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(luò)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(wù)。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(shè)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(chǔ)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(chǔ)建設(shè)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(dāng)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(biāo)桿工廠;開展智能化服務(wù)，提供數(shù)字化產(chǎn)品——全球領(lǐng)先的數(shù)字化、智能化企業(yè)建設(shè)，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(wù)應(yīng)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(wù)流程的貫通。從業(yè)務(wù)流程角度，圍繞市場需求和產(chǎn)品戰(zhàn)略、需求定義和設(shè)計立項、新品開發(fā)和設(shè)計復(fù)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(yīng)鏈管理、智能制造、產(chǎn)品營銷和售后服務(wù)等核心業(yè)務(wù)領(lǐng)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(shè)計PRO/E產(chǎn)品的導(dǎo)入，后來逐步采用了Windchill等PLM/SLM解決方案。當(dāng)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(wù)，以及智能化工廠的能力建設(shè)提供工具和方案的支撐。

　　圖二、PTC主要參與的業(yè)務(wù)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(wù)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(shè)計、研發(fā)項目管理、設(shè)計任務(wù)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(wù)場景的智能化建設(shè)方案。如面向平臺化產(chǎn)品的需求實現(xiàn)TOP-DOWN的產(chǎn)品設(shè)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(wù)智能化方面，PTC的解決方案是以數(shù)字化服務(wù)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(wù)能力體系進行規(guī)劃和設(shè)計。在產(chǎn)品設(shè)計階段就將面向售后服務(wù)的需求、服務(wù)策略、FRU規(guī)則、指導(dǎo)手冊架構(gòu)和驗證確認等服務(wù)環(huán)節(jié)要素引入產(chǎn)品服務(wù)功能設(shè)計（DFS）規(guī)劃。在智能產(chǎn)品服務(wù)流程管理中，基于數(shù)據(jù)分析，提供零備件的預(yù)測和優(yōu)化;以數(shù)據(jù)驅(qū)動的服務(wù)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(wù)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(wù)技工培訓(xùn)和服務(wù)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(yīng)用的主場之一——智能制造環(huán)節(jié)。當(dāng)前工程機械行業(yè)的制造環(huán)節(jié)面臨著非常復(fù)雜且極具挑戰(zhàn)性的場景：

　　● 產(chǎn)品定制化程度高、非標(biāo)和變異產(chǎn)品型號繁多，造成產(chǎn)品設(shè)計變化導(dǎo)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(fù)雜，設(shè)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(dǎo)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(yù)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(biāo)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(biāo)就是全力構(gòu)建集團一體化設(shè)備互聯(lián)互通（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）平臺，以實現(xiàn)“設(shè)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(biāo)，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(shè)目標(biāo)

　　構(gòu)建集團統(tǒng)一的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，當(dāng)前的主要目標(biāo)是實現(xiàn)平臺建設(shè)能力、數(shù)據(jù)采集能力和業(yè)務(wù)應(yīng)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(yīng)用場景：

　　● 利用IoT平臺，并結(jié)合5G、AR等新技術(shù)，在重點設(shè)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(shè)備即服務(wù)等新業(yè)務(wù)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(yù)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(dāng)前規(guī)劃的業(yè)務(wù)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(chǔ)設(shè)施中?；陂_箱即用的設(shè)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(chǔ)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(yīng)用。

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

　　當(dāng)前實現(xiàn)的核心功能包括了：

　　● 設(shè)備連接：采用Kapware采集復(fù)雜的自動化協(xié)議;Thingworx Edge SDK對接非標(biāo)的自動化設(shè)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(shè)備管理：設(shè)備信息檔案全記錄;設(shè)備參數(shù)——采集點位及重要數(shù)據(jù)追溯;設(shè)備狀態(tài)、指標(biāo)實時監(jiān)控——設(shè)備運維人員可以快速了解設(shè)備情況;帶時間戳的狀態(tài)參數(shù)——基于設(shè)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(shè)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(shè)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(dǎo)。

　　● 基于大數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量控制和工藝優(yōu)化：設(shè)備數(shù)據(jù)分析——通過機器學(xué)習(xí)算法模型建立故障模型，提供故障預(yù)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)算法模型。

　　● 數(shù)字孿生：通過車間和單體設(shè)備的多個視角，展示設(shè)備實時加工姿態(tài)和實時數(shù)據(jù)，為不同角色提供設(shè)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(shè)備數(shù)據(jù)全量采集和與MES / SCADA系統(tǒng)全面打通的基礎(chǔ)上，目前在設(shè)備綜合管理層面交付了設(shè)備健康度管理所涉及的設(shè)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(shè)備的總體狀態(tài)分析、預(yù)測告警和趨勢分析、以及故障追溯和判斷工具，指導(dǎo)排產(chǎn)、維護和優(yōu)化。

　　圖五、設(shè)備健康度管理系統(tǒng)功能和圖例

　　同時在設(shè)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(shè)備績效指標(biāo)可視化和統(tǒng)計分析的綜合看板、移動應(yīng)用和數(shù)字孿生展示看板等業(yè)務(wù)應(yīng)用。圍繞業(yè)務(wù)需求制定大量的設(shè)備KPI指標(biāo)：設(shè)備綜合效率（OEE）、計劃/24小時開機利用率、開機率、設(shè)備故障率、設(shè)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(biāo)，多角度、全方面考察設(shè)備管理全過程。同時這些KPI指標(biāo)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(wù)應(yīng)用。

　　圖七、加工工藝程序管理流程視圖

　　在工藝質(zhì)量和設(shè)備維保智能化角度，基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺交付了設(shè)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(shè)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(yù)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(shè)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(shè)備物聯(lián)網(wǎng)與5G和AR技術(shù)相結(jié)合的設(shè)備端開發(fā)創(chuàng)新應(yīng)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(yīng)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。”