自动化技术及其应用ppt课件

1、工厂自动化技术及其运用中科院沈阳自动化研讨所10 七月 2022 汇 报 提 纲一、中国科学院沈阳自动化研讨所简介二、工厂自动化的技术体系三、相关单元技术及典型运用引见四、协作建议中国科学院沈阳自动化研讨所简介目前：主要从事机器人、工业自动化、光电信息处置技术的研讨开发在编职工500多人，工程院院士2人在学研讨生300人研讨所开展根本情况 1958年建所机器人技术国家工程研讨中心机器人学国家重点实验室中国科学院光电信息技术重点实验室中国科学院工业信息技术重点实验室科技部高技术成果转化产业化基地国家先进制造技术R&D的重要基地研讨所开展根本情况机器人学实验室水下机器人研讨室光电信息研讨室现代配备

2、研讨室自动化系统研讨室工业信息学研讨室高技术攻关运用示范研讨与探求高技术产业化新松机器人等所投资公司事业法人研讨开发实体创新构造规划：“两个实体、四个层次企业法人产业化实体制造:制造技术:Longman词典对“制造解释为：“经过机器进展(产品)制造或消费，特别是适用于大批量国际消费工程学会1990年：制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、消费方案、消费过程、质量保证、运营管理、市场销售和效力的一系列相关活动和任务的总称。把原资料变成产品，所采用的一系列技术的统称。先进制造技术 (AMT)，是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、资料、能源以及现代化管理等领域的成果，将其综合运用于产品消费

3、、设计、制造、检测、管理和售后效力全过程的结果。它是制造技术的最新开展阶段，是制造技术与现代高新技术结合而产生的完好的技术群。二、工厂自动化的技术体系二、工厂自动化的技术体系制造产品其本身的创新设计才干，即产品的竞争才干 (制造-发明) 现有产品的改良 新产品的研发消费产品的制造才干和管理程度，即制造产品的矫捷才干 (制造-智造) 几个层面: 制造单机设备层 制造设备本身才干的提升(智能化) 消费线/制造系统 制造/检测/物流设备构成的系统成套化和数字化 制造过程管理 制造执行过程的高效运转和过程改良可视化和可控化 企业资源管理 企业运作的科学化和业务流程的优化企业竞争优势的两个关键：先进制造

4、技术的运用给企业赋予了新的特征: 信息时代的现代制造企业将是一个全面集成的数字化企业。管理数字化产品设计数字化消费过程数字化制造配备数字化企业数字化 以CIMS为中心的数字化企业思想得到企业的认同，并将其作为信息化建立的目的。二、工厂自动化的技术体系制造配备PCS/NCSMES二、工厂自动化的技术体系工厂自动化技术是先进制造技术的重要组成部分ERP制造业信息化工厂自动化制造才干和管理程度三、相关单元技术及典型运用引见1、制造执行系统技术MES2、网络化控制技术3、公用配备技术1270年代末传统T-MES阶段：单一功能的车间级运用公用Point-MES Next-Generation MES:-

5、 2004年协同制造执行系统C-MES概念 - 具有开放式、客户化、可配置、可伸缩等特性的新型体系构造- 智能性- WEB技术 80年代中期 90年代初2000年2004年可集成I-MES阶段:- 1990年AMR MES概念- 1992年MESA成立- 1997年MES 白皮书- 2000年ISA 95 系列规范具有客户化、可重构、可扩展和互操作等特性 开展阶段:3.1 制造执行系统(MES)技术 MES聚集了车间中用以管理和优化从定单下到达消费完成全过程中的一切活动的硬件或软件组件，经过控制和利用准确的制造信息，对车间消费活动中的实时事件做出快速呼应，同时向企业决策支持过程提供相关消费活动

