化制为智,驭数前行 | 如何把握油气装备领域智能制造的未来?

化制为智,驭数前行 | 如何把握油气装备领域智能制造的未来?
2021年04月12日 18:48 石油Link

1

「智」赋未来,油燃而升

2015年,我国提出了“中国制造2025”规划,把智能制造作为两化深度融合的主攻方向,智能制造产业链所蕴藏的巨大投资机会将逐渐被市场挖掘。作为国家战略的基础,油气工程装备,特别是海洋油气生产装备,是先进制造技术、信息技术和新材料技术等高新技术的综合体,具有高技术、高投入、高产出、高附加值和高风险等特点,产业辐射能力强,对国民经济带动作用大。新一代信息通讯技术对制造业的改造和催化,带来了全球制造业格局大变革、大调整,也成为发达国家实现制造业重振和发展中国家抢占产业高端的着力点。

02

转型,迫在眉睫

油气生产装备主要包括钻井装备、采油装备、动力装备以及油气处理和集输装备等。

图1 油气生产装备

近年来,我国油气装备制造业近年来得到了长足发展,中国的石油钻机、修井机已经大批量进入美国、中东等高端市场,海洋装备制造行业市场规模在波动中迅速扩大,并在2017年上半年占据全球第二的位置。然而,我国油气工程装备制造业“大而不强”的问题依旧突出,在世界市场竞争中依然处于产业的中低端,海洋油气生产装备制造企业在设计、制造、管理、安装、运维过程的数字化、信息化、网络化和智能化程度上仍与西方国家存在一定差距,依然面临着许多挑战:

油气装备技术落后,产品总效能有待提高;

油气装备产业集中度、专业化水平不高;

油气装备产业市场不规范,产品价值增值率低;

部分油气装备产能过剩,企业竞争明显两级分化;

行业数字化、智能化程度偏低。

表1全球钻井装备制造市场竞争格局

*数据来源:前瞻产业研究院

表2全球主要海工配套设备市场竞争格局

*数据来源:前瞻产业研究院

汽车制造等行业由于普遍拥有标准生产线,相对更容易实现智能制造,石油装备行业产品则比较复杂:品种多,体积大,制造工序长,产品加工工序多,个性化需求多,变动因素多,对智能制造要求非常高。同时,由于油气装备投入高、整合资源难度大,实现全流程智能生产更加困难。

目前,国内整个行业大都正处于数字化转型到智能化发展的阶段,而制造技术却还处于传统的机械化阶段。

生产装备设计、制造、运维数据孤岛较多,各个制造环节信息各自独立,缺乏智能生产管理系统及智能生产线,制造效率和质量需进一步提高;

自动化设备尚未实现集成应用,缺乏油气生产装备的数字化、自动化、 智能化制造工艺流程;

仍然采用大量人工和半自动化机械设备,缺乏核心专业智能生产单元、智能生产线及智能车间,与部分发达国家存在不小的差距。

03

数字化转型目标与能力建设矩阵

可以看出,油气生产装备定制化、多样化特征明显,油气装备制造企业需要打造柔性化制造模式、缩短交付周期、少人化、高产能并确保质量,而智能制造的“弹性”和“柔性”恰好正是解决这种不确定性和复杂性的利器,可满足大规模个性化定制而不增加成本,有利于油气装备制造业快速提质增效、降低成本。

图2 数字化转型目标与能力建设矩阵

04

MOM助力油气装备企业

实现智能制造

4.1

油气装备主要工艺及关注点分析

下料:

一般采用自动切割设备对钢板、型材等原材料进行自动切割,产线自动化程度比较高,每日订单量多且每单批量产品数量多。重点关注:

1. 原料库存管理及缺料预警,

2. 与套料系统和自动下料设备高度集成,提高原材料的使用率。

机加:

主要包含车床、钻床、铣床、磨床等加工设备和工艺,由于数控设备多且杂,重点关注:与AGV、机加自动化设备系统集成,全自动化生产及全自动化无人物料配送,以满足车间无人化/少人化要求。

焊接:

焊接分为自动焊和手工焊,对拼装焊接的齐套性要求高。重点关注:

1. 焊接排程考虑因素:排程策略(工装换模)、焊接物料齐套、产能平衡

2. 焊接过程相关生产数据采集

3. 钢印号打印及追溯

4. 设备、工装、夹具管理

5. 与焊接中控系统集成,实现自动状态监控和自动报工

涂装:

涂装一般为手工喷涂和自动化喷涂。MOM应用关注:

1. 涂装参数以及特殊颜色要求下发中控

2. 与自动化喷涂系统集成,实现全过程监控和自动报工

3. 油漆用量追溯与定额分析

装配:

装配一般是具备有部分自动化设备的半自动化产线,业务难点在基于订单物料齐套性的拉动式、准时化生产,车间物料准时配送,装配防漏防错,质量门管控、产品追溯业务需求最为关键,重点关注:

