数字化工厂如何变成智能工厂

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,智能制造技术与数字化工厂应用,1,一、智能制造产业与技术背景,二、智能制造基本内涵与关键技术,三、基于RFID的智能制造技术与应用,2,制造技术,发展趋势,绿色化,制造需求：,多品种多批量、高质量低成本、柔性制造快速响应,、节能减排环境友好等,制造技术的发展需求与趋势,产品全生命周期（设计、制造、运,作等）满足客户个性化需求,全价值链端到端系统工程,个性化,提高能源利用效率，实现,工业生产“绿色环保”,绿色制造,柔性化生产线,实现多品种产品生产的动态,配置资源,定制化,3,1,能源和资源利用效率,是竞争力的决定性因素,更短的创新周期,更为复杂的产品,更大的数据量,个性化大规模生产,快速变化的市场,更高的生产效率,提升效率,制造业核心竞争力正在发生深刻变化,提升竞争力,制造业变化的速度比以往更快,3,2,缩短生产周期,提高柔性,4,制造业成为全球经济持续发展的发动机,美国,“再工业化”,国家制造技术创新联盟,使用本国页岩气和石油,德国,保持工业领先地位,持续创新机制,高出口量,工业4.0为新的指导原则,中国,发展高端技术实现产品升级,工资上涨,质量驱动的自动化需求,节能立法,5,2015,年中国长三角地区的制造成本仅比美国低,5%,全球制造产业正在发生深刻变化,6,￥,400,￥,200,成都,￥,250,佛山,东莞,惠州,深圳,常熟,昆山,上海,杭州,1992,年,台湾,￥,950,1988,年,富士康下一步迁往何处？,￥,410,秦皇岛,天津,大连,烟台,￥,320,廊坊,晋城,90,年代末,郑州,武汉,重庆,￥,1290,2013,年,-,贵阳,￥,1030,￥,200,印度尼西亚,最低￥,670,7,中国制造业挑战与机遇,哥本哈根中国减排目标,产业升级压力,劳动力成本上升,能耗排放压力,中国制造业机遇：发展先进制造技术，实现产业升级,低附加值,高附加值,8,第一次浪潮,工业革命,机器和工厂出现,推动规模经济和,经济领域扩展,第二次浪潮,互联网革命,计算机技术和,分,布式信息网络的,崛起,制造技术发展：第三次浪潮（美国）,第三次浪潮,工业互联网,基于机器的分析：,物理分析、重点学,科的深厚专业知识,、自动化、预测,9,第一次工业革命,蒸汽动力机械,设备应用于生产,第二次工业革命,电机发明和电能,使用，大规模流,水线生产,第三次工业革命,应用,IT,技术（,PLC,、,NC,等）实,现自动化生产,制造技术发展：第四次工业革命（德国）,第四次工业革命,应用信息,-,物理系,统（,CPS,）实现智,能化生产,10,制造技术发展：智能制造（中国制造,2025,）,智能制造科技发展“十二五”专项规划,国家科技重大专项（,02,专项）,极大规模集成电路制造装备,及成套工艺,国家科技重大专项（,04,专项）,高档数控机床数字化设计关键技术,与工具集研发及典型产品应用,国家智能制造装备重大专项,智能制造关键技术、数字化车间示范应,用、智能制造系统等,重点研究数字化设计制造集成技术,做大做强数字制造装备，促进制造业,智能化、精密化、绿色化发展,国家中长期科学和技术发展,规划纲要,(2006-2020),“,十二五,”,国家战略性新兴产业,发展规划,11,二、智能制造基本内涵与关键技术,12,智能制造：应用范围,智能设备、智能系统和智能决策代表着机器、设备组、设施和系统网络的,工业世,界,能够更深入地与连接、大数据和分析所代表的,数字世界融合,13,智能制造：大数据循环,安装仪器仪表,的工业机器,专有机器数据流的,提取和存储,工业数据系统,安全、云计算网络,