智能数字化工厂构建

目录一、智能制造的背景、特征与关键技术二、RFID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四、数字化工厂及应用案例3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提高能源利用效率，实现工业生产“绿色环保”绿色制造实现多品种产品生产的动态配置资源

定制化制造技术的发展需求和趋势

满足客户个性化需求

全价值链端到端系统工程

个性化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变化的速度比以往更快

42

缩短生产周期3

提高柔性制造业核心竞争力正在发生深刻变化

提升竞争力5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

•

节能立法制造业成为全球经济发展的发动机62015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

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

7低附加值高附加值中国的挑战和机遇•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

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第四次工业革命：智能制造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技术实现自动化生产第四次工业革命实现智能制造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

智能制造通过工况在线感知（看）、智能决策与控制（想）

、装

备自律执行（做）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。

高品质制造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“数字化

智能化制造技术”提出了迫切需求：

国家科技部发布《智能制造科技发展“十

二五”重点专项规划》，重点突破智能化

的高端装备

国家工信部发布了《智能制造装备产业

“十二五”发展规划》，并启动了智能制

造装备重大专项

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

国家中长期科学和技术发展

规划纲要(2006-2020)

★

重点研究数字化设计制造集成技术“十二五”国家战略性新兴产业发展规划

★

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InitsreportEnsuringAmericanLeadershipinAdvancedManufacturing,inJune2011国际对智智能制造造的重视视智能制造造作为先先进的制制造科学学与技术术手段，，已成为为各国抢抢占制造造科技制高高点的重重点研究究领域：：奥巴马总总统2011年年启动““高端制制造合作作伙伴（（AMP）计划划”，企业/高高校共同同实施，，将智能能制造确确定为美美国夺回回制造业业霸主的三大重重点领域域之一(美国科科技委员员会制造造研发报报告)美欧日等等发达国国家：将将智能制制造列为为支撑未未来可持持续制造造的重要科学技技术(IMS2020Roadmap)13智能制制造的的基本本特征征1)信息驱驱动采集产产品制制造的的各类类数据据、知知识、、图形形、图图像等等信息息，实实现生产过过程系系统的的预报报、评评价、、调度度、控控制、、监控控、诊诊断、、决策和优优化等等。