智能制造系统服务方案

 

 

 

 

招标编号：****

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授权代表：****

投标日期：****

 

 

1.项目概述

1.1.创新综合方案

历经二十二载的磨砺，和利时业已构建出涵盖控制层至制造执行层的完整解决方案。这一解决方案能够实现与企业ERP系统的无缝对接，从而实现实质性的企业一体化运作。

在控制层面，我们致力于提供一系列高端且成熟的控制系统。我们还配置了操作员仿真培训系统，并推行创新的控制解决方案，旨在确保用户的生产过程既安全又稳定，从而提升生产效率。此外，我们专注于培养技术娴熟的操作人员，通过工艺优化持续改进。并且，我们的先进技术能够有效地应对复杂的控制挑战。

在生产运营层面，我们能够依托业界成熟的实时数据库与生产执行体系，这两大利器为企业优化管理效率、提升自动化和信息化程度提供了强有力的支撑手段。

EPR接口的标准化与规范化，确保了MES和ERP系统的无缝衔接，从而为实现从PCS到EP三层的信息流与业务流程的协同一致创造了必要条件。

图1展示了整体解决方案的功能架构及其各自解决的问题。

图1：和利时整体解决方案功能结构

整体解决方案系统架构图如图2所示：

图2：整体解决方案系统架构

2.自动化生产管理系统详解

2.1.企业资源管理系统（ERP）模块解读

MES，即制造执行系统(MES)，是介于企业资源计划系统(ERP)的上层层次与底层的工业过程控制系统(PCS)之间的工厂(车间)级管理信息系统。其核心功能围绕生产制造展开，旨在通过优化提升企业的整体生产经营效率和效益。

MES系统通过实时信息传递，优化从订单接收至产品完成的全程生产流程：凭借精确及时的数据驱动，MES对工厂运营进行智能引导、启动、响应和报告。其快速适应环境变化的能力，以及对非增值活动的有效削减，显著提升了工厂生产效率与产品质量。此外，MES通过提升生产价值回报，确保准时交付，维持适宜的库存水平，加速库存周转，从而增强现金流管理效率。同时，它全面提供企业生产活动及供应链的核心信息，实现信息的双向流通。

2.2.企业资源管理系统（MES）的功能与优势

MES：企业计划层与生产车间过程控制层间的关键桥梁 作为制造过程信息集成的核心纽带，MES致力于全面优化生产流程，支持企业实现闭环生产的全面实施。对于敏捷制造企业而言，MES提供了坚实的基础。其在企业生产优化中的双重作用主要体现在：一是有效传达业务计划的指导信号至生产一线；二是实时收集并处理生产过程中的海量数据，确保生产现场信息的即时上传。

根据MESA对MES的定义，MES的11个功能主要包括：1。生产资源分配与监控；2。作业计划和排产；3。工艺规格标准管理；4。数据采集（装置在线连接采集实时数据和各种参数信息，控制系统接口，生成生产数据记录、质量数据、绩效信息、台帐累计)；5。作业员工管理；6。品质量管理：7。过程管理（过程控制、APC、基于模型的分析与模拟、与外部解析系统接口)；8。设备维护；9。绩效分析；10。生产单元调度；11。产品跟踪。

2.3.MES效益分析

通过MES系统的实施，企业有望实现显著的经济效益提升，具体效益如下表所示：

定性分析	定量分析
减少／消除数据录入时间	降低至30％-70％
＞提高数据完整性	提高95％以上
减少生产数据统计工作	80％的工作量减少
减少书面作业损失	平均降低了56％
＞缩短制造周期	缩短25％-45％
＞降低库存量	降低12％
减少在制品（WIP）	平均减少了24％
＞提高产品质量	产品缺陷平均降低了18％
提高员工工作绩效	工作绩效提高20％

根据MESAInternational研究所验证，这些数据主要源自那些早先采用MES系统的先行企业。此外，MES系统通过提升生产效率，缩短工作时间，增强生产线的灵活性与响应能力，并有效降低成本，为企业带来了显著益处。

