智能制造与数字化工厂

1、会计学1智能制造与数字化工厂智能制造与数字化工厂提提 纲纲一、两化融合下的数字化与智能化制造一、两化融合下的数字化与智能化制造二、二、数字化工厂概述数字化工厂概述三、相三、相关研究与案例关研究与案例4垂直尾翼垂直尾翼水平尾翼水平尾翼发动机发动机工装工装美美国国大背景：信息化与工业化融合大背景：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第一次工业革命机械化生产蒸汽驱动第二次工业革命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第四次工业革命智能化工厂智能装备及信息通信精精益益制制造造智智能能管管理理q 蒸汽

2、机、电动机曾给机械产品的发展带来革命蒸汽机、电动机曾给机械产品的发展带来革命q 数字化：信息化与工业化融合的重要手段数字化：信息化与工业化融合的重要手段q 智能化：装备和机械产品的发展趋势智能化：装备和机械产品的发展趋势 蒸汽机普通机床数控机床智能机床我国制造业发展的几个主要阶段我国制造业发展的几个主要阶段使用数控织机，由原来使用数控织机，由原来3-43-4小时小时/ /毛衣，变为毛衣，变为4040分钟分钟/ /毛衣，同时毛衣，同时1 1个工人操作个工人操作5-105-10台机器。台机器。手动式手动式半自动半自动全数控全数控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

3、器。 机械式细纱机机械式细纱机数字式细纱机数字式细纱机p车头采用车头采用高精度油高精度油浴齿轮箱浴齿轮箱p车尾配备车尾配备同步牵伸同步牵伸传动机构传动机构p带断线图带断线图像检测像检测智能化细纱机智能化细纱机p采用单锭单电机，采用单锭单电机，20000rpmp配备细沙断头粗配备细沙断头粗纱停喂装置，并纱停喂装置，并与电锭运转联动与电锭运转联动p整机数字化控制整机数字化控制系统，监测纺纱系统，监测纺纱张力变化张力变化机械长轴传动机械长轴传动最高速度最高速度：160米米/分分电子长轴传动电子长轴传动p以电子虚拟轴作以电子虚拟轴作为主导轴，机器为主导轴，机器各单元分散驱动；各单元分散驱动；p传动由智

4、能化驱传动由智能化驱动器高精度控制动器高精度控制的电子长轴的电子长轴；p最高印刷速度：最高印刷速度：350米米/分分异型玻璃磨边机异型玻璃磨边机数控玻璃加工中心数控玻璃加工中心p手工靠手工靠模加工模加工p平板玻平板玻璃的周璃的周边与斜边与斜边的磨边的磨削抛光削抛光异型内孔加工异型内孔加工刀库智能管理刀库智能管理p全数字控制加工全数字控制加工p适用于不同厚度和尺寸的平板玻璃适用于不同厚度和尺寸的平板玻璃钻孔、铣形、写字、磨边及抛光钻孔、铣形、写字、磨边及抛光p具有砂轮磨损智能补偿功能具有砂轮磨损智能补偿功能伺服驱动系统齿轮箱齿轮箱动力源动力源传动机构传动机构工作装置工作装置伺服驱动系统伺服驱动系

5、统控制系统控制系统工作装置工作装置输入输入信息信息信息反馈信息反馈传统机械产品传统机械产品数控机械产品数控机械产品制造装备智能化的基础制造装备智能化的基础1 1、平台全数字化、平台全数字化q 现场总线、码盘到伺服的连接、驱动单元等全数字化现场总线、码盘到伺服的连接、驱动单元等全数字化q 高档系统普遍采用现场总线方式高档系统普遍采用现场总线方式2 2、高速、高精、高可靠、高速、高精、高可靠q 先进数控机床加速度可达先进数控机床加速度可达10g10g，快移速度达，快移速度达720m/min720m/minq 普通数控加工精度普通数控加工精度5m5m，精密级，精密级1m1m，超精密，超精密0.01m

6、0.01mq 数控装置数控装置MTBFMTBF值达值达60000h60000h以上，伺服系统达以上，伺服系统达30000h30000h3 3、智能化、网络化、复合化、智能化、网络化、复合化q 加工参数自调整、防碰撞、误差补偿、颤振预测抑制等加工参数自调整、防碰撞、误差补偿、颤振预测抑制等q 从单一的数据传输向网络监控、维护与管理方向发展从单一的数据传输向网络监控、维护与管理方向发展q 同时完成复杂零件的主要乃至全部加工工序同时完成复杂零件的主要乃至全部加工工序现场总线现场总线 高速纳米插补高速纳米插补加工参数自动调整加工参数自动调整制造装备智能化的内涵制造装备智能化的内涵Prof. Shu Z

