AI-智能数字化工厂一体化解决方案
廣東工業大學 AI 智能制造与数字化工厂 廣東工業大學 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 廣東工業大學 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 廣東工業大學 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 4 德德 国国 法法 国国 英英 国国 西西 班班 牙牙 机舱内装饰机舱内装饰 前后机身前后机身 驾驶舱和中段驾驶舱和中段 机翼机翼 发动机机架发动机机架 垂直尾翼 水平尾翼 发动机 工装 美 国 其它供应商其它供应商 大背景 信息化与工业化融合 廣東工業大學 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 廣東工業大學 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 蒸汽机的发明 机器动力的应用机器动力的应用 电动机的发明电动机的发明 电能的应用 电能的应用 信息技术特别是信息技术特别是 数控技术的应用数控技术的应用 智能技术的应用 智能技术的应用 自适应 自我决策自适应 自我决策 机械一代机械一代 蒸汽机 机械化机械化 智能一代智能一代数控一代数控一代电气一代电气一代 普通机床 电气化电气化 数控机床 数字化数字化 智能机床 智能化智能化 我国制造业发展的几个主要阶段 廣東工業大學 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 廣東工業大學 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 p车头采用 高精度油 浴齿轮箱 p车尾配备 同步牵伸 传动机构 p带断线图 像检测 智能化细纱机 p采用单锭单电机 20000rpm p配备细沙断头粗 纱停喂装置 并 与电锭运转联动 p整机数字化控制 系统 监测纺纱 张力变化 廣東工業大學 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 p以电子虚拟轴作 为主导轴 机器 各单元分散驱动 p传动由智能化驱 动器高精度控制 的电子长轴 p最高印刷速度 350米 分 廣東工業大學 异型玻璃磨边机 数控玻璃加工中心 p手工靠 模加工 p平板玻 璃的周 边与斜 边的磨 削抛光 异型内孔加工刀库智能管理 p全数字控制加工 p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 p具有砂轮磨损智能补偿功能 案例3 玻璃加工机械 廣東工業大學 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 简化机械结构简化机械结构 缩短制造周期缩短制造周期 提高制造精度提高制造精度 提升装备性能提升装备性能 齿轮箱 动力源传动机构工作装置 伺服驱动系统 控制系统 工作装置 输入 信息 信息反馈 传统机械产品 数控机械产品 制造装备智能化的基础 廣東工業大學 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5 m 精密级1 m 超精密0 01 m 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 廣東工業大學 Prof Shu Zhang Institute on Advanced Manufacturing Technology Tongji University 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 廣東工業大學 p 知道本系统的加工能 力和状态 p 能够监控和自主优化 加工过程 p 能够自行度量工作 输出 的质量 p 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 廣東工業大學 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 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 以汽车行业 为例 廣東工業大學 u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 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 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 廣東工業大學 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 廣東工業大學 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 廣東工業大學 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 廣東工業大學 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 廣東工業大學 数字化工厂的工作范围 廣東工業大學 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 ERP PDM 设备 数字化工厂的核心内容 廣東工業大學 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 l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 廣東工業大學 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 l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 廣東工業大學 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 廣東工業大學 数字化工厂的典型应用场景 廣東工業大學 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报告 廣東工業大學 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 廣東工業大學 n 因上游车间供应不足引起 的停线次数减少26 n 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
