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1、企业生产装备数字化,三一重工股份有限公司主讲人: 周 翔,主要内容,装备数字化发展现状装备数字化技术装备数字化的发展趋势 装备数字化的意义 三一重工信息化建设 结论与展望,1.装备数字化发展现状,装备数字化发展现状装备数字化技术装备数字化的发展趋势 装备数字化的意义 三一重工信息化建设 结论与展望,发展现状,中国制造业主要是贴牌OEM(Original Equipment Manufacturer)生产，赚取加工费。中国在传统制造工业领域的信息化水平与西方发达国家存有很大差距，技术水平低下已经成为中国制造业升级的瓶颈。,国家政策,2006年，政府发布了20062020年国家信息化发展战略，指出
2、：“信息化是当今世界发展的大趋势，是推动经济社会变革的重要力量。大力推进信息化，是覆盖我国现代化建设全局的战略举措，是贯彻落实科学发展观、全面建设小康社会、构建社会主义和谐社会和建设创新型国家的迫切需要和必然选择。”,企业信息化概念,我国的一些知名专家将企业信息化概括为五个数字化，即设计数字化、生产装备数字化、生产过程数字化、管理数字化和企业数字化。 国内外实践业已证明，只有全面实施这五个数字化，企业才具有最强的竞争力。,生产装备是制造业的物质基础,一提到企业信息化建设，还有不少人第一反应是认为企业信息化就是实施ERP，或ERP加CAD，这是一个认识误区。 生产装备是制造业的物质基础，生产装备
3、的数字化是企业信息化的基础。单纯的依靠管理信息化是不能发挥最大的效益的。 随着计算机、材料、能源及现代管理技术的的不断发展，装备数字化技术日益受到重视。,2.装备数字化技术,装备数字化发展现状装备数字化技术装备数字化的发展趋势 装备数字化的意义 三一重工信息化建设 结论与展望,计算机数控技术 工业机器人柔性制造系统集成制造技术传感技术自动检测及信号识别技术过程与设备工况的监测,装备数字化技术,装备数字化技术是在传统制造技术的基础上, 不断吸收和发展机械、电子、信息(计算机通信、控制理论等)、材料、能源及现代管理技术的成果, 将其综合应用于产品设计、制造、检验、管理、服务等产品生命周期的全过程,
4、 以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产技术模式, 取得理想的技术经济效果的制造技术的总称。,2.1 计算机数控技术,计算机数控系统CNC（Computerized Numerical Control）：采用先进微处理器对机床进行控制，完成零件自动加工的专用电子装置。 它接受了数字化的零件图样和工艺要求等信息，按照一定的数字模型进行查补运算，用运算结果实时地对机床的各运动坐标进行速度和位置控制，完成零件的加工。,2.2 工业机器人,工业机器人是典型的机电一体化高技术产品。在许多生产领域，它对提高生产自动化水平，提高劳动生产率、产品质量和经济效益，改善工人劳动条件的作用日见显著，不少劳动条件恶
5、劣、生产要求苛刻的场合，工业机器人代替人力劳动已是必然的趋势。,2.3 柔性制造系统,柔性制造系统FMS (Flexible Manufacturing System):是一种能迅速响应市场需求而相应调整生产品种的制造技术。 是由若干台数控设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的，并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。,2.4 集成制造技术,集成制造就是使制造业企业的各个环节、各个组成部分更好的协调一致，更有效地为企业整体目标服务，从而使企业在整体上达到最优。 集成制造所研究的，就是制造业企业全局优化的问题和方法。 集成制造技术就是制造业企业全局优化的使能技术。,2.5
6、 传感技术,人们常常把传感技术同计算机技术和通信技术一起称为信息技术的三大支柱。如果把计算机堪称处理信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”，那么传感器就是“感觉器官”。 人们只能利用由传感器技术研究开发的传感器信息采集系统才能获取环境和内部的信号。因此，它是信息技术系统的基础。,2.6 自动检测及信号识别技术,自动检测的技术：是以多种先进的传感技术为基础的，与计算机系统相结合。在软件的支持下，自动完成数据采集、处理、特征提取和识别，以及多种分析与计算的技术。 信号识别技术：是指按照规定的目标，对过程中各种现象或对事件进行检测、分析、描述、辨识和判断的过程的技术。其目的在于快速、经
7、济而又精确地实现制造过程的监视和控制。,2.7 过程与设备工况的监测,通过及时和足够的传感检测信息实现对过程监视和在其变化出现脱离目标值时的反馈控制，以保证“多品种、多批量”条件下的产品质量和实现对过程的装备运作状态（工况）的自诊断与自调整。,3.装备数字化的发展趋势,装备数字化发展现状装备数字化技术装备数字化的发展趋势 装备数字化的意义 三一重工信息化建设 结论与展望,精密化集成化柔性化网络化虚拟化智能化敏捷化开放化绿色化,3.1 精密化,精密加工和超精密加工技术是当今机械制造技术发展的主要方向之一。而精密、超精密、微细工程和纳米技术又是现代制造技术的基础, 并在高新技术领域及各类工业中都得
8、到了广泛的应用。同时, 它的发展也促进了机械、电子、光学、液压、传感器、测量技术及材料科学的发展, 有利于提高整个机械制造业的技术水平和加工精度, 极大地提高了产品质量的稳定性和性能的可靠性, 同时促进产品的小型化, 增强产品的互换性, 提高装配生产率并促进装配自动化。目前, 超精密加工技术正从微米、亚微米级向纳米级发展。,3.2 集成化,产品的加工、检测、物流、装配工程走向一体化。即用系统工程理论和方法将各种技术、物料、能源、信息等实现集成, 换句话说不仅是技术功能的集成, 更是技术、经营和人的集成, 集成要从企业内部向外部动态集成。集成化是当今自动化系统的基本特征。,3.3 柔性化,柔性化
9、是指将制造技术与数控技术、计算机技术、机器人技术以及生产管理技术等融为一体, 通过计算机管理和控制实现生产工程的实时调度, 最大限度地发挥设备的潜力, 减少工件搬运过程中等待时间的损失, 使多品种、中小批量生产的经济效益接近或达到大批量生产的水平。在制造过程中的柔性和高效率,使一种设备在尽量少的改装部位和改装时间内加工出不同类型的零部件, 适用于多品种、中小批量生产。,3.4 网络化,网络化是装备数字化技术发展的必由之路。制造业在市场竞争中, 面临多方的压力: 采购成本不断提高, 产品更新速度加快,市场需求不断变化, 全球化所带来的冲击日益加强等等。企业要避免这一系列问题, 就必须在生产组织上
10、实行某种深刻的变革,把力量集中在自己最有竞争力的核心业务上。 科学技术特别是计算机技术、网络技术的发展, 使这种变革的需要成为可能。装备数字化技术的网络化会导致一种新的制造模式, 即虚拟制造组织, 这是由地理上异地分布的、组织上平等独立的多个企业, 在谈判协商的基础上, 建立密切合作关系, 形成动态的“虚拟企业”或动态的“企业联盟”。此时, 各企业致力于自己的核心业务, 实现优势互补, 实现资源优化动态组合与共享。 在制造业中利用计算机技术实现全球的信息共享, 还可以实现全球制造技术和地球背面加工技术, 能实现异地设计、异地生产, 使加工生产分散网络化,以适应21 世纪高柔性生产的需要。,3.
