智能制造与数字化工厂

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,智能制造与数字化工厂,提 纲,一、两化融合下的数字化与智能化制造,二、数字化工厂概述,三、相关研究与案例,大背景：信息化与工业化融合,产品本身：,信息技术（,IT,，,Information Technology,）的应用使机械产品本身向数字化转变，深刻改变了机械产品的内涵；,生产活动：,计算机辅助设计、工艺、制造、测试、管理等先进技术手段使企业生产的自动化、柔性化、智能化程度大大提高，全面提升了企业的能力；,制造模式：,信息技术向制造业的全面渗透，还产生了许多新的工业化理念，如“协同生产”、“敏捷制造”、“大规模客户化定制”等；,未来发展：,信息技术新的发展，如下一代互联网、云计算、无线传感、物联网等，将更加广泛而深刻地引起机械工业的变革。,4,德国,法国,英国,西班牙,机舱内装饰,前后机身,驾驶舱和中段,机翼,发动机机架,垂直尾翼,水平尾翼,发动机,工装,美国,其它供应商,大背景：信息化与工业化融合,18,世纪末,20,世纪初,70,年代初,至今,第一次工业革命,机械化生产,蒸汽驱动,第二次工业革命,批量流水线生产,电力驱动,第三次工业革命,高自动化柔性生产,计算机信息技术驱动,第四次工业革命,智能化工厂,智能装备及信息通信,精益制造,智能管理,第四次工业革命：全面的智能化工厂,蒸汽机、电动机曾给机械产品的发展带来革命,数字化：信息化与工业化融合的重要手段,智能化：装备和机械产品的发展趋势,蒸汽机的发明，机器动力的应用,电动机的发明，电能的应用,信息技术特别是数控技术的应用,智能技术的应用，自适应、自我决策,机械一代,蒸汽机,机械化,智能一代,数控一代,电气一代,普通机床,电气化,数控机床,数字化,智能机床,智能化,我国制造业发展的几个主要阶段,使用数控织机，由原来,3-4,小时,/,毛衣，变为,40,分钟,/,毛衣，同时,1,个工人操作,5-10,台机器。,手动式,半自动,全数控,案例,1,：纺织机械,案例,1,：纺织机械,细纱机,纺纱过程中把半制品粗纱或条子经牵伸、加拈、卷绕成细纱管纱的纺纱机器。,机械式细纱机,数字式细纱机,车头采用高精度油浴齿轮箱,车尾配备同步牵伸传动机构,带断线图像检测,智能化细纱机,采用单锭单电机，,20000rpm,配备细沙断头粗纱停喂装置，并与电锭运转联动,整机数字化控制系统，监测纺纱张力变化,案例,2,：印刷机械,机械长轴传动,最高速度：,160,米,/,分,电子长轴传动,以电子虚拟轴作为主导轴，机器各单元分散驱动；,传动由智能化驱动器高精度控制的电子长轴,；,最高印刷速度：,350,米,/,分,异型玻璃磨边机,数控玻璃加工中心,手工靠模加工,平板玻璃的周边与斜边的磨削抛光,异型内孔加工,刀库智能管理,全数字控制加工,适用于不同厚度和尺寸的平板玻璃钻孔、铣形、写字、磨边及抛光,具有砂轮磨损智能补偿功能,案例,3,：玻璃加工机械,伺服驱动系统,数控技术的应用引起机械产品本身内涵发生根本性变化,简化机械结构,缩短制造周期,提高制造精度,提升装备性能,齿轮箱,动力源,传动机构,工作装置,伺服驱动系统,控制系统,工作装置,输入,信息,信息反馈,传统机械产品,数控机械产品,制造装备智能化的基础,1,、平台全数字化,现场总线、码盘到伺服的连接、驱动单元等全数字化,高档系统普遍采用现场总线方式,2,、高速、高精、高可靠,先进数控机床加速度可达,10g,，快移速度达,720m/min,普通数控加工精度,5m,，精密级,1m,，超精密,0.01m,数控装置,MTBF,值达,60000h,以上，伺服系统达,30000h,3,、智能化、网络化、复合化,加工参数自调整、防碰撞、误差补偿、颤振预测抑制等,从单一的数据传输向网络监控、维护与管理方向发展,同时完成复杂零件的主要乃至全部加工工序,现场总线,高速纳米插补,加工参数自动调整,制造装备智能化的内涵,Prof.Shu