智能制造与数字化工厂PPT共63页

1、智能制造与数字化工厂,2013年08月,华中科技大学制造装备数字化国家工程研究中心 黄 刚,2013中国移动-高校学术论坛,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”、

2、 “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,敏捷制造 智能制造,第四次工业革命：全面的智能化工厂,蒸汽机、电动机曾给

3、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,智能一代,数控一代,电气一代,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。,案例2： 印刷机械,异型玻璃磨边机,手工靠模加工 平板玻璃的周边与斜边的磨削抛光,

4、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,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

5、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,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

6、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,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,*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

7、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

8、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

9、 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

10、,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

11、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

12、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,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

13、、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。,因上游车间供应不足引起的停线次数减少26% 因下游车间能力不足引

14、起的停线次数减少29%,技术指标对比：实际工程应用前后对比,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,实施数字化工厂带来的收益,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,实施数字化工厂带来的收益,实施数字化工厂带来的收益,冲压在制品库存降低30% 商务车生产节拍从3.5分钟缩短至2.5分钟，轿车生产节拍从96秒缩短至88秒 基本消除了因为物料短缺导致的非正常停线,典型案例：江淮汽车,典型案例：奇瑞汽车发动机,用于奇瑞汽车4大系列20余种发动机混流生产,实施数字化工厂带来的收益,实施数字化工厂带来的收益,能为客户解决的问题 制造现场：使制造过程透明化，

15、敏捷响应制造过程中的各类异常，保证生产有序进行 生产计划：合理安排生产，减少瓶颈问题，提高整体生产效率 生产物流：减少物流瓶颈，提高物流配送精准率，减少停工待料问题 生产质量：更准确的预测质量趋势，更有效的控制质量缺陷 制造决策：使决策依据更详实，决策过程更直观，决策结果更合理 协同管理：解决各环节信息不对称问题，减少沟通成本，支撑协同制造,实施数字化工厂带来的收益,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,数字化工厂的典型基本组成,焊装-涂装-总装车间 流水型生产,解决方案 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

16、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,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：11条冲压线、3条焊装线、2条涂装线、3条总装线 支持六大平台八种车型：瑞风（MPV）、瑞鹰（SUV）、宾悦、同悦、和悦、悦悦（轿车）,江淮汽车,案例介绍：江淮汽车,案例介绍：江淮汽车,实施MES之前存在的主要问题,主要工作之一：建

17、立了车间实时信息采集与处理平台,案例介绍：江淮汽车,9/18/2020,41,主要工作之二： 生产运作优化,冲压,焊接,涂装,总装,效果：提高关键件相似度20%以上,冲压车间 高级排程,涂装车间 配色规划,总装车间 混流排序,焊装-涂装-总装 关联优化排序,案例介绍：江淮汽车,9/18/2020,42,主要工作之三：物流执行优化,冲压件考虑焊装需求拉动和经济批量，降低安全库存,发动机加工/装配协同，减少在制品库存和储运成本,总装车间物料需求实时按需发布，大幅减少物料短缺导致的停线,“焊装-涂装-总装”在制车身自动路由技术，减少物流成本,案例介绍：江淮汽车,主要工作之四：集成已有软硬件平台，消除

18、信息孤岛,实施前后的对比,案例介绍：江淮汽车,9/18/2020,44,案例介绍：江淮汽车,实施前,实施后,实施效果 冲压在制品库存降低30% 商务车生产节拍从3.5分钟缩短至2.5分钟，轿车生产节拍从96秒缩短至88秒 基本消除了因为物料短缺导致的非正常停线,数字化工厂解决方案：工程机械行业,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,数字化工厂,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

19、,案例介绍：三一重工,三一重工为打造世界一流混凝土泵送机械制造基地而投资兴建 建筑面积：10万平方米，是亚洲最大的生产厂房,应用对象：18#厂房,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,案例介绍：三一重工,案例介绍：三一重工,已完成车间机加设备的研发采购