基于机器的算法,和数据分析,大数据分析,与合适的人,和机器分享数据,可视化远程,和集中数据,数据流返回机器,实体和人际网络,14,智能制造：技术目标,通过嵌入式互联网技术，离散的信息,-,物理系统（,CPS,）进行连接交互,产品制造过程中包含,所有,必要信息,考虑全价值链进行生产设备,整合、自组织,生产过程中按照实际工况,灵活决策,15,智能制造：技术路线,生,指,通过软件和网络进行产品开发、,产和服务沟通,机器与产品实时进行信息和,指令交互,自主控制和优化,16,2020,智能制造：发展阶段,智能化,产品设计、制造过程中具有,感知、分析、决策、执行功,能,网络化,利用自组织网络，动态配置,资源，实现研究、设计、生,产和销售各种资源重组,2015,数字化,CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM,/ERP/RE/RP,2011,17,网络化生产企业间横向集成,产品开发,产品生产,产品服务,制造体系纵向集成,ERP,MES,PCS,设计,生产,物流,营销,客户需求,智能制造核心特征,产品全生命周期端到端集成,18,智能制造发展方向：产品智能化,自适应工况：,工况识别感知,控制算法及策略,人机交互：,多功能感知,智能,Agent,语音识别,信息融合,自主决策：,环境感知,路径规划,智能识别,自主决策,回收,信息,原材料,信息,设计,信息,制造,信息,物流,信息,销售,信息,产品全生命周期个性化定制与服务,无人机,无人驾驶汽车,智能家电,19,智能制造发展方向：装备智能化,制造技术变革,将专家的知识和经验融入感知、决策、执行等制造,活动中,赋予产品制造在线学习和知识进化能力,实现自学自律制造,日本,Mazak,机床,热屏障,主动振动控制,智能装备特点：,瑞士米克朗机床,智能工艺规划,大连机床,热补偿功能,智能化,智能装备,2000,数字化,数控装备,1960,国际,智能制造初露端倪,国内,20,该生产什么,质量,管控,智能制造发展方向：车间智能化,全局生产管控,What to produce,Status of equipment,设备状态,Overall production monitoring and control,Work instruction,作业指导,Production statistic,生产统计,Quality control,物料准时配送,JIT material delivering,生产防错系统,Error-proofing,产品及时发运,Product delivering,21,智能制造发展方向：工厂智能化,智能化加工设备,DNC,智能化机械手,智能刀具管理,中央控制室,现场,Andon,现场监视装置,智能加工中,心与生产线,智能化仓储,/,运输与物流,智能化生产执,行过程管控,智能化生产控制中心,智能化工厂,自动化立体仓,库,AGV,智能小车,公共资源定位系,统,高级计划排程,执行过程调度,数字化物流管,控,数字化质量检,测,22,大灯总成,动力总成,悬架总成,底盘,轮胎,智能制造发展方向：供应链智能化,主机厂与供,应商：物理距离 与 