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1、智能制造與數(shù)字化工廠,智慧工廠,提 綱,一、兩化融合下的數(shù)字化與智能化制造二、數(shù)字化工廠概述三、相關研究與案例,大背景：信息化與工業(yè)化融合,產(chǎn)品本身：信息技術（IT，Information Technology）的應用使機械產(chǎn)品本身向數(shù)字化轉變，深刻改變了機械產(chǎn)品的內涵；生產(chǎn)活動：計算機輔助設計、工藝、制造、測試、管理等先進技術手段使企業(yè)生產(chǎn)的自動化、柔性化、智能化程度大大提高，全面提升了企業(yè)的能力；,制造模式：信息技術向制造業(yè)的全面滲透，還產(chǎn)生了許多新的工業(yè)化理念，如“協(xié)同生產(chǎn)”、“敏捷制造”、 “大規(guī)模客戶化定制”等；未來發(fā)展：信息技術新的發(fā)展，如下一代互聯(lián)網(wǎng)、云計算、無線傳感、物聯(lián)網(wǎng)等，

2、將更加廣泛而深刻地引起機械工業(yè)的變革。,4,德國,法國,英國,西班牙,機艙內裝飾,前后機身,駕駛艙和中段,機翼,發(fā)動機機架,垂直尾翼,水平尾翼,發(fā)動機,工裝,美國,其它供應商,大背景：信息化與工業(yè)化融合,18世紀末,20世紀初,70年代初,至今,第一次工業(yè)革命機械化生產(chǎn)蒸汽驅動,第二次工業(yè)革命批量流水線生產(chǎn)電力驅動,第三次工業(yè)革命高自動化柔性生產(chǎn)計算機信息技術驅動,第四次工業(yè)革命智能化工廠智能裝備及信息通信,敏捷制造智能制造,第四次工業(yè)革命：全面的智能化工廠,蒸汽機、電動機曾給機械產(chǎn)品的發(fā)展帶來革命數(shù)字化：信息化與工業(yè)化融合的重要手段智能化：裝備和機械產(chǎn)品的發(fā)展趨勢,蒸汽機的發(fā)明，機器動力的應

3、用,電動機的發(fā)明，電能的應用,信息技術特別是數(shù)控技術的應用,智能技術的應用，自適應、自我決策,機械一代,智能一代,數(shù)控一代,電氣一代,我國制造業(yè)發(fā)展的幾個主要階段,使用數(shù)控織機，由原來3-4小時/毛衣，變?yōu)?0分鐘/毛衣，同時1個工人操作5-10臺機器。,手動式,半自動,全數(shù)控,案例1： 紡織機械,案例1： 紡織機械,細紗機紡紗過程中把半制品粗紗或條子經(jīng)牽伸、加拈、卷繞成細紗管紗的紡紗機器。,案例2： 印刷機械,異型玻璃磨邊機,手工靠模加工平板玻璃的周邊與斜邊的磨削拋光,案例3： 玻璃加工機械,伺服驅動系統(tǒng),數(shù)控技術的應用引起機械產(chǎn)品本身內涵發(fā)生根本性變化,簡化機械結構,縮短制造周期,提高制造

4、精度,提升裝備性能,齒輪箱,制造裝備智能化的基礎,1、平臺全數(shù)字化,現(xiàn)場總線、碼盤到伺服的連接、驅動單元等全數(shù)字化,高檔系統(tǒng)普遍采用現(xiàn)場總線方式,2、高速、高精、高可靠,先進數(shù)控機床加速度可達10g，快移速度達720m/min普通數(shù)控加工精度5m，精密級1m，超精密0.01m數(shù)控裝置MTBF值達60000h以上，伺服系統(tǒng)達30000h,3、智能化、網(wǎng)絡化、復合化,加工參數(shù)自調整、防碰撞、誤差補償、顫振預測抑制等從單一的數(shù)據(jù)傳輸向網(wǎng)絡監(jiān)控、維護與管理方向發(fā)展同時完成復雜零件的主要乃至全部加工工序,現(xiàn)場總線,高速納米插補,加工參數(shù)自動調整,制造裝備智能化的內涵,操作權限指紋確認,加工任務完成情況和

