智能设备数字孪生应用 课件 23、智能制造与数字化工厂

智能设备的数字孪生授课教师：卞化梅智能制造与智能工厂6.2课前思考请同学们思考：智能制造的数字孪生生态包括哪些内容？6.2智能制造与智能工厂数字孪生作为连接物理世界和信息世界虚实交互的闭环优化技术，已成为推动制造业数字化转型，促进数字经济发展的重要抓手，以数据和模型为驱动，打通业务和管理层面的数据流，实时、连接、映射、分析、反馈物理世界行为。使工业全要素、全产业链、全价值链达到最大限度闭环优化，助力企业提升资源优化配置，有助于加快制造工艺数字化、生产系统模型化、服务能力生态化。6.2.1智能制造系统6.2智能制造与智能工厂智能制造的实施其实是一个系统，涉及智能产品、智能生产、智能服务三个方面。智能生产的主要载体就是智能制造系统，如智能生产线、智能车间、智能工厂。由于用户的需求越来越个性化，对质量越来越高，产品的复杂度也变得越来越高，智能制造不是一个单独运行的孤立系统，与它的上下游企业、用户形成了一个智能生态。德国“工业4.0”工业价值链参考架构（IVRA)NIST的制造系统中国的智能制造系统结构国内智能制造的发展趋势6.2智能制造与智能工厂在德国“工业4.0”战略中，智能制造涉及三个集成，横向集成、纵向集成和端到端的集成，这是智能制造系统结构与其他系统之间的关系。德国提出的工业4.0的参考架构模型是从产品生命周期/价值链、层级和架构等级三个维度，分别对工业4.0进行多角度描述的一个框架模型。RAMI4.0参考模型德国“工业4.0”6.2智能制造与智能工厂面向工业需求多样性和个性化的复杂系统，IVRA首先定义智能制造单元（SMU），来表示智能制造的一个自主单元，SMU也由三个维度组成，但分别对应资产、活动和管理三个视角。不同SMU之间可进行互联互通，并实现物、信息、数据、价值等传递，最终实现生产力和效率的极大提高。日本工业价值链参考架构（IVRA)德国“工业4.0”工业价值链参考架构（IVRA)6.2智能制造与智能工厂智慧制造生态系架构，分为三个主轴：Business（商业），Product（产品），Production（生产），由这三个主轴之间进行更紧密的串联互动，形成更快的产品创新周期，更高效的商业链，并让生产系统产生更大的灵活性。其中产品生命周期、生产周期和商业周期聚集和交互的核心为制造金字塔。金字塔包括四层构成，描绘出现实制造现场系统与设备间互动关系。NIST的制造系统NIST的制造系统6.2智能制造与智能工厂智能制造是基于先进制造技术与新一代信息技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等产品全生命周期，具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等特征，旨在提高制造业质量、效率效益和柔性的先进生产方式。我国的《国家智能制造标准体系建设指南（2018年）》对智能制造系统架构通过生命周期、系统层级和智能功能三个维度构建完成，主要解决智能制造标准体系结构和框架的建模研究。智能制造系统架构中国的智能制造系统结构课堂活动请同学们思考：德国“工业4.0”、工业价值链参考架构（IVRA)、NIST的制造系统、中国的智能制造系统结构各自的特征6.2智能制造与智能工厂制造业数字孪生基础和关键技术待提升探索基于数字孪生的数据和模型驱动型工艺系统变革新路径，促进集成共享，实现数字孪跨企业、跨领域、跨产业的广泛互联互通，实现生产资源和服务资源更大范围、更高效率、更加精准的优化拓展更深层的应用场景通过跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的全面互联互通，实现全要素、全产业链、全价值链的全面连接，为制造领域带来巨大转型变革国内智能制造的发展趋势6.2智能制造与智能工厂6.2.2智能工厂智能工厂是利用各种现代化的技术，实现工厂的办公、管理及生产自动化，达到加强及规范企业管理、减少工作失误、堵塞各种漏洞、提高工作效率、进行安全生产、提供决策参考、加强外界联系、拓宽国际市场的目的。智能工厂实现了人与机器的相互协调合作，其本质是人机交互。智能工厂是智能制造的载体。为了提高智能制造业的竞争力，建设智能工厂是重要的着力点。6.2智能制造与智能工厂智能化工厂制造标准国家智能制造标准体系建设包括三方面内容分别为基础共性标准、关键技术标准和行业应用标准。其中基础共性标准主要包括通用、安全、可靠性、检测、评价、人员能力等6个部分。关键技术标准，关键技术主要指智能装备、智能工厂、智慧供应链、智能服务、智能赋能技术和工业网络等6个部分。智能制造标准体系标准6.2智能制造与智能工厂智能工厂建设标准主要包括智能工厂设计、智能工厂交付、智能设计、智能生产、智能管理、工厂智能物流、集成优化等7个部分。主要规定智能工厂设计和交付等过程，以及工厂内设计、生产、管理、物流及系统集成等内容。智能工厂标准建设重点有智能工厂设计标准、智能工厂交付标准、智能设计标准、智能生产标准、集成优化标准智能化工厂建设标准6.2智能制造与智能工厂随着产品越来越复杂、知识含量越来越丰富，制造系统的复杂程度也越来越高，智能工厂需要满足集成化和智能化的要求。主要包括：智能工厂规划①开发动态结构②敏捷性③柔性④跨组织的集成⑤异构环境⑥协同工作能力⑦人机交互能力⑧系统容错性6.2智能制造与智能工厂智能工厂的全生命周期都可以应用数字孪生技术，包括工厂设计、工厂建设、辅助设计仿真、柔性生产规划、生产过程监控、产品运维服务、培