智能制造与数字化工厂培训

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，InformationTechnology）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”、“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、自我决策机械一代蒸汽机机械化智能一代数控一代电气一代普通机床电气化数控机床数字化智能机床智能化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。机械式细纱机数字式细纱机车头采用高精度油浴齿轮箱车尾配备同步牵伸传动机构带断线图像检测智能化细纱机采用单锭单电机，20000rpm配备细沙断头粗纱停喂装置，并与电锭运转联动整机数字化控制系统，监测纺纱张力变化案例2：印刷机械机械长轴传动最高速度：160米/分电子长轴传动以电子虚拟轴作为主导轴，机器各单元分散驱动；传动由智能化驱动器高精度控制的电子长轴；最高印刷速度：350米/分异型玻璃磨边机数控玻璃加工中心手工靠模加工平板玻璃的周边与斜边的磨削抛光异型内孔加工刀库智能管理全数字控制加工适用于不同厚度和尺寸的平板玻璃钻孔、铣形、写字、磨边及抛光具有砂轮磨损智能补偿功能案例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动力源传动机构工作装置伺服驱动系统控制系统工作装置输入信息信息反馈传统机械产品数控机械产品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5μm，精密级1μm，超精密0.01μm数控装置MTBF值达60000h以上，伺服系统达30000h3、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Prof.ShuZhangInstituteonAdvancedManufacturingTechnology,TongjiUniversity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、产品解体或回收整车租赁IT服务紧急救援售后维修汽车美容整车及零部件设计、研发整车装配车展工厂环保与节能IT服务信贷设备技术与维修检测技术与服务

零部件及整车物流化学品管理旅行服务工具、设备管理供应链管理第三方采购交钥匙工程产品回收处理培训电子商务电子商务

保险以汽车行业为例：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

全球工业在全部销售中服务业务所占份额平均值领先的企业航空和国防47%超过50%汽车制造37%超过50%电子信息产业19%超过50%生物和医药设备21%超过50%所有制造公司26%超过50%*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AndyNeely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匆数字化沈工厂数字化工涨厂以MES为核心，对工厂山内的制造轿资源、计稀划、流程秆等进行管城控数字化工轰厂与产品率设计层有辛紧密关联杏，是设计宋意图的物坝化环节通过系统松集成，数沫字化工厂砖还与企业笋层和设备菜控制层实摄时交换数吗据，形成春制造决策勉、执行和抬控制等信狂息流的闭米环数字化工朱厂的工作血范围WIP跟踪(工位/工序/部件)各工位关愁重件安装葡匹配查验生产报工融与节拍价沉值分析各型号/各订单留的完工遍情况各工位/各关重件榆实作工时安灯内泊容信息亮采集与堡发布设备运暂行状态鄙和运行侧参数线边物料祝的消耗与闪配送现场视频晒采集与近强景分析现场环境(光/温/湿/尘/气)物流通倚道及设祥备监控叉车/AGV榨/堆垛机运吴行情况物流设备自位置数字浸地图显示配送执岭行状态组跟踪及统监控仓库出防入库/库存/缺料跟跑踪质量统罪计分析芬报表及渐异常报获告质检现妙场数据/质检设施煌数据主机及关稿重件流转缘瑞过程监控质量报锐表数据/统计分椅析数据现场质羽量事故位置与性道质分析设备运府行状态拉和运行岛参数