1. 计划排产与物料齐套性检查

2. 车间物流配送

3. 装配过程关重件全程追溯 

4. 装配操作防错质量、质量门管控

5. 加注、拧紧设备集成

4.2

油气装备MOM系统实施目标

达索系统MOM的建设和实施,致力于赋能企业智能制造的转型与升级,持续提升工艺管理、计划排产与执行、设备互联、质量管理、物流配送等诸多环节的自动化水平;通过设备互联将IT和OT实现有效结合,提高生产制造设备的智能化水平,实现工厂生产自动化、无人化、智能化;同时,可大幅缩短企业相关产品的制造周期,降低运营成本,提高生产效率。

企业通过MOM系统实施,夯实工艺、计划和执行的基础,可以实现工艺模型化、计划精细化、执行透明化的目标;也将补齐配送和互联的能力,实现配送精准化和要素互联化;在质量、协同以及管理决策方面,实现品控全面化、数据标准化,以及决策科学化。 

4.3

软件平台架构:一体化 MOM平台

作为一家为全球客户提供3DEXPERIENCE解决方案的领导者,达索系统为企业和客户提供虚拟空间以模拟可持续创新。产品涵盖研发设计、供应链计划、工程仿真、制造运营管理各个制造环节,其全球领先的解决方案改变了产品在设计、生产和技术支持上的方式。 

图3 达索系统数字化制造解决方案版图

达索系统的DELMIA Apriso是一款基于业务流程的可配置化制造运营管理平台(MOM),按照ISA-95标准构建,覆盖制造环节多业务领域:包括生产、质量、物流、设备与人工工时,相比一般的制造执行系统(MES),Apriso拥有着更加宽广的业务覆盖度,更好支持多工厂管控与多工厂快速推广部署,拥有更专业的制造大数据分析与实时监控,以及更柔性的业务流程与逻辑的配置。

图4 DELMIA Apriso制造运营管理平台架构

DELMIA Apriso遵循ISA-95标准体系,提供了生产、质量、仓库、维护、人工时5大类制造运营管理功能。通过统一平台,提供了系统的数据配置、二次开发、数据归档、系统配置、流程发布、系统升级等6大类工具。通过这6大类系统工具,集成了完善的系统配置、开发、维护能力,帮助企业在项目实施中、实施后都能更好的开发和维护系统,灵活适应多变的生产流程变化和生产工艺要求变更。 

图5 DELMIA Apriso MOM技术框架

DELMIA Apriso MOM平台具有以下优势:

统一数据源、流程驱动、可多站点部署;

跨越多种业务模式支持;

专有的系统集成接口;

所见即所得的图形化业务建模;

COE方法论 – 业务流程全球化标准化模板;

内置智能决策、工业大数据与KPI分析工具 – MPI;

多工厂部署与全球可追溯;

自由灵活的实时策略;

4.4

MOM信息系统架构

与ERP、PLM配合形成制造企业信息系统的三元平台,DELMIA Apriso 支撑围绕制造的全方位全周期的信息化管理,同时通过DELMIA Apriso的设备集成器和业务集成器分别于其它IT系统和产线设备集成,实现整个业务流程从研发到工艺,到资源,到产线和设备的全贯通,极大的提高了整个制造流程的效率。

图6 MOM信息系统架构

4.5

多工厂集团部署架

对于具备多工厂的集团型的装备制造企业,可基于COE集团部署架构进行部署,总体架构采用2层架构,即Level 1:各事业部运营站点,Level 2:集团COE。

Level 2层集团COE负责集团所有工厂业务模型的开发,部署有COE开发机、COE开发机和COE管理机。在达索系统多年最佳实践经验方法论指导下,集团COE中心基于集团工厂通用业务流程开发核心业务模块,基于各事业部项目的具体业务差异化需求开发个性化选配模块,通过核心业务模块+个性化可选业务模块,组成各事业部的MOM系统功能结构。COE方案进入总部业务库,通过Apriso的GPM工具,总部统一打包,分步部署到多工厂本地环境。

Level 1站点对应集团各个工厂。每个站点,根据各个站点的实际业务负荷,灵活调整服务器资源。

图7 MOM集团部署架构方案

通过统一卓越运营(COE),可实现多工厂业务标准化、统一化、全面数字化,极大地提高多工厂部署效率并降低后期运维成本。

4.6

数据集成架构

DELMIA Apriso 具备强大的集成功能,通过系统中的Business Integrator(简称BI)和Machine Integrator(简称MI)工具,可以很便捷与各类信息化和设备系统进行交互。

对于ERP、WMS、PLM等第三方信息系统的集成,DELMIA Apriso系统平台通过内嵌的中间件Business Integrator,支持多种接口方式,比如OPC2.0、IDOC、RFC、PO/MQ消息队列、Web服务、COM调用、数据库直接访问等方式,与这些系统进行集成。

