工厂自动化技术及其应用ppt

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,67,工厂自动化技术及其应用,汇 报,提 纲,一、简介,二、工厂自动化的技术体系,三、相关单元技术及典型应用介绍,四、合作建议,机器人学实验室,水下机器人研究室,光电信息,研究室,现代装备研究室,自动化系统研究室,工业信息学研究室,高技术攻关,应用示范,研究与探索,高技术产业化,新松机器人等,所投资公司,事业法人,研究开发实体,创新结构布局：“两个实体、四个层次”,企业法人,产业化实体,制造,:,制造技术,:,Longman,词典对,“,制造解释为,：,“,通过,机器,进行,(,产品,),制作或生产，特别是适用于大批量,”,国际生产工程学会,（,1990,年,）,：制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称,。,把原材料变成产品，所采用的一系列技术的统称。,先进制造技术,(AMT),，是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源以及现代化管理等领域的成果，将其综合应用于产品生产、设计、制造、检测、管理和售后服务全过程的结果。,它,是制造技术的最新发展阶段，是制造技术与现代高新技术结合而产生的完整的技术群。,二、工厂自动化的技术体系,二、工厂自动化的技术体系,制造产品其本身的创新设计能力，即产品的竞争能力,(,制造,-,创造,),现有产品的改进,新产品的研发,生产产品的制造能力和管理水平，即制造产品的敏捷能力,(,制造,-,智造,),几个层面,:,制造单机设备层,制造设备本身能力的提升,(,智能化,),生产线,/,制造系统,制造,/,检测,/,物流设备构成的系统（成套化和数字化）,制造过程管理,制造执行过程的高效运行和过程改进（可视化和可控化）,企业资源管理,企业运作的科学化和业务流程的优化,企业竞争优势的两个关键：,先进制造技术的应用给企业赋予了新的特征,:,信息时代的,现代,制造企业将是一个全面集成的数字化企业,。,管理数字化,产品设计数字化,生产过程数字化,制造装备数字化,企业数字化,以,CIMS,为核心的数字化企业思想得到企业的认同，并将其作为信息化建设的目标。,二、工厂自动化的技术体系,制造装备,PCS/NCS,MES,二、工厂自动化的技术体系,工厂自动化技术是先进制造技术的重要组成部分,ERP,制造业信息化,工厂自动化,制造能力和管理水平,三、相关单元技术及典型应用介绍,1,、制造执行系统技术（,MES,）,2,、网络化控制技术,3,、专用装备技术,9,70,年,代末,传统,T-MES,阶段：,单一功能的车间级应用,专用,Point-MES,Next-Generation MES:,- 2004,年协同制造执行系统,C-MES,概念,-,具有开放式、客户化、可配置、可伸缩等特性的新型体系结构,-,智能性,- WEB,技术,80,年代,中期,90,年代初,2000,年,2004,年,可集成,I-MES,阶段,:,- 1990,年,AMR MES,概念,- 1992,年,MESA,成立,- 1997,年,MES,白皮书,- 2000,年,ISA 95,系列标准,具有客户化、可重构、可扩展和互操作等特性,发展阶段,:,3.1,制造执行系统,(MES),技术,MES,汇集了车间中用以管理和优化从定单下达到生产完成全过程中的所有活动的硬件或软件组件，通过控制和利用准确的制造信息，对车间生产活动中的实时事件做出快速响应，同时向企业决策支持过程提供相关生产活动的重要信息。,定义,:,Manufacturing Execution System Association,，,MESA,制造执行系统（,Manufacturing Execution System, MES,）是一种面向车间层的生产管理和优化运行技术； 是位于企业上层生产计划和底层工业控制之间、面向车间层的管理信息系统。