5、機床狀態(tài)可用手機查詢,數(shù)碼相機,信息塔(e-Tower) 機床信息化，具有語音、文本和視像等通訊功能。與生產(chǎn)計劃調度系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實時反映機床工作狀態(tài)和加工進度 操作權限指紋確認。工件試切時，可在屏幕上觀察加工過程。故障報警顯示、在線幫助排除。,智能化與自主管理,智能化制造裝備國內外進展,知道本系統(tǒng)的加工能力和狀態(tài) 能夠監(jiān)控和自主優(yōu)化加工過程 能夠自行度量工作（輸出）的質量 能夠不斷持續(xù)學習和提高自己的能力,智能化與自主管理,智能通訊單元,智能化制造裝備國內外進展,制造業(yè)的服務化趨勢,領先的制造企業(yè)不再只關注產(chǎn)品的生產(chǎn)加工，而是將市場拓展至產(chǎn)品的整個生命周期，包括產(chǎn)品開發(fā)或改進、生產(chǎn)加工、銷售、售

6、后服務、產(chǎn)品報廢、產(chǎn)品解體或回收,以汽車行業(yè)為例：,根據(jù)德勤在全球80家大型制造業(yè)公司中的調研，服務收入占總銷售收入的平均值超過25%；有19%的制造業(yè)公司的服務收入超過總收入的50%。,全球制造業(yè)中服務業(yè)務所占比例,*數(shù)據(jù)來自德勤公司研究報告基于全球服務業(yè)和零件管理調研,制造業(yè)的服務化趨勢,根據(jù)Andy Neely對全球13000家制造業(yè)上市公司研究的結果，發(fā)達國家制造業(yè)服務化的水平明顯高于正處在工業(yè)化進程中的國家。美國制造與服務融合型的企業(yè)占制造企業(yè)總數(shù)的58%，而中國制造業(yè)的服務化進程相對落后，具備服務型制造能力的企業(yè)僅占所有企業(yè)的2.2。,制造業(yè)的服務化趨勢,IBM曾經(jīng)僅是硬件制造商，

7、經(jīng)過十余年的業(yè)務整合，現(xiàn)已成功轉型為全球最大的“提供硬件、網(wǎng)絡和軟件服務的整體解決方案供應商”。在IBM全球的營收體系中，目前大約有55%的收入來自IT服務。ROLLS-ROYCE是著名的發(fā)動機公司，是波音、空客等大型飛機制造企業(yè)的供貨商。ROLLS-ROYCE并不直接向他們出售發(fā)動機，而以“租用服務時間”的形式出售，并承諾在對方的租用時間段內，承擔一切保養(yǎng)、維修和服務。ROLLS-ROYCE通過改變運營模式，擴展發(fā)動機維護、發(fā)動機租賃和發(fā)動機數(shù)據(jù)分析管理等服務，通過服務合同綁定用戶，服務收入達到公司總收入的55%以上。,制造產(chǎn)業(yè)服務化的典型案例,提 綱,一、兩化融合下的數(shù)字化與智能化制造二、

8、數(shù)字化工廠概述三、相關研究與案例,什么是數(shù)字化工廠,數(shù)字化工廠以MES為核心，對工廠內的制造資源、計劃、流程等進行管控數(shù)字化工廠與產(chǎn)品設計層有緊密關聯(lián)，是設計意圖的物化環(huán)節(jié)通過系統(tǒng)集成，數(shù)字化工廠還與企業(yè)層和設備控制層實時交換數(shù)據(jù)，形成制造決策、執(zhí)行和控制等信息流的閉環(huán),數(shù)字化工廠的工作范圍,WIP跟蹤(工位/工序/部件)各工位關重件安裝匹配查驗生產(chǎn)報工與節(jié)拍價值分析各型號/各訂單的完工情況各工位/各關重件實作工時,安燈內容信息采集與發(fā)布設備運行狀態(tài)和運行參數(shù)線邊物料的消耗與配送現(xiàn)場視頻采集與近景分析現(xiàn)場環(huán)境(光/溫/濕/塵/氣),物流通道及設備監(jiān)控叉車/AGV/堆垛機運行情況物流設備位置數(shù)字

