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智能制造与数字化工厂提纲一、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。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精益制造智能管理第四次工业革命：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、自我决策机械一代智能一代数控一代电气一代我国制造业发展的几个主要阶段蒸汽机机械化普通机床电气化数控机床数字化智能机床智能化使用数控织机，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/分异型玻璃磨边机手工靠模加工平板玻璃的周边与斜边的磨削抛光案例3：玻璃加工机械数控玻璃加工中心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制造装备智能化的基础伺服驱动系统传统机械产品数控机械产品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Prof.ShuZhangInstituteonAdvancedManufacturingTechnology,TongjiUniversity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、产品解体或回收以汽车行业为例：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*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%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数字化工厂数字化工厂以MES为核心，对工厂内的制造资源、计划、流程等进行管控数字化工厂与产品设计层有紧密关联，是设计意图的物化环节通过系统集成，数字化工厂还与企业层和设备控制层实时交换数据，形成制造决策、执行和控制等信息流的闭环数字化工厂的工作范围WIP跟踪(工位/工序/部件)各工位关重件安装匹配查验生产报工与节拍价值分析各型号/各订单的完工情况各工位/各关重件实作工时安灯内容信息采集与发布设备运行状态和运行参数线边物料的消耗与配送现场视频采集与近景分析现场环境(光/温/湿/尘/气)物流通道及设备监控叉车/AGV/堆垛机运行情况物流设备位置数字地图显示配送执行状态跟踪及监控仓库出入库/库存/缺料跟踪质量统计分析报表及异常报告质检现场数据/质检设施数据主机及关重件流转过程监控质量报表数据/统计分析数据现场质量事故位置与性质分析设备运行状态和运行参数刀具/量具/模具在库/在工位装运车辆的定位/跟踪/调度关键岗位人员的定位/呼叫资源的能力/效率跟踪分析生产过程数字化质量管控数字化制造资源数字化现场运行数字化物料管控数字化管控中心PCC生产质量物流ERPPDM设备数字化工厂的核心内容数字化工厂的分层管理数字化制造决策与管控层商业智能/制造智能（BI/MI）：可针对质量管理、生产绩效、依从性、产品总谱和生命周期管理等提供业务分析报告无缝缩放和信息钻取：通过先进的可定制可缩放矢量图形技术，使用者可充分考虑本企业需求及行业特点，轻松创建特定的数据看板、图形显示和报表，可快速钻取至所需要的信息实时制造信息展示：无论在车间或是公司办公室、会议室，通过掌上电脑、PC机、大屏幕显示器，用户都可以随时获得所需的实时信息数字化工厂的分层管理数字化制造执行层先进排程与任务分派：通过对车间生产的先进排程和对工作任务的合理分派，使制造资源利用率和人均产能更高，有效降低生产成本质量控制：通过对质量信息的采集、检测和响应，及时发现并处理质量问题，杜绝因质量缺陷流入下道工序所带来的风险准时化物料配送：通过对生产计划和物料需求的提前预估，确保在正确的时间将正确的物料送达正确的地点，在降低库存的同时减少生产中的物料短缺问题及时响应现场异常：通过对生产状态的实时掌控，快速处理车间制造过程中的生产过程中常见的延期交货、物料短缺、设备故障、人员缺勤等各种异常情形数字化工厂的分层管理数字化制造装备层（工位层）实时硬件装备集成：通过对数控设备、工业机器人和现场检测设备的集成，实时获取制造装备状态、生产过程进度以及