2)自治能能力采用分分层或或分级级的自自治单单元，，通过过协调调机制制对其其自身身的操操作行为做做出规规划，，对意意外事事件（（如制制造资资源变变化、、制造造任务务货物要求求变化化等））做出出反应应，实实现行行为可可控。。14智能制制造的的基本本特征征3)人人机协协同实现人人和系系统的的协同同交互互，辅辅助人人类进进行分分析、、判断断、决决策；；人机之之间平平等共共事、、相互互“理理解””、相相互协协作。。4)自组织织与柔柔性根据获获取的的市场场、设设计和和过程程信息息，制制造单单元和和系统统自行行组成一种种最佳佳结构构的智智能制制造系系统，，以高高效可可靠的的方式式运行行，完成给给定的的制造造任务务。15智能制制造的的基本本特征征5)自学习习能力力以专家家知识识为基基础，，不断断完善善、优优化、、更新新系统统的知知识库库；通过感感知环环境状状态来来学习习动态态系统统的最最优行行为策策略，，实现现环境自适适应、、在线线学习习等能能力。。6)自维护护能力力对系统统的故故障进进行诊诊断、、预测测和自自修复复，自自动更更新系系统知知识库、维维护单单元设设备；；对系系统的的整体体运行行状况况进行行评估估，及及时发现并并解决决问题题。16智能制制造关关键技技术综合利利用智智能传传感技技术、、计算算机网网络技技术、、自动动控制技术术、人人工智智能技技术、、现代代管理理技术术，实实现工工厂生生产自动化化、网网络化化、数数字化化和智智能化化，其其关键键技术术有：：智能传传感与与智能能制造造网络络技术术分布制制造智智能与与系统统建模模技术术信息管管理、、集成成与数数据挖挖掘技技术智能决决策、、规划划、调调度与与企业业管理理技术术现代制制造服服务技技术造装备/工艺艺生产管管理服CAD/CAE/CAMPDM/ERP/SCM销售/维护护/报报废智能装装备感知自主/半自自主智能制制造体体系结结构企业制制造系统结结构可可重构构系统运运行自自组织织、自适应应、自自协作作智能制制造系系统客户信息感知知与管理客户需求智能能分析与个性化服务智能制造服务务决策规划智能控制制造智能统数控技术的应应用引起机械械产品本身内内涵发生根本本性变化伺服驱动系简化机械结构构缩短制造周期期提高制造精度度提升装备性能能齿轮箱传动机构工作装置伺服驱动系统统控制系统工作装置输入信息信息反馈传统机械产品品动力源数控机械产品品制造装备智能能化的基础2、高速、高高精、高可靠靠现场总线先进数控机床床加速度可达达10g，快快移速度达720m/min普通数控加工工精度5μm，精密级1μm，超精精密0.01μm数控装置MTBF值达60000h以上，伺服服系统达30000h高速纳米插补补3、智能化、、网络化、复复合化加工参数自调调整、防碰撞撞、误差补偿偿、颤振预测测抑制等从单一的数据据传输向网络络监控、维护护与管理方向向发展同时完成复杂杂零件的主要要乃至全部加加工工序加工参数自动动调整制造装备智能能化的内涵1、平台全数数字化现场总线、码码盘到伺服的的连接、驱动动单元等全数数字化高档系统普遍遍采用现场总总线方式InstituteonAdvancedManufacturingTechnology,TongjiUniversity操作权限指纹确认数码相机加工任务完成成情况和机床状态可用用手机查询信息塔(e-Tower)机床信息化，，具有语音、文本和视像像等通讯功能能。与生产计划划调度系统联联网，实时反映映机床工作状状态和加工进度度操作权限指纹纹确认。工件试切时，可可在屏幕上观观察加工过程。。故障报警显显示、在线帮助助排除。