7、hangInstitute on Advanced Manufacturing Technology, Tongji University操作权限操作权限指纹确认指纹确认加工任务完成情况和加工任务完成情况和机床状态可用手机查询机床状态可用手机查询数码相机数码相机信息塔信息塔(e-Tower) 机床信息化，具有语音机床信息化，具有语音、文本和视像等通讯功能、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联。与生产计划调度系统联网，实时反映机床工作状网，实时反映机床工作状态和加工进度态和加工进度 操作权限指纹确认。工操作权限指纹确认。工件试切时，可在屏幕上观件试切时，可在屏幕上观察加工过程。故障报警显察

8、加工过程。故障报警显示、在线帮助排除。示、在线帮助排除。智能化与自主管理智能化与自主管理p 知道本系统的加工能力和状态p 能够监控和自主优化加工过程p 能够自行度量工作（输出）的质量p 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化与自主管理智能通讯单元智能化制造装备智能化制造装备国内外进展国内外进展整车租赁ITIT服务服务紧急救援售后维修汽车美容整车及零部件设计、研发整车装配车展车展工厂环保与节能ITIT服务服务信贷信贷设备技术与维修检测技术与服务检测技术与服务 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培训电子 商务电子商务 保险

9、保险以汽车行业为例：u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 全球工业全球工业在全部销售中服务业务所占份额在全部销售中服务业务所占份额平均值平均值领先的企业领先的企业航空和国防航空和国防47%47%超过超过50%50%汽车制造汽车制造37%37%超过超过50%50%电子信息产业电子信息产业19%19%超过超过50%50%生物和医药设备生物和医药设备21%21%超过超过50%50%所有制造公司所有制造公司26%26%超过超过50%50%*数据来自德勤公司研究报告基于全球服务

10、业和零件管理调研q IBMIBM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。q ROLLS-ROYCEROLLS-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

11、上。制造产业服务化的典型案例制造产业服务化的典型案例提提 纲纲一、两化融合下的数字化与智能化制造一、两化融合下的数字化与智能化制造二、数字化工厂概述二、数字化工厂概述三、相三、相关研究与案例关研究与案例q 数字化工厂以以MESMES为核为核心心，对工厂内的制造资源、计划、流程等进行管控q 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q 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

12、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管控中心PCC生产生产质量质量物流物流ERPPDM设备设备l实时制

13、造信息展示：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l及时响应现场异常：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设备控制电子看板按灯智能料架条码扫描RFIDq 20102010年，国务院发展研究中心年，国务院发展研究中心汽车产业蓝皮书汽车产业蓝皮书发布比较结发布比较结果：日本汽车工业果：日本汽车工业91.6291.62分，中国汽车工业分，中国汽车工业54.3354.33分分自主品牌自主品牌汽车工业发达国家汽车工业发达国家

14、品种品种效率效率3.53.5分钟分钟/ /辆辆（江淮商务车）（江淮商务车）4848秒秒/ /辆辆（日本本田轿车、商务车共线）（日本本田轿车、商务车共线）质量质量10001000多种变型共线多种变型共线40004000多种变型共线多种变型共线（20002000年丰田年丰田CoronasCoronas装配线）装配线）224224个个PP100PP100（每百辆新车问题数）（每百辆新车问题数）135135个个PP100PP100（每百辆新车问题数）（每百辆新车问题数）20102010年年J.D. PowerJ.D. Power亚太公司中国新车质量研究报告亚太公司中国新车质量研究报告设备能力设备能力生

15、产过程管控与优化能力生产过程管控与优化能力要实现上述目标，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多品种高效率高效率低成本低成本高质量高质量在设备能力逐步提升的情况下，制造环节的数字化管控与优化能力不足更在设备能力逐步提升的情况下，制造环节的数字化管控与优化能力不足更显突出，已成为我国汽车工业与国外差距的主要原因之一。显突出，已成为我国汽车工业与国外差距的主要原因之一。n 因上游车间供应不足引起因上游车间供应不足引起的停线次数减少的停线次数减少26%26%n 因下游车间能力不足引起因下游车间能力不足引起的停线次数

16、减少的停线次数减少29%29%技术指标对比：技术指标对比：实际工程应用前后对比实际工程应用前后对比应用车型应用车型实施前实施前生产节拍生产节拍实施后实施后生产节拍生产节拍瑞风商务车瑞风商务车3.53.5分钟分钟/ /辆辆2.52.5分钟分钟/ /辆辆宾悦轿车宾悦轿车120120秒秒/ /辆辆8888秒秒/ /辆辆重汽卡车重汽卡车7.87.8分钟分钟/ /辆辆5.95.9分钟分钟/ /辆辆上游供应不足下游能力不足物料短缺负荷超限设备故障次数次数企业企业指标指标实施前实施前实施后实施后奇瑞汽车奇瑞汽车发动机装配出错率发动机装配出错率0.50.50.030.03江淮汽车江淮汽车整车交验合格率整车交验