,3.1,制造执行系统,(MES),技术,MES,在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理活动信息沟通的,桥梁,。,MES,采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数据和状态信息，目的在于,优化和改善制造活动,。它强调是当前视角，即,精确的实时数据,。,从对,实时的要求,而言，如果说控制层要求的实时的时间系数为,1,，那么,MES,的时间系数为,10,ERP,的时间系数为,100,可控性,可视性,MES,特征,:,3.1,制造执行系统,(MES),技术,功能模型,:,MESA,O/DS,DP,RA&C,DC,PT&G,PA,LM,MM,PM,QM,DC&A,资源分配及控制,RA&C,生产作业计划,O/DS,生产调度,DP,质量管理,QM,生产过程管理,PM,文档控制,DC,数据采集,DC&A,劳动力管理,LM,设备维护管理,MM,产品跟踪与追溯,PT&G,性能分析,PA,SCM,Service/,Repair,APS,ERP,CRM,PCS,PLM,PDM/,CMC,3.1,制造执行系统,(MES),技术,MES,标准的进展,:,ANSI/ISA-95,标准,-,企业与控制系统集成标准,（,1,）,ANSI/ISA-95.00.01,，,企业,-,控制系统集成，第一部分：模型和术语；,包括标准的术语和对象模型,(,信息交换,),(Approved July 15,2000; 2010: IEC/ISO 62264-1; GB/T 20720.1),（,2,）,ANSI/ISA-95.00.02,，,企业,-,控制系统集成，第二部分：对象模型属性；,由第一部分中的定义的每一个对象的属性组成。,(Approved October 17,2001; 2010:IEC/ISO 62264-2; GB/T 20720.2),（,3,）,ANSI/ISA-95.00.03,，,企业,-,控制系统集成，第三部分：制造,过程,管理,活动,模型；,集中在第三层（生产,/MES,层）上的功能和活动。,(Approved June 6, 2005; 2010:IEC/ISO 62264-3; GB/T 20720.3),（,4,）,ANSI/ISA-95.00.04,，,第四部分：,定义制造运作管理对象模型属性,（制定中）,（,5,）,ANSI/ISA-95.00.05,，,第五部分：定义商业系统和制造业之间信息交易,(Approved January 10,2007),3.1,制造执行系统,(MES),技术,来源,:,美国,Logica MES Centre of Excellence,公司的,MES Product Survey 2007/2008,报告,国外,MES,行业分布,:,1,电子,2,汽车,3,食品,&,饮料,4,机械,&,工具,5,制药,6,半导体,7,塑料,&,橡胶,3.1,制造执行系统,(MES),技术,国内的,MES,应用集中在冶金、石化、汽车、烟草和电子等几大行业。冶金、石化、汽车等为国内较早开始信息化建设的行业，轻工、纺织等行业启动则较晚。,流程,/,混合流程行业应用要好于离散行业,我国已经应用和正在建设,MES,的钢铁企业共有,30,多家，他们的钢铁产量占全国钢铁总产量的,50%,以上。,烟草行业大约有,1/3,左右的生产厂已经实施了,MES,系统。,国内,MES,行业分布,:,3.1,制造执行系统,(MES),技术,MESA,调查分析结果：,生产周期缩短,45%,； 数据输入时间缩短,75%,；,在制品减少,24%,； 文书工作减少,61%,；,交货期缩短,27%,； 不合格产品降低,18%,；,文书丢失减少,56%,。