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1、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，Information Technology）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
2、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,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
3、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,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。,案例2：印刷机械,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,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,
4、齿轮箱,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5m，精密级1m，超精密0.01m数控装置MTBF值达60000h以上，伺服系统达30000h,3、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
5、,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
6、解体或回收,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,*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Andy Neely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，
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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,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书发布比较结果：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
13、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,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,实施数
14、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,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
15、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,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,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
16、架,物料匹配装置,数字化工厂解决方案：汽车,数字化工厂解决方案：汽车,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,8/16/2023,41,主要工作之二：生产运作优化,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,8/16/202
17、3,42,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,8/16/2023,44,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,智能
18、化加工设备,DNC,智能化机械手,智能刀具管理,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,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
19、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,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
20、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
21、流执行软硬件系统,案例介绍：三一重工,54,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,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
22、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,Production Integration Center,数字化工厂典型案例：波音787制造工厂,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Boeing 787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,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,物流准备,环境预警,装配现场,生产、装配现场,高清视频、生产信息、物流信息等,生产管控人员,数字化工厂典型案例：波音787制造工厂,谢 谢！,