20、与安装调试，部分完成智能上料机械手、DNC实时监控装置及刀具管理系统的购置和开发,主要构成之一：智能加工中心与生产线,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,案例介绍：三一重工,案例介绍：三一重工,已对泵送18号厂房环境，业务部门需求进行初步需求调研，完成了公共制造资源规划，确定了项目范围。,主要构成之三：公共资源定位软硬件系统,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,案例介绍：三一重工,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

21、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,案例介绍：三一重工,主要构成之五：数字化加工车间物流执行软硬件系统,54,案例介绍：三一重工,可视化指令发送与业务指导 现场生产实时数据驱动三维虚拟工厂环境展示 生产现场的历史回放 可视化环境下的跨部门协同工作支持,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

22、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,物料标签100%条码化 主机标签100%RFID化,案例介绍：三一重工,实施效果,其他已经或正在实施的企业,奇瑞汽车 中国自主知识产权汽车的典型企业 合作内容：发动机生产系统与制造过程优化 中国商飞 中国民用大飞机制造企业 合作内容：车间生产执行管理及控制 江南机器 武器装备生产基地 合作内容：装配型生产MES实施 中国重汽 重型汽车生产骨干企业 合作内容：四大工艺制造执行系统开发,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）,未来的发展趋势-实时的生产控制平台,Produc

23、tion Integration Center,数字化工厂典型案例：波音787制造工厂,通过采用数字化工厂，波音公司在制造环节取得了显著的效益： 显著提高了生产效率 减少了质量缺陷率 减少了因供应商原因导致的生产延期 Boeing 787研制周期缩短至1/3，研制成本降低50% 新一代战神航天运载工具的研制和C130的航空电子升级中，缩短装配工期57%,数字化工厂典型案例：波音787制造工厂,PCT,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,物流准备,环境预警,装配现场,生产、装配现场,高清视频、生产信息、物流信息等,生产管控 人员,数字化工厂典型案例：波音

24、787制造工厂,61,校企合作方向建议,一、基于移动互联技术的工厂内信息传递 二、物联网技术在制造业的应用 三、移动通信网络在制造物流中的应用 四、具有广域互联能力的智能化装备,谢 谢！,1、不是井里没有水，而是你挖的不够深。不是成功来得慢，而是你努力的不够多。 2、孤单一人的时间使自己变得优秀，给来的人一个惊喜，也给自己一个好的交代。 3、命运给你一个比别人低的起点是想告诉你，让你用你的一生去奋斗出一个绝地反击的故事，所以有什么理由不努力! 4、心中没有过分的贪求，自然苦就少。口里不说多余的话，自然祸就少。腹内的食物能减少，自然病就少。思绪中没有过分欲，自然忧就少。大悲是无泪的，同样大悟无言

25、。缘来尽量要惜，缘尽就放。人生本来就空，对人家笑笑，对自己笑笑，笑着看天下，看日出日落，花谢花开，岂不自在，哪里来的尘埃! 25、你不能拼爹的时候，你就只能去拼命！ 26、如果人生的旅程上没有障碍，人还有什么可做的呢。 27、我们无法选择自己的出身，可是我们的未来是自己去改变的。励志名言：比别人多一点执着，你就会创造奇迹 28、伟人之所以伟大，是因为他与别人共处逆境时，别人失去了信心，他却下决心实现自己的目标。 29、人生就像一道漫长的阶梯，任何人也无法逆向而行，只能在急促而繁忙的进程中，偶尔转过头来，回望自己留下的蹒跚脚印。 30、时间，带不走真正的朋友；岁月，留不住虚幻的拥有。时光转换，体

