1、智能制造與數(shù)字化工廠,1,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(guān)研究與案例,2,2020/7/5,大背景：信息化與工業(yè)化融合,產(chǎn)品本身：信息技術(shù)（IT，Information Technology）的應用使機械產(chǎn)品本身向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，深刻改變了機械產(chǎn)品的內(nèi)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(shù)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；,3,2020/7/5,制造模式：信息技術(shù)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(shù)新的發(fā)展

2、，如下一代互聯(lián)網(wǎng)、云計算、無線傳感、物聯(lián)網(wǎng)等，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(nèi)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,4,2020/7/5,18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(qū)動,第二次工業(yè)革命 批量流水線生產(chǎn) 電力驅(qū)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(shù)驅(qū)動,第四次工業(yè)革命 智能化工廠 智能裝備及信息通信,精益制造 智能管理,第四次工業(yè)革命：全面的智能化工廠,5,2020/7/5,蒸汽機、電動機曾給機械產(chǎn)品的

3、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，機器動力的應用,電動機的發(fā)明，電能的應用,信息技術(shù)特別是數(shù)控技術(shù)的應用,智能技術(shù)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,6,2020/7/5,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,7,2020/7/5,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。,8,2020/7/5,案例2： 印刷機械,9,2

4、020/7/5,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,10,2020/7/5,伺服驅(qū)動系統(tǒng),數(shù)控技術(shù)的應用引起機械產(chǎn)品本身內(nèi)涵發(fā)生根本性變化,簡化機械結(jié)構(gòu),縮短制造周期,提高制造精度,提升裝備性能,齒輪箱,制造裝備智能化的基礎,11,1、平臺全數(shù)字化,現(xiàn)場總線、碼盤到伺服的連接、驅(qū)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

5、,加工參數(shù)自調(diào)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(diào)整,制造裝備智能化的內(nèi)涵,12,2020/7/5,操作權(quán)限 指紋確認,加工任務完成情況和 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(diào)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(quán)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(nèi)外進展,13,2020/7/5,知道本系統(tǒng)的加工能力和

6、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(zhì)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(nèi)外進展,14,2020/7/5,制造業(yè)的服務化趨勢,領先的制造企業(yè)不再只關(guān)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、售后服務、產(chǎn)品報廢、產(chǎn)品解體或回收,以汽車行業(yè)為例：,15,2020/7/5,根據(jù)德勤在全球80家大型制造業(yè)公司中的調(diào)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)

7、和零件管理調(diào)研,制造業(yè)的服務化趨勢,16,2020/7/5,根據(jù)Andy Neely對全球13000家制造業(yè)上市公司研究的結(jié)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,17,2020/7/5,IBM曾經(jīng)僅是硬件制造商，經(jīng)過十余年的業(yè)務整合，現(xiàn)已成功轉(zhuǎn)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

8、、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(nèi)，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,18,2020/7/5,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(guān)研究與案例,19,2020/7/5,什么是數(shù)字化工廠,數(shù)字化工廠以MES為核心，對工廠內(nèi)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(guān)聯(lián)，

9、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),20,2020/7/5,數(shù)字化工廠的工作范圍,21,2020/7/5,WIP跟蹤(工位/工序/部件) 各工位關(guān)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(guān)重件實作工時,安燈內(nèi)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(zhì)量統(tǒng)計分析報表及異

10、常報告 質(zhì)檢現(xiàn)場數(shù)據(jù)/質(zhì)檢設施數(shù)據(jù) 主機及關(guān)重件流轉(zhuǎn)過程監(jiān)控 質(zhì)量報表數(shù)據(jù)/統(tǒng)計分析數(shù)據(jù) 現(xiàn)場質(zhì)量事故位置與性質(zhì)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(diào)度 關(guān)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(zhì)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(zhì)量,物流,ERP PDM,設備,數(shù)字化工廠的核心內(nèi)容,22,2020/7/5,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(zhì)量管理、生產(chǎn)績效、依從性、產(chǎn)品總譜和生命周期管理等提供業(yè)務分析報告 無縫縮放

11、和信息鉆取：通過先進的可定制可縮放矢量圖形技術(shù)，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,23,2020/7/5,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(zhì)量控制：通過對質(zhì)量信息的采集、檢測和響應，及時發(fā)現(xiàn)并處理質(zhì)量問題，杜絕因質(zhì)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

12、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,24,2020/7/5,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(zhì)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(gòu)數(shù)據(jù)采集：采用了先進的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，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

13、保系統(tǒng)中生產(chǎn)活動信息傳遞的同步化和有效性 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,25,2020/7/5,數(shù)字化工廠的典型應用場景,26,2020/7/5,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(jié)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(zhì)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

14、輛新車問題數(shù)）,135個PP100 （每百輛新車問題數(shù)）,2010年J.D. Power亞太公司中國新車質(zhì)量研究報告,27,2020/7/5,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(zhì)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。,28,2020/7/5,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(shù)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

15、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,29,2020/7/5,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)字化工廠帶來的收益,30,2020/7/5,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,31,2020/7/5,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,32,2020/7/5,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

