工厂自动化技术及其应用

ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.工厂自动化技术及其应用广东中渊科技有限公司2ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.机器人学实验室水下机器人研究室光电信息研究室现代装备研究室自动化系统研究室工业信息学研究室高技术攻关应用示范研究与探索高技术产业化新松机器人等所投资公司事业法人研究开发实体创新结构布局：“两个实体、四个层次”企业法人产业化实体3ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.制造:制造技术:Longman词典对“制造解释为：“通过机器进行(产品)制作或生产，特别是适用于大批量”国际生产工程学会（1990年）：制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。把原材料变成产品，所采用的一系列技术的统称。先进制造技术(AMT)，是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源以及现代化管理等领域的成果，将其综合应用于产品生产、设计、制造、检测、管理和售后服务全过程的结果。它是制造技术的最新发展阶段，是制造技术与现代高新技术结合而产生的完整的技术群。二、工厂自动化的技术体系4ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.二、工厂自动化的技术体系制造产品其本身的创新设计能力，即产品的竞争能力(制造-创造)现有产品的改进新产品的研发生产产品的制造能力和管理水平，即制造产品的敏捷能力(制造-智造)几个层面:制造单机设备层制造设备本身能力的提升(智能化)生产线/制造系统制造/检测/物流设备构成的系统（成套化和数字化）制造过程管理制造执行过程的高效运行和过程改进（可视化和可控化）企业资源管理企业运作的科学化和业务流程的优化企业竞争优势的两个关键：5ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.先进制造技术的应用给企业赋予了新的特征:信息时代的现代制造企业将是一个全面集成的数字化企业。管理数字化产品设计数字化生产过程数字化制造装备数字化企业数字化以CIMS为核心的数字化企业思想得到企业的认同，并将其作为信息化建设的目标。二、工厂自动化的技术体系6ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.制造装备PCS/NCSMES二、工厂自动化的技术体系工厂自动化技术是先进制造技术的重要组成部分ERP制造业信息化工厂自动化制造能力和管理水平7ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.三、相关单元技术及典型应用介绍1、制造执行系统技术（MES）2、网络化控制技术3、专用装备技术8ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.870年代末传统T-MES阶段：单一功能的车间级应用专用Point-MESNext-GenerationMES:-2004年协同制造执行系统C-MES概念-具有开放式、客户化、可配置、可伸缩等特性的新型体系结构-智能性-WEB技术80年代中期90年代初~2000年2004年~可集成I-MES阶段:-1990年AMRMES概念-1992年MESA成立-1997年MES白皮书-2000年ISA95系列标准具有客户化、可重构、可扩展和互操作等特性发展阶段:3.1制造执行系统(MES)技术9ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.MES汇集了车间中用以管理和优化从定单下达到生产完成全过程中的所有活动的硬件或软件组件，通过控制和利用准确的制造信息，对车间生产活动中的实时事件做出快速响应，同时向企业决策支持过程提供相关生产活动的重要信息。定义:ManufacturingExecutionSystemAssociation，MESA制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem,MES）是一种面向车间层的生产管理和优化运行技术；是位于企业上层生产计划和底层工业控制之间、面向车间层的管理信息系统。3.1制造执行系统(MES)技术10ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.•MES在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁。•MES采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数据和状态信息，目的在于优化和改善制造活动。它强调是当前视角，即精确的实时数据。•从对实时的要求而言，如果说控制层要求的实时的时间系数为1，那么,MES的时间系数为10,ERP的时间系数为100可控性可视性MES特征:3.1制造执行系统(MES)技术11ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.功能模型:MESAO/DSDPRA&CDCPT&GPALMMMPMQMDC&A资源分配及控制RA&C生产作业计划O/DS生产调度DP质量管理QM生产过程管理PM文档控制DC数据采集DC&A劳动力管理LM设备维护管理MM产品跟踪与追溯PT&G性能分析PASCMService/RepairAPSERPCRMPCSPLMPDM/CMC3.1制造执行系统(MES)技术12ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.MES标准的进展:ANSI/ISA-95标准----企业与控制系统集成标准（1）ANSI/ISA-95.00.01，企业-控制系统集成，第一部分：模型和术语；包括标准的术语和对象模型(信息交换)(ApprovedJuly15,2000;2010:IEC/ISO62264-1;GB/T20720.1)（2）ANSI/ISA-95.00.02，企业-控制系统集成，第二部分：对象模型属性；由第一部分中的定义的每一个对象的属性组成。