Prof.ShuZhang智能化制造装装备—国内外外进展智能化与自主主管理知道本系统的的加工能力和状态能够监控和自自主优化加工过程能够自行度量量工作（输出）的质质量能够不断持续续学习和提高自己的能能力智能通讯单元智能化制造装装备—国内外外进展智能化与自主主管理目录一、智能制造造的背景、特特征与关键技技术二、RFID在智能制造造中的应用模模式三、智能制造造解决方案及及应用案例四、数字化工工厂及应用案案例适应复杂工况况：防雨水、抗抗污渍、抗油油污、可喷涂涂读写方便快捷捷：可可读读可可写写，，“盲盲视视””““透透视视””扫扫描描批量量操操作作：批批量量读读/写、、远远距距离离读读写写读识识性性能能可可靠靠：一一次次性性““盲盲扫扫””，，识识别别可可靠靠性性达达99.8%以上上RFID系统统组组成成RFID工作作原原理理RFID在在智智能能制制造造中中的的应应用用模模式式RFID（RadioFrequencyIdentification）是一一种种非接接触触式式的自自动动识识别别技技术术，，它它通通过过射频频信信号号自自动动识识别别目目标标对对象象并并获获取取相相关关数数据据。。电子子标标签签读写写器器读写写器器天天线线读写写器器天天线线射射频频信信号号RFID中间间件件企业业业业务务应应用用扩展展企企业业网络络RFID在在智智能能制制造造中中的的应应用用模模式式托盘盘夹具具ID容器器RFID标签签工装装板板加工工零零件件刀具具TAG智能能制制造造在在AGV搬搬运运机机器器人人上上的的应应用用应用用说说明明：：在AGV小小车车需需要要判判别别转转向向信信息息的的部分分设设置置RFID感感应应标标签签。。AGV搬运机机器人底部安安装RFID读写设备，通过过识别AGV车路径上的RFID标标签，获取不不同路径转向向点的转向和报站站信息通过RFID系统和AGV车载控制制系统以及驱动系系统实现AGV小车更加智能化的运运行应用效果：实现AGV小小车路径柔性性化，提高运运转效率，更更具备路径适适应性和制造流程适应性性，能与MES、ERP系统无缝对对接。智能制造在码码垛机器人上上的应用应用说明：在自动立库的的出入口、码码垛机器人、转向机构等等位置部署RFID读写写器在自动立库中中的托盘（载载具）上固定RFID电电子标签在运转过程中中通过识别RFID标签签的信息，加载产产品或物料信信息将RFID信信息传递给码码垛机器人实实现全自动出库、、入库、分配配位置等动作应用效果：实实现自动化立立库的自识别别功能，能够够实现随机快快速分配仓位位，实现自由调仓等功能能，提高自动动化立库的运运转效率，降降低出错率智能制造在烟烟草业中的应应用作为烟草生产产管理信息系系统的一部分分，SYGOLE-RFID用于在在自动化仓库库和管理系统中中追踪和管理理生产，质量量信息。目标标是实现质量量和物料的控制。烟棒过滤嘴自自动仓库的RFID仓库容器传送送机堆垛机Sygole智能制造在数数控加工中心心辅助机器人人应用应用说明：给每一个工件件安装一个RFID标签签，需具备抗金属属、抗油污、、高防护等级性能；通过机器人自自动抓取，实实现在工件仓库、机床环环节之间的自自动加工和流转；机器人安装RFID读写写设备，通过过读取工件的RFID标签，，识别不同工工件的加工工艺和和位置参数等等信息。应用效果：通过七轴关节节机器人，配配备一个拥有有数百个托盘盘位的自动化化电极仓库，将放电加加工、高速铣铣削等多个加加工流程可靠靠连接起来，，提高数控设设备稼动率30%以上智能制造在线线测量机器人人的应用应用说明：在电极夹具上上装载RFID标签，让让每一个夹具都都有唯一标识识在测量设备上上安装读写装装置，让每台设备具有有智能感知功功能设备读取标签签信息后，能能够自动进行误差测量量、型面测量量并形成检测报告应用效果：（1）提高了了测量的效率率20%（2）实现了了测量目标体体和测量指标标的自识别，提提高设备利用用率18%（3）减少人人工错误，提提高准确率10%29电极数据库读写器读取电电极标签编码码QC测量电极偏移量X、Y值传递递至上位机软软件标签编码传递至上位机软件向标签内写入入X、Y偏移量值向数据库写入入X、Y偏移量量值汽车喷涂中的的智能制造技技术SYGOLE在汽车车身装装RFID远远距离电子标签在汽车车身侧侧边或顶部部部署RFID读写写器，同时将将读写器和喷涂机器人实实现联动通讯讯汽车通过时，，RFID将将识别的信息传输给机器器人，机器人人通过对信息的识别别加载不同的的喷涂参数，实现自自动化混流喷喷涂应用效果：通过对机器人人识别技术的的改造，使得得汽车喷涂具具备混流自动动化的特征，，提高了喷涂涂效率，提高了整整车生产效率率。