6、的重要信息。定义: Manufacturing Execution System Association，MESA 制造执行系统Manufacturing Execution System, MES是一种面向车间层的消费管理和优化运转技术； 是位于企业上层消费方案和底层工业控制之间、面向车间层的管理信息系统。3.1 制造执行系统(MES)技术MES在整个企业信息集成系统中承上启下，是消费活动与管理活动信息沟通的桥梁。MES采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数据和形状信息，目的在于优化和改善制造活动。它强调是当前视角，即准确的实时数据。从对实时的要求而言，假设说控制层要求的实时的时间系数为

7、1，那么,MES的时间系数为10,ERP的时间系数为100可控性可视性MES特征: 3.1 制造执行系统(MES)技术功能模型: MESA O/DSDPRA&CDCPT&GPALMMMPMQMDC&A资源分配及控制 RA&C消费作业方案 O/DS 消费调度 DP质量管理 QM消费过程管理 PM 文档控制 DC数据采集 DC&A劳动力管理 LM设备维护管理 MM产品跟踪与追溯 PT&G 性能分析 PASCMService/RepairAPSERPCRMPCSPLMPDM/CMC3.1 制造执行系统(MES)技术MES规范的进展: ANSI/ISA-95规范-企业与控制系统集成规范 1ANSI/I

8、SA-95.00.01，企业-控制系统集成，第一部分：模型和术语；包括规范的术语和对象模型(信息交换) (Approved July 15,2000; 2021: IEC/ISO 62264-1; GB/T 20720.1)2ANSI/ISA-95.00.02，企业-控制系统集成，第二部分：对象模型属性；由第一部分中的定义的每一个对象的属性组成。 (Approved October 17,2001; 2021:IEC/ISO 62264-2; GB/T 20720.2)3ANSI/ISA-95.00.03，企业-控制系统集成，第三部分：制造过程管理活动模型；集中在第三层消费/MES层上的功能和

9、活动。 (Approved June 6, 2005; 2021:IEC/ISO 62264-3; GB/T 20720.3)4 ANSI/ISA-95.00.04 ，第四部分：定义制造运作管理对象模型属性 制定中 5 ANSI/ISA-95.00.05 ，第五部分：定义商业系统和制造业之间信息买卖 (Approved January 10,2007)3.1 制造执行系统(MES)技术来源:美国 Logica MES Centre of Excellence公司的MES Product Survey 2007/2021 报告国外MES行业分布:1 电子2 汽车3 食品&饮料4 机械&工具5 制

10、药6 半导体7 塑料&橡胶3.1 制造执行系统(MES)技术国内的MES运用集中在冶金、石化、汽车、烟草和电子等几大行业。冶金、石化、汽车等为国内较早开场信息化建立的行业，轻工、纺织等行业启动那么较晚。流程/混合流程行业运用要好于离散行业 我国曾经运用和正在建立MES的钢铁企业共有30多家，他们的钢铁产量占全国钢铁总产量的50%以上。 烟草行业大约有1/3左右的消费厂曾经实施了MES系统。国内MES行业分布:3.1 制造执行系统(MES)技术MESA 调查分析结果：消费周期缩短45%； 数据输入时间缩短75%；在制品减少24%； 文书任务减少61%；交货期缩短27%； 不合格产品降低18%；文

11、书丧失减少56%。MES给企业带来的效益3.1 制造执行系统(MES)技术3.1 制造执行系统(MES)技术MES相关技术：制造执行系统平台与集成技术基于MES规范的制造过程建模技术数据采集与过程跟踪技术 产质量量诊断/控制/调整技术SPCDA不同消费类型的高级排产与调度技术APS设备缺点诊断与预防性维护技术制造系统性能评价技术自主研发了MES开发与运转平台：MessageBusDB ManagerDataReaderDataWriterAlarm SPCGateWayMES运用套件消费管理过程跟踪建模工具工厂模型产品模型事件模型执行模型异构数据源适配器实时历史库OPCRS232质量管理产品管

