智能制造技术与应用

智能制造技术与数字化工厂应用一、智能制造产业与技术背景二、智能制造基本内涵与关键技术三、基于RFID的智能制造技术与应用制造技术发展趋势绿色化制造需求：多品种多批量、高质量低成本、柔性制造快速响应、节能减排环境友好等制造技术的发展需求与趋势产品全生命周期（设计、制造、运作等）满足客户个性化需求全价值链端到端系统工程个性化提高能源利用效率，实现工业生产“绿色环保”绿色制造柔性化生产线实现多品种产品生产的动态配置资源定制化1能源和资源利用效率是竞争力的决定性因素•••更短的创新周期更为复杂的产品更大的数据量•••个性化大规模生产快速变化的市场更高的生产效率提升效率制造业核心竞争力正在发生深刻变化提升竞争力制造业变化的速度比以往更快32缩短生产周期提高柔性制造业成为全球经济持续发展的发动机美国“再工业化”•国家制造技术创新联盟•使用本国页岩气和石油德国保持工业领先地位•持续创新机制•高出口量•工业4.0为新的指导原则中国发展高端技术实现产品升级•工资上涨•质量驱动的自动化需求•节能立法2015年中国长三角地区的制造成本仅比美国低5%全球制造产业正在发生深刻变化￥400￥200成都￥250佛山东莞惠州深圳常熟昆山上海杭州1992年台湾￥9501988年富士康下一步迁往何处？￥410秦皇岛天津大连烟台￥320廊坊晋城90年代末郑州武汉重庆￥12902013年-贵阳￥1030￥200印度尼西亚最低￥670中国制造业挑战与机遇哥本哈根中国减排目标产业升级压力劳动力成本上升能耗排放压力中国制造业机遇：发展先进制造技术，实现产业升级低附加值高附加值第一次浪潮工业革命机器和工厂出现推动规模经济和经济领域扩展第二次浪潮互联网革命计算机技术和分布式信息网络的崛起制造技术发展：第三次浪潮（美国）第三次浪潮工业互联网基于机器的分析：物理分析、重点学科的深厚专业知识、自动化、预测第一次工业革命蒸汽动力机械设备应用于生产第二次工业革命电机发明和电能使用，大规模流水线生产第三次工业革命应用IT技术（PLC、NC等）实现自动化生产制造技术发展：第四次工业革命（德国）第四次工业革命应用信息-物理系统（CPS）实现智能化生产制造技术发展：智能制造（中国制造2025）智能制造科技发展“十二五”专项规划☆国家科技重大专项（02专项）极大规模集成电路制造装备及成套工艺☆国家科技重大专项（04专项）高档数控机床数字化设计关键技术与工具集研发及典型产品应用☆国家智能制造装备重大专项智能制造关键技术、数字化车间示范应用、智能制造系统等★重点研究数字化设计制造集成技术★做大做强数字制造装备，促进制造业智能化、精密化、绿色化发展国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)“十二五”国家战略性新兴产业发展规划二、智能制造基本内涵与关键技术智能制造：应用范围智能设备、智能系统和智能决策代表着机器、设备组、设施和系统网络的工业世界能够更深入地与连接、大数据和分析所代表的数字世界融合智能制造：大数据循环安装仪器仪表的工业机器专有机器数据流的提取和存储工业数据系统安全、云计算网络基于机器的算法和数据分析大数据分析与合适的人和机器分享数据可视化远程和集中数据数据流返回机器实体和人际网络智能制造：技术目标通过嵌入式互联网技术，离散的信息-物理系统（CPS）进行连接交互•产品制造过程中包含所有必要信息•考虑全价值链进行生产设备整合、自组织•生产过程中按照实际工况灵活决策智能制造：技术路线生指通过软件和网络进行产品开发、产和服务沟通机器与产品实时进行信息和指令交互自主控制和优化2020智能制造：发展阶段智能化产品设计、制造过程中具有感知、分析、决策、执行功能网络化利用自组织网络，动态配置资源，实现研究、设计、生产和销售各种资源重组2015数字化CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP/RE/RP2011网