17、合格率91.57%91.57%93.73%93.73%一汽海马汽车一汽海马汽车总装线总装线设备综合效率设备综合效率77%77%83%83%用于奇瑞、江淮、一汽海马等自主品牌汽车生产用于奇瑞、江淮、一汽海马等自主品牌汽车生产典型案例：汽车行业典型案例：汽车行业典型案例：江淮汽车典型案例：江淮汽车典型案例：奇瑞汽车发动机典型案例：奇瑞汽车发动机指标指标实施前实施前实施后实施后每月在制品库存每月在制品库存40004000万元万元28002800万元万元每天物料短缺导每天物料短缺导致停线时间致停线时间1010分钟分钟3 3分钟分钟用于奇瑞汽车4大系列20余种发动机混流生产部门协作实时化资源配置优化制造

18、响应敏捷化 计划计划制造制造物流物流分层的生产管控模式分层的生产管控模式协同的生产管控模式协同的生产管控模式实施数字化工厂后实施数字化工厂后实施数字化工厂前实施数字化工厂前车间生产透明化计划生产技术质保商务物流提提 纲纲一、两化融合下的数字化与智能化制造一、两化融合下的数字化与智能化制造二、数字化工厂概述二、数字化工厂概述三三、相、相关研究与案例关研究与案例UniMax PCTUniMax MESUniMax MMSUniMax TLCUniMax UIDUniMax SmartNestUniMax XplannerIntegraNet其他信息系统集成硬件接口焊装-涂装-总装车间流水型生产解决

19、方案与应用冲压车间作业型生产发动机加工/装配车间混合型生产自主品牌汽车生产企业（江淮、奇瑞、海马、江铃、中国重汽、万山等）焊装-涂装-总装车间流水型生产多车间关联优化工艺序列优先的混合排程加工/装配物料配送硬件装置与软件系统优化技术与算法在制品跟踪与生产过程可视化监控系统车间信息采集终端车身路由控制器配色验证控制器智能料架物料匹配装置工艺过程优化工艺过程优化多车间生产排序多车间生产排序涂胶工艺切换装置涂胶工艺切换装置缸体工装快速缸体工装快速切换装置切换装置生产数据采集生产数据采集车身识别车身识别缸盖缸盖3D扫描扫描数据数据采集采集识别识别中央控制中央控制涂装路由控制涂装路由控制PBS路由控制路

20、由控制生产生产执行执行控制控制物料精准配送物料精准配送物料搬运物料搬运物料匹配物料匹配智能料架智能料架数字化工厂解决方案：汽车数字化工厂解决方案：汽车支持多条生产线：支持多条生产线：11条冲压线、条冲压线、3条焊装线、条焊装线、2条涂装线、条涂装线、3条总条总装线装线支持六大平台八种车型：支持六大平台八种车型：瑞风（瑞风（MPV）、瑞鹰（）、瑞鹰（SUV）、宾悦、）、宾悦、同悦、和悦、悦悦（轿车）同悦、和悦、悦悦（轿车）江淮汽车江淮汽车主要问题体现具体现象过程不透明信息发布手段落后生产指令基本靠手工发布（白板）关键件装配信息仅凭操作工人经验数据采集不实时靠ERP的HMI完成，操作不方便没有断线

21、重发功能，数据容易丢失各车间按照不同的标识管理在制品生产数据不能实时反应到系统中沟通不及时各车间在制品分开管理，无法全局控制生产状况靠电话沟通，不够实时、准确生产过程不可视生产不优化计划制定不合理冲压车间受瓶颈资源制约，设备利用率低于70%总装车间关键件装配切换频繁经常因为上游供应不足或者下游生产能力不足影响生产物料配送繁杂易出错完全手工生成配送清单，工作量大信息滞后，导致配送不够及时物料短缺经常导致停线，平均每天损失15万元以上关重件无历史纪录，无法追溯信息孤岛多信息源未能有效集成各种系统，操作复杂，种类繁多，无法进行有效数据交换(ERP、离线条码扫描、焊装打码机、总装打码机、VIN码打印机

22、、大洋软件、RFID数据采集系统)u主要工作之一：建立了车间实时信息采集与处理平台汽车整车生产四大工艺汽车整车生产四大工艺12/7/202141主要工作之二：生产运作优化冲冲压压焊焊接接涂涂装装总总装装0200400600406080100120140ANGA-OPTANGA-AVGGA-AVGGA-OPT效果：效果：提高关键件相似度20%以上冲压车间冲压车间高级排程高级排程涂装车间涂装车间配色规划配色规划总装车间总装车间混流排序混流排序焊装焊装- -涂装涂装- -总装总装关联优化排序关联优化排序12/7/202142u主要工作之三：物流执行优化冲压件考虑焊装需求拉动和冲压件考虑焊装需求拉动和