12、理效率分析Calculation MgrMES企业集成衔接器ERPCRMInfo Publish EngineData Mining EngineMES信息门户耐久存储 SQL Server 2005SDK中心效力3.1 制造执行系统(MES)技术3.1 制造执行系统(MES)技术制造过程建模方法与可视化技术：产品模型-工厂模型关联执行模型-工厂模型关联执行模型-产品模型关联消费线参数工位车间制造过程建模方法与可视化技术：3.1 制造执行系统(MES)技术工厂模型：消费线/工艺段/设备实现工艺段与质量检测点和保证工艺参数的设备及控制变量的关联实现消费线/设备模型与形状信息和消费信息的关联间隙丈

13、量及垫片自动选装系统带钮距传感器的电动拧紧工具带位移和压力传感器的压装机基于图像的自动识别系统关键设备的数据采集与集成： (可视化)3.1 制造执行系统(MES)技术变速箱综合性能加载实验台发动机综合性能实验台关键设备的数据采集与集成： (可视化)3.1 制造执行系统(MES)技术磁导航带RFID定位的AGV物流小车工业智能打标机RFID托盘跟踪手持PDA物料扫描关键设备的数据采集与集成： (可视化)3.1 制造执行系统(MES)技术防错装控制产品A零件所在料位产品B零件所在料位产品A方案执行产品B方案执行MES运用系统PLC利用料架上的指示灯，指示操作者获取正确的物料智能料架工艺执行、质量、

14、防错漏等在线控制才干 (可控化)3.1 制造执行系统(MES)技术MES运用系统产品A工艺产品B工艺产品A方案执行产品B方案执行PLC工位计算机压机压力超越工艺要求产生报警提示并同时控制压机停顿动作工艺执行、质量、防错漏等在线控制才干 (可控化)3.1 制造执行系统(MES)技术物料跟踪例如:Part APart BPart C分总成APart MPart N零件数量时间批次Part A105-08:450512021Part B205-08:450412021Part C105-08:450510001MES对分总成A的跟踪记录表示装配者工人甲在制品A托盘/AGV总装配线报完工零件数量时间批

15、次Part M105-08:450512021Part N205-08:450412021分总成A105-08:450510001MES对在制品A的跟踪记录表示装配者工人乙基于事件&时间序列的制造过程跟踪和追溯才干 (可控化)3.1 制造执行系统(MES)技术基于事件和时间序列的过程跟踪与控制模型ERP方案跟踪过程工位料架人员离线质量零件详细排产总装方案总装过程投料总装开场总装终了运用零件信息班组登录压机拧紧工具测试料架实践工艺参数、设备形状、人员操作种类数量供应商料架设备投料运用零件信息种类数量供应商分装开场分装终了分装过程消费过程实践工艺参数、设备形状、人员操作实践工艺参数、设备形状、人员

16、操作实践工艺参数、设备形状、人员操作时序质量信息质量信息3.1 制造执行系统(MES)技术产品质量故障原因查找生产线效率分析及生产节拍的改进根据跟踪信息进行控制查找同该批次物料关联的所有产品产品生产过程工艺参数查询查找问题产品所用物料的批次查找问题产品相关的操作人员生产过程跟踪基于事件&时间序列的制造过程跟踪和追溯才干 (可控化)3.1 制造执行系统(MES)技术物料配送清单及批次采集基于事件&时间序列的制造过程跟踪和追溯才干 (可控化)关键工艺测试数据参数柴油机产品的制造过程档案：(物料批次、试漏/拧紧/试车工艺参数、人员、操作时间)基于消费过程跟踪模型的典型运用-朝阳柴油机总装MES系统3