26、会到缘分善变；平淡无语，感受了人情冷暖。有心的人，不管你在与不在，都会惦念；无心的情，无论你好与不好，只是漠然。走过一段路，总能有一次领悟；经历一些事，才能看清一些人。 31、我们无法选择自己的出身，可是我们的未来是自己去改变的。 32、命好不如习惯好。养成好习惯，一辈子受用不尽。 33、比别人多一点执着，你就会创造奇迹。 50、想像力比知识更重要。不是无知，而是对无知的无知，才是知的死亡。 51、对于最有能力的领航人风浪总是格外的汹涌。 52、思想如钻子，必须集中在一点钻下去才有力量。 53、年少时，梦想在心中激扬迸进，势不可挡，只是我们还没学会去战斗。经过一番努力，我们终于学会了战斗，却已

27、没有了拼搏的勇气。因此，我们转向自身，攻击自己，成为自己最大的敌人。 54、最伟大的思想和行动往往需要最微不足道的开始。 55、不积小流无以成江海，不积跬步无以至千里。 56、远大抱负始于高中，辉煌人生起于今日。 57、理想的路总是为有信心的人预备着。 58、抱最大的希望，为最大的努力，做最坏的打算。 59、世上除了生死，都是小事。从今天开始，每天微笑吧。 60、一勤天下无难事，一懒天下皆难事。 61、在清醒中孤独，总好过于在喧嚣人群中寂寞。 62、心里的感觉总会是这样，你越期待的会越行越远，你越在乎的对你的伤害越大。 63、彩虹风雨后，成功细节中。 64、有些事你是绕不过去的，你现在逃避，你

28、以后就会话十倍的精力去面对。 65、只要有信心，就能在信念中行走。 66、每天告诉自己一次，我真的很不错。 67、心中有理想 再累也快乐 68、发光并非太阳的专利，你也可以发光。 69、任何山都可以移动，只要把沙土一卡车一卡车运走即可。 70、当你的希望一个个落空，你也要坚定，要沉着！ 71、生命太过短暂，今天放弃了明天不一定能得到。 72、只要路是对的，就不怕路远。 73、如果一个人爱你、特别在乎你，有一个表现是他还是有点怕你。 74、先知三日，富贵十年。付诸行动，你就会得到力量。 75、爱的力量大到可以使人忘记一切，却又小到连一粒嫉妒的沙石也不能容纳。 1、这世上，没有谁活得比谁容易，只是

29、有人在呼天抢地，有人在默默努力。 2、当热诚变成习惯，恐惧和忧虑即无处容身。缺乏热诚的人也没有明确的目标。热诚使想象的轮子转动。一个人缺乏热诚就象汽车没有汽油。善于安排玩乐和工作，两者保持热诚，就是最快乐的人。热诚使平凡的话题变得生动。 3、起点低怕什么，大不了加倍努力。人生就像一场马拉松比赛，拼的不是起点，而是坚持的耐力和成长的速度。只要努力不止，进步也会不止。 4、如果你不相信努力和时光，那么时光第一个就会辜负你。不要去否定你的过去，也不要用你的过去牵扯你的未来。不是因为有希望才去努力，而是努力了，才能看到希望。 5、人生每天都要笑，生活的下一秒发生什么，我们谁也不知道。所以，放下心里的纠

30、结，放下脑中的烦恼，放下生活的不愉快，活在当下。人生喜怒哀乐，百般形态，不如在心里全部淡然处之，轻轻一笑，让心更自在，生命更恒久。积极者相信只有推动自己才能推动世界，只要推动自己就能推动世界。 6、人性本善，纯如清溪流水凝露莹烁。欲望与情绪如风沙袭扰，把原本如天空旷蔚蓝的心蒙蔽。但我知道，每个人的心灵深处，不管乌云密布还是阴淤苍茫，但依然有一道彩虹，亮丽于心中某处。 7、每个人的心里，都藏着一个了不起的自己，只要你不颓废，不消极，一直悄悄酝酿着乐观，培养着豁达，坚持着善良，只要在路上，就没有到达不了的远方！ 8、不要活在别人眼中，更不要活在别人嘴中。世界不会因为你的抱怨不满而为你改变，你能做到的只有改变你自己！ 9、欲戴王冠，必承其重。哪有什么好命天赐，不都是一路披荆斩