,MES,给企业带来的效益,3.1,制造执行系统,(MES),技术,3.1,制造执行系统,(MES),技术,MES,相关技术：,制造执行系统平台与集成技术,基于,MES,标准的制造过程建模技术,数据采集与过程跟踪技术,产品质量诊断,/,控制,/,调整技术（,SPCDA,）,不同生产类型的高级排产与调度技术（,APS,）,设备故障诊断与预防性维护技术,制造系统性能评价,技术,自主研发了,MES,开发与运行平台：,MessageBus,DB Manager,DataReader,DataWriter,Alarm SPC,GateWay,MES,应用套件,生产管理,过程跟踪,建模工具,工厂,模型,产品,模型,事件,模型,执行,模型,异构数据源适配器,实时,历史库,OPC,RS232,质量管理,产品管理,效率分析,Calculation Mgr,MES,企业集成连接器,ERP,CRM,Info Publish Engine,Data Mining Engine,MES,信息门户,持久存储,SQL Server 2005,SDK,核心服务,3.1,制造执行系统,(MES),技术,3.1,制造执行系统,(MES),技术,制造过程建模方法与可视化技术：,产品模型,-,工厂模型关联,执行模型,-,工厂模型关联,执行模型,-,产品模型关联,生产线,参数,工位,车间,制造过程建模方法与可视化技术：,3.1,制造执行系统,(MES),技术,工厂模型：生产线,/,工艺段,/,设备,实现工艺段与质量检测点和保证工艺参数的设备及控制变量的关联,实现生产线,/,设备模型与状态信息和生产信息的关联,间隙测量及垫片自动选装系统,带钮距传感器的电动拧紧工具,带位移和压力传感器的压装机,基于图像的自动识别系统,关键设备的数据采集与集成：,(,可视化,),3.1,制造执行系统,(MES),技术,变速箱综合性能加载试验台,发动机综合性能试验台,关键设备的数据采集与集成：,(,可视化,),3.1,制造执行系统,(MES),技术,磁导航带,RFID,定位的,AGV,物流小车,工业智能打标机,RFID,托盘跟踪,手持,PDA,物料扫描,关键设备的数据采集与集成：,(,可视化,),3.1,制造执行系统,(MES),技术,防错装控制,产品,A,零件所在料位,产品,B,零件所在料位,产品,A,计划执行,产品,B,计划执行,MES,应用系统,PLC,利用料架上的指示灯，指示操作者获取正确的物料,智能料架,工艺执行、质量、,防错漏,等在线控制能力,(,可控化,),3.1,制造执行系统,(MES),技术,MES,应用系统,产品,A,工艺,产品,B,工艺,产品,A,计划执行,产品,B,计划执行,PLC,工位计算机,压机,压力超过工艺要求产生报警提示并同时控制压机停止动作,工艺执行、质量,、防错漏等在线控制能力,(,可控化,),3.1,制造执行系统,(MES),技术,物料跟踪示例,:,Part A,Part B,Part C,分总成,A,Part M,Part N,零件,数量,时间,批次,Part A,1,05-08:45,0512011,Part B,2,05-08:45,0412013,Part C,1,05-08:45,0510001,MES,对分总成,A,的跟踪记录示意,装配者,工人甲,在制品,A,托盘,/AGV,总装配线,报完工,零件,数量,时间,批次,Part M,1,05-08:45,0512011,Part N,2,05-08:45,0412013,分总成,A,1,05-08:45,0510001,MES,对在制品,A,的跟踪记录示意,装配者,工人乙,基于事件,&,时间序列的制造过程跟踪和追溯能力,(,可控化,),3.1,制造执行系统,(MES),技术,基于事件和时间序列的过程跟踪与控制模型,ERP,计划,跟踪过程,工位,料架,人员,离线质量,零件,详细排产,总装计划,总装过程,投料,总装开始,总装结束,使用零件信息,班组登录,压机,拧紧工具,测试,料架,实际工艺参数、设备状态、人员操作,品种,数量,供应商,料架,设备,投料,使用零件信息,品种,数量,供应商,分装开始,分装结束,分装过程,生产过程,实际工艺参数、设备状态、人员操作,实际工艺参数、设备状态、