3.生产企业MES解决方案

3.1.架构概览

HOLLiAS系统结构可分为五个递进层次：用户融合界面、智能分析模块、功能应用层、生产运营管理平台以及核心数据中心，如图所示：

HOLLiAS MES总体框架图

系统层次结构说明

整合用户界面：借助统一的访问入口，实施精细化的权限管理，确保企业内外部用户的业务操作得以在该平台上无缝进行，从而达成全方位的协同效应。

系统层面剖析：集成企业所有宝贵资讯，为管理层决策提供强有力的支持。

子系统应用模块：采用服务导向架构（SOA）构建，由HOLLiAS MES标准化组件构成，具有高度灵活性，可根据企业的特定需求进行定制配置。

核心构成与运行基石：包括应用建模平台、工作流平台及系统运行平台的生产管控平台层，作为体系架构的基础，它具备开放性和可延展性，确保能够适应企业日益增长的业务需求。

构成生产数据中心层的主要组件包括：数据采集总线、实现实时处理的数据库、用于数据分析的数据库以及数据访问服务。

■适合中国国情的先进生产管理系统

●以精益生产为核心管理思想

●以ISA95标准为设计指导

●以生产过程实时信息为基础

贯通计划层/执行层/控制层的管控一体化

·实现物流、资金流和信息流的三流合一

·支持基于跨地域、多行业的集团化管理模式

●全方位的企业模型管理

系统采用面向服务（SOA）的平台架构，整合了应用建模、工作流管理、实时数据处理与系统运维功能，构建一体化解决方案。

·先进性：采用最先进的软件技术，包括SOA技术、WEB技术、XML技术、中间件技术、软件组件技术等

·安全性：系统具有全面的涵盖控制系统、生产数据、网络系统的安全性。特别是系统操作上提供了三级授权机制，即功能权限、操作按钮权限、数据权限，控制用户对功能、数据看全部、本部门或本人的数据记录，充分保证控制系统的安全性

系统平台的稳定性与可靠性得以充分保障，其设计结构严谨，具备断点续传功能。我们实施了完善的数据备份策略，并支持离线查询，从而确保系统平台的运行可靠性高达99.99%。

系统特性概述： - 扩展性优良：支持与DCS、PLC、SCADA等过程控制系统深度整合，确保底层兼容性。 - 平台兼容性强：构建在统一架构上，能无缝对接ERP、CRM和SCM等企业级应用系统，模块配置灵活，以便根据客户需求进行扩展。 - 开放接口设计：对外提供标准化的XML接口，便于与第三方软件如ERP、OA等实现高效集成，提升系统互通性。

实现高效部署与数据管理：得益于分布式架构，本系统支持负载均衡，专为大型集团企业设计，能满足复杂的分布式应用和数据管理需求。

1. 集成特性：系统成功地与生产自动化设备无缝对接，各个模块间的协同工作高效有序，数据实现了高度共享。借助先进的SOA服务架构，确保了第三方服务的顺畅集成与应用。

系统构建基于先进的SOA架构，其特色表现为模块化的组件设计，每个组件对应一个服务单元，从而实现应用程序可根据需求灵活扩展与适应性调整。

■灵活的一体化设计

采用一体化与规范化设计策略，旨在构建一个集成了工作流系统、建模系统及应用系统的统一平台。各组件均配备标准化接口，具备独立运行的灵活性，同时支持无缝衔接与集成，确保系统的高效协同与兼容性。

·灵活性：提供灵活的“随需应变”策略，支持业务规则和界面的灵活配置。建模系统可按照用户需求建立用户业务模型，并将用户模型自动转化到应用平台上运行，根据业务需求变化快速重构系统