Zhang,Institute on Advanced Manufacturing Technology,Tongji University,操作权限,指纹确认,加工任务完成情况和,机床状态可用手机查询,数码相机,信息塔,(,e-Tower),机床信息化，具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网，实时反映机床工作状态和加工进度,操作权限指纹确认。工件试切时，可在屏幕上观察加工过程。故障报警显示、在线帮助排除。,智能化与自主管理,智能化制造装备,国内外进展,知道本系统的加工能力和状态,能够监控和自主优化加工过程,能够自行度量工作（输出）的质量,能够不断持续学习和提高自己的能力,智能化与自主管理,智能通讯,单元,智能化制造装备,国内外进展,制造业的服务化趋势,领先的制造企业不再只关注产品的生产加工，而是将市场拓展至产品的整个生命周期，包括产品开发或改进、生产加工、销售、售后服务、产品报废、产品解体或回收,整车租赁,IT服务,紧急救援,售后维修,汽车美容,整车及零部件设计、研发,整车装配,车展,工厂环保与节能,IT服务,信贷,设备技术与维修,检测技术与服务,零部件及整车物流,化学品管理,旅行服务,工具、设备管理,供应链管理,第三方采购,交钥匙工程,产品回收处理,培训,电子,商务,电子,商务,保险,以汽车行业为例：,根据德勤在全球,80,家大型制造业公司中的调研，服务收入占总销售收入的平均值超过,25%,；有,19%,的制造业公司的服务收入超过总收入的,50%,。,全球制造业中服务业务所占比例,全球工业,在全部销售中服务业务所占份额,平均值,领先的企业,航空和国防,47%,超过,50%,汽车制造,37%,超过,50%,电子信息产业,19%,超过,50%,生物和医药设备,21%,超过,50%,所有制造公司,26%,超过,50%,*,数据来自德勤公司研究报告,基于全球服务业和零件管理调研,制造业的服务化趋势,根据,Andy Neely,对全球,13000,家制造业上市公司研究的结果，发达国家制造业服务化的水平明显高于正处在工业化进程中的国家。,美国制造与服务融合型的企业占制造企业总数的,58%,，而中国制造业的服务化进程相对落后，具备服务型制造能力的企业仅占所有企业的,2.2,。,制造业的服务化趋势,IBM,曾经仅是硬件制造商，经过十余年的业务整合，现已成功转型为全球最大的“提供硬件、网络和软件服务的整体解决方案供应商”。在,IBM,全球的营收体系中，目前大约有,55%,的收入来自,IT,服务。,ROLLS-ROYCE,是著名的发动机公司，是波音、空客等大型飞机制造企业的供货商。,ROLLS-ROYCE,并不直接向他们出售发动机，而以“租用服务时间”的形式出售，并承诺在对方的租用时间段内，承担一切保养、维修和服务。,ROLLS-ROYCE,通过改变运营模式，扩展发动机维护、发动机租赁和发动机数据分析管理等服务，通过服务合同绑定用户，服务收入达到公司总收入的,55%,以上。