智能数字化工厂构建（课堂PPT）

1、1目目 录录一、智能制造的背景、特征与关键技术一、智能制造的背景、特征与关键技术二、二、RFIDRFID在智能制造中的应用模式在智能制造中的应用模式三、智能制造解决方案及应用案例三、智能制造解决方案及应用案例四、数字化工厂及应用案例四、数字化工厂及应用案例23制造技术制造技术发展趋势发展趋势绿色化绿色化制造需求：制造需求：多品种多批量、高质量低成本、柔性制造快速多品种多批量、高质量低成本、柔性制造快速响应、节能减排环境友好等响应、节能减排环境友好等提高能源利用效率，实现提高能源利用效率，实现工业生产工业生产“绿色环保绿色环保”绿色制造绿色制造实现多品种产品生产的动态实现多品种产品生产的动态配置

2、资源配置资源定制化定制化制造技术的发展需求和趋势制造技术的发展需求和趋势满足客户个性化需求满足客户个性化需求全价值链端到端系统工程全价值链端到端系统工程个性化个性化31能源和资源利用效率能源和资源利用效率是竞争力的决定性因素是竞争力的决定性因素更短的创新周期更短的创新周期更为复杂的产品更为复杂的产品更大的数据量更大的数据量个性化大规模生产个性化大规模生产快速变化的市场快速变化的市场更高的生产效率更高的生产效率提升效率提升效率制造业变化的速度比以往更快制造业变化的速度比以往更快42 缩短生产周期缩短生产周期3 提高柔性提高柔性制造业核心竞争力正在发生深刻变化制造业核心竞争力正在发生深刻变化提升竞

3、争力提升竞争力45美国美国“再工业化再工业化” 国家制造技术创新联盟国家制造技术创新联盟 使用本国页岩气和石油使用本国页岩气和石油德国德国保持工业领先地位保持工业领先地位 持续创新机制持续创新机制 高出口量高出口量 工业工业4.0为新的指导原则为新的指导原则中国中国发展高端技术实现产品升级发展高端技术实现产品升级 工资上涨工资上涨 质量驱动的自动化需求质量驱动的自动化需求 节能立法节能立法制造业成为全球经济发展的发动机制造业成为全球经济发展的发动机562015年中国长三角地区的制造成本仅比美国低年中国长三角地区的制造成本仅比美国低5%中国的制造业在发生巨大变革中国的制造业在发生巨大变革6哥本哈

4、根中国减排目标哥本哈根中国减排目标产业升级压力产业升级压力劳动力成本上升劳动力成本上升能耗排放压力能耗排放压力中国制造业机遇：发展先进制造技术，实现产业升级中国制造业机遇：发展先进制造技术，实现产业升级7低附加值低附加值高附加值高附加值中国的挑战和机遇中国的挑战和机遇7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、自我决策机械化蒸汽机机械一代电气化普通机床电气一代数字化数控机床数控一代智能化智能机床智能一代制造业发展的几个主要阶段制造业发展的几个主要阶段 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

5、能化：装备和机械产品的发展趋势8第四次工业革命：智能制造第四次工业革命：智能制造第一次工业革命第一次工业革命蒸汽动力机械蒸汽动力机械设备应用于生产设备应用于生产第二次工业革命第二次工业革命电机发明和电能电机发明和电能使用，大规模流使用，大规模流水线生产水线生产第三次工业革命第三次工业革命应用应用IT技术实现自技术实现自动化生产动化生产第四次工业革命第四次工业革命实现智能制造实现智能制造9智能制造几何精度微观组织性能表面完整性残余应力分布品质一致性什么叫智能制造什么叫智能制造 智能制造通过智能制造通过工况在线感知工况在线感知（看）（看）、智能决策与控制智能决策与控制（想）（想） 、装装备自律执行

6、备自律执行（做）（做）大闭环过程，不断提升装备性能、增强自适应能大闭环过程，不断提升装备性能、增强自适应能力，是高品质复杂零件制造的必然选择。力，是高品质复杂零件制造的必然选择。高品质制造10国家对智能制造的重视国家对智能制造的重视 国家中长期科技术发展规划纲要对国家中长期科技术发展规划纲要对“数字化数字化智能化制造技术智能化制造技术”提出了迫切需求：提出了迫切需求： 国家科技部发布智能制造科技发展国家科技部发布智能制造科技发展“十十二五二五”重点专项规划，重点突破智能化重点专项规划，重点突破智能化的高端装备的高端装备 国家工信部发布了智能制造装备产业国家工信部发布了智能制造装备产业“十二五十