质量参数控制的第一手信息，并传递给执行层与管控层，实现车间制造透明化，为敏捷决策提供依据多源异构数据采集：采用了先进的数据采集技术，可以通过各种易于使用的车间设备来收集数据，同时确保系统中生产活动信息传递的同步化和有效性生产指令传递与反馈：支持向现场工业计算机、智能终端及制造设备下发过程控制指令，正确、及时地传递设计及工艺意图设备控制电子看板按灯智能料架条码扫描RFID数字化工厂的典型应用场景数字化工厂的作用：以汽车工业为例2010年，国务院发展研究中心《汽车产业蓝皮》发布比较结果：日本汽车工业91.62分，中国汽车工业54.33分自主品牌汽车工业发达国家品种效率3.5分钟/辆（江淮商务车）48秒/辆（日本本田轿车、商务车共线）质量1000多种变型共线4000多种变型共线（2000年丰田Coronas装配线）224个PP100（每百辆新车问题数）135个PP100（每百辆新车问题数）——2010年J.D.Power亚太公司中国新车质量研究报告数字化工厂的作用：以汽车工业为例设备能力生产过程管控与优化能力要实现上述目标，设备的智能化水平和生产过程管控与优化的能力缺一不可多品种高效率低成本高质量在设备能力逐步提升的情况下，制造环节的数字化管控与优化能力不足更显突出，已成为我国汽车工业与国外差距的主要原因之一。因上游车间供应不足引起的停线次数减少26%因下游车间能力不足引起的停线次数减少29%技术指标对比：实际工程应用前后对比上游供应不足下游能力不足物料短缺负荷超限设备故障次数实施数字化工厂带来的收益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/辆用于奇瑞、江淮、一汽海马等自主品牌汽车生产典型案例：汽车行业实施数字化工厂带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%实施数字化工厂带来的收益冲压在制品库存降低30%商务车生产节拍从3.5分钟缩短至2.5分钟，轿车生产节拍从96秒缩短至88秒基本消除了因为物料短缺导致的非正常停线典型案例：江淮汽车典型案例：奇瑞汽车发动机用于奇瑞汽车4大系列20余种发动机混流生产实施数字化工厂带来的收益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分钟实施数字化工厂带来的收益能为客户解决的问题制造现场：使制造过程透明化，敏捷响应制造过程中的各类异常，保证生产有序进行生产计划：合理安排生产，减少瓶颈问题，提高整体生产效率生产物流：减少物流瓶颈，提高物流配送精准率，减少停工待料问题生产质量：更准确的预测质量趋势，更有效的控制质量缺陷制造决策：使决策依据更详实，决策过程更直观，决策结果更合理协同管理：解决各环节信息不对称问题，减少沟通成本，支撑协同制造实施数字化工厂带来的收益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、相关研究与案例数字化工厂的典型基本组成焊装-涂装-总装车间流水型生产解决方案与应用多车间关联优化工艺序列优先的混合排程加工/装配物料配送硬件装置与软件系统优化技术与算法在制品跟踪与生产过程可视化监控系统车间信息采集终端车身路由控制器配色验证控制器智能料架物料匹配装置数字化工厂解决方案：汽车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数字化工厂解决方案：汽车工艺过程优化生产数据采集车身识别缸盖3D扫描数据采集识别生产执行控制物料精准配送物料搬运物料匹配支持多条生产线：11条冲压线、3条焊装线、2条涂装线、3条总装线支持六大平台八种车型：瑞风（MPV）、瑞鹰（SUV）、宾悦、同悦、和悦、悦悦（轿车）江淮汽车案例介绍：江淮汽车案例介绍：江淮汽车实施MES之前存在的主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…)主要工作之一：建立了车间实时信息采集与处理平台案例介绍：江淮汽车汽车整车生产四大工艺主要工作之二：生产运作优化冲压焊接涂装总装冲压车间高级排程涂装车间配色规划总装车间混流排序焊装-涂装-总装关联优化排序案例介绍：江淮汽车效果：提高关键件相似度20%以上主要工作之三：物流执行优化冲压件考虑焊装需求拉动和经济批量，降低安全库存发动机加工/装配协同，减少在制品库存和储运成本总装车间物料需求实时按需发布，大幅减少物料短缺导致的停线“焊