,制造产业服务化的典型案例,提 纲,一、两化融合下的数字化与智能化制造,二、数字化工厂概述,三、相关研究与案例,什么是数字化工厂,数字化工厂,以,MES,为核心,，对工厂内的制造资源、计划、流程等进行管控,数字化工厂与产品设计层有紧密关联，是设计意图的物化环节,通过系统集成，数字化工厂还与企业层和设备控制层实时交换数据，形成制造决策、执行和控制等信息流的闭环,数字化工厂的工作范围,WIP,跟踪,(,工位,/,工序,/,部件,),各工位关重件安装匹配查验,生产报工与节拍价值分析,各型号,/,各订单的完工情况,各工位,/,各关重件实作工时,安灯内容信息采集与发布,设备运行状态和运行参数,线边物料的消耗与配送,现场视频采集与近景分析,现场环境,(,光,/,温,/,湿,/,尘,/,气,),物流通道及设备监控,叉车,/AGV/,堆垛机运行情况,物流设备位置数字地图显示,配送执行状态跟踪及监控,仓库出入库,/,库存,/,缺料跟踪,质量统计分析报表及异常报告,质检现场数据,/,质检设施数据,主机及关重件流转过程监控,质量报表数据,/,统计分析数据,现场质量事故,位置与性质分析,设备运行状态和运行参数,刀具,/,量具,/,模具在库,/,在工位,装运车辆的定位,/,跟踪,/,调度,关键岗位人员的定位,/,呼叫,资源的能力,/,效率跟踪分析,生产过程数字化,质量管控数字化,制造资源数字化,现场运行数字化,物料管控数字化,管控中心,PCC,生产,质量,物流,ERP,PDM,设备,数字化工厂的核心内容,数字化工厂的分层管理,数字化制造决策与管控层,商业智能,/,制造智能（,BI/MI,）,：可针对质量管理、生产绩效、依从性、产品总谱和生命周期管理等提供业务分析报告,无缝缩放和信息钻取：,通过先进的可定制可缩放矢量图形技术，使用者可充分考虑本企业需求及行业特点，轻松创建特定的数据看板、图形显示和报表，可快速钻取至所需要的信息,实时制造信息展示：,无论在车间或是公司办公室、会议室，通过掌上电脑、,PC,机、大屏幕显示器，用户都可以随时获得所需的实时信息,数字化工厂的分层管理,数字化制造执行层,先进排程与任务分派：,通过对车间生产的先进排程和对工作任务的合理分派，使制造资源利用率和人均产能更高，有效降低生产成本,质量控制：,通过对质量信息的采集、检测和响应，及时发现并处理质量问题，杜绝因质量缺陷流入下道工序所带来的风险,准时化物料配送：,通过对生产计划和物料需求的提前预估，确保在正确的时间将正确的物料送达正确的地点，在降低库存的同时减少生产中的物料短缺问题,及时响应现场异常：,通过对生产状态的实时掌控，快速处理车间制造过程中的生产过程中常见的延期交货、物料短缺、设备故障、人员缺勤等各种异常情形,数字化工厂的分层管理,数字化制造装备层（工位层）,实时硬件装备集成：,通过对数控设备、工业机器人和现场检测设备的集成，实时获取制造装备状态、生产过程进度以及质量参数控制的第一手信息，并传递给执行层与管控层，实现车间制造透明化，为敏捷决策提供依据,多源异构数据采集：,采用了先进的数据采集技术，可以通过各种易于使用的车间设备来收集数据，同时确保系统中生产活动信息传递的同步化和有效性,生产指令传递与反馈,：支持向现场工业计算机、智能终端及制造设备下发过程控制指令，正确、及时地传递设计及工艺意图,设备控制,电子看板,按灯,智能料架,条码扫描,RFID,数字化工厂的典型应用场景,数字化工厂的作用：以汽车工业为例,2010,年，国务院发展研究中心,汽车产业蓝皮书,发布比较结果：日本汽车工业,91.62,分，中国汽车工业,54.33,分,自主品牌,汽车工业发达国家,品种,效率,3.5,分钟,/,辆,（江淮商务车）,48,秒,/,辆,（日本本田轿车、商务车共线）,质量,1000,多种变型共线,4000,多种变型共线,（,2000,年丰田,Coronas,装配线）,224,个,PP100,（每百辆新车问题数）,135,个,PP100,（每百辆新车问题数）,2010,年,J.D.Power,亚太公司中国新车质量研究报告,数字化工厂的作用：以汽车工业为例,设备能力,生产过程管控与优化能力,要实现上述目标，,设备的智能化水平和生产过程管控与优化的能力缺一不可,多品种,高效率,低成本,高质量,在设备能力逐步提升的情况下，制造环节的数字