国际化设计：支持多语言灵活切换

界面友好与风格统一是建模系统的首要特性，它确保了用户操作的便捷。系统允许用户灵活选择功能界面的任何字段作为查询参数或排序依据，从而提升了操作的便利性。

系统整合多年行业项目实施与企业自动化实践经验，我们精心打造了一套独具特色的实时信息管理系统。

·用户可自由定制：系统背景、界面样式以及首页启动页面均支持个性化设置，充分满足用户的个性化需求。

系统凭借其高度的灵活性，能够迅速适应并确保快速部署与高效服务品质的实现。

3.2.数据库设计

3.2.1.高效实时数据架构

HOLLiAS Bridge实时数据库的核心功能涵盖实时生产数据的高效采集、存储、管理和查询。单个实例可支持高达20万点的实时数据管理，凭借先进的历史数据压缩技术，历史记录可长达10年以上（实际存储时间取决于数据点数量及存储空间）。配置管理模块统一且易用，安装完毕后，仅需一台机器即可对整个系统进行维护。它兼容11种点类型，如开关量、模拟量等，配备网络隔离设备，确保控制系统数据单向传输，保障信息安全。实时趋势分析功能支持实时与历史趋势查看，支持多点或多时段数据对比分析。实时流程图界面直观，与生产现场同步更新，让您在办公室也能即时掌握生产动态。此外，数据导出功能允许用户按需导出部分历史数据至关系数据库，便于生成生产报表。该系统具备丰富的设备接口，兼容OPC、Modbus、CDT等多种异构协议，通过实时库接入，可轻松定制特定系统接口。计算采集器还具备数据运算能力，将计算结果回写至实时库。最后，开放的二次开发接口支持用户个性化定制新应用，满足多元化需求。

实时数据库架构图

■实时数据库性能指标：

序号	内容	性能指标
1	服务器容量	最大支持20万点
2	数据存储时间	大于10年
3	Web客户端用户数	无限制，由网络及服务器负载决定
4	DCS接口机数	无限制，由网络容量决定
5	数据采集更新周期	0.001～30s用户可自定义
6	实时数据吞吐量	≥10位号／秒
7	年运行时间	长期运行
8	数据类型	整型、浮点型等10种
9	数据计算能力	提供虚拟计算功能
10	系统最大画面数	没有限制
11	画面支持汉字系统	采用UNICODE编码：名称与描述等支持多国语言
12	报表及打印功能	可定时或用户随时调用打印
13	可扩展性	通过二次开发接口，灵活扩展系统功能

■功能模块构成：

作为体系的核心组件，实时数据库承担着数据压缩、存储的关键功能。

查询、管理等功能。

●接口API:二次开发接口

·管理工具：对实时库进行配置管理的工具

底层设备接口：各类采集器的数据获取功能，从多元化的控制系统中执行数据采集任务

离线日志和离线数据：系统调试、诊断工具

服务管理组件：负责监控并管理实时数据库系统中的服务运行状态，配置启动时的相关参数。

·流程图：实时现场模拟图查看

·趋势：实时和历史趋势对比分析

报警：超限报警及报警统计

3.2.2.数据库体系结构设计

作为紫金铜业能源管理系统的核心组件，本项目选用的是微软官方支持的SQL Server数据库。这款备受业界青睐的数据库系统以其广泛的应用范围和技术的成熟度，在当今众多数据库解决方案中占据领先地位。其核心职责在于提供高效稳定的服务，实现数据管理的关键功能。

为系统提供统一的数据源；

保证数据的一致性和准确性；

为重要数据的后续应用提供保障；

3.3.高效数据获取策略

3.3.1.控制系统数据采集方式

DCS/PLC自动化控制系统凭借其标准化的数据通讯协议，采用计算机作为数据采集网关，实现与实时数据库服务器及控制系统间的无缝对接。数据采集过程通过网关机进行，确保了信息传输的实时性。

在DCS/PLC操作员站上部署OPCServer数据通讯接口服务软件，为此增设一块独立网卡，将其配置至与DCS/PLC区分的网络段。通过有线连接（如网线）将操作员站与数据采集网关机衔接，对于远程站点，光纤通信是优选方案。采集到的数据随后由网关机传输至实时数据库系统中。

数据采集网关的主要目标是减轻操作站的工作负担。其内置的存储转发功能设计，使得在遭遇网络故障时，过程数据会被暂存于网关设备。一旦网络恢复正常，网关会自动将这些本地数据同步至实时数据库，确保数据完整性。此外，网关作为控制网与管理网的隔离器，提升了系统的安全性，从而保障了控制系统运行的平稳与安全。

控制系统采集图

3.3.2.高效智能设备的数据获取策略

智能化的水表及二级或三级电表在经过改造后，均配备了通讯接口，其数据采集手段取决于相应的接口类型。

当智能仪表配置了支持远程通信的接口，如以太网TCP/IP协议时，数据将直接通过相应的通讯线路传输至数据采集服务器，由其负责数据的采集任务。

针对智能仪表可能存在的非远程传输接口问题，如RS485、RS422或RS232，可借助通讯转换模块设备，对数据采集进行协议适配。首先，该模块将原始信号转换为TCP/IP等适用于远程传输的通讯协议。随后，这些转换后的数据通过专用通讯线路传输至数据采集服务器。在服务器端，内置的数据协议转换软件负责进一步的转换工作，从而顺利完成数据采集任务。