信息距离,以江淮汽车为例：,零部件供应巢建设项目现已有澳大利亚和台湾、香港等,7,省区在内的,260,家企业签约入驻,目前江淮已实施了物料拉动平台,主要方向：,以主机厂为核心,的全产业链质量控制,仪表台总成,座椅,23,智能制造发展方向：智能制造模式,37.11,亿,美元,突破,10000,亿,网络改变沟通：社交服务平台,网络改变交易：电子商务平台,网络改变生产：智能制造平台,物联网,+,服务网,24,高速通讯网络协议,资料共享技术,信息安全技术,智能制造关键技术：数字化制造,数字化建模,虚拟设计,创新设计,数字样机设计,面向制造,DFM,智能控制技术,高速高精度驱动,嵌入式数字制造,远程诊断,智能维护,数字控制,生产管理,控制传感技术,实时信息管理技术,信息集成技术,数字化车间技术,制造系统建模,决策控制,25,2012,年中国工业机器人销量为,2.7,万,台；我国达到世界水平时,将有,380,亿,工业机器人本体市场空间，,1140,亿,工业机器人系统,集成市场空间,焊接、装配、喷漆、码垛、搬运,世界工业机器人安装总量,智能制造关键技术：机器人,全球年增长率,9%,中国年增长率,17%,26,智能制造关键技术：,3D,打印,3D,打印技术：,增材工艺，缩短生产周期，减少对环境的影响，提高原材,料和能源使用效率,27,智能制造关键技术：传感器,28,三、基于RFID的智能制造技术与应用,29,RFID,技术,RFID,（,RadioFrequencyIdentification,）,是一种,非接触式,的自动识别技术，它,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。,20,世纪,70,年代,20,世纪,90,年代,20,世纪,70,年代,20,世纪,90,年代,RFID,技术特点与优势：,适应复杂工况：,防雨水、抗污渍、抗油污、可喷涂,读写方便快捷：,可读可写，,“盲视”“透视”扫描,批量操作：,批量读,/,写、远距离读写,现场即验即写：,对着实物直接写入信息，码物一一对应,读识性能可靠：,一次性“盲扫”，识别可靠性达,99.8%,以上,30,30,RFID,频段,低频,125135KHz,高频,13.56MHz,超高频,860-960MHz,2.4G/,微波,2.45GHz,通讯原理,电感耦合,电磁波耦合,芯片供电,被动,被动,被动,/,主动,被动,/,主动,识别距离,0-100cm,0-120cm,EU4m/USA6m,1m20m,速度,50,张,/s,100,张,/s,300,张,/s,500,张,/s,数据容量,小,(64-512bit),较小,(160-2000bit),较小（,512bit,）,中等（,2kb,）,RFID,工作原理与分类,标签,（,TAG,）,天线,(ATENNA),1,、读写器通过,天线发出无线射,频能量信号,2.,标签通过无线射频信号,获得能量,3.,电能对电子标签芯片供,电、芯片将数据转换成,电磁波信号发出,读写器,(READER),信息系统,4.,读写器接收电,磁波并转换为,数据,31,31,RFID,技术在智能制造中应用,RFID,技术,智能家电,车间物流,工程机械,物流园,供应链,智能维护,混流制造,辅具控制,32,32,托盘,RFID,产品,RFID,智能制造方案：,数字化车间,辅具管控,辅具的可视化跟踪管理,辅具与主机自动信息交互,智能维护,设备在线监测、设备运行,状态评估与风险预警、设,备故障智能诊断与专家支,持,混流制造,单品级产品智能识别,工艺推送和操作指导,进度监控与质量追溯,辅具寿命定量监控与预测,实现多品种混流制造,提升生产效率和质量,33,33,运动过程快速识别，不影,响生产节拍,工业现场恶劣工况高可靠,识别,生产线路径,选择,M2M,通讯,机床加工程序,选择,零件加工质量,信息记录,数字化车间：,混流制造,基于,RFID,的混流制造解决方案,价值：,实现多品种同时高效制造，完全柔性化混流制造,34,34,数字化车间：,混流制造,缸体缸盖加工生产线：,30,万件发动机缸体（缸盖）加工、,100,万台,发动机缸体（缸盖）毛坯铸造生产能力，位居国内同行第一,应用效果：,实现,6,种以上缸体混流生产，提升缸