23、经济批量，降低安全库存经济批量，降低安全库存发动机加工发动机加工/装配协同，减装配协同，减少在制品库存和储运成本少在制品库存和储运成本总装车间物料需求实时按总装车间物料需求实时按需发布，大幅减少物料短需发布，大幅减少物料短缺导致的停线缺导致的停线“焊装焊装-涂装涂装-总装总装”在制车身自动在制车身自动路由技术，减少物流成本路由技术，减少物流成本u主要工作之四：集成已有软硬件平台，消除信息孤岛主要工作实施MES之前实施MES之后实 现 软 硬 件信息集成存在各种管理系统，操作复杂，种类繁多，无法进行有效数据交换(ERP、离线条码扫描、焊装打码机、总装打码机、VIN码打印机、大洋软件、RFID数据

24、采集系统)l自动获取ERP数据l集成焊装、总装车间的三类打码机l集成RFID系统lVIN码生成及打印l取代大洋软件等遗留系统实施前后的对比实施前后的对比12/7/202144实施前实施后数字化工厂解决方案：工程机械行业数字化工厂解决方案：工程机械行业智能化加工设备智能化加工设备DNCDNC智能化机械手智能化机械手智能刀具管理智能刀具管理中央控制室中央控制室现场现场AndonAndon现场监视装置现场监视装置智能加工中智能加工中心与生产线心与生产线智能化仓储智能化仓储/ /运输与物流运输与物流智能化生产执智能化生产执行过程管控行过程管控智能化生产控制中心智能化生产控制中心自动化立体仓库自动化立体

25、仓库AGVAGV智能小车智能小车公共资源定位系统公共资源定位系统高级计划排程高级计划排程执行过程调度执行过程调度数字化物流管控数字化物流管控数字化质量检测数字化质量检测应用对象：应用对象：18#厂房厂房十八号厂房一号厂房二号厂房三号厂房五号厂房七号厂房八号厂房六号厂房中心仓库钢材库胶管库现有制造系统存在的问题现有物流配送模式主要为推式模式，泵车每天分2次配送、车载泵每天1次配送、拖泵按三台套配送，线边库存占用量大配送提前期长，导致对现场变化响应不够敏捷；物流过程不透明，缺件不能提前预警，补件效率低，影响生产线正常运转人工完成配送订单的二次分配，作业难度大，错误率高制造设备缺乏统一管理，导致设备

26、利用率低仓库众多，地点分散，难以实现集中管理，资源得不到共享主要构成之一：主要构成之一：智能加工中心与生产线主要构成之二：主要构成之二：智能化仓储与运输配送装置 已完成自动化立体仓库软硬件系统、配套立库托盘、AGV系统的采购和开发主要构成之三：主要构成之三：公共资源定位软硬件系统主要构成之四：主要构成之四：数字化加工车间计划与执行管控软硬件系统加速物料流动，提高转运效率，节约物流空间；实现台套制配送，减少装配中的物料取用时间，提高生产效率；实现物流小批量多频次拉动模式，保证物料配送准时化，促进精益生产。通过精益配送模式实现配送准时化发布时间下架时间工艺时间生产循环时间消耗点分拣时间组盘时间排队

27、时间装车时间运输时间卸货时间安全时间发布点的选择：保证生产顺序不变精益存储精益分拣精益配送精益生产主要构成之五：主要构成之五：数字化加工车间物流执行软硬件系统54l可视化指令发送与业务指导l现场生产实时数据驱动三维虚拟工厂环境展示l生产现场的历史回放l可视化环境下的跨部门协同工作支持主要构成之六：主要构成之六：生产控制中心（PCC）中央控制软硬件系统物流成本降低20%以上生产线效率提高5%信息化系统自动化程度显著提高智能在线拣货智能实时跟踪按时、按量、优化配送MES物流模块智能化技术配合信息化手段物料标签100%条码化主机标签100%RFID化奇瑞汽车（汽车）江南机器（装备）中国重汽（整车）海马汽车（整车）中国商飞（飞机）Production Integration CenterPCT采购管理人员质量管控人员全球物流专家供应商管理人员技术工程师视频会议技术支持物流准备环境预警生产监控车间车间装配现场生产、装配现场全球供应商工厂.高清视频、生产信息、物流信息等技术支持质量管理物流支持采购支持环境信息支持生产管控人员谢谢 谢！谢！提提 纲纲一、两化融合下的数字化与智能化制造一、两化融合下的数字化与智能化制造二、二、数字化工厂概述数字化工厂概述三、相三、相关研究与案例关研究与案例企业企业指标指标实施前实施前实施后实施后奇瑞汽车奇瑞汽车发动机装配出错率发动机装配出错率0.