化制為智，馭數(shù)前行 | 如何把握油氣裝備領(lǐng)域智能制造的未來？
一、「智」賦未來，油燃而升
2015年，我國(guó)提出了“中國(guó)制造2025”規(guī)劃，把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向，智能制造產(chǎn)業(yè)鏈所蘊(yùn)藏的巨大投資機(jī)會(huì)將逐漸被市場(chǎng)挖掘。作為國(guó)家戰(zhàn)略的基礎(chǔ)，油氣工程裝備，特別是海洋油氣生產(chǎn)裝備，是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和新材料技術(shù)等高新技術(shù)的綜合體，具有高技術(shù)、高投入、高產(chǎn)出、高附加值和高風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)輻射能力強(qiáng)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)作用大。新一代信息通訊技術(shù)對(duì)制造業(yè)的改造和催化，帶來了全球制造業(yè)格局大變革、大調(diào)整，也成為發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)現(xiàn)制造業(yè)重振和發(fā)展中國(guó)家搶占產(chǎn)業(yè)高端的著力點(diǎn)。
二、轉(zhuǎn)型，迫在眉睫
油氣生產(chǎn)裝備主要包括鉆井裝備、采油裝備、動(dòng)力裝備以及油氣處理和集輸裝備等。
圖1.油氣生產(chǎn)裝備
近年來，我國(guó)油氣裝備制造業(yè)近年來得到了長(zhǎng)足發(fā)展，中國(guó)的石油鉆機(jī)、修井機(jī)已經(jīng)大批量進(jìn)入美國(guó)、中東等高端市場(chǎng)，海洋裝備制造行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模在波動(dòng)中迅速擴(kuò)大，并在2017年上半年占據(jù)全球第二的位置。然而，我國(guó)油氣工程裝備制造業(yè)“大而不強(qiáng)”的問題依舊突出，在世界市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中依然處于產(chǎn)業(yè)的中低端，海洋油氣生產(chǎn)裝備制造企業(yè)在設(shè)計(jì)、制造、管理、安裝、運(yùn)維過程的數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化程度上仍與西方國(guó)家存在一定差距，依然面臨著許多挑戰(zhàn)：
油氣裝備技術(shù)落后，產(chǎn)品總效能有待提高；
油氣裝備產(chǎn)業(yè)集中度、專業(yè)化水平不高；
油氣裝備產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)不規(guī)范，產(chǎn)品價(jià)值增值率低；
部分油氣裝備產(chǎn)能過剩，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)明顯兩級(jí)分化；
行業(yè)數(shù)字化、智能化程度偏低。
表1 全球鉆井裝備制造市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局
*數(shù)據(jù)來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院
表2 全球主要海工配套設(shè)備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局
*數(shù)據(jù)來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院
汽車制造等行業(yè)由于普遍擁有標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線，相對(duì)更容易實(shí)現(xiàn)智能制造，石油裝備行業(yè)產(chǎn)品則比較復(fù)雜：品種多，體積大，制造工序長(zhǎng)，產(chǎn)品加工工序多，個(gè)性化需求多，變動(dòng)因素多，對(duì)智能制造要求非常高。同時(shí)，由于油氣裝備投入高、整合資源難度大，實(shí)現(xiàn)全流程智能生產(chǎn)更加困難。
目前，國(guó)內(nèi)整個(gè)行業(yè)大都正處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型到智能化發(fā)展的階段，而制造技術(shù)卻還處于傳統(tǒng)的機(jī)械化階段。