体产能,10%,以上,35,35,数字化车间：,混流制造,三一重工,18,号厂房（,泵送车装配,）：,亚洲最大的数字化、智能化厂房，,精益制造模式，柔性流水线生产,应用效果：,流水化生产，节拍,60,分钟，产品，生产，质量信息自动反馈,较高质量图片,36,36,数字化车间：,辅具管控,对刀仪,刀具仓库,刀具参数将被自动储存,在刀库系统中,-,-,刀具规划,刀具寿命,-,-,-,刀具跟踪,仓库清单,质量管理,刀具,刀具磨削,机床,基于,RFID,的方案：,辅具全生命周期信息交互过程,适应恶劣加工工况,刀具与加工机床,/,对刀仪,M2M,刀具全生命周期管控,提升刀具利用率,提高机床使用率,提高加工零件质量,价值,37,37,数字化车间：,刀具全生命周期管控,国家特高压、超高压及高压开关设备的研发和生产基地，,为中国电力工业和世界各地用户提供大量高压开关设备,应用效果：,降低刀具库存,20%,，降低刀具成本,10%,，降低准备时间,15%,刀具库存和参数显示,38,38,数字化车间：,电极全生命周期管控,专注于消费电子领域精密模具及精密机构件，产品供应三星、华,为、中兴、海尔、夏普、联想、OPPO等国际知名消费电子厂商,电极坯料,电极加工,电极放电,电极回收,应用效果：,设备效率提升,10%,，交期缩短,10%,，综合成本降低,15%,39,39,供应链,智慧物流,物流园,智能制造方案：,智慧物流,物料出库,物料分拣组盘,物料配送上线,车间物流,产品运输过程跟踪,运输车辆跟踪定位,产品快速出入库,被动告知,主动感知,透明、安全、高效,车辆共享调度,园区中央监管,快速通行和盘点,物流货柜识别,批量货品分拣,40,40,智能物流：,车间物流,应用效果：,减少库存；提升配送效率和准确率；提高叉车、,AGV,利用率,零部件出库,物料转移,物料出库自动配送,物料分拣组盘,组盘成台套,物料托盘,RFID,识别,物料配送上线,AGV,调度,AGV,智能调度,41,41,效率,智能物流：,车间物流,美的集团是全球第二大的白色家电企业，中国家电龙头企业,，2012年产值达1300亿元,应用效果：,AGV,实现自动化路径选择、配送物料实现自动识别、提升配送,42,42,智能物流：,供应链,价值：,减少库存；提升自动化水平、减少仓库人员；提高叉车利用率；提,高作业完成率,JIT,的供应链模式,车辆进出,自动识别,物料批量识别,自动化,叉车调度,智能化,厂区卸货,实时监控,零部件备料透明化,43,43,识别，叉车物流资源任务智能调度；,智能物流：,供应链,美的集团是全球第二大的白色家电企业，中国家电龙头企业,，2012年产值达1300亿元,应用效果：,实现送货车辆厂区进出自动识别和卸货资源分配，出入库自动,44,44,智慧,物流园,批量货,物分拣,中央集,群监管,货品防,盗和追,踪,快速通,行和盘,点,物流车,辆货柜,识别,车辆地,理位置,监控,应用效果：,实现物流透明化、货物的安全和及时；提高了物流车辆运转的,效率和货物进出的效率,智能物流：,物流园,常平镇是东莞东部经济中心，广东省中心镇，珠三角地区最繁忙的货运,物流枢纽之一,45,45,解决方案,46,机电产品智能化：,家电产品智能化,解决方案：,智能板卡配合,RFID,技术，实现从设计、生产、销售、巡检、诊断维修,-,信息统计,-,报废全周期的信息管理、运行信息记录反馈、诊断与分析等功能。,方案价值：,提升产品智能化形象，提高产品设计、生产、销售、售后、维修,全程的质量和服务水平，实现产品全生命周期智能化。,47,应用案例：,美科智能冷柜,美科智能家电全生命周期解决方案,研,发,制,造,销,售,需求,订单,物流,设计,组装,体验,成品,测试,经销,系统,出厂,售后,效益：,家电产品智能化程度提高具有更好的用户体验，使生产制造诸多环节一,体化，实现跨越式的智能产品新价值。