发动机装配混混流中智能制制造应用说明发动机组装过过程在主体盘盘上装RFID电子子标签，并将将发动机型号号信息写入标签签在发动机组装装过程中，在在发动机组装流水线线线边装读写装装置，识别发动机信息息RFID设备备读取到信息息后，将信息息RFID标签sygole读写装置传递给PLC以及现场机机器人，通过机器人的不不同动作实现现混流装配。应用效果：实实现了发动机机组装全过程程的混流装配配，全程追溯溯发动机装配配信息，使得得发动机的质量稳稳定性大大提提升。物流快速批量量识别和AGV集成应用用应用说明物流载具、托托盘、叉车RFID电子子标签，并将物物品信息写入入标签在物流运输及及出入库过程程中，关键物流节点处处安装读写装装置，快速批量识别通通过的物品信信息RFID设备备读取到信息息后，将信息息传递给后台设设备、系统以以及AGV机器人，通过过AGV机器器人将物品搬运到相应位位置。应用效果：实实现了物流过过程批量识别别全自动化过过程，AGV实现了自动动搬运和输送送一、智能制造造的背景、特特征与关键技技术二、RFID在智能制造造中的应用模模式三、智能制造造解决方案及及应用案例四、数字化工工厂及应用案案例目录智能制造应用用解决方案智能制造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产品制造研发设计反馈馈生产过程跟踪踪出厂测试记录录销售管控商业模式转变变以租代售销售信息汇总总厂商信息同步步售后维护数据分析记录录寿命预测故障诊断客户体验个性化交互故障智能提醒醒自适应控制节能高效智能制造方案案：机电产品智能能化应用领域产品制造产品服务全面提升产品品附加值全生命周期产品智能化：：工程机械产产品智能化车载智能中控控系统装备使用状态态GPS卫星定位后台服务支撑撑系统设备业主监控控设备状况信息息上报、状态态定位监控、、厂商业主指指令远程下达达、现场服务务支持刀具管理理基于RFID的方案：：辅具全生生命周期期信息交交互过程程适应恶劣劣加工工工况刀具与加加工机床床/对刀仪M2M刀具全生生命周期期管控提升刀具具利用率率提高机床床使用率率提高加工工零件质质量价值智能维护护方案价值值1维修体制制优化，，合理分分配预知性检修修、定期期检修及及故障检修，实现设备备可靠性性和经济性的的优化平平衡；2构建以可可靠性为为中心的的状态检修体体系，实实现设备备健康状态的的全方位位监控，，保障设备安安全运行行；3开发全流流程智能能维护系系统，实现监测测-诊断-评估-决策-维修的信信息化管管理，保保障智能维护护的完整整实施。。一、智能能制造的的背景、、特征与与关键技技术二、RFID在在智能制制造中的的应用模模式三、智能能制造解解决方案案及应用用案例四、数字字化工厂厂及应用用案例目录录数字化工工厂的作作用：以以汽车工工业为例例2010年，国国务院发发展研究究中心《《汽车产产业蓝皮皮书》发发布比较较结果：日本本汽车工工业91.62分，中国国汽车工工业54.33分自主品牌牌汽车工业业发达国国家品种效率质量1000多种变变型共线线3.5分分钟/辆辆（江淮商商务车））224个个PP100（每百辆辆新车问问题数））4000多种变变型共线线（2000年丰丰田Coronas装装配线））48秒/辆（日本本本田轿车车、商务务车共线线）135个个PP100（每百辆辆新车问问题数））——2010年年J.D.Power亚太太公司中中国新车车质量研研究报告告数字化工工厂的作作用：以以汽车工工业为例例设备能力力生产过程程管控与与优化能能力要实现上上述目标标，设备的智智能化水水平和生生产过程程管控与与优化的的能力缺缺一不可可多品种高效率低成本高质量在设备能能力逐步步提升的的情况下下，制造造环节的的数字化化管控与与优化能能力不足足更显突出，已已成为我我国汽车车工业与与国外差差距的主主要原因因之一。。