生產(chǎn)裝備設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)維數(shù)據(jù)孤島較多，各個(gè)制造環(huán)節(jié)信息各自獨(dú)立，缺乏智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)及智能生產(chǎn)線，制造效率和質(zhì)量需進(jìn)一步提高；
自動(dòng)化設(shè)備尚未實(shí)現(xiàn)集成應(yīng)用，缺乏油氣生產(chǎn)裝備的數(shù)字化、自動(dòng)化、 智能化制造工藝流程；
仍然采用大量人工和半自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，缺乏核心專業(yè)智能生產(chǎn)單元、智能生產(chǎn)線及智能車間，與部分發(fā)達(dá)國(guó)家存在不小的差距。
三、數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標(biāo)與能力建設(shè)矩陣
可以看出，油氣生產(chǎn)裝備定制化、多樣化特征明顯，油氣裝備制造企業(yè)需要打造柔性化制造模式、縮短交付周期、少人化、高產(chǎn)能并確保質(zhì)量，而智能制造的“彈性”和“柔性”恰好正是解決這種不確定性和復(fù)雜性的利器，可滿足大規(guī)模個(gè)性化定制而不增加成本，有利于油氣裝備制造業(yè)快速提質(zhì)增效、降低成本。
圖2. 數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標(biāo)與能力建設(shè)矩陣
四、MOM助力油氣裝備企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造
4.1：油氣裝備主要工藝及關(guān)注點(diǎn)分析
一般采用自動(dòng)切割設(shè)備對(duì)鋼板、型材等原材料進(jìn)行自動(dòng)切割，產(chǎn)線自動(dòng)化程度比較高，每日訂單量多且每單批量產(chǎn)品數(shù)量多。重點(diǎn)關(guān)注：
1. 原料庫存管理及缺料預(yù)警，
2. 與套料系統(tǒng)和自動(dòng)下料設(shè)備高度集成，提高原材料的使用率。
機(jī)加：
主要包含車床、鉆床、銑床、磨床等加工設(shè)備和工藝，由于數(shù)控設(shè)備多且雜，重點(diǎn)關(guān)注：與AGV、機(jī)加自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)集成，全自動(dòng)化生產(chǎn)及全自動(dòng)化無人物料配送，以滿足車間無人化/少人化要求。
焊接分為自動(dòng)焊和手工焊，對(duì)拼裝焊接的齊套性要求高。重點(diǎn)關(guān)注：
1. 焊接排程考慮因素：排程策略(工裝換模）、焊接物料齊套、產(chǎn)能平衡
2. 焊接過程相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集
3. 鋼印號(hào)打印及追溯
4. 設(shè)備、工裝、夾具管理
5. 與焊接中控系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)工
涂裝一般為手工噴涂和自動(dòng)化噴涂。MOM應(yīng)用關(guān)注：
1. 涂裝參數(shù)以及特殊顏色要求下發(fā)中控
2. 與自動(dòng)化噴涂系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)全過程監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)工
3. 油漆用量追溯與定額分析
裝配一般是具備有部分自動(dòng)化設(shè)備的半自動(dòng)化產(chǎn)線，業(yè)務(wù)難點(diǎn)在基于訂單物料齊套性的拉動(dòng)式、準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)，車間物料準(zhǔn)時(shí)配送，裝配防漏防錯(cuò)，質(zhì)量門管控、產(chǎn)品追溯業(yè)務(wù)需求最為關(guān)鍵，重點(diǎn)關(guān)注：
1. 計(jì)劃排產(chǎn)與物料齊套性檢查
2. 車間物流配送
3. 裝配過程關(guān)重件全程追溯
4. 裝配操作防錯(cuò)質(zhì)量、質(zhì)量門管控
5. 加注、擰緊設(shè)備集成
企業(yè)通過MOM系統(tǒng)實(shí)施，夯實(shí)工藝、計(jì)劃和執(zhí)行的基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)工藝模型化、計(jì)劃精細(xì)化、執(zhí)行透明化的目標(biāo)；也將補(bǔ)齊配送和互聯(lián)的能力，實(shí)現(xiàn)配送精準(zhǔn)化和要素互聯(lián)化；在質(zhì)量、協(xié)同以及管理決策方面，實(shí)現(xiàn)品控全面化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，以及決策科學(xué)化。
