度，基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺交付了設備故障知識庫和故障根因統(tǒng)計分析、追溯和優(yōu)化分析系統(tǒng)。如焊接設備的主要故障為尋位短路、送絲系統(tǒng)故障和撞槍，通過排除尋位系統(tǒng)故障、保養(yǎng)送絲回路、優(yōu)化工裝定位和焊接程序，可降低近80%的故障停機。目前該知識庫積累了1萬余條預置報警代碼，系統(tǒng)支持處理方式不斷的積累和迭代，形成智能化的知識分享機制。

　　圖八、工藝和設備故障根因圖譜

　　PTC全球資深副總裁兼大中華區(qū)總裁劉強表示：“經(jīng)過對以上生產(chǎn)環(huán)節(jié)數(shù)字化轉(zhuǎn)型項目實施成果的充分認可，我們與該集團的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項目合作已經(jīng)成功地進入了第二階段。后續(xù)我們將幫助客戶在進一步開發(fā)設備物聯(lián)網(wǎng)與5G和AR技術(shù)相結(jié)合的設備端開發(fā)創(chuàng)新應用，在充分挖掘物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)支撐的智能化運營創(chuàng)新應用的同時，向整個客戶集團推廣第一階段的開發(fā)成果，最大限度地推進企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。以協(xié)助客戶盡快獲得工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代的核心競爭力，鞏固和提高該集團在全球工程機械行業(yè)的排頭兵地位?！?/p>