智能制造技术与应用

互联网革命
计算机技术和 分 布式信息网络的 崛起
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
制造技术发展：第四次工业革命（德国）
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
• 智能控制技术 • 控制传感技术 • 高速通讯网络协议
• 高速高精度驱动 • 实时信息管理技术 • 信息集成技术
• 嵌入式数字制造 • 数字化车间技术 • 资料共享技术
• 远程诊断
• 制造系统建模 • 信息安全技术
• 智能维护
• 决策控制
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%
三、基于RFID的智能制造技术与应用
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90年代
20世纪70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
3 提高柔性
• 个性化大规模生产 • 快速变化的市场 • 更高的生产效率
制造业变化的速度比以往更快
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
制造技术变革
数字化
智能化
智能制造初露端倪
数控装备
1960—
智能装备
2000—
国际
日本Mazak机床
热屏障 主动振动控制
瑞士米克朗机床
智能工艺规划
国内
大连机床
热补偿功能
智能装备特点：
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
智能制造发展方向：车间智能化
刀具库存和参数显示
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%
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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%
• 生产过程中按照实际工况 灵活决策
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
智能制造：技术路线
通过软件和网络进行产品开发、
生
产和服务沟通
机器与产品实时进行信息和
指
指令交互
自主控制和优化
智能制造：发展阶段
2020
智能化
产品设计、制造过程中具有 感知、分析、决策、执行功 能
2015 2011
该生产什么 Whattoproduce
Statusofequipment 设备状态
全局生产管控
Overallproductionmonitoringandcontrol
Productionstatistic 生产统计
Workinstruction 作业指导
Qualitycontrol
质量 管控
物料准时配送 JITmaterialdelivering
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智能制造方案： 智慧物流
车间物流
物料出库 物料分拣组盘 物料配送上线
产品运输过程跟踪 运输车辆跟踪定位 产品快速出入库
供应链
智慧物流 物流园
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
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智能物流：车间物流
零部件出库
识别
生产线路径
选择
M2M 通讯
零件加工质量 信息记录
机床加工程序 选择
价值：实现多品种同时高效制造，完全柔性化混流制造
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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
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
智能化机械手
DNC
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
智能化生产控制中心
智能化工厂
智能化生产执 行过程管控
智能化仓储/运输与物流
高级计划排程
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
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RFID工作原理与分类
1、读写器通过 天线发出无线射 频能量信号
4.读写器接收电 磁波并转换为 数据
天线 (ATENNA)
智能制造：大数据循环
数据流返回机器
安装仪器仪表 的工业机器
实体和人际网络
专有机器数据流的 提取和存储
工业数据系统
与合适的人 和机器分享数据
可视化远程 和集中数据
安全、云计算网络
基于机器的算法 和数据分析
大数据分析
智能制造：技术目标
• 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
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
实现多品种混流制造 提升生产效率和质量
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
托盘 RFID
产品
RFID
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数字化车间：混流制造
基于RFID的混流制造解决方案
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
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
国家中长期科学和技术发展 规划纲要(2006-2020)
★ 重点研究数字化设计制造集成技术
“十二五”国家战略性新兴产业 发展规划
★ 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
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
数字化
CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM /ERP/RE/RP
智能制造核心特征
产品全生命周期端到端集成
客户需求
产品开发
产品生产
产品服务
制造体系纵向集成
ERP
MES
网络化生产企业间横向集成
PCS
设计
生产
物流
营销
智能制造发展方向：产品智能化
应用效果：实现送货车辆厂区进出自动识别和卸货资源分配，出入库自动
识别，叉车物流资源任务智能调度；
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智能物流：物流园
常平镇是东莞东部经济中心，广东省中心镇，珠三角地区最繁忙的货运 物流枢纽之一
批量货 物分拣
☆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
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
执行过程调度
数字化物流管 控
自动化立体仓 库
AGV智能小车
公共资源定位系 统
数字化质量检 测
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
深圳
1988年
￥200
印度尼西亚 最低￥670
中国制造业挑战与机遇
低附加值 高附加值
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
制造技术发展：第三次浪潮（美国）
第二次浪潮
第三次浪潮
工业互联网
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
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 大灯总成
座椅 轮胎
动力总成
悬架总成
底盘
智能制造发展方向：智能制造模式
网络改变生产：智能制造平台 物联网+服务网
网络改变交易：电子商务平台
突破10000亿 网络改变沟通：社交服务平台
37.11亿美元
智能制造关键技术：数字化制造
数字控制
生产管理
• 数字化建模 • 虚拟设计 • 创新设计 • 数字样机设计 • 面向制造DFM
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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
较高质量图片
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
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数字化车间：辅具管控
- 刀具规划 - 刀具寿命
- 刀具跟踪 - 仓库清单 - 质量管理
刀具仓库 刀具参数将被自动储存 在刀库系统中
自主决策：
•环境感知 •路径规划 •智能识别 •自主决策
自适应工况：
•工况识别感知 •控制算法及策略
回收 信息
销售 信息
物流 信息
制造 信息
原材料 信息
设计 信息
产品全生命周期个性化定制与服务
人机交互：
•多功能感知 •智能Agent •语音识别 •信息融合
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
读写器(READER)
标签 （TAG）
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
信息系统
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RFID技术在智能制造中应用
工程机械
智能家电
物流园
RFID 技术
混流制造
供应链 车间物流
辅具控制
智能维护
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智能制造方案：数字化车间
辅具管控
智能维护
辅具的可视化跟踪管理 辅具与主机自动信息交互 辅具寿命定量监控与预测
物料转移
物料分拣组盘
组盘成台套
物料配送上线
AGV调度
物料出库自动配送
物料托盘RFID识别
AGV智能调度
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
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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 效率
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
制造技术的发展需求与趋势
个性化
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
柔性化生产线 实现多品种产品生产的动态 配置资源
制造技术 发展趋势
全球制造产业正在发生深刻变化
2015年中国长三角地区的制造成本仅比美国低5%
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
常熟 ￥400
成都
武汉 重庆￥1290
昆山 上海 ￥200 杭州
2013年-
1992年
贵阳 ￥1030
￥250
佛山东莞 惠州
台湾 ￥950
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智能物流：供应链
厂区卸货 实时监控
车辆进出 自动识别
物料批量识别 自动化
叉车调度 智能化
零部件备料透明化
JIT的供应链模式
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 43
智能物流：供应链
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
焊接、装配、喷漆、码垛、搬运
世界工业机器人安装总量
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
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ຫໍສະໝຸດ Baidu键技术：传感器
刀具
对刀仪
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
价值
提升刀具利用率 提高机床使用率 提高加工零件质量
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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
定制化
绿色化
提高能源利用效率，实现 工业生产“绿色环保” 绿色制造
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
制造业核心竞争力正在发生深刻变化
提升竞争力
1 提升效率
能源和资源利用效率 是竞争力的决定性因素
2 缩短生产周期
• 更短的创新周期 • 更为复杂的产品 • 更大的数据量