圖3. 達(dá)索系統(tǒng)數(shù)字化制造解決方案版圖
達(dá)索系統(tǒng)的DELMIA Apriso是一款基于業(yè)務(wù)流程的可配置化制造運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)(MOM)，按照ISA-95標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，覆蓋制造環(huán)節(jié)多業(yè)務(wù)領(lǐng)域：包括生產(chǎn)、質(zhì)量、物流、設(shè)備與人工工時(shí)，相比一般的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，Apriso擁有著更加寬廣的業(yè)務(wù)覆蓋度，更好支持多工廠管控與多工廠快速推廣部署，擁有更專業(yè)的制造大數(shù)據(jù)分析與實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及更柔性的業(yè)務(wù)流程與邏輯的配置。
圖4. DELMIA Apriso制造運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)架構(gòu)
DELMIA Apriso遵循ISA-95標(biāo)準(zhǔn)體系，提供了生產(chǎn)、質(zhì)量、倉庫、維護(hù)、人工時(shí)5大類制造運(yùn)營(yíng)管理功能。通過統(tǒng)一平臺(tái)，提供了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)配置、二次開發(fā)、數(shù)據(jù)歸檔、系統(tǒng)配置、流程發(fā)布、系統(tǒng)升級(jí)等6大類工具。通過這6大類系統(tǒng)工具，集成了完善的系統(tǒng)配置、開發(fā)、維護(hù)能力，幫助企業(yè)在項(xiàng)目實(shí)施中、實(shí)施后都能更好的開發(fā)和維護(hù)系統(tǒng)，靈活適應(yīng)多變的生產(chǎn)流程變化和生產(chǎn)工藝要求變更。
圖5. DELMIA Apriso MOM技術(shù)框架
DELMIA Apriso MOM平臺(tái)具有以下優(yōu)勢(shì)：
統(tǒng)一數(shù)據(jù)源、流程驅(qū)動(dòng)、可多站點(diǎn)部署；
跨越多種業(yè)務(wù)模式支持；
專有的系統(tǒng)集成接口；
所見即所得的圖形化業(yè)務(wù)建模；
COE方法論 – 業(yè)務(wù)流程全球化標(biāo)準(zhǔn)化模板；
內(nèi)置智能決策、工業(yè)大數(shù)據(jù)與KPI分析工具 – MPI；
多工廠部署與全球可追溯；
自由靈活的實(shí)時(shí)策略；
圖6. MOM信息系統(tǒng)架構(gòu)
Level 2層集團(tuán)COE負(fù)責(zé)集團(tuán)所有工廠業(yè)務(wù)模型的開發(fā)，部署有COE開發(fā)機(jī)、COE開發(fā)機(jī)和COE管理機(jī)。在達(dá)索系統(tǒng)多年最佳實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方法論指導(dǎo)下，集團(tuán)COE中心基于集團(tuán)工廠通用業(yè)務(wù)流程開發(fā)核心業(yè)務(wù)模塊，基于各事業(yè)部項(xiàng)目的具體業(yè)務(wù)差異化需求開發(fā)個(gè)性化選配模塊，通過核心業(yè)務(wù)模塊+個(gè)性化可選業(yè)務(wù)模塊，組成各事業(yè)部的MOM系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)。COE方案進(jìn)入總部業(yè)務(wù)庫，通過Apriso的GPM工具，總部統(tǒng)一打包，分步部署到多工廠本地環(huán)境。
Level 1站點(diǎn)對(duì)應(yīng)集團(tuán)各個(gè)工廠。每個(gè)站點(diǎn)，根據(jù)各個(gè)站點(diǎn)的實(shí)際業(yè)務(wù)負(fù)荷，靈活調(diào)整服務(wù)器資源。
圖7. MOM集團(tuán)部署架構(gòu)方案
通過統(tǒng)一卓越運(yùn)營(yíng)（COE），可實(shí)現(xiàn)多工廠業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化、全面數(shù)字化，極大地提高多工廠部署效率并降低后期運(yùn)維成本。