(ApprovedOctober17,2001;2010:IEC/ISO62264-2;GB/T20720.2)（3）ANSI/ISA-95.00.03，企业-控制系统集成，第三部分：制造过程管理活动模型；集中在第三层（生产/MES层）上的功能和活动。(ApprovedJune6,2005;2010:IEC/ISO62264-3;GB/T20720.3)（4）ANSI/ISA-95.00.04，第四部分：定义制造运作管理对象模型属性（制定中）（5）ANSI/ISA-95.00.05，第五部分：定义商业系统和制造业之间信息交易(ApprovedJanuary10,2007)3.1制造执行系统(MES)技术13ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.来源:美国LogicaMESCentreofExcellence公司的MESProductSurvey2007/2008报告国外MES行业分布:1电子2汽车3食品&饮料4机械&工具5制药6半导体7塑料&橡胶3.1制造执行系统(MES)技术14ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.国内的MES应用集中在冶金、石化、汽车、烟草和电子等几大行业。冶金、石化、汽车等为国内较早开始信息化建设的行业，轻工、纺织等行业启动则较晚。流程/混合流程行业应用要好于离散行业我国已经应用和正在建设MES的钢铁企业共有30多家，他们的钢铁产量占全国钢铁总产量的50%以上。烟草行业大约有1/3左右的生产厂已经实施了MES系统。国内MES行业分布:3.1制造执行系统(MES)技术15ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.MESA调查分析结果：生产周期缩短45%；数据输入时间缩短75%；在制品减少24%；文书工作减少61%；交货期缩短27%；不合格产品降低18%；文书丢失减少56%。MES给企业带来的效益3.1制造执行系统(MES)技术16ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.3.1制造执行系统(MES)技术MES相关技术：制造执行系统平台与集成技术基于MES标准的制造过程建模技术数据采集与过程跟踪技术产品质量诊断/控制/调整技术（SPCDA）不同生产类型的高级排产与调度技术（APS）设备故障诊断与预防性维护技术制造系统性能评价技术…17ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.自主研发了MES开发与运行平台：MessageBusDBManagerDataReaderDataWriterAlarmSPCGateWayMES应用套件生产管理过程跟踪建模工具工厂模型产品模型事件模型执行模型异构数据源适配器实时历史库OPCRS232……质量管理产品管理效率分析CalculationMgrMES企业集成连接器ERPCRMInfoPublishEngine……DataMiningEngineMES信息门户持久存储SQLServer2005SDK核心服务3.1制造执行系统(MES)技术18ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.3.1制造执行系统(MES)技术制造过程建模方法与可视化技术：执行模型-产品模型关联生产线参数工位车间19ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.制造过程建模方法与可视化技术：3.1制造执行系统(MES)技术工厂模型：生产线/工艺段/设备①实现工艺段与质量检测点和保证工艺参数的设备及控制变量的关联②实现生产线/设备模型与状态信息和生产信息的关联①②20ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.间隙测量及垫片自动选装系统带钮距传感器的电动拧紧工具带位移和压力传感器的压装机基于图像的自动识别系统关键设备的数据采集与集成：(可视化)3.1制造执行系统(MES)技术21ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.变速箱综合性能加载试验台发动机综合性能试验台关键设备的数据采集与集成：(可视化)3.1制造执行系统(MES)技术22ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.磁导航带RFID定位的AGV物流小车工业智能打标机RFID托盘跟踪手持PDA物料扫描关键设备的数据采集与集成：(可视化)3.1制造执行系统(MES)技术23ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.防错装控制产品A零件所在料位产品B零件所在料位产品A计划执行产品B计划执行MES应用系统PLC利用料架上的指示灯，指示操作者获取正确的物料智能料架工艺执行、质量、防错漏等在线控制能力(可控化)3.1制造执行系统(MES)技术24ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofScience.MES应用系统产品A工艺产品B工艺产品A计划执行产品B计划执行PLC工位计算机压机压力超过工艺要求产生报警提示并同时控制压机停止动作工艺执行、质量、防错漏等在线控制能力(可控化)3.1制造执