人员操作,实际工艺参数、设备状态、人员操作,时序,质量信息,质量信息,3.1,制造执行系统,(MES),技术,基于事件,&,时间序列的制造过程跟踪和追溯能力,(,可控化,),3.1,制造执行系统,(MES),技术,物料配送清单及批次采集,基于事件,&,时间序列的制造,过程跟踪和追溯能力,(,可控化,),关键工艺,测试数据参数,柴油机产品的制造过程档案：,(,物料批次、试漏,/,拧紧,/,试车工艺参数、人员、操作时间,),基于生产过程跟踪模型的典型应用,-,朝阳柴油机总装,MES,系统,3.1,制造执行系统,(MES),技术,基于生产过程跟踪模型的典型应用,宇通客车,MES,系统,基于事件,&,时间序列的制造过程跟踪和追溯能力,(,可控化,),3.1,制造执行系统,(MES),技术,基于事件,&,时间序列的制造,过程跟踪和追溯能力,(,可控化,),基于生产过程跟踪模型的典型应用,-,宇通客车,MES,系统,3.1,制造执行系统,(MES),技术,基于事件,&,时间序列的制造,过程跟踪和追溯能力,(,可控化,),基于生产过程跟踪模型的典型应用,-,宇通客车,MES,系统,3.1,制造执行系统,(MES),技术,瓶颈车间的调度问题,(,优化,),基于生产过程跟踪模型的典型应用,-,宇通客车,MES,系统,3.1,制造执行系统,(MES),技术,计划排产生产周期压缩,涂装车间现平均单车实际生产周期约,55,小时，计划排产压缩生产周期约,10,小时,计划排产吊装满足率,由于计划排产采用依据吊装计划的倒排产算法，理论上,100%,满足吊装。,计划排产设备利用率,现涂装车间设备利用率约,50%,，详细计划排产提高设备利用率到约,70%,瓶颈车间的调度问题,(,优化,),3.1,制造执行系统,(MES),技术,MES,应用与合作：,3.1,制造执行系统,(MES),技术,汽车行业装配生产线,大同变速箱装配生产线,MES,系统,陕西,FAST,变速箱装配生产线,MES,系统,株洲欧格瑞变速器装配试验线,MES,系统,东风朝阳柴油机总装生产线,MES,系统,浙江万里扬变速箱装配生产线,MES,系统,郑州宇通客车生产线,MES,系统,行业应用,离散加工企业,沈阳第一机床厂,MES,系统,长春,55,所柔性制造系统,MES,系统,流程,&,混合流程,鞍钢冷轧薄板厂,MES,系统,吉林烟草工业公司延吉卷烟厂制丝车间,MES,系统,吉林烟草工业公司延吉卷烟厂厂级,MES,系统,MES,应用与合作：,3.1,制造执行系统,(MES),技术,国内唯一,GE,智能平台高级解决方案供应商,国际联合实验室,三、相关单元技术及典型应用介绍,1,、制造执行系统技术（,MES,）,2,、网络化控制技术,3,、专用装备技术,3.2,网络化控制技术,网络,控制,系统,(NetworkedControlSystem,，,NCS,），即网络化的,控制,系统，又称为,控制,网络。分布式,控制,系统或称集散,控制,系统（,DCS,）、工业以太网和现场,总线,系统,(FCS),都属于网络,控制,系统。这体现了,控制,系统正向网络化、集成化、分布化、节点智能化的方向发展。,3.2,网络化控制技术,现场总线技术：,现场,总线,（,Fieldbus,）是一种数字化的串行双向通信系统。这一技术可将所有现场设备（,传感器、变送器、执行器和数据采集模板,等）与,控制,器用一根电缆（光缆或,无线,）连接在一起，形成设备及车间级的数字化通信网络，可完成现场状态监测、,控制,、远程参数化等功能。,自动控制,和显示系统,P,L,F,现场总线,车间现场设备,减少连线和安装,传统的,4-20,mA,连线,每台设备需要一个安全栅,和一对连线,现场总线连线,多台设备共用一个安全栅,和一根总线,控制器,控制系统网络,现场总线,4-20,mA,输入/输出,子系统,I.S.,I.S.,I.S.,I.S.,控制器,控制系统网络,3.2,网络化控制技术,现场总线技术优点：,提高控制功能的分散性,传统型,现场总线型,有些控制和,I/O,功能可以转移到现场仪表,。