刀具/量具/模具在蛇库/在工位装运车辆个的定位/跟踪/调度关键岗位搅人员的定豆位/呼叫资源的泰能力/效率跟阴踪分析生产过铃程数字旺化质量管控仇数字化制造资池源数字胁化现场运行碎数字化物料管控碌数字化管控中心PCC生产质量物流ERPPDM设备数字化工可厂的核心晋内容数字化工吼厂的分层袍管理数字化感制造决许策与管白控层商业智箭能/制造智北能（BI/衬MI）：可针这对质量束管理、趟生产绩刻效、依避从性、拢产品总啦谱和生菌命周期困管理等荐提供业虚务分析得报告无缝缩岩放和信艘息钻取眠：通过先进猪的可定制帜可缩放矢茶量图形技转术，使用啊者可充分赌考虑本企屠业需求及茎行业特点佳，轻松创生建特定的写数据看板督、图形显替示和报表展，可快速怠钻取至所皇需要的信桶息实时制劳造信息死展示：无论在车果间或是公禁司办公室烘、会议室贫，通过掌皮上电脑、PC机、大践屏幕显红示器，病用户都氏可以随照时获得坊所需的概实时信拼息数字化性工厂的芳分层管命理数字化制舱造执行层先进排程盏与任务分到派：通过对车势间生产的广先进排程枪和对工作筑任务的合度理分派，塘使制造资意源利用率果和人均产萍能更高，环有效降低星生产成本质量控住制：通过对质逢量信息的摔采集、检虑测和响应稿，及时发跌现并处理掩质量问题袜，杜绝因译质量缺陷占流入下道瘦工序所带延来的风险准时化物钳料配送：通过对生板产计划和走物料需求房诚的提前预机估，确保圆在正确的是时间将正广确的物料扯送达正确巩的地点，私在降低库荣存的同时慎减少生产为中的物料珠短缺问题及时响应桌现场异常睛：通过对生严产状态的彩实时掌控威，快速处肺理车间制谈造过程中陕的生产过逆程中常见叶的延期交向货、物料茄短缺、设纹备故障、计人员缺勤洒等各种异减常情形数字化飞工厂的持分层管闪理数字化制巾造装备层钓（工位层植）实时硬显件装备挥集成：通过对数松控设备、折工业机器脸人和现场相检测设备忍的集成，皂实时获取封制造装备愚状态、生凉产过程进稼度以及质踏量参数控娱制的第一向手信息，宋并传递给院执行层与稼管控层，惕实现车间乏制造透明子化，为敏匠捷决策提尿供依据多源异限构数据决采集：采用了因先进的爱数据采寒集技术执，可以踢通过各晚种易于用使用的性车间设粒备来收尘集数据辰，同时拾确保系楼统中生例产活动箱信息传猎递的同攀步化和糕有效性生产指仔令传递岩与反馈：支持喘向现场草工业计看算机、暴智能终疑端及制脑造设备岛下发过浇程控制转指令，拆正确、由及时地气传递设肾计及工俊艺意图设备控制电子看板按灯智能料架条码扫描RFID数字化工艇厂的典型尊应用场景数字化工眯厂的作用节：以汽车紫工业为例201遵0年，国务任院发展研密究中心《汽车产撕业蓝皮声书》发布比较想结果：日兵本汽车工对业91.并62分，中优国汽车琴工业54.时33分自主品娘牌汽车工灶业发达疮国家品种效率3.5分钟/辆（江淮烛商务车轨）48秒/辆（日本本仁田轿车、缠商务车共苹线）质量100尿0多种变般型共线400箭0多种变型偷共线（2000年丰田Cor妥ona闹s装配线具）224个PP1数00（每百辆棒新车问题举数）135个PP10茅0（每百辆且新车问题伙数）——20顿10年J.D雨.P踪蝶owe犬r亚太公司侄中国新车馅质量研究沈报告数字化工凭厂的作用拼：以汽车丽工业为例设备能音力生产过程急管控与优盲化能力要实现上夕述目标，设备的智抖能化水平从和生产过俊程管控与卷优化的能巷力缺一不版可多品种高效率低成本高质量在设备吃能力逐底步提升残的情况熟下，制愉造环节些的数字右化管控歼与优化棉能力不片足更显锅突出，免已成为田我国汽坊车工业曲与国外聪差距的柿主要原槐因之一屿。因上游车枯间供应不掌足引起的凳停线次数恼减少26%因下游晓车间能毙力不足顶引起的格停线次门数减少29%技术指标才对比：实际工愁程应用孝前后对歉比应用车型实施前生产节拍实施后生产节拍瑞风商务车3.5分钟/辆2.5分钟/辆宾悦轿车120秒/辆88秒/辆重汽卡车7.8分钟/辆5.9分钟/辆上游供秩应不足下游能力捆不足物料短缺负荷超未限设备故向障次数实施数字题化工厂带族来的收益企业指标实施前实施后奇瑞汽车发动机装配出错率0.5‰0.03‰江淮汽车整车交验合格率91.57%93.73%一汽海马汽车总装线设备综合效率77%83%用于奇碧瑞、江惭淮、一我汽海马件等自主违品牌汽万车生产典型案膏例：汽嘴车行业实施数字麻化工厂带萌来的收益实施数尝字化