精益生产系列（9）智能制造

智 能 制 造现象评析现象评析问题评析结合未来工厂，你认为现代工厂应该有哪些改变？在未来工厂，人在工厂中将扮演什么角色，发挥哪些作用？四次工业革命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机械化电气化数字化智能化机器人

人工智能数字制造能耗低环境友好可持续发展需求定制快速响应柔性生产1

智能化制造业变化的速度比以往更快2 绿色化3

服务化制造业竞争力发展趋势什么是智能制造智能制造技术是传感技术、网络技术、自动化技术、人工智能技术等先进技术与制造技术融合而成的先进制造技术，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现产品生命周期各环节以及制造装备（生产线、工厂）智能化。智能管控智能数据智能工厂智能设备智能制造的作用更加绿色更加柔性更高协同让制造系统更加敏捷和柔性，满足用户的定制化要求能够与工人更好地配合，分担一部分思考和决策工作，尽可能少犯错实现工厂内各个部门，制造过程的各个环节，以及自身与上下游相互协同，实现更优的资源利用减少资源浪费，降低生产能耗。更加透明使原本不可见的设备衰退、质量风险、资源浪费等问题变得可见，通过预测性的手段加以避免更加智能智能制造的三大模块制造执行系统虚拟制造技术智能制造技术一、虚拟制造技术有限元分析运动分析与仿真虚拟加工数字孪生以计算机仿真技术、制造系统与加工过程建模理论、VR技术、分布式计算理论、

产品数据管理技术等为理论基础，研究如何在计算机网络环境及虚拟现实环境下，利用制造系统各层次及各环节的数字模型，完成制造系统整个过程的计算与仿真

的技术。虚拟制造技术在智能制造的典型应用（一）有限元分析有限元分析（FEA，Finite

Element

Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。利用简单而又相互作用的元素（即单元），就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元主要应用杆、梁、板、壳、块体等各类单元构成的弹性、弹塑性或塑性问题；水流管路、电路、润滑、噪声以及固体、流体、温度相互作用的问题。（二）运动分析与仿真对二维或三维机构进行复杂的运动学分析、动力分析和设计仿真。主要作用：零件装配分析，如装配干涉检查运动机构的运动合理性分析，如轨迹包络等。输出各个部件的位移、坐标、加速度、速度和力的变化情况，对运动机构进行优化。施加弹簧阻尼下的运动（三）虚拟加工虚拟加工是在虚拟环境下对产品对象实现几何及物理性能变化过程主要作用：全面反映现实加工环境和加工过程真实描述加工过程的物理效应对加工过程出现的碰撞、干涉进行检测并预警对夹具的适应性进行评价对产品的可加工性和工艺规程进行评估对加工时间、精度进行准确预估（四）数字孪生数字孪生是实体或逻辑对象在数字空间的全生命周期的复制体。数字孪生的作用应用平台：作为开发运行环境，支持行业应用数字空间：实现一次建模，多处服用模型平台：融合机理模型、算法模型，获得深度分析数据平台：统一不同结构和来源的数据一、智能制造装备010203指具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备，它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合的产物。0504智能制造技术典型应用（一）工业机器人工业机器人是由多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。广泛应用于电子、物流、化工等各个工业领域之中。焊接:车身焊接

装配：仪表板装配喷漆：车身喷涂

码垛：啤酒装箱搬运：AGV配送（二）3D打印3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。模具制造：打印玩具模型造型设计：制作产品创意造型样件生产：生产汽车仪表板样件定制产品：火箭零件、牙齿（三）RFID射频识别（RFID）是阅读器与标签之间进行非接触式的数据通信，实现识别的技术。RFID

的应用非常广泛，典型应用有：

动物晶片：跟踪动物生活轨迹汽车晶片防盗器、

门禁系统：小区开门停车场管制：车辆出入产品跟踪：产品生产跟踪与市场追溯物料管理：电子标签。（四）智能传感智能传感器（intelligent

sensor）是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。智能传感器优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化。智能温控葡萄糖手表（五）图像识别图像识别是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术。质量检测：验瓶机（啤酒瓶脏污、破损检测）人脸识别：门禁、刷脸支付制造防错：零件错装、漏装三、制造执行系统从企业信息化说起1992年AMR

提出了三层的企业集成模型。现在这三层模型也是现今公认的需要建设的企业信息化模型。三层结构模型是一个集“计划-执行-控制”三位一体的系统，其中MES起着承上启下的作用，是制造信息化的关键。企业资源计划制造执行系统过程控制系统制造执行系统国际制造执行系统协会(Manufacturing

ExecutionSystem

Association，MESA)对MES所下的定义：“制造执行系统能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。制造执行系统运用及时、准确的信息，指导、启动、响应并记录工厂活动，从而能够对条件的变化做出迅速的响应、减少非增值活动、提高工厂运作过程的效率制造执行系统发展沿革1990精益生产Lean