9、地圖顯示配送執(zhí)行狀態(tài)跟蹤及監(jiān)控倉庫出入庫/庫存/缺料跟蹤,質量統(tǒng)計分析報表及異常報告質檢現(xiàn)場數(shù)據(jù)/質檢設施數(shù)據(jù)主機及關重件流轉過程監(jiān)控質量報表數(shù)據(jù)/統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)現(xiàn)場質量事故位置與性質分析,設備運行狀態(tài)和運行參數(shù)刀具/量具/模具在庫/在工位裝運車輛的定位/跟蹤/調度關鍵崗位人員的定位/呼叫資源的能力/效率跟蹤分析,生產(chǎn)過程數(shù)字化,質量管控數(shù)字化,制造資源數(shù)字化,現(xiàn)場運行數(shù)字化,物料管控數(shù)字化,管控中心PCC,生產(chǎn),質量,物流,ERPPDM,設備,數(shù)字化工廠的核心內容,數(shù)字化工廠的分層管理,數(shù)字化制造決策與管控層商業(yè)智能/制造智能（BI/MI）：可針對質量管理、生產(chǎn)績效、依從性、產(chǎn)品總譜和生命周期

10、管理等提供業(yè)務分析報告無縫縮放和信息鉆?。和ㄟ^先進的可定制可縮放矢量圖形技術，使用者可充分考慮本企業(yè)需求及行業(yè)特點，輕松創(chuàng)建特定的數(shù)據(jù)看板、圖形顯示和報表，可快速鉆取至所需要的信息,實時制造信息展示：無論在車間或是公司辦公室、會議室，通過掌上電腦、PC機、大屏幕顯示器，用戶都可以隨時獲得所需的實時信息,數(shù)字化工廠的分層管理,數(shù)字化制造執(zhí)行層先進排程與任務分派：通過對車間生產(chǎn)的先進排程和對工作任務的合理分派，使制造資源利用率和人均產(chǎn)能更高，有效降低生產(chǎn)成本質量控制：通過對質量信息的采集、檢測和響應，及時發(fā)現(xiàn)并處理質量問題，杜絕因質量缺陷流入下道工序所帶來的風險準時化物料配送：通過對生產(chǎn)計劃和物料

11、需求的提前預估，確保在正確的時間將正確的物料送達正確的地點，在降低庫存的同時減少生產(chǎn)中的物料短缺問題,及時響應現(xiàn)場異常：通過對生產(chǎn)狀態(tài)的實時掌控，快速處理車間制造過程中的生產(chǎn)過程中常見的延期交貨、物料短缺、設備故障、人員缺勤等各種異常情形,數(shù)字化工廠的分層管理,數(shù)字化制造裝備層（工位層）實時硬件裝備集成：通過對數(shù)控設備、工業(yè)機器人和現(xiàn)場檢測設備的集成，實時獲取制造裝備狀態(tài)、生產(chǎn)過程進度以及質量參數(shù)控制的第一手信息，并傳遞給執(zhí)行層與管控層，實現(xiàn)車間制造透明化，為敏捷決策提供依據(jù)多源異構數(shù)據(jù)采集：采用了先進的數(shù)據(jù)采集技術，可以通過各種易于使用的車間設備來收集數(shù)據(jù)，同時確保系統(tǒng)中生產(chǎn)活動信息傳遞的同

12、步化和有效性生產(chǎn)指令傳遞與反饋：支持向現(xiàn)場工業(yè)計算機、智能終端及制造設備下發(fā)過程控制指令，正確、及時地傳遞設計及工藝意圖,數(shù)字化工廠的典型應用場景,數(shù)字化工廠的作用：以汽車工業(yè)為例,2010年，國務院發(fā)展研究中心汽車產(chǎn)業(yè)藍皮書發(fā)布比較結果：日本汽車工業(yè)91.62分，中國汽車工業(yè)54.33分,自主品牌,汽車工業(yè)發(fā)達國家,品種,效率,3.5分鐘/輛（江淮商務車）,48秒/輛（日本本田轎車、商務車共線）,質量,1000多種變型共線,4000多種變型共線（2000年豐田Coronas裝配線）,224個PP100（每百輛新車問題數(shù)）,135個PP100（每百輛新車問題數(shù)）,2010年J.D. Power

13、亞太公司中國新車質量研究報告,數(shù)字化工廠的作用：以汽車工業(yè)為例,設備能力,生產(chǎn)過程管控與優(yōu)化能力,要實現(xiàn)上述目標，設備的智能化水平和生產(chǎn)過程管控與優(yōu)化的能力缺一不可,多品種,高效率,低成本,高質量,在設備能力逐步提升的情況下，制造環(huán)節(jié)的數(shù)字化管控與優(yōu)化能力不足更顯突出，已成為我國汽車工業(yè)與國外差距的主要原因之一。,因上游車間供應不足引起的停線次數(shù)減少26%因下游車間能力不足引起的停線次數(shù)減少29%,技術指標對比：實際工程應用前后對比,上游供應不足,下游能力不足,物料短缺,負荷超限,設備故障,次數(shù),實施數(shù)字化工廠帶來的收益,用于奇瑞、江淮、一汽海馬等自主品牌汽車生產(chǎn),典型案例：汽車行業(yè),實施數(shù)字