工伶厂带来揉的收益冲压在众制品库袖存降低30%商务车壶生产节破拍从3.5分钟缩短册至2.5分钟，演轿车生朵产节拍新从96秒缩短至88秒基本消学除了因嘴为物料耀短缺导傻致的非鄙正常停晕线典型案逮例：江愿淮汽车典型案俯例：奇利瑞汽车漠发动机指标实施前实施后每月在制品库存4000万元2800万元每天物料短缺导致停线时间10分钟3分钟用于奇瑞划汽车4大系列20余种发南动机混罩流生产实施数赔字化工研厂带来之的收益实施数字雀化工厂带省来的收益能为客需户解决阻的问题制造现场：使制造征过程透明笨化，敏捷灵响应制造她过程中的轰各类异常逆，保证生剧产有序进五行生产计划：合理安氧排生产，森减少瓶颈控问题，提列高整体生童产效率生产物流：减少物折流瓶颈，饲提高物流升配送精准物率，减少耕停工待料鉴问题生产质量：更准确每的预测质换量趋势，铸更有效的为控制质量泰缺陷制造决策：使决策欧依据更详伞实，决策蹄过程更直修观，决策吩结果更合际理协同管猜理：解决懒各环节稻信息不卖对称问争题，减染少沟通丛成本，贯支撑协舒同制造计划商务物流生产商务生产装配资源采购加工物流物流商务制造计划部门协作实时化资源配置优化制造响应敏捷化计划制造物流分层的生产管控模式技术质保技术质保协同的生产管控模式实施数字化工厂后实施数字化工厂前车间生产透明化计划生产技术质保商务物流实施数丘字化工细厂带来震的收益提爽纲一、两袄化融合武下的数孝字化与纠智能化恨制造二、数拌字化工威厂概述三、相关扒研究与案麦例数字化炼工厂的长典型基框本组成UniMaxPCTUniMaxMESUniMaxMMSUniMaxTLCUniMaxUIDUniMaxSmartNestUniMaxXplannerIntegraNet其他信息系统集成硬件接口焊装-涂装-总装车间流水型牺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音关联优停化工艺序列籍优先的混合排寨程加工/装配物储料配送硬件装杆置与软件系欠统优化技沃术与算法在制品甲跟踪与桥生产过息程可视贫化监控赞系统车间信愚息采集增终端车身路薯由控制盖器配色验证吉控制器智能料活架物料匹颈配装置数字化胖工厂解还决方案吐：汽车工艺过程优化多车间生产排序涂胶工艺切换装置缸体工装快速切换装置生产数据采集车身识别缸盖3D扫描数据采集识别中央控制涂装路由控制PBS路由控制生产执行控制物料精准配送物料搬运物料匹配智能料架数字化熔工厂解弦决方案喷：汽车支持多条椒生产线：11条冲压第线、3条焊装掩线、2条涂装线抗、3条总装霞线支持六割大平台堂八种车殿型：瑞风（MPV）、瑞鹰语（SUV）、宾悦蜻、同悦、丙和悦、悦供悦（轿车尼）江淮汽拦车案例介绍喷：江淮汽惩车案例介绍坏：江淮汽宋车实施MES之前存苗在的主拾要问题主要问题体现具体现象过程不透明信息发布手段落后生产指令基本靠手工发布（白板）关键件装配信息仅凭操作工人经验数据采集不实时靠ERP的HMI完成，操作不方便没有断线重发功能，数据容易丢失各车间按照不同的标识管理在制品生产数据不能实时反应到系统中沟通不及时各车间在制品分开管理，无法全局控制生产状况靠电话沟通，不够实时、准确生产过程不可视生产不优化计划制定不合理冲压车间受瓶颈资源制约，设备利用率低于70%总装车间关键件装配切换频繁经常因为上游供应不足或者下游生产能力不足影响生产物料配送繁杂易出错完全手工生成配送清单，工作量大信息滞后，导致配送不够及时物料短缺经常导致停线，平均每天损失15万元以上关重件无历史纪录，无法追溯信息孤岛多信息源未能有效集成各种系统，操作复杂，种类繁多，无法进行有效数据交换(ERP、离线条码扫描、焊装打码机、总装打码机、VIN码打印机、大洋软件、RFID数据采集系统…)主要工拖作之一锁：建立辛了车间愁实时信寻息采集虽与处理胁平台汽车整车生产四大工艺案例介绍戚：江淮汽肠车4/2铅9/2吴02341主要工庙作之二报：生产运作杏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哑划总装车间混流排愁序焊装-涂装-总装关联优驱化排序案例介振绍：江岭淮汽车4/2亭9/2视02342主要工苏作之三提：物流创执行优雷化冲压件滴考虑焊级装需求释拉动和弦经济批寒量，降躁低安全磁库存发动机加招工/装配协恼同，减颗少在制莫品库存傍和储运板成本总装车我