DELMIA Apriso 具備強(qiáng)大的集成功能，通過系統(tǒng)中的Business Integrator（簡(jiǎn)稱BI）和Machine Integrator（簡(jiǎn)稱MI）工具，可以很便捷與各類信息化和設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行交互。
對(duì)于ERP、WMS、PLM等第三方信息系統(tǒng)的集成，DELMIA Apriso系統(tǒng)平臺(tái)通過內(nèi)嵌的中間件Business Integrator，支持多種接口方式，比如OPC2.0、IDOC、RFC、PO/MQ消息隊(duì)列、Web服務(wù)、COM調(diào)用、數(shù)據(jù)庫直接訪問等方式，與這些系統(tǒng)進(jìn)行集成。
對(duì)于與SAP系統(tǒng)的集成，DELMIA Apriso有SAP官方認(rèn)證的專門接口與SAP各個(gè)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳遞，如SAP的PP、MM、SD等模塊。
對(duì)于各類設(shè)備管理系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)，DELMIA Apriso除了通過BI模塊進(jìn)行系統(tǒng)集成，還能通過MI模塊，基于業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的OPC方式進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。
圖8. MOM系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)集成架構(gòu)
根據(jù)油氣裝備生產(chǎn)的工藝和特點(diǎn)，達(dá)索系統(tǒng)MOM規(guī)劃有9大核心功能：高級(jí)排程、數(shù)字化工藝執(zhí)行、生產(chǎn)質(zhì)量管理、生產(chǎn)執(zhí)行、設(shè)備管理、工業(yè)互聯(lián)應(yīng)用、精益看板及生產(chǎn)指揮中心、專業(yè)應(yīng)用App、主數(shù)據(jù)及建模。
圖9. MOM核心功能架構(gòu)圖
基于DELMIA Ortems，提供了一套集成的、基于敏捷制造概念的、創(chuàng)新的高級(jí)計(jì)劃排程(APS)解決方案。通過模擬排產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)均衡產(chǎn)能，優(yōu)化廠級(jí)計(jì)劃；分析瓶頸，優(yōu)化采購、自制及委外計(jì)劃；并基于油氣裝備特性、設(shè)備能力等約束的差異性，實(shí)現(xiàn)工序級(jí)、端到端的有限能力排產(chǎn)；打通物料計(jì)劃與生產(chǎn)計(jì)劃，多方位全面的分析物料齊套狀況；
承接上層系統(tǒng)工藝數(shù)據(jù)，通過與中控系統(tǒng)、設(shè)備接口集成，實(shí)現(xiàn)作業(yè)指導(dǎo)、工藝參數(shù)，NC程序等下發(fā)；作業(yè)指導(dǎo)書、工藝文件直達(dá)現(xiàn)場(chǎng)終端，支持PAD查看，支持基于2D/3D模型的交互式模型操作與信息錄入；通過建模和配置的方式，實(shí)現(xiàn)工藝包含的人機(jī)料法環(huán)等要素與工位/產(chǎn)線自動(dòng)關(guān)聯(lián)，驅(qū)動(dòng)人工作業(yè)規(guī)范化和設(shè)備作業(yè)的自動(dòng)化。
實(shí)現(xiàn)全面質(zhì)量管理，標(biāo)準(zhǔn)無紙化、質(zhì)量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、不良品全生命周期管理、在線SPC過程質(zhì)量分析及預(yù)警，提高質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)效率；質(zhì)量異常閉環(huán)，異常處理全過程記錄，形成知識(shí)庫。可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量全球遏制與全球追溯。
無紙化生產(chǎn)；接收APS計(jì)劃，可進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)派工。與廠線設(shè)備集成，下發(fā)工藝參數(shù)，采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)設(shè)備按計(jì)劃、按工藝自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控與生產(chǎn)協(xié)同。與原材料、成品倉庫進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，與AGV、懸掛鏈、板鏈等自動(dòng)物流設(shè)備集成，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)或半自動(dòng)物流配送，實(shí)現(xiàn)物料配送的物料清單精準(zhǔn)、數(shù)量精準(zhǔn)、時(shí)間精準(zhǔn)、配送地點(diǎn)精準(zhǔn)。