16、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(zhì)量：更準確的預測質(zhì)量趨勢，更有效的控制質(zhì)量缺陷 制造決策：使決策依據(jù)更詳實，決策過程更直觀，決策結(jié)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,33,2020/7/5,實施數(shù)字化工廠帶來的收益,34,2020/7/5,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(guān)研究與案例,35,2020/7/5,數(shù)字化工廠的典型基本組成,36,2020/7/5,焊裝-涂裝-

17、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(guān)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(shù) 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,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,37,2020/7/5,數(shù)字化工廠解決方案：汽車,38,2020/7/5,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

18、（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,39,2020/7/5,案例介紹：江淮汽車,實施MES之前存在的主要問題,40,2020/7/5,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,2020-07-05,41,41,2020/7/5,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(guān)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(guān)聯(lián)優(yōu)化排序,案例介紹：江淮汽車,2020-07-05,42,42,2020/7/5,主要工作之三：物流執(zhí)行優(yōu)化,沖壓件考慮焊

19、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(shù)，減少物流成本,案例介紹：江淮汽車,43,2020/7/5,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,2020-07-05,44,44,2020/7/5,案例介紹：江淮汽車,實施前,實施后,實施效果 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,45,2020/7/5,數(shù)字化工

20、廠解決方案：工程機械行業(yè),智能化加工設備,DNC,智能化機械手,智能刀具管理,中央控制室,現(xiàn)場Andon,現(xiàn)場監(jiān)視裝置,智能加工中心與生產(chǎn)線,智能化倉儲/運輸與物流,智能化生產(chǎn)執(zhí)行過程管控,智能化生產(chǎn)控制中心,數(shù)字化工廠,自動化立體倉庫,AGV智能小車,公共資源定位系統(tǒng),高級計劃排程,執(zhí)行過程調(diào)度,數(shù)字化物流管控,數(shù)字化質(zhì)量檢測,46,2020/7/5,案例介紹：三一重工,三一重工為打造世界一流混凝土泵送機械制造基地而投資興建 建筑面積：10萬平方米，是亞洲最大的生產(chǎn)廠房,應用對象：18#廠房,47,2020/7/5,現(xiàn)有制造系統(tǒng)存在的問題,現(xiàn)有物流配送模式主要為推式模式，泵車每天分2次配送、

21、車載泵每天1次配送、拖泵按三臺套配送，線邊庫存占用量大 配送提前期長，導致對現(xiàn)場變化響應不夠敏捷； 物流過程不透明，缺件不能提前預警，補件效率低，影響生產(chǎn)線正常運轉(zhuǎn) 人工完成配送訂單的二次分配，作業(yè)難度大，錯誤率高 制造設備缺乏統(tǒng)一管理，導致設備利用率低 倉庫眾多，地點分散，難以實現(xiàn)集中管理，資源得不到共享,案例介紹：三一重工,48,2020/7/5,案例介紹：三一重工,已完成車間機加設備的研發(fā)采購與安裝調(diào)試，部分完成智能上料機械手、DNC實時監(jiān)控裝置及刀具管理系統(tǒng)的購置和開發(fā),主要構(gòu)成之一：智能加工中心與生產(chǎn)線,49,2020/7/5,主要構(gòu)成之二：智能化倉儲與運輸配送裝置,已完成自動化立體

22、倉庫軟硬件系統(tǒng)、配套立庫托盤、AGV系統(tǒng)的采購和開發(fā),案例介紹：三一重工,50,2020/7/5,案例介紹：三一重工,已對泵送18號廠房環(huán)境，業(yè)務部門需求進行初步需求調(diào)研，完成了公共制造資源規(guī)劃，確定了項目范圍。,主要構(gòu)成之三：公共資源定位軟硬件系統(tǒng),51,2020/7/5,主要構(gòu)成之四：數(shù)字化加工車間計劃與執(zhí)行管控軟硬件系統(tǒng),案例介紹：三一重工,52,2020/7/5,加速物料流動，提高轉(zhuǎn)運效率，節(jié)約物流空間； 實現(xiàn)臺套制配送，減少裝配中的物料取用時間，提高生產(chǎn)效率； 實現(xiàn)物流小批量多頻次拉動模式，保證物料配送準時化，促進精益生產(chǎn)。,通過精益配送模式實現(xiàn)配送準時化,發(fā)布時間,下架時間,工藝時間,生產(chǎn)循環(huán)時間,消耗點,分揀時間,組盤時間,排隊時間,裝車時間,運輸時間,卸貨時間,安全時間,發(fā)布點的選擇：保證生產(chǎn)順序不變,精益存儲 精益分揀 精益配送,精益生產(chǎn),案例介紹：三一重工,主要構(gòu)成之五：數(shù)字化加工車間物流執(zhí)行軟硬件系統(tǒng),53,2020/7/5,案例介紹：三一重工,54,可視化指令發(fā)送與業(yè)務指導 現(xiàn)場生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)驅(qū)動三維虛擬工廠環(huán)境展示 生產(chǎn)現(xiàn)場的歷史回放 可視化環(huán)境下的跨部門協(xié)同工作支持