装-涂装-总装”在制车身自动路由技术，减少物流成本案例介绍：江淮汽车主要工作之四：集成已有软硬件平台，消除信息孤岛实施前后的对比案例介绍：江淮汽车主要工作实施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案例介绍：江淮汽车实施前实施后实施效果冲压在制品库存降低30%商务车生产节拍从3.5分钟缩短至2.5分钟，轿车生产节拍从96秒缩短至88秒基本消除了因为物料短缺导致的非正常停线数字化工厂解决方案：工程机械行业中央控制室现场Andon现场监视装置智能加工中心与生产线智能化仓储/运输与物流智能化生产执行过程管控智能化生产控制中心数字化工厂自动化立体仓库AGV智能小车公共资源定位系统高级计划排程执行过程调度数字化物流管控数字化质量检测智能化加工设备DNC智能化机械手智能刀具管理案例介绍：三一重工三一重工为打造世界一流混凝土泵送机械制造基地而投资兴建建筑面积：10万平方米，是亚洲最大的生产厂房应用对象：18#厂房现有制造系统存在的问题现有物流配送模式主要为推式模式，泵车每天分2次配送、车载泵每天1次配送、拖泵按三台套配送，线边库存占用量大配送提前期长，导致对现场变化响应不够敏捷；物流过程不透明，缺件不能提前预警，补件效率低，影响生产线正常运转人工完成配送订单的二次分配，作业难度大，错误率高制造设备缺乏统一管理，导致设备利用率低仓库众多，地点分散，难以实现集中管理，资源得不到共享案例介绍：三一重工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案例介绍：三一重工已完成车间机加设备的研发采购与安装调试，部分完成智能上料机械手、DNC实时监控装置及刀具管理系统的购置和开发主要构成之一：智能加工中心与生产线主要构成之二：智能化仓储与运输配送装置已完成自动化立体仓库软硬件系统、配套立库托盘、AGV系统的采购和开发案例介绍：三一重工案例介绍：三一重工已对泵送18号厂房环境，业务部门需求进行初步需求调研，完成了公共制造资源规划，确定了项目范围。主要构成之三：公共资源定位软硬件系统主要构成之四：数字化加工车间计划与执行管控软硬件系统案例介绍：三一重工加速物料流动，提高转运效率，节约物流空间；实现台套制配送，减少装配中的物料取用时间，提高生产效率；实现物流小批量多频次拉动模式，保证物料配送准时化，促进精益生产。通过精益配送模式实现配送准时化发布时间下架时间工艺时间生产循环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的选择：保证生产顺序不变精益存储精益分拣精益配送精益生产案例介绍：三一重工主要构成之五：数字化加工车间物流执行软硬件系统案例介绍：三一重工可视化指令发送与业务指导现场生产实时数据驱动三维虚拟工厂环境展示生产现场的历史回放可视化环境下的跨部门协同工作支持主要构成之六：生产控制中心（PCC）中央控制软硬件系统物流成本降低20%以上生产线效率提高5%信息化系统自动化程度显著提高智能在线拣货智能实时跟踪按时、按量、优化配送物料标签100%条码化主机标签100%RFID化案例介绍：三一重工实施效果MES物流模块智能化技术配合信息化手段其他已经或正在实施的企业奇瑞汽车中国自主知识产权汽车的典型企业合作内容：发动机生产系统与制造过程优化中国商飞中国民用大飞机制造企业合作内容：车间生产执行管理及控制江南机器武器装备生产基地合作内容：装配型生产MES实施中国重汽重型汽车生产骨干企业合作内容：四大工艺制造执行系统开发奇瑞汽车（汽车）江南机器（装备）中国重汽（整车）海马汽车（整车）中国商飞（飞机）未来的发展趋势-实时的生产控制平台数字化工厂典型案例：波音787制造工厂 ProductionIntegrationCenter通过采用数字化工厂，波音公司在制造环节取得了显著的效益：显著提高了生产效率减少了质量缺陷率减少了因供应商原因导致的生产延期Boeing787研制周期缩短至1/3，研制成本降低50%新一代战神航天运载工具的研制和C130的航空电子升级中，缩短装配工期57%数字化工厂典型案例：波音787制造工厂生产、装配现场高清视频、生产信息、物流信息等数字化工厂典型案例：波音787制造工厂PCT采购管理人员质量管控人员全球物流专家供应商管理人员技术工程师视频会议技术支持物流准备环境预警生产监控装配现场全球供应商工厂......技术支持质量管理物流支持采购支持环境信息支持生产管控人员谢谢！