11、5 虚拟化,虚拟制造技术将从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。在产品真正制出之前, 首先在虚拟制造环境中生成软产品原型代替传统的硬样品进行试验, 对其性能和可制造性进行预测和评价, 从而缩短产品的设计与制造周期,降低产品的开发成本, 提高系统快速响应市场变化的能力。虚拟企业是为了快速响应某一市场需求, 通过信息高速公路, 将产品涉及到的不同企业临时组建成为一个没有围墙、超越空间约束、靠计算机网络联系、统一指挥的合作经济实体。虚拟企业的特点是企业的功能上的不完整、地域上的分散性和组织结构上的非永久性, 即功能的虚拟化、组织的虚拟化、地域的虚拟化。虚拟制造将对制造业产生革命
12、性的影响。它是并行工程、敏捷制造、精益生产的支撑技术, 是质量工程实施的有力保证。,3.6 智能化,随着人工智能技术的发展,为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求,装备数字化的智能化程度在不断提高。具体体现在以下几个方面:加工过程自适应控制技术:通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息,利用传统的或现代的算法进行识别,以辩识出设备的受力、磨损、破损状态及设备加工的稳定性状态,并根据这些状态实时调整加工参数(主轴转速、进给速度) 和加工指令,使设备处于最佳运行状态,以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性;加工参数的智能优化与选择:将工艺专家或技
13、师的经验、零件加工的一般与特殊规律,用现代智能方法,构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”,利用它获得优化的加工参数,从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的;,3.6 智能化,智能故障自诊断与自修复技术:根据已有的故障信息,应用现代智能方法实现故障的快速准确定位;智能故障回放和故障仿真技术:能够完整记录系统的各种信息,对制造过程中发生的各种错误和事故进行回放和仿真,用以确定错误引起的原因,找出解决问题的办法,积累生产经验;智能化交流伺服驱动装置:能自动识别负载,并自动调整参数的智能化伺服系统,包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装置能自
14、动识别电机及负载的转动惯量,并自动对控制系统参数进行优化和调整,使驱动系统获得最佳运行;智能4M数控系统:在制造过程中,加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径,将测量(Measurement) 、建模(Modelling) 、加工(Manufacturing) 、机器操作(Manipulator) 四者(即4M) 融合在一个系统中,实现信息共享,促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。,3.7 敏捷化,企业采用现代通信手段, 通过快速配置各种资源(包括技术、管理和人员) , 以有效和协调的方式响应用户需求, 实现制造的敏捷性。它依赖于虚拟企业的组织方式和虚拟制造的开发手
15、段等多种现代制造技术和方法, 是柔性制造和精确生产发展的结果, 是对已有生产模式的丰富和发展。 敏捷制造包括产品制造机械系统的柔性、员工授权、制造商、供应商关系、总体质量管理及企业重构等内容。敏捷制造更侧重于企业之间的集成与信息交流。,3.8 开放化,向未来技术开放:由于装备软硬件接口都遵循公认的标准协议,只需少量的重新设计和调整,新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容,这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期;向用户特殊要求开放:更新产品、扩充功能、提供硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求;统一标准的建立:国际上正在研究和制定一种新的
16、CNC 系统标准ISO14649 (STEP2NC) ,以提供一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型,从而实现整个制造过程乃至各个工业领域产品信息的标准化。,3.9 绿色化,随着人们环保意识的增强以及资源的约束, 使绿色制造业显得越来越重要, 它将是21 世纪制造业的重要特征。制造业的产品从构思开始, 到设计、制造、销售、使用与维修, 直到回收、再制造等各阶段, 都必须充分顾及环境保护与改善。不仅要保护与改善自然环境, 还要保护与改善社会环境、生产环境以及生产者的身心健康。其实, 保护与改善环境, 也是保护与发展生产力。在此前提下, 制造出价廉、物美、供货期短、售后服务好的产品。作为“绿色”制造, 产品必须力求同用户的工作、生活环境相适应,给人以高尚的精神享受, 体现物质文明与精神文明的高度交融。因此, 发展与采用一项新技术时, 必须树立科学的发展观, 使制造业不断迈向“绿色”制造。,