络化生产企业间横向集成产品开发产品生产产品服务制造体系纵向集成ERPMESPCS设计生产物流营销客户需求智能制造核心特征产品全生命周期端到端集成智能制造发展方向：产品智能化自适应工况：•工况识别感知•控制算法及策略人机交互：•多功能感知•智能Agent•语音识别•信息融合自主决策：•环境感知•路径规划•智能识别•自主决策回收信息原材料信息设计信息制造信息物流信息销售信息产品全生命周期个性化定制与服务无人机无人驾驶汽车智能家电智能制造发展方向：装备智能化制造技术变革将专家的知识和经验融入感知、决策、执行等制造活动中赋予产品制造在线学习和知识进化能力实现自学自律制造日本Mazak机床热屏障主动振动控制智能装备特点：瑞士米克朗机床智能工艺规划大连机床热补偿功能智能化智能装备2000—数字化数控装备1960—国际智能制造初露端倪国内该生产什么质量管控智能制造发展方向：车间智能化全局生产管控WhattoproduceStatusofequipment设备状态OverallproductionmonitoringandcontrolWorkinstruction作业指导Productionstatistic生产统计Qualitycontrol物料准时配送JITmaterialdelivering生产防错系统Error-proofing产品及时发运Productdelivering智能制造发展方向：工厂智能化智能化加工设备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智能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大灯总成动力总成悬架总成底盘轮胎智能制造发展方向：供应链智能化主机厂与供应商：物理距离与信息距离–以江淮汽车为例：•零部件供应巢建设项目现已有澳大利亚和台湾、香港等7省区在内的260家企业签约入驻•目前江淮已实施了物料拉动平台主要方向：以主机厂为核心的全产业链质量控制仪表台总成座椅智能制造发展方向：智能制造模式37.11亿美元突破10000亿网络改变沟通：社交服务平台网络改变交易：电子商务平台网络改变生产：智能制造平台物联网+服务网•高速通讯网络协议•资料共享技术•信息安全技术智能制造关键技术：数字化制造•数字化建模•虚拟设计•创新设计•数字样机设计•面向制造DFM•智能控制技术•高速高精度驱动•嵌入式数字制造•远程诊断•智能维护数字控制生产管理•控制传感技术•实时信息管理技术•信息集成技术•数字化车间技术•制造系统建模•决策控制2012年中国工业机器人销量为2.7万台；我国达到世界水平时将有380亿工业机器人本体市场空间，1140亿工业机器人系统集成市场空间焊接、装配、喷漆、码垛、搬运世界工业机器人安装总量智能制造关键技术：机器人全球年增长率9%中国年增长率17%智能制造关键技术：3D打印3D打印技术：增材工艺，缩短生产周期，减少对环境的影响，提高原材料和能源使用效率智能制造关键技术：传感器三、基于RFID的智能制造技术与应用条形码接触卡(磁卡、IC卡)二维码RFID主要特点只读，信息容量小，价格便宜，不能重复使用，对污染敏感可读写，价格便宜，数据容量大，可重复使用，读写距离近只读，信息容量大，对污染敏感批量、远距离、非接触读写，数据容量大且；可重复使用；对污染不敏感，适应复杂工况主要应用商品流通、仓储标证、信息服务等个人信息管理，如银行卡、信用卡民用/商用为主各种恶劣的工业环境；内部物流管理；供应链管理RFID技术RFID（RadioFrequencyIdentification）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。