17、.1 制造执行系统(MES)技术基于消费过程跟踪模型的典型运用宇通客车MES系统基于事件&时间序列的制造过程跟踪和追溯才干 (可控化)3.1 制造执行系统(MES)技术基于事件&时间序列的制造过程跟踪和追溯才干 (可控化)基于消费过程跟踪模型的典型运用-宇通客车MES系统3.1 制造执行系统(MES)技术基于事件&时间序列的制造过程跟踪和追溯才干 (可控化)基于消费过程跟踪模型的典型运用-宇通客车MES系统3.1 制造执行系统(MES)技术瓶颈车间的调度问题 (优化)基于消费过程跟踪模型的典型运用-宇通客车MES系统3.1 制造执行系统(MES)技术方案排产消费周期紧缩 涂装车间现平均单车实践

18、消费周期约55小时，方案排产紧缩消费周期约10小时方案排产吊装满足率 由于方案排产采用根据吊装方案的倒排产算法，实际上100%满足吊装。方案排产设备利用率 现涂装车间设备利用率约50%，详细方案排产提高设备利用率到约70%瓶颈车间的调度问题 (优化)3.1 制造执行系统(MES)技术MES运用与协作：3.1 制造执行系统(MES)技术汽车行业装配消费线大同变速箱装配消费线MES系统陕西FAST变速箱装配消费线MES系统株洲欧格瑞变速器装配实验线MES系统东风朝阳柴油机总装消费线MES系统浙江万里扬变速箱装配消费线MES系统郑州宇通客车消费线MES系统行业运用离散加工企业沈阳第一机床厂MES系统

19、长春55所柔性制造系统MES系统流程&混合流程鞍钢冷轧薄板厂MES系统吉林烟草工业公司延吉卷烟厂制丝车间MES系统吉林烟草工业公司延吉卷烟厂厂级MES系统MES运用与协作：3.1 制造执行系统(MES)技术国内独一GE 智能平台高级处理方案供应商 国际结合实验室 三、相关单元技术及典型运用引见1、制造执行系统技术MES2、网络化控制技术3、公用配备技术3.2 网络化控制技术网络控制系统(NetworkedControlSystem，NCS，即网络化的控制系统，又称为控制网络。分布式控制系统或称集散控制系统DCS、工业以太网和现场总线系统(FCS)都属于网络控制系统。这表达了控制系统正向网络化、

20、集成化、分布化、节点智能化的方向开展。3.2 网络化控制技术现场总线技术：现场总线Fieldbus是一种数字化的串行双向通讯系统。这一技术可将一切现场设备传感器、变送器、执行器和数据采集模板等与控制器用一根电缆光缆或无线衔接在一同，构成设备及车间级的数字化通讯网络，可完成现场形状监测、控制、远程参数化等功能。自动控制和显示系统PLF现场总线车间现场设备减少连线和安装传统的 4-20 mA 连线每台设备需求一个平安栅和一对连线现场总线连线多台设备共用一个平安栅和一根总线控制器控制系统网络现场总线4-20 mA输入/输出子系统I.S.I.S.I.S.I.S.控制器控制系统网络3.2 网络化控制技术

21、现场总线技术优点：提高控制功能的分散性传统型现场总线型有些控制和 I/O 功能可以转移到现场仪表。控制器控制系统网络现场总线4-20 mA输入/输出子系统PIDPIDAI AIAOAO控制器控制系统网络3.2 网络化控制技术现场总线技术优点：添加信息的交互量传统 4-20 mA单变量单向现场总线多变量双向控制器控制系统网络现场总线输入/输出子系统控制器控制系统网络3.2 网络化控制技术现场总线技术优点：扩展了操作视野传统 4-20 mA只能看到 I/O 子系统现场总线视野可以扩展到现场仪表控制器控制系统网络现场总线远程输入/输出子系统控制器控制系统网络3.2 网络化控制技术现场总线技术优点：过

22、程自动化PAFoundation Fieldbus H1 Profibus PAHART工厂自动化FADeviceNet/ControlNetProfibus DPCANopenModbus3.2 网络化控制技术主流的现场总线技术：工业以太网(Ethernet)技术3.2 网络化控制技术随着计算机领域的局域通讯逐渐被以太网垄断，过程控制领域中上层的通讯也逐渐一致到以太网和快速以太网。以太网被用于网络控制系统已成为一种开展趋势；以太网技术具有数字式互联网络、互操作性、开放性和高网络性能，是最符合网络控制系统现场总线的特点，工业以太网成为现场总线技术的开展方向；现场总线向工业以太网方向开展Foun