Production企业资源计划制造资源计划物料需求计划暗灯系统自働化制造执行系统准时制1960197019802000欧美信息化日韩信息化欧美信息化是以计划为中心的道路，日韩信息化是以现场为中心的道路，各有侧重。制造执行系统是总结ERP成败得失的基础，基于精益生产理念形成的制造工厂信息系统理论制造执行系统与精益生产MES原理与信息技术干精益生产理念与方法根精益生产方式是现代制造企业的基本管理理念。

制造执行系统正是在充分吸收精益生产实践基础上发展起来的，离开精益生产，制造执行系统就是无源之水，无本之木。制造执行系统功能果制造执行系统与工业互联网工业互联网是互联网和新一代信息技术与全球工业系统深度融合形成的产业和应用生态。制造执行系统是工业软件的核心系统。工业软件工业控制系统台工业数据平工业传感物理设备现场执行机构制造执行系统的关键成功因素柔性与快速响应能力变化的市场和有限的制造资源之间的矛盾是制造不得不面对的问题,只有充分建立制造柔性,快速响应客户,才能最有效地硬的市场与制造工程高度融合制造离不开设备与工艺,制造信息化必须充分结合工厂的制造工程,才能充分发挥价值制造涉及产品、工程、技术，以及管理等，成功的制造执行系统，需要关注一下几点基于精益思想制造是工业企业的核心业务,精益思想是创造经营能力和竞争优势的知道思想,制造信息化不能脱离精益思想制造执行系统架构排序送料系统产品跟踪SPS配送系统物料拉动系统物料存储物料索取系统产品存储暗灯系统质量确认系统工厂云电子看板系统工位管理自主保全统计过程控制贯彻从订单到交付生产全过程，集成工厂生产、质量、物流等管理的信息系统制造执行系统的典型应用生产质量物流生产计划管理产品跟踪系统暗灯系统自主保全工位管理质量确认系统产品质量审计统计过程控制物料拉动系统排序送料系统SPS配送系统索取配送系统物料存储管理（一）生产计划管理生产计划管理是根据市场需求，合理配置制造资源，快速满足客户需要的过程主要功能：均衡订单；柔性管理。需求曲线生产节拍（一）生产计划管理主生产计划车间作业计划生产派工销售计划车间作业计划预测计划指导计划指令计划生产计划管理流程（二）产品跟踪系统产品跟踪系统也称产品追溯系统，是对产品生产进行在线跟踪的过程主要功能：实时了解计划执行进度和生产动态支持产品生产与质量追溯制造周期管理（二）产品跟踪系统A车间

B车间C车间通常针对关键节点进行跟踪，贯彻从生产指令下达到产品发运过程常用跟踪技术RFID条码/二维码（三）暗灯系统暗灯系统是在生产现场发现问题时，发出声光信号，驱动管理人员现场响应和解决问题的系统主要功能：发出暗灯信息，驱动在线响应现场分析停线数据，改进生产控制（三）暗灯系统暗灯系统体系构成：暗灯服务器工位暗灯暗灯看板移动终端暗灯看板工位暗灯工厂云移动终端暗灯服务器GA-01R工位#项目 类别频次1工位5S检查 安全每班2一份钟检查 质量周一3交接班记录 其他每班（四）自主保全自主保全是生产员工对岗位相关的安全、质量、设备等开展日常检查，确保生产高质高效运行的方法主要功能：定义自主保全项目及操作方法，指导员工日常检查与保养及时发现和报告问题，支持快速问题解决（五）工位管理工位管理是对工位“人机料法环”

的管理工厂云暗灯系统工位电子看板APP人安全小视频法测统计过程控制工位文档管理环工位5S管理机工位自主保全主要功能：上下班管理工位文档管理安全小视频暗灯系统自主保全统计过程控制质量确认站（六）质量确认系统自主保全是生产员工对岗位相关的安全、质量、设备等开展日常检查，确保生产高质高效运行的方法主要功能：定义缺陷结构采集质量数据并反馈问题分析质量问题，指导质量改进检验SOS质量缺陷树（七）产品质量审计质量审计是以客户的眼光，按照质量标准对产品进行全面评审的方法主要功能：质量评审数据采集质量评审分析报告（八）统计过程控制统计过程控制是应用统计技术，实现过程控制的质量管理方法。主要功能：数据采集：包括软硬件两种采集方式控制图分析：均值方差控制图、频数直方图在线预警：预警数据异常UCLCL

LCL时间或样本号样本统计数值（八）统计过程控制质量跟踪看板设备数据采集工厂云移动终端控制柜统计过程控制应用软硬件体系物料拉动系统是按照缺件补充进行物料配送的程序。主要功能：拉动需求拉动拣选拉动配送（九）物料拉动系统安全带蓄电池轮胎接收配送中心配送缓存拉动配送拉动拣选（十）排序送料系统后保险杠排序送料系统是根据产品上线信息计算相应的