《智能制造与数字化工厂培训》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能制造与数字化工厂培训（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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：建立了车间实时信息采集与处理平台,案例介绍：江淮汽车,2019-08-31,41,主要工作之二： 生产运作优化,冲压,焊接,涂装,总装