23、dation Fieldbus - HSEHighSpeedEthernetProfibus - PROFINETDeviceNet/ControlNet - EtherNet/IPModbus - Modbus IDAEPA国内自主规范Ethernet POWERLINKEtherCATSERCOS III要满足：实时性、确定性、可靠性工业要求工业以太网(Ethernet)技术3.2 网络化控制技术工业无线技术3.2 网络化控制技术非接触传输，特别适用于恶劣环境或振动、高速旋转对象的监控降低安装本钱、继续降低运转维护本钱 改换方便，便于晋级减少接插件缺点，挪动自在且不受限制工厂测控方式的变革

24、传统以为本钱过高，无法大规模部署传感器进展监测的运用成为能够。工业无线技术3.2 网络化控制技术ARC预测：20212021年，工厂设备安康维护相关市场将以每年200的速度增长。美国总统科技顾问委员会在“面向21世纪的联邦能源研讨与开展规划中指出：工业无线技术的运用将使工业消费效率提高10，并使排放和污染降低25。Wireless HART规范于2021年9月成为国际规范ISA100.11a规范于2021年4月正式发布WIA-PA国内自主规范规范于2021年10月成为国际规范工业无线技术3.2 网络化控制技术工业无线技术3.2 网络化控制技术Emerson智能无线网络产品 (基于Wireles

25、s HART规范)工业无线技术3.2 网络化控制技术Honeywell无线产品(基于ISA100.11a规范)工业自动化仪表方面：国内独一符合IEC61158协议规范的低功耗芯片支持FF H1、Profibus PA规范设备开发在坚持功耗60A低于同类产品目的的前提下内嵌4KSRAM，能有效简化芯片用户的开发任务量自主HART 芯片HT1200M 中心芯片符合HART协议国际规范，低功耗和性能目的完全到达国外同类先进产品程度。通讯芯片FBC0409通讯芯片HT1200M3.2 网络化控制技术现场总线智能仪表全套处理方案FF/HART/Profibus PA现场总线芯片FF/HART/Profi

26、bus PA现场总线协议FF/HART/Profibus PA现场总线通讯卡/仪表圆卡FF/HART/Profibus PA现场总线控制运用功能块工业自动化仪表方面3.2 网络化控制技术牵头制定工业无线网络国家规范(WIA-PA)2021年10月成为IEC国际规范3.2 网络化控制技术工业无线技术方面系统级模块 + 协议级模块级OEM裸模块传感器网络硬件平台OEM协议级模块开发套件工具软件仪表整机网关组态软件效力技术咨询技术效力技术开发3.2 网络化控制技术工业无线技术方面3.2 网络化控制技术工业无线技术方面压力计：中科博微公司 温度计：上海自动化仪表所 粉尘浓度传感器：川仪公司压力变送器：

27、伟岸测仪阀门定位器：浙江中控电磁流量计：北京天宇蓝翔与国内仪表企业亲密协作，开发出10余种无线智能仪表样机，在企业示范运用WIAPA电机能效在线监测系统经过无线方式监测电机和电炉的运转形状，实现节能运转及缺点预测维护3.2 网络化控制技术工业无线技术方面智能电网和工业无线仪表3.2 网络化控制技术工业无线技术方面三、相关单元技术及典型运用引见1、制造执行系统技术MES2、网络化控制技术3、公用配备技术1997年完成国内第一台全自动肋骨弯淬机床电气控制系统2001年和2002年先后完成了三台改良型肋骨弯淬机床电气控制系统曲率半径检测和闭环控制已恳求了国家专利工程获得了中国科学院科技提高三等奖3.3工业机器人与公用配备技术典型实例: 全自动