什么是数数字化工工厂数字化工工厂以MES为核心，对工厂厂内的制制造资源源、计划、流流程等进进行管控控数字化工工厂与产产品设计计层有紧密关关联，是是设计意意图的物化环环节通过系统统集成，，数字化化工厂还与企企业层和和设备控控制层实时交交换数据据，形成成制造决策、、执行和和控制等等信息流的闭闭环−物流通道道及设备备监控−叉车/AGV/堆垛机机运行情情况−物流设备备位置数数字地图图显示−配送执行行状态跟跟踪及监监控−仓库出入入库/库库存/缺缺料跟踪踪生产过程程数字化化−WIP跟跟踪(工工位/工工序/部部件)−各工位关关重件安安装匹配配查验−生产报工工与节拍拍价值分分析−各型号/各订单单的完工工情况−各工位/各关重重件实作作工时质量管控控数字化化−质量统计计分析报报表及异异常报告告−质检现场场数据/质检设设施数据据−主机及关关重件流流转过程程监控−质量报表表数据/统计分分析数据据−现场质量量事故位位置与性性质分析析制造资源源数字化化−设备运行行状态和和运行参参数−刀具/量量具/模模具在库库/在工工位−装运车辆辆的定位位/跟踪踪/调度度−关键岗位位人员的的定位/呼叫−资源的能能力/效效率跟踪踪分析现场运行行数字化化−安灯内容容信息采采集与发发布−设备运行行状态和和运行参参数−线边物料料的消耗耗与配送送−现场视频频采集与与近景分分析−现场环境境(光/温/湿湿/尘/气)物料管控控数字化化管控中心心PCC生产质量ERPPDM物流设备数字化工工厂的核核心内容容数字化工工厂的分分层管理理数字化制制造决策策与管控控层商业智能能/制造造智能（（BI/MI））：可针对对质量管管理、生生产绩效效、依从性、产产品总谱谱和生命命周期管管理等提提供业务务分析报报告无缝缩放放和信息息钻取：：通过先进进的可定定制可缩缩放矢量量图形技技术，使用者可可充分考考虑本企企业需求求及行业业特点，，轻松创创建特定定的数据据看板、图图形显示示和报表表，可快快速钻取取至所需需要的信信息实时制造造信息展展示：无论在车车间或是公公司办公公室、会会议室，，通过掌上上电脑、、PC机机、大屏屏幕显示器，，用户都都可以随随时获得得所需的实实时信息息数字化工工厂的分分层管理理数字化制制造执行行层先进排程程与任务务分派：：通过对车车间生产产的先进进排程和和对工作作任务的的合理分派，使使制造资资源利用用率和人人均产能能更高，，有效降降低生产产成本质量控制制：通过对质质量信息息的采集集、检测测和响应应，及时时发现并并处理质质量问题，杜杜绝因质质量缺陷陷流入下下道工序序所带来来的风险险准时化物物料配送送：通过对生生产计划划和物料料需求的的提前预预估，确确保在正正确的时间将将正确的的物料送送达正确确的地点点，在降降低库存存的同时时减少生生产中的的物料短缺缺问题及时响应应现场异异常：通过对生生产状态的实时时掌控，，快速处处理车间间制造过程中的的生产过过程中常常见的延延期交货、物料料短缺、、设备故故障、人人员缺勤等各种种异常情情形数字化工工厂的分分层管理理数字化制制造装备备层（工工位层））实时硬件件装备集集成：通过对数数控设备备、工业业机器人人和现场场检测设设备的集集成，实时时获取制制造装备备状态、、生产过过程进度度以及质质量参数数控制的的第一手手信息，并并传递给给执行层层与管控控层，实实现车间间制造透透明化，，为敏捷捷决策提提供依据多源异构构数据采采集：采用了先先进的数数据采集集技术，，可以通通过各种种易于使使用的车间间设备来来收集数数据，同同时确保保系统中中生产活活动信息息传递的的同步化化和有效性性生产指令令传递与与反馈：支持向向现场工工业计算算机、智智能终端端及制造造设备下下发过程控控制指令令，正确确、及时时地传递递设计及及工艺意意图设备控制制电子看板板按灯智能料架架条码扫描描RFIDProductionIntegrationCenter波音787数字字化工厂厂通过采用用数字化化工厂，，波音公公司在制制造环节节取得了了显著的的效益：显著提高高了生产产效率减少了质质量缺陷陷率减少了因因供应商商原因导导致的生生产延期期Boeing787研研制周期期缩短至至1/3，研制制成本降降低50%新一