14、化工廠帶來的收益,實施數(shù)字化工廠帶來的收益,沖壓在制品庫存降低30%商務車生產(chǎn)節(jié)拍從3.5分鐘縮短至2.5分鐘，轎車生產(chǎn)節(jié)拍從96秒縮短至88秒基本消除了因為物料短缺導致的非正常停線,典型案例：江淮汽車,典型案例：奇瑞汽車發(fā)動機,用于奇瑞汽車4大系列20余種發(fā)動機混流生產(chǎn),實施數(shù)字化工廠帶來的收益,實施數(shù)字化工廠帶來的收益,能為客戶解決的問題制造現(xiàn)場：使制造過程透明化，敏捷響應制造過程中的各類異常，保證生產(chǎn)有序進行生產(chǎn)計劃：合理安排生產(chǎn)，減少瓶頸問題，提高整體生產(chǎn)效率生產(chǎn)物流：減少物流瓶頸，提高物流配送精準率，減少停工待料問題生產(chǎn)質量：更準確的預測質量趨勢，更有效的控制質量缺陷制造決策：使決策

15、依據(jù)更詳實，決策過程更直觀，決策結果更合理協(xié)同管理：解決各環(huán)節(jié)信息不對稱問題，減少溝通成本，支撐協(xié)同制造,實施數(shù)字化工廠帶來的收益,提 綱,一、兩化融合下的數(shù)字化與智能化制造二、數(shù)字化工廠概述三、相關研究與案例,數(shù)字化工廠的典型基本組成,焊裝-涂裝-總裝車間流水型生產(chǎn),解決方案與應用,沖壓車間作業(yè)型生產(chǎn),發(fā)動機加工/裝配車間混合型生產(chǎn),自主品牌汽車生產(chǎn)企業(yè)（江淮、奇瑞、海馬、江鈴、中國重汽、萬山等）,焊裝-涂裝-總裝車間流水型生產(chǎn),多車間關聯(lián)優(yōu)化,工藝序列優(yōu)先的混合排程,加工/裝配物料配送,硬件裝置與軟件系統(tǒng),優(yōu)化技術與算法,在制品跟蹤與生產(chǎn)過程可視化監(jiān)控系統(tǒng),車間信息采集終端,車身路由控制器

16、,配色驗證控制器,智能料架,物料匹配裝置,數(shù)字化工廠解決方案：汽車,數(shù)字化工廠解決方案：汽車,支持多條生產(chǎn)線：11條沖壓線、3條焊裝線、2條涂裝線、3條總裝線支持六大平臺八種車型：瑞風（MPV）、瑞鷹（SUV）、賓悅、同悅、和悅、悅悅（轎車）,江淮汽車,案例介紹：江淮汽車,案例介紹：江淮汽車,實施MES之前存在的主要問題,主要工作之一：建立了車間實時信息采集與處理平臺,案例介紹：江淮汽車,2022-06-19,41,主要工作之二：生產(chǎn)運作優(yōu)化,沖壓,焊接,涂裝,總裝,效果：提高關鍵件相似度20%以上,沖壓車間高級排程,涂裝車間配色規(guī)劃,總裝車間混流排序,焊裝-涂裝-總裝關聯(lián)優(yōu)化排序,案例介紹：江淮汽車,2022-06-19,42,主要工作之三：物流執(zhí)行優(yōu)化,沖壓件考慮焊裝需求拉動和經(jīng)濟批量，降低安全庫存,發(fā)動機加工/裝配協(xié)同，減少在制品庫存和儲運成本,總裝車間物料需求實時按需發(fā)布，大幅減少物料短缺導致的停線,“焊裝-涂裝-總裝”在制車身自動路由技術，減少物流成本,案例介紹：江淮汽車,主要工作之四：集成已有軟硬件平臺，消除信息孤島,實施前后的對比,案例介紹：江淮汽車,2022-06-19