20世纪70年代20世纪90年代20世纪70年代20世纪90年代RFID技术特点与优势：适应复杂工况：防雨水、抗污渍、抗油污、可喷涂读写方便快捷：可读可写，“盲视”“透视”扫描批量操作：批量读/写、远距离读写现场即验即写：对着实物直接写入信息，码物一一对应读识性能可靠：一次性“盲扫”，识别可靠性达99.8%以上30RFID频段低频125–135KHz高频13.56MHz超高频860-960MHz2.4G/微波2.45GHz通讯原理电感耦合电磁波耦合芯片供电被动被动被动/主动被动/主动识别距离0-100cm0-120cmEU4m/USA6m1m–20m速度50张/s100张/s300张/s500张/s数据容量小(64-512bit)较小(160-2000bit)较小（512bit）中等（2kb）RFID工作原理与分类标签（TAG）天线(ATENNA)1、读写器通过天线发出无线射频能量信号2.标签通过无线射频信号获得能量3.电能对电子标签芯片供电、芯片将数据转换成电磁波信号发出读写器(READER)信息系统4.读写器接收电磁波并转换为数据31RFID技术在智能制造中应用RFID技术智能家电车间物流工程机械物流园供应链智能维护混流制造辅具控制32托盘RFID产品RFID智能制造方案：数字化车间辅具管控辅具的可视化跟踪管理辅具与主机自动信息交互智能维护设备在线监测、设备运行状态评估与风险预警、设备故障智能诊断与专家支持混流制造单品级产品智能识别工艺推送和操作指导进度监控与质量追溯辅具寿命定量监控与预测实现多品种混流制造提升生产效率和质量33运动过程快速识别，不影响生产节拍工业现场恶劣工况高可靠识别生产线路径选择M2M通讯机床加工程序选择零件加工质量信息记录数字化车间：混流制造基于RFID的混流制造解决方案价值：实现多品种同时高效制造，完全柔性化混流制造34数字化车间：混流制造缸体缸盖加工生产线：30万件发动机缸体（缸盖）加工、100万台发动机缸体（缸盖）毛坯铸造生产能力，位居国内同行第一应用效果：实现6种以上缸体混流生产，提升缸体产能10%以上35数字化车间：混流制造三一重工18号厂房（泵送车装配）：亚洲最大的数字化、智能化厂房，精益制造模式，柔性流水线生产应用效果：流水化生产，节拍60分钟，产品，生产，质量信息自动反馈较高质量图片36数字化车间：辅具管控对刀仪刀具仓库刀具参数将被自动储存在刀库系统中--刀具规划刀具寿命---刀具跟踪仓库清单质量管理刀具刀具磨削机床基于RFID的方案：辅具全生命周期信息交互过程适应恶劣加工工况刀具与加工机床/对刀仪M2M刀具全生命周期管控提升刀具利用率提高机床使用率提高加工零件质量价值37数字化车间：刀具全生命周期管控国家特高压、超高压及高压开关设备的研发和生产基地，为中国电力工业和世界各地用户提供大量高压开关设备应用效果：降低刀具库存20%，降低刀具成本10%，降低准备时间15%刀具库存和参数显示38数字化车间：电极全生命周期管控专注于消费电子领域精密模具及精密机构件，产品供应三星、华为、中兴、海尔、夏普、联想、OPPO等国际知名消费电子厂商电极坯料电极加工电极放电电极回收应用效果：设备效率提升10%，交期缩短10%，综合成本降低15%39供应链智慧物流物流园智能制造方案：智慧物流物料出库物料分拣组盘物料配送上线车间物流产品运输过程跟踪运输车辆跟踪定位产品快速出入库被动告知主动感知透明、安全、高效车辆共享调度园区中央监管快速通行和盘点物流货柜识别批量货品分拣40智能物流：车间物流应用效果：减少库存；提升配送效率和准确率；提高叉车、AGV利用率零部件出库物料转移物料出库自动配送物料分拣组盘组盘成台套物料托盘RFID识别物料配送上线AGV调度AGV智能调度41效率智能物流：车间物流美的集团是全球第二大的白色家电企业，中国家电龙头企业，2012年产值达1300亿元应用效果：AGV实现自动化路径选择、配送物料实现自动识别、提升配送42智能物流：供应链价值：减少库存；提升自动化水平、减少仓库人员；提高叉车利用率；提高作业完成率JIT的供应链模式车辆进出自动识别物料批量识别自动化叉车调度智能化厂区卸货实时监控零部件备料透明化43识别，叉车物流资源任务智能