,控制器,控制系统网络,现场总线,4-20,mA,输入/输出,子系统,PID,PID,AI,AI,AO,AO,控制器,控制系统网络,3.2,网络化控制技术,现场总线技术优点：,增加信息的交互量,传统,4-20,mA,单变量,单向,现场总线,多变量,双向,控制器,控制系统网络,现场总线,输入/输出,子系统,控制器,控制系统网络,3.2,网络化控制技术,现场总线技术优点：,扩大了操作视野,传统,4-20,mA,只能看到,I/O,子系统,现场总线,视野可以扩展到现场仪表,控制器,控制系统网络,现场总线,远程输入/输出,子系统,控制器,控制系统网络,3.2,网络化控制技术,现场总线技术优点：,过程自动化（,PA,）,Foundation Fieldbus,H1,Profibus PA,HART,工厂自动化（,FA,）,DeviceNet/ControlNet,Profibus DP,CANopen,Modbus,3.2,网络化控制技术,主流的现场总线技术：,工业以太网,(Ethernet),技术,3.2,网络化控制技术,随着计算机领域的局域通信逐步被以太网垄断，过程,控制,领域中上层的通信也逐步统一到以太网和快速以太网。以太网被用于网络,控制,系统已成为一种发展趋势,；,以太网技术,具有,数字式互联网络、互操作性、开放性和高网络性能,，,是最符合网络,控制,系统现场,总线,的,特点,，工业,以太网,成为现场总线技术的发展方向；,现场总线向工业以太网方向发展,Foundation Fieldbus - HSE,（,HighSpeedEthernet,）,Profibus,- PROFINET,DeviceNet/ControlNet,-,EtherNet/IP,Modbus,-,Modbus,IDA,EPA,（国内自主标准）,Ethernet,POWERLINK,EtherCAT,SERCOS,III,要满足：实时性、确定性、可靠性工业要求,工业以太网,(Ethernet),技术,3.2,网络化控制技术,工业,无线,技术,3.2,网络化控制技术,非接触传输，特别适用于,恶劣环境或振动、高速旋转对象的监控,降低安装成本、持续降低运行维护成本,更换方便，便于升级,减少接插件故障，移动自由且不受限制,工厂测控模式的变革,传统认为成本过高，无法大规模部署传感器进行监测的应用成为可能。,工业,无线,技术,3.2,网络化控制技术,ARC,预测：,2010,2015,年，工厂设备健康维护相关市场将以每年,200,的速度增长。,美国总统科技顾问委员会在“面向,21,世纪的联邦能源研究与发展规划”中指出：,工业无线技术的应用将使工业生产效率提高,10,，并使排放和污染降低,25,。,Wireless HART,标准于,2008,年,9,月成为国际标准,ISA100.11a,标准于,2009,年,4,月正式发布,WIA-PA,（国内自主标准）标准于,2008,年,10,月成为国际标准,工业,无线,技术,3.2,网络化控制技术,工业,无线,技术,3.2,网络化控制技术,Emerson,智能无线网络产品,(,基于,Wireless HART,标准,),工业,无线,技术,3.2,网络化控制技术,Honeywell,无线产品,(,基于,ISA100.11a,标准,),工业自动化仪表方面：,国内唯一符合,IEC61158,协议标准的低功耗芯片,支持,FF H1,、,Profibus,PA,标准设备开发,在保持功耗（,60A,）低于同类产品指标的前提下,内嵌,4KSRAM,，能有效简化芯片用户的开发工作量,自主,HART,芯片,HT1200M,核心芯片,符合,HART,协议国际标准，低功耗和性能指标完全达到国外同类先进产品水平。