7、二五”发展规划，并启动了智能制发展规划，并启动了智能制造装备重大专项造装备重大专项 大飞机、发动机等重大科技专项中，大飞机、发动机等重大科技专项中，2/3的重大专项急需智能制造装备与技术的重大专项急需智能制造装备与技术国家中长期科学和技术发展国家中长期科学和技术发展规划纲要规划纲要(2006-2020)重点研究数字化设计制造集成技术重点研究数字化设计制造集成技术“十二五十二五”国家战略性新兴产业国家战略性新兴产业发展规划发展规划做大做强数字制造装备，促进制造业做大做强数字制造装备，促进制造业智能化、精密化、绿色化发展智能化、精密化、绿色化发展国家科技重大专项（国家科技重大专项（02专项）专项）

8、极大规模集成电路制造装备极大规模集成电路制造装备及成套工艺及成套工艺国家科技重大专项（国家科技重大专项（04专项）专项）高档数控机床数字化设计关键技术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、数字化车间示智能制造关键技术、数字化车间示范应用、智能制造系统等范应用、智能制造系统等11In its report EnsuringAmericanLeadership inAdvancedManufacturing, in June 2011国际对智能制造的重视国际对智能制造的重视 智能制造作为先

9、进的制造科学与技术手段，已成为各国抢占制造智能制造作为先进的制造科学与技术手段，已成为各国抢占制造科技制高点的重点研究领域：科技制高点的重点研究领域： 奥巴马总统奥巴马总统2011年启动年启动“高端制造合作伙伴（高端制造合作伙伴（AMP）计划）计划”，企业企业/高校共同实施，将智能制造确定为美国夺回制造业霸主高校共同实施，将智能制造确定为美国夺回制造业霸主的三大重点领域之一的三大重点领域之一 (美国科技委员会制造研发报告美国科技委员会制造研发报告) 美欧日等发达国家：将智能制造列为支撑未来可持续制造的重美欧日等发达国家：将智能制造列为支撑未来可持续制造的重要科学技术要科学技术 (IMS2020

10、 Roadmap)1213智能制造的基本特征智能制造的基本特征1)1) 信息驱动信息驱动采集产品制造的各类数据、知识、图形、图像等信息，实现生产过程系统的预报、评价、调度、控制、监控、诊断、决策和优化等。2)2) 自治能力自治能力采用分层或分级的自治单元，通过协调机制对其自身的操作行为做出规划，对意外事件（如制造资源变化、制造任务货物要求变化等）做出反应，实现行为可控。1314智能制造的基本特征智能制造的基本特征3)3)人机协同人机协同实现人和系统的协同交互，辅助人类进行分析、判断、决策；人机之间平等共事、相互“理解”、相互协作。4)4) 自组织与柔性自组织与柔性根据获取的市场、设计和过程信息

11、，制造单元和系统自行组成一种最佳结构的智能制造系统，以高效可靠的方式运行，完成给定的制造任务。1415智能制造的基本特征智能制造的基本特征5)5) 自学习能力自学习能力以专家知识为基础，不断完善、优化、更新系统的知识库；通过感知环境状态来学习动态系统的最优行为策略，实现环境自适应、在线学习等能力。6)6) 自维护能力自维护能力对系统的故障进行诊断、预测和自修复，自动更新系统知识库、维护单元设备；对系统的整体运行状况进行评估，及时发现并解决问题。1516智能制造关键技术智能制造关键技术综合利用智能传感技术、计算机网络技术、自动控制技术、人工智能技术、现代管理技术，实现工厂生产自动化、网络化、数字

12、化和智能化，其关键技术有： 智能传感与智能制造网络技术 分布制造智能与系统建模技术 信息管理、集成与数据挖掘技术 智能决策、规划、调度与企业管理技术 现代制造服务技术16造装备/工艺生产管理服CAD/CAE/CAMPDM/ERP/SCM销售/维护/报废智能装备 感知 自主/半自主智能制造体系结构智能制造体系结构企业制造 系统结构可重构 系统运行自组织、自适应、自协作智能制造系统 客户信息感知与管理 客户需求智能分析与个性化服务智能制造服务决策规划 智能控制制造智能17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伺服驱动系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传动机构工作装

13、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动力源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182 2、高速、高精、高可靠、高速、高精、高可靠现场总线 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高速纳米插补3 3、智能化、网络化、复合化、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

14、的内涵1 1、平台全数字化、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19Institute on Advanced Manufacturing Technology, Tongji University操作权限指纹确认数码相机加工任务完成情况和机床状态可用手机查询信息塔(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。Prof. Shu Zhang智能化制造装备智能化制造装备国内外进展国内外进展智能