对于与SAP系统的集成,DELMIA Apriso有SAP官方认证的专门接口与SAP各个模块进行数据的双向传递,如SAP的PP、MM、SD等模块。

对于各类设备管理系统和自动化系统,DELMIA Apriso除了通过BI模块进行系统集成,还能通过MI模块,基于业界标准的OPC方式进行数据集成。

图8 MOM系统设备数据集成架构

4.7

MOM系统功能

根据油气装备生产的工艺和特点,达索系统MOM规划有9大核心功能:高级排程、数字化工艺执行、生产质量管理、生产执行、设备管理、工业互联应用、精益看板及生产指挥中心、专业应用App、主数据及建模。

图9 MOM核心功能架构图

高级排程:

基于DELMIA Ortems,提供了一套集成的、基于敏捷制造概念的、创新的高级计划排程(APS)解决方案。通过模拟排产,实现均衡产能,优化厂级计划;分析瓶颈,优化采购、自制及委外计划;并基于油气装备特性、设备能力等约束的差异性,实现工序级、端到端的有限能力排产;打通物料计划与生产计划,多方位全面的分析物料齐套状况;

数字化工艺执行:

承接上层系统工艺数据,通过与中控系统、设备接口集成,实现作业指导、工艺参数,NC程序等下发;作业指导书、工艺文件直达现场终端,支持PAD查看,支持基于2D/3D模型的交互式模型操作与信息录入;通过建模和配置的方式,实现工艺包含的人机料法环等要素与工位/产线自动关联,驱动人工作业规范化和设备作业的自动化。

生产质量管理:

实现全面质量管理,标准无纸化、质量数据自动采集、不良品全生命周期管理、在线SPC过程质量分析及预警,提高质量数据的分析统计效率;质量异常闭环,异常处理全过程记录,形成知识库。可实现质量全球遏制与全球追溯。

生产执行:

无纸化生产;接收APS计划,可进行手动或自动派工。与厂线设备集成,下发工艺参数,采集实时数据,驱动设备按计划、按工艺自动运行,实时监控与生产协同。与原材料、成品仓库进行联动,与AGV、悬挂链、板链等自动物流设备集成,实现全自动或半自动物流配送,实现物料配送的物料清单精准、数量精准、时间精准、配送地点精准。

设备管理:

提供从资产管理到设备工艺文档存档、从日常维修、保养记录以及状态监控等各个维度的功能;无纸化的设备点检作业,可以基于Pad等智能移动设备执行作业。设备故障维护的过程,自动图形化提示维护指导。

设备互联应用:

与IOT平台、SCADA、设备深度集成,实现与产线自动化设备或中控系统进行集成与联动,订单、工艺参数信息及时下达,数据及时上传采集,自动生产,减人增效;同时与周边第三方系统有效集成,消除多信息化系统之间的信息孤岛。

精益看板及生产指挥中心:

建立起工厂实时精益看板、KPI和报表数据分析体系,实现多维度可视化透明工厂管理,不同区域、不同层级信息可视化;形成精确数据报表,对关键指标、超限指标等进行分析,为决策提供数据分析。

专业应用APP:

系统支持移动设备、可穿戴设备,提供基于HTML5的架构,实现跨平台的一致性用户体验,同时支持提供满足Android 4.0及以上版本、iOS11以上版本的APP应用。APP界面UI风格可定制,能够与客户公司整体VI设计风格保持一致。

主数据及建模:

根据实际工厂信息和工艺信息进行工厂模型和工艺模型的创建。包括工厂、车间、产线、工作中心、工位建模、设备、部件、工装工具建模,以及MBOM、工艺流程、工序、工步、工艺参数、操作指导建模。

4.8

MOM实施预期收益

注:该数据为经验数据,仅供参考。

05

总结

顺时代潮流,赋梦想双翼。加快数字化转型、智能化发展,必将有力地推进油气生产装备行业迈上新的台阶。达索系统的DELMIA Apriso是一款基于业务流程的可配置化制造运营管理平台(MOM),覆盖了包括资源计划、生产制造、质量管控、仓储物流、设备物联与人员管理在内的制造环节多业务领域,广泛应用于航空国防、汽车及零部件、工业装备、船舶及海洋工程、高科技电子、生命科学、能源等多个行业。目前,全球有1000多家知名企业选择了DELMIA Apriso做为企业的MOM平台,使用用户超过20万。在国内,海洋石油工程股份有限公司、三一集团、远景能源、招商局重工有限公司等诸多优秀的装备领域公司在打造智能制造平台时也都选择了达索系统MOM平台。在将来,达索系统制造运营管理平台(MOM)愿助力越来越多的制造企业实现数字化转型。

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