,通信芯片,FBC0409,通信芯片,HT1200M,3.2,网络化控制技术,现场总线智能仪表全套解决方案,FF/HART/,Profibus,PA,现场总线芯片,FF/HART/,Profibus,PA,现场总线协议,FF/HART/,Profibus,PA,现场总线通信卡,/,仪表圆卡,FF/HART/,Profibus,PA,现场总线控制应用功能块,工业自动化仪表方面,3.2,网络化控制技术,牵头制定工业无线网络国家标准,(WIA-PA),2008,年,10,月成为,IEC,国际标准,3.2,网络化控制技术,工业,无线,技术,方面,系统级,模块,+,协议级,模块级,OEM,裸模块,传感器网络硬件平台,OEM,协议级模块,开发套件,工具软件,仪表整机,网关,组态软件,服务,技术咨询,技术服务,技术开发,3.2,网络化控制技术,工业,无线,技术,方面,3.2,网络化控制技术,工业,无线,技术,方面,压力计：中科博微公司,温度计：,上海自动化仪表所,粉尘浓度传感器：川仪公司,压力变送器：伟岸测仪,阀门定位器：浙江中控,电磁流量计：北京天宇蓝翔,与国内仪表企业密切合作，开发出,10,余种无线智能仪表样机，在企业示范应用,WIA,PA,电机能效在线监测系统,通过无线方式监测电机和电炉的运行状态，实现节能运行及故障预测维护,3.2,网络化控制技术,工业,无线,技术,方面,智能电网和工业无线仪表,3.2,网络化控制技术,工业,无线,技术,方面,三、相关单元技术及典型应用介绍,1,、制造执行系统技术（,MES,）,2,、网络化控制技术,3,、专用装备技术,1997,年完成国内第一台全自动肋骨弯淬机床电气控制系统,2001,年和,2002,年先后完成了三台改进型肋骨弯淬机床电气控制系统,曲率半径检测和闭环控制已申请了国家专利,项目获得了中国科学院科技进步三等奖,3.3,工业机器人与专用装备技术,典型实例,:,全自动肋骨弯淬机床,3.3,工业机器人与专用装备技术,典型实例,:,全自动肋骨弯淬机床,采用先进的工业,PC,、曲率半径和淬火温度在线检测技术，实现了肋骨加热、淬火、成型的全自动化控制。主要指标：,弯制曲率半径：,1200mm-,；,曲率半径控制精度：,2mm,淬火温度：800-1400；,控温精度：,5,肋骨成型原理,:,其中：,q1,为检测角；,L1,为顶轮圆心到线圈平面的初始距离；,r1,为顶轮半径；,x,为球栅尺检测值,定位轮,:,根据钢料宽度决定进给位移,硬支撑轮,:,几何位置固定,成型轮,:,它的位置对应钢料成型曲率半径,加热位置,:,中频加热钢料,直线位移传感器,:,光栅尺或球栅尺,3.3,工业机器人与专用装备技术,典型实例,:,全自动肋骨弯淬机床,1,、曲率半径在线检测,:,通过曲率半径检测机构，利用计算机采集直线位移传感器（此处光栅尺或球栅尺）检测到的钢料成型部分给检测机构检测轮造成的位移，通过与成型轮和变形区的数量关系，即可计算出当前钢料曲率半径。,2,、成型轮位置控制,:,计算曲率半径与设定值比较，通过控制算法闭环控制成型轮位置。考虑到钢料的回弹等因素，系统加入了修正系数。,3.3,工业机器人与专用装备技术,典型实例,:,全自动肋骨弯淬机床,监控主画面,3.3,工业机器人与专用装备技术,典型实例,:,全自动肋骨弯淬机床,弯,淬机运行状态,3.3,工业机器人与专用装备技术,典型实例,:,全自动肋骨弯淬机床,对数字化螺旋焊钢管成型机组的借鉴意义,1,、钢管直径和椭圆度检测装置。在成型机组出口同一横截面上,3,个或,4,个固定位置安装激光测距传感器，检测钢管成型过程中造成的位移量，传送给控制计算机，计算出当前钢管直径和椭圆度。,2,、根据上面计算结果，与钢管设定直径相比较，通过控制算法自动调整成型机组后桥或（和）,2,号辊的位置，达到自动控制钢管直径、椭圆度及合口尺寸的目的。,3,、通过专家系统设置,2,号成型辊压下量，减小钢管回弹在合口处产生的应力，提高焊接质量。,3.3,工业机器人与专用装备技术,典型实例,:,全自动肋骨弯淬机床,四、合作建议,1,、为中石油装备制造企业提供制造执行系统（,MES,）建设方面的咨询、规划、设计、开发和系统实施等方面的技术服务；,2,、为企业现有生产装备的升级改造提供网络化控制解决方案；,科技创造未来 服务体现价值,谢谢！,