,48,机床加工,程序选择,零件加工质量,信息记录,数字化车间：,混流制造,解决方案：,在复杂零件和托盘上安装,RFID,标签，有效识别身份在加工设备和线体,上安装工业读写器，实现产品和设备的智能通讯，为,MES,等信息系统有效提供数据,采集和处理。,生产线路径,选择,M2M,通讯,方案价值：,实现工艺指导可视化、柔性化，提升多品种批量化生产过程的生产,效率，减少人员，提高数据采集效率，实现制造过程可追溯性。,49,应用案例：,上汽通用五菱,/,美的家用空调产线,缸体缸盖加工生产线：,30,万件发动机缸体（缸盖）加工、,100,万台,发动机缸体（缸盖）毛坯铸造生产能力，位居国内同行第一,家用空调装配混流制造：美的家用空调是全球第二大家用空调制造,企业，占据,17%,市场份额；,柔性加工,机械手和产品交互,加工设备和产品交互,柔性装配线,工序处装有读写器,工板装有,RIFD,标签,50,数字化车间：,刀具管理,基于,RFID,的方案：,辅具全生命周期信息交互过程,适应恶劣加工工况,刀具与加工机床,/,对刀仪,M2M,刀具全生命周期管控,提升刀具利用率,提高机床使用率,提高加工零件质量,价值,51,国家特高压、超高压及高压开关设备的研发和生产基地，为中国,电力工业和世界各地用户提供大量高压开关设备,应用案例：,武汉某公司,武汉重型机床集团是国内生产重型、超重型机床规格最大、品种最全,的大型骨干企业,刀具预调,换刀处读写器,机床,HMI,界面,刀柄上的,RFID,刀库自动识别,监控界面,52,现场管理,库存管理,配置管理,仓库,CNC,加工,CMM,测量,跟踪管理,EDM,放电,CNC,加工,RFID,系统,电极坯料,电极加工,电极放电,电极回收,数字化车间：,电极管,解决方案：,对每个电极治具上安装,RFID,电子芯片，对电极的设计延伸到制造、测,量和使用的全过程中实现数据和制造无缝交互，实现全流程的自动化，无人化。,方案价值：,打通模具从设计到制造的信息流和制造流，提高,CNC,加工效率，,减少仓库人员，减少测量人员，提高,EDM,稼动率,20%,以上；,53,应用案例：,东莞,某公司,专注于消费电子领域精密模具及精密机构件，产品供应三星、华为、,等国际知名消费电子厂商,手持,RFID,管理电极出入库,读取电极,RFID,参数、加工程,序,电极仓库中带,RFID,的电,极,自动测量,CMM,车间,配有管理系统的,CNC,加工车,间,一键式无人值守,EDM,车间,54,智慧物流：,供应链车辆引导与卸货管理,解决方案：,通过,RFID,、智能交通技术，结合厂区物料供应需求，实现厂区供应商车,辆预约、排队、身份识别，厂区卸货资源智能化分配；,方案价值：,实现物料拉动式供应链模式，实现厂区物流资源疏导，实现对供应链,车辆的入厂时间、卸货资源安排指引、时间控制，提高厂区物流资源利用率。,55,智能车辆物流及卸货：美的微波炉马龙基地是亚洲最大的微波,炉生产基地，年产量亚洲第一,应用案例：,美的,某部门,56,应用案例：,三一重工车间物流,三一重工是全国第三大工程机械集团，本案例实施地在三一,重工,18,号厂房,物料配送出口的,RFID,读写器,装配线边的,RFID,领料装置,码垛立库智能识,别,57,折叠箱,中空箱,周转箱,大周转,箱,点料室,投递口,货台口,R1,R2,货台口,收货口,收货口,货台口,R3,R4,货台口,车库,海思库房,RFID感应门,应用案例：,物料配送周转箱管理,南方工厂物流周转箱识别：,120000,件周转箱、覆盖华为整个终端,制造工厂；,58,