所有配备通讯接口的仪表采用RS485通信模式进行数据交互，数据采集过程首先通过通讯转换模块设备进行协议适配，将原始数据转成适用远程传输的TCP/IP等标准协议。随后，这些转换后的数据通过专用通讯线路传输至数据采集服务器。在服务器端，配置的数据协议转换软件进一步对数据进行协议转换，从而顺利完成数据采集任务。

这种仪表数据采集的方式如下所示：

智能仪表采集图

3.3.3.智能PLC数据获取策略

数据采集方案依据设备配置划分为两类：一是在存在上位机的场景下，通过集成的SCADA系统实现数据采集，其流程与控制系统一致；二是在无上位机的情况下，需直接从PLC通讯接口进行采集，此方法类似于智能仪表的数据获取途径。

3.3.4.电气系统数据采集方式

电气保护系统的数据通讯协议遵循业界标准，采用计算机作为数据采集网关，以实现电气系统与实时数据库服务器之间的高效连接。具体连接流程如下：

为了传输过程数据，我们需在电气通讯柜内选定一个空闲通讯接口，并通过串口通讯线与数据网管机相连。每个数据采集站点配备一组光纤收发器，其中一部分连接至数据采集网关，另一部分则连接到接入交换机，确保通信的高效与稳定。

旨在优化操作站工作负载，数据采集网关的主要功能是实现存储转发，当网络出现故障时，过程数据会被临时保存在网关设备上。一旦网络恢复，网关能自动将这些本地数据同步回实时数据库，确保数据完整性。此外，网关具备隔离控制网络与管理网络的特性，从而提升系统的安全性，有效保障控制系统的稳定运行。

电气系统采集图

3.3.5.高效数据获取与精准校准

通过数据采集与精确校验，和利时MES系统构建了工厂的实时与历史数据库。该系统整合了企业内部来自不同供应商的硬件平台，致力于实现实时数据的连续采集、存储与分发，为各类应用系统提供关键的生产现场基础数据支持。它能记录并展现现场能源的动态趋势，助力能源指挥中心全面监控各生产工艺环节的生产活动和设备运行状态，同时支持对分布式实时历史数据进行深度处理，包括时段累计、平均值、极值分析以及状态统计等操作。

系统概述：能源数据采集系统主要负责从生产现场的DCS(PLC)控制系统及能源计量仪表等设备，通过数据接口（包括数据通讯协议或硬件采集模块）经网关收集工艺与监测数据。这些数据被单向传输至实时数据服务器，采用特定压缩算法存储于MES（制造执行系统）的实时数据库中。同时，通过STS实时库间的数据传输服务，实时数据进一步传输至公司的统一实时数据库，从而确保公司对各工厂的实时运营安全与生产过程的有效监控。

以下是实时生产数据采集的体系架构图。该图描绘了数据传输流程：实时数据首先通过网关接口以无连接（UDP）的数据包形式被发送至管理网络。管理网络中的前端工作站负责接收这些数据包，并即时解析以供各级管理者获取信息。实时数据服务器则进一步接收并处理这些数据，进行必要的分析与计算，随后按照预设周期将结果存入数据库中。

实时信息系统原理

面对实际操作系统的复杂性及环境干扰，数据采集系统获取的实时数据难免存在偏差。鉴于此，在进行决策与分析前，对数据的校正尤为关键。校正过程旨在消除不合理数据，补充缺失的变量，从而显著提升数据质量，为系统的数据分析与决策提供坚实的可靠性支持。具体校正措施包括：

处理策略：在遭遇网络或网关临时故障，导致网关设备无法即时获取数据时，我们采取实时数据补录措施，确保实时数据的连续性无缝衔接。若数据传输链路中，网关至现场系统（设备）通信正常，但服务器端的数据接收出现故障，使得实时数据未能及时入库，数据采集程序会暂时存储这部分数据于网关。一旦故障恢复，程序会自动将先前积压的实时数据补充至实时数据库中。