15、化与自主管理智能化与自主管理20 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智能化与自主管理智能化与自主管理21目目 录录一、智能制造的背景、特征与关键技术一、智能制造的背景、特征与关键技术二、二、RFIDRFID在智能制造中的应用模式在智能制造中的应用模式三、智能制造解决方案及应用案例三、智能制造解决方案及应用案例四、数字化工厂及应用案例四、数字化工厂及应用案例22 适应复杂工况适应复杂工况：防雨水、抗污渍、抗油污、可喷涂 读写方便快捷读写方便快捷：可读可写，

16、“盲视”“透视”扫描 批量操作批量操作：批量读/写、远距离读写读识性能可靠读识性能可靠：一次性“盲扫”，识别可靠性达99.8%以上RFID系统组成系统组成RFID工作原理工作原理RFIDRFID在智能制造中的应用模式在智能制造中的应用模式RFID（Radio Frequency Identification）是一种非接触式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。电子标签读写器读写器天线读写器天线射频信号RFID中间件企业业务应用扩展企业网络23RFIDRFID在智能制造中的应用模式在智能制造中的应用模式托盘夹具 ID容器RFID标签工装板加工零件刀具 TAG24智

17、能制造在智能制造在AGVAGV搬运机器人上的应用搬运机器人上的应用应用说明：在AGV小车需要判别转向信息的部分设置RFID感应标签。AGV搬运机器人底部安装RFID读写设备，通过识别AGV车路径上的RFID标签，获取不同路径转向点的转向和报站信息通过RFID系统和AGV车载控制系统以及驱动系统实现AGV小车更加智能化的运行 应用效果： 实现AGV小车路径柔性化，提高运转效率，更具备路径适应性和制造流程适应性，能与MES、ERP系统无缝对接。25智能制造在码垛机器人上的应用智能制造在码垛机器人上的应用应用说明：在自动立库的出入口、码垛机器人、转向机构等位置部署RFID读写器在自动立库中的托盘（载

18、具）上固定RFID电子标签在运转过程中通过识别RFID标签的信息，加载产品或物料信息将RFID信息传递给码垛机器人实现全自动出库、入库、分配位置等动作 应用效果：实现自动化立库的自识别功能，能够实现随机快速分配仓位，实现自由调仓等功能，提高自动化立库的运转效率，降低出错率26智能制造在烟草业中的应用智能制造在烟草业中的应用 作为烟草生产管理信息系统的一部分，SYGOLE-RFID用于在自动化仓库和管理系统中追踪和管理生产，质量信息。目标是实现质量和物料的控制。烟棒过滤嘴自动仓库的RFID仓库容器传送机堆垛机Sygole27智能制造在数控加工中心辅助机器人应用智能制造在数控加工中心辅助机器人应用

19、应用说明：给每一个工件安装一个RFID标签，需具备抗金属、抗油污、高防护等级性能；通过机器人自动抓取，实现在工件仓库、机床环节之间的自动加工和流转；机器人安装RFID读写设备，通过读取工件的RFID标签，识别不同工件的加工工艺和位置参数等信息。 应用效果： 通过七轴关节机器人，配备一个拥有数百个托盘位的自动化电极仓库，将放电加工、高速铣削等多个加工流程可靠连接起来，提高数控设备稼动率30%以上28智能制造在线测量机器人的应用智能制造在线测量机器人的应用应用说明：在电极夹具上装载RFID标签，让每一个夹具都有唯一标识在测量设备上安装读写装置，让每台设备具有智能感知功能设备读取标签信息后，能够自动

20、进行误差测量、型面测量并形成检测报告 应用效果：（1）提高了测量的效率20%（2）实现了测量目标体和测量指标的自识别，提高设备利用率18%（3）减少人工错误，提高准确率10%29电极数据库读写器读取电极标签编码QC测量电极偏移量X、Y值传递至上位机软件标签编码传递至上位机软件向标签内写入X、Y偏移量值向数据库写入X、Y偏移量值29汽车喷涂中的智能制造技术汽车喷涂中的智能制造技术SYGOLE在汽车车身装RFID远距离电子标签在汽车车身侧边或顶部部署RFID读写器，同时将读写器和喷涂机器人实现联动通讯汽车通过时，RFID将识别的信息传输给机器人，机器人通过对信息的识别加载不同的喷涂参数，实现自动化

21、混流喷涂 应用效果：通过对机器人识别技术的改造，使得汽车喷涂具备混流自动化的特征，提高了喷涂效率，提高了整车生产效率。30发动机装配混流中智能制造发动机装配混流中智能制造应用说明发动机组装过程在主体盘上装RFID电子标签，并将发动机型号信息写入标签在发动机组装过程中，在发动机组装流水线线边装读写装置，识别发动机信息RFID设备读取到信息后，将信息RFID标签sygole读写装置传递给PLC以及现场机器人，通过机器人的不同动作实现混流装配。 应用效果：实现了发动机组装全过程的混流装配，全程追溯发动机装配信息，使得发动机的质量稳定性大大提升。31物流快速批量识别和物流快速批量识别和AGVAGV集成