间物料项需求实州时按需狮发布，盘大幅减抗少物料磁短缺导拍致的停权线“焊装-涂装-总装”羡在制车堪身自动段路由技易术，减振少物流挽成本案例介绍羞：江淮汽偿车主要工作戏之四：集鸟成已有软营硬件平台梨，消除信诱息孤岛主要工作实施MES之前实施MES之后实现软硬件信息集成存在各种管理系统，操作复杂，种类繁多，无法进行有效数据交换(ERP、离线条码扫描、焊装打码机、总装打码机、VIN码打印机、大洋软件、RFID数据采集系统…)自动获取ERP数据集成焊装、总装车间的三类打码机集成RFID系统VIN码生成及打印取代大洋软件等遗留系统实施前后吧的对比案例介慢绍：江焦淮汽车4/29桃/202棚344案例介红绍：江额淮汽车实施前实施后实施效材果冲压在制盏品库存降不低30%商务车毒生产节伸拍从3.5分钟缩短羽至2.5分钟，轿域车生产节幼拍从96秒缩短春至88秒基本消盗除了因拒为物料剖短缺导记致的非求正常停腔线数字化工命厂解决方扮案：工程轮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秒室现场Ando替n现场监视惑装置智能加挑工中心担与生产顿线智能化鞭仓储/运输与物全流智能化门生产执杠行过程厘管控智能化生枝产控制中骄心数字化显工厂自动化立堡体仓库AGV智能小抖车公共资源张定位系统高级计黑划排程执行过程桶调度数字化但物流管卖控数字化枪质量检永测案例介绍惩：三一重谅工三一重桑工为打骗造世界胳一流混盐凝土泵露送机械底制造基抄地而投资兴建建筑面积：10万平方嚷米，是亚洲最坛大的生产涝厂房应用对象遥：18#厂房十八号厂房一号厂房二号厂房三号厂房五号厂房七号厂房八号厂房六号厂房中心仓库钢材库胶管库现有制造自系统存在润的问题现有物流岁配送模式旁主要为推鹅式模式，爆泵车每天突分2次配送六、车载如泵每天1次配送、肆拖泵按三荡台套配送羊，线边库芦存占用量辽大配送提前趁期长，导趣致对现场词变化响应许不够敏捷爱；物流过程爪不透明，礼缺件不能坏提前预警写，补件效溜率低，影喝响生产线良正常运转人工完侧成配送铁订单的福二次分璃配，作爹业难度止大，错慈误率高制造设灰备缺乏堪统一管炭理，导踩致设备茅利用率案低仓库众塑多，地救点分散泽，难以瞒实现集子中管理替，资源辱得不到舍共享案例介绍莫：三一重半工案例介绍赢：三一重浴工已完成兼车间机滥加设备寻的研发慈采购与饿安装调压试，部恐分完成颠智能上犬料机械民手、DNC实时监控鞭装置及刀卫具管理系努统的购置认和开发主要构祝成之一韵：智能加设工中心章与生产反线主要构痕成之二艳：智能化露仓储与遇运输配碌送装置已完成因自动化刘立体仓广库软硬观件系统涝、配套塑立库托拉盘、AGV系统的采续购和开发案例介绍筛：三一重仿工案例介刊绍：三采一重工已对泵蜻送18号厂房盼环境，蕉业务部倘门需求臂进行初贺步需求员调研，够完成了巡寿公共制稍造资源朋规划，躲确定了揪项目范瓶围。主要构香成之三术：公共资瓣源定位针软硬件单系统主要构松成之四崇：数字化加哭工车间计脸划与执行伯管控软硬烫件系统案例介绍民：三一重载工加速物剑料流动歼，提高脊转运效四率，节约物续流空间显；实现台便套制配现送，减拘少装配呀中的物津料取用洗时间，渣提高生尺产效率售；实现物般流小批洒量多频赚次拉动薄模式，胁保证物较料配送涝准时化霉，促进业精益生疯产。通过精现益配送涛模式实懂现配送室准时化发布时间下架时间工艺时撕间生产循环皂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可的选择搭：保证闲生产顺莲序不变精益存储精益分拣精益配送精益生产案例介绍徐：三一重耍工主要构成敲之五：数字化增加工车剖间物流跃执行软鱼硬件系怖统案例介挺绍：三签一重工54可视化指燃令发送与六业务指导现场生鸦产实时门数据驱身动三维跑虚拟工岛厂环境该展示生产现瓜场的历赴史回放可视化环葵境下的跨贩部门协同滔工作支持主要构成所之六：生产控让制中心哨（PCC）中央控逐制软硬件株系统物流成本色降低20%以上生产线效纪率提高5%信息化牢系统自导动化程吹度显著滋提高智能在缩慧线拣货智能实时海跟踪按时、形按量、烛优化配席送MES物流模块智能化技术配合信息化手段物料标签100%条码化主机标讯签100亚%RF鞭ID化案例介淘绍：三岗一重工实施效果其他已增经或正捐在实施拔的企业奇瑞汽车中国自难主知识霜产权汽捧