数据追加示意图

在检测到控制系统数据异常时，我们采取措施对已存储于实时库中的即时数据进行校正，以确保其信息的精确性。这种校正是针对现场设备如仪表和变送器可能遭遇的故障（或受到干扰）情况而实施的。

数据采集与矫正表现出以下特性：

1) 数据采集的正确性和及时性

实时数据由数据采集系统精确采集，确保与控制系统数据的一致性和基本同步，采样周期固定为每秒一次。同时，该系统支持根据实际需求进行自定义频率设置，允许设定的采集频率为正整数秒。

2)具有良好的数据压缩性

实时数据采集能力强大，系统支持高达20万点的数据处理。历史数据库采用文件形式存储并优化管理实时数据，借助先进的数据压缩技术，包括逻辑压缩与物理压缩的双重策略，实现了高效的数据压缩，确保了极高的存储效率。这样既能有效地节省存储空间，又能实现快速的数据检索，满足高效查询的需求。

3)开放的数据接口

实时数据库支持开放的数据API接口，以便用户能够直连获取历叐数据。此外，借助数据导入工具如数据导出定义器，可实现实时将实时数据无缝整合至关系数据库，方便后续的统计与分析操作。

实时数据库装备了高效能的STS（实时库间传输）服务，其特性在于能无缝地将各分厂产生的实时数据不仅存储于本地数据库，同时传输至公司的统一实时数据库。这样，便实现了对公司级数据的可视化监控与深度分析。

4)系统安全性

数据采集系统的高稳定性确保了连续运行长达数小时。为了实现与多套控制系统的网络连接并保持彼此独立，我们采用了网关配置双网卡策略，每张网卡分配不同的IP地址段，从而有效隔离各控制系统网络，防止互相干扰。此外，我们严格管理各控制系统的IP地址和机器名称，确保其唯一性，从而保障系统的安全性。

3.4.网络架构

网关设备的功能主要体现在以下几个方面：首先，作为数据汇集点，它从各个DCS或PLC系统接收并传输实时数据至数据库服务器；其次，网关机扮演着管理网络与控制网络之间的重要桥梁角色。在采集器与实时数据库网络连接出现故障时，数据会被临时存储在网关机内。一旦网络恢复，网关机将自动将先前积累的数据无缝上传至数据库，确保数据完整无遗漏。

数据管理与存储模块： - 初步阶段进行数据处理，确保配置数据与MES系统历史记录的妥善保存。 - 数据库服务器担当关键角色，其主要职责是收纳生产数据，并为各类数据展示提供支持。此外，它还负责对收集的数据进行有效管理和分析。

应用服务器：为各个软件模块提供服务。

Web服务器的主要职责是执行各类功能模块，同时承载MES与ERP、OA系统的接口服务，它负责发布系统运行结果。客户端用户通过浏览器的界面，得以便捷地访问MES系统。

4.详细解析功能模块

4.1.动态监控系统

4.1.1.流程监控系统

实时监控生产线参数的系统流程图，使管理者在办公室即可全面掌握企业各控制系统及生产现场的即时状态。即便身在异地出差，也能通过互联网随时随地实现远程访问。

生产工艺监控

生产过程监控（一）

生产过程监控（二）

能源监控

蒸汽管网图一

蒸汽管网图二

电力监控

关键设备监控

监控关键设备（包括闪速炉、转炉、阳极炉、S02风机、制氧空压机、膨胀机及动力汽轮发电机等）的运行性能指标，实时追踪其运行状态，并对能耗数据进行精确测量。

	格号	达行电流	停态	名称			开状
	200C-50D	19.31		亚1＃水	4	-0.37
2	200-0	3.35		亚2＃热水蒸		3.15
	200-00	0.73		热水泵	4	22.1
	200C-50DA	-.0		变4＃热水泵	4	-0.01
5＃收系	200-00	25.30		1	5	26.85
1	200SSC-50DA	0.30		脱2循系	355	-0.13
2收	200C-00A	27.1		变3＃隐环	35	29.04
3泵	200C-50DA	-D.01			365	29.54A
	200-00	3.1		变脱5＃循系	35	27.
5收泵	200	17.87		6＃环	365	0.02
1次b		D.3
2＃罗次		-1
风机		37.55
		37.77
＃罗次		039
		.
岁次		B.24