22、应用集成应用 应用说明物流载具、托盘、叉车RFID电子标签，并将物品信息写入标签在物流运输及出入库过程中，关键物流节点处安装读写装置，快速批量识别通过的物品信息RFID设备读取到信息后，将信息传递给后台设备、系统以及AGV机器人，通过AGV机器人将物品搬运到相应位置。 应用效果：实现了物流过程批量识别全自动化过程，AGV实现了自动搬运和输送32一、智能制造的背景、特征与关键技术一、智能制造的背景、特征与关键技术二、二、RFIDRFID在智能制造中的应用模式在智能制造中的应用模式三、智能制造解决方案及应用案例三、智能制造解决方案及应用案例四、数字化工厂及应用案例四、数字化工厂及应用案例目目 录录

23、33智能制造应用解决方案智能制造应用解决方案智能智能制造制造智能家电智能家电车间物流车间物流工程机械工程机械物流园物流园供应链供应链智能维护智能维护混流制造混流制造辅具控制辅具控制34产品制造产品制造研发设计反馈生产过程跟踪出厂测试记录销售管控销售管控商业模式转变以租代售销售信息汇总厂商信息同步售后维护售后维护数据分析记录寿命预测故障诊断客户体验客户体验个性化交互故障智能提醒自适应控制节能高效智能制造方案：智能制造方案： 机电产品智能化机电产品智能化应用领域应用领域 产品制造产品制造产品服务产品服务 全面提升产品附加值全面提升产品附加值全生命周期全生命周期35产品智能化：工程机械产品智能化产品

24、智能化：工程机械产品智能化车载智能中控系统车载智能中控系统装备使用状态GPS卫星定位后台服务支撑系统设备业主监控设备状况信息上报、状态定位监控、厂商业主指令远程下达、现场服务支持设备状况信息上报、状态定位监控、厂商业主指令远程下达、现场服务支持36刀具管理刀具管理基于基于RFID的方案：的方案：辅具全生命周期信息交互过程辅具全生命周期信息交互过程 适应恶劣加工工况适应恶劣加工工况 刀具与加工机床刀具与加工机床/对刀仪对刀仪M2M 刀具全生命周期管控刀具全生命周期管控 提升刀具利用率提升刀具利用率 提高机床使用率提高机床使用率 提高加工零件质量提高加工零件质量价值价值37智能维护智能维护方案价值

25、方案价值1维修体制优化，合理分配预维修体制优化，合理分配预知性检修、定期检修及故障知性检修、定期检修及故障检修，检修， 实现设备可靠性和实现设备可靠性和经济性的优化平衡；经济性的优化平衡；2构建以可靠性为中心的状构建以可靠性为中心的状态检修体系，实现设备健态检修体系，实现设备健康状态的全方位监控，保康状态的全方位监控，保障设备安全运行；障设备安全运行；3开发全流程智能维护系统，开发全流程智能维护系统，实现监测实现监测-诊断诊断-评估评估-决策决策-维修的信息化管理，保障维修的信息化管理，保障智能维护的完整实施。智能维护的完整实施。38一、智能制造的背景、特征与关键技术一、智能制造的背景、特征与

26、关键技术二、二、RFIDRFID在智能制造中的应用模式在智能制造中的应用模式三、智能制造解决方案及应用案例三、智能制造解决方案及应用案例四、数字化工厂及应用案例四、数字化工厂及应用案例目目 录录39数字化工厂的作用：以汽车工业为例数字化工厂的作用：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质量1000多种变型共线3.5分钟/辆（江淮商务车）224个PP100（每百辆新车问题数）4000多种变型共线（2000年丰田Coronas装配线）48秒/辆（日本本田轿车、商务车共线）135个P

27、P100（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40数字化工厂的作用：以汽车工业为例数字化工厂的作用：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。41什么是数字化工厂什么是数字化工厂 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

28、时交换数据，形成制造决策、执行和控制等信息流的闭环42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/缺料跟踪生产过程数字化生产过程数字化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/各关重件实作工时质量管控数字化质量管控数字化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制造资源数字化制造资源数字化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

29、位/呼叫资源的能力/效率跟踪分析现场运行数字化现场运行数字化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)物料管控数字化物料管控数字化管控中心PCC生产质量ERPPDM物流设备数字化工厂的核心内容数字化工厂的核心内容43数字化工厂的分层管理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

30、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44数字化工厂的分层管理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45数字化工厂的分层管理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