提供從資產(chǎn)管理到設(shè)備工藝文檔存檔、從日常維修、保養(yǎng)記錄以及狀態(tài)監(jiān)控等各個(gè)維度的功能；無紙化的設(shè)備點(diǎn)檢作業(yè)，可以基于Pad等智能移動(dòng)設(shè)備執(zhí)行作業(yè)。設(shè)備故障維護(hù)的過程，自動(dòng)圖形化提示維護(hù)指導(dǎo)。
與IOT平臺(tái)、SCADA、設(shè)備深度集成，實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)線自動(dòng)化設(shè)備或中控系統(tǒng)進(jìn)行集成與聯(lián)動(dòng)，訂單、工藝參數(shù)信息及時(shí)下達(dá)，數(shù)據(jù)及時(shí)上傳采集，自動(dòng)生產(chǎn)，減人增效；同時(shí)與周邊第三方系統(tǒng)有效集成，消除多信息化系統(tǒng)之間的信息孤島。
建立起工廠實(shí)時(shí)精益看板、KPI和報(bào)表數(shù)據(jù)分析體系，實(shí)現(xiàn)多維度可視化透明工廠管理，不同區(qū)域、不同層級(jí)信息可視化；形成精確數(shù)據(jù)報(bào)表，對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)、超限指標(biāo)等進(jìn)行分析，為決策提供數(shù)據(jù)分析。
系統(tǒng)支持移動(dòng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備，提供基于HTML5的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的一致性用戶體驗(yàn)，同時(shí)支持提供滿足Android 4.0及以上版本、iOS11以上版本的APP應(yīng)用。APP界面UI風(fēng)格可定制，能夠與客戶公司整體VI設(shè)計(jì)風(fēng)格保持一致。
根據(jù)實(shí)際工廠信息和工藝信息進(jìn)行工廠模型和工藝模型的創(chuàng)建。包括工廠、車間、產(chǎn)線、工作中心、工位建模、設(shè)備、部件、工裝工具建模，以及MBOM、工藝流程、工序、工步、工藝參數(shù)、操作指導(dǎo)建模。
注：該數(shù)據(jù)為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，僅供參考。
順時(shí)代潮流，賦夢(mèng)想雙翼。加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展，必將有力地推進(jìn)油氣生產(chǎn)裝備行業(yè)邁上新的臺(tái)階。達(dá)索系統(tǒng)的DELMIA Apriso是一款基于業(yè)務(wù)流程的可配置化制造運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)(MOM)，覆蓋了包括資源計(jì)劃、生產(chǎn)制造、質(zhì)量管控、倉儲(chǔ)物流、設(shè)備物聯(lián)與人員管理在內(nèi)的制造環(huán)節(jié)多業(yè)務(wù)領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于航空國(guó)防、汽車及零部件、工業(yè)裝備、船舶及海洋工程、高科技電子、生命科學(xué)、能源等多個(gè)行業(yè)。目前，全球有1000多家知名企業(yè)選擇了DELMIA Apriso做為企業(yè)的MOM平臺(tái)，使用用戶超過20萬。在國(guó)內(nèi)，海洋石油工程股份有限公司、三一集團(tuán)、遠(yuǎn)景能源、招商局重工有限公司等諸多優(yōu)秀的裝備領(lǐng)域公司在打造智能制造平臺(tái)時(shí)也都選擇了達(dá)索系統(tǒng)MOM平臺(tái)。在將來，達(dá)索系統(tǒng)制造運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)(MOM)愿助力越來越多的制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
油氣行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型如火如荼
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