工业4.0与智能工厂规划.ppt

人单合一,#,工业,4.0,与智能工厂规划,中美贸易摩擦的起因？,美,的,集团,美的集团,2016,年，美的斥资,42,亿美元收购了德国顶尖机器人集团之一库卡,(Kuka),。美国,认为美的收购库卡得到了中国政策性银行的帮助，例如中国进出口银行。,中国,化工,中国化工斥资,440,亿美元收购全球最大的农药和种子集团之一瑞士先正,达。这,宗交易完成后，美国的,4000,名员工、,33,处研究基地以及,31,处生产和供应基地将由中国国企控制。,中国,中车,中车集团近几年,进入美国市场，拿下了波士顿、芝加哥、洛杉矶、费城供应地铁列车的合同。,比亚迪,2015,年,9,月，比亚迪被列入华盛顿州交通局800,台纯电动大巴采购清单,。比,亚迪纯电动大巴已经遍布美国,30,多个州，成为美国电动大巴市场具有垄断地位的品牌。此外，比亚迪在美国储能电站领域的市场份额也已经达到了,50,。,清华,紫光,美国贸易办公室称：清华紫光由清华大学控股，成立使命就是通过收购把国外的半导体技术带到中国。例如清华紫光旗下的华创投资收购了美国数字成像公司,OmniVision,。清华紫光,2015,年还曾准备收购西部数据，但因美国监管部门的调查而放弃。,3,4,5,2,新一代信,息通信技,术产业,10,1,7,8,9,6,航空航天装备,先进轨道交通装备,电力装备,新材料,高档数控机床和机器人,海洋工程装备及高技术船舶,节能与新能源汽车,农机装备,生物医药及高性能医疗器械,中国制造,202510,大重点,领域,第一次工业革命对世界的影响,圈地运动,采矿运动,蒸汽机轮船,蒸汽机纺织机,殖民运动,海外市场开拓,世界贸易与分工,火车等运输工具,蒸汽机工业,工业革命的四个阶段,工业,1.0,发生在英国，让英国成为世界霸主。工业,2.0,让,德国、日本、美国经济崛起，德国、日本二战战败，美国成为世界超级大国。工业,3.0,美国主导，其他国家纷纷效仿，美国、德国、日本等国家全面普及工业,3.0,。,可口,可乐,的生产车间里，生产线上连续过来了三个瓶子，每个瓶子都自带一,个,RFID,电子,标签，,里面记录着这是为张三李四和王二麻子定制的可乐。,第一个瓶子走到灌装处时，,通过电子标签的,无线通讯告诉中控室的控制器，说张三喜欢甜一点的，多放糖，然后控制器就告诉灌装机器手，,“加二斤白糖！”（张三真倒霉,）。,第二个瓶子过来，说李四是糖尿病，不要糖，控制器就告诉机器手，“这货不要糖！,第三个瓶子过来，说王二麻子要的是芬达，控制就告诉灌可乐的机械手“你歇会”，再告诉灌芬达的机械手，“你上！”,大规模、多品种定制,生产，每一灌可乐从你在网上下单的那一刻起，他就是为你定制的,，这,就是智能生产。,一个智能生产,的虚拟场景,生产,流程智能化，生产,设备能动态,适应个性化的,产品生产需求,，是实现工业,4.0,的重要标志。,蒸汽机,普通机床,数控机床,智能机床,工业,1.0,：,机械化,工业,2.0,：,电气化,工业,3.0,：,数字化（自动化）,工业,4.0,：,智能化,加工装备,+,电动机,=,电气化,机床,+,电脑,=,按编程操作,数控机床,+,智能控制,=,工艺优化,工业革命的四个阶段（机床为例）,加工装备,+,蒸汽机,=,机械化,2015,2014,2013,2012,美国,GE,工业互联网,文字内容,新工业法国,文字内容,英国未来制造业预测,文字内容,日本机器人新战略,文字内容,德国工业,4.0,文字内容,中国制造,2025,文字内容,美国先进制造业国家战略,主要工业国家纷纷出台制造业创新战略,德国工业,4.0,德国工业,4.0,在,2013,年,4,月的汉诺威工业博览会上,德国政府正式推出“工业,4.0,”,德国工业,4.0,提出背景,老龄化社会带来的劳动力减少,资源匮乏，能效仍需提升,产业转移带来的国内制造业空心化,发展中国家技术实力不断增强,经济全球化中，需要对市场做出快速响应,保持制造业国际领先地位所需的标准化,需要根据消费者需求，实现差异化、个性化的生产,制造业占据全国,GDP,的,20%,、出口总额的,60%,，影响极大,1,2,3,5,6,7,8,4,德国“工业,4.0”,战略的要点可以概括为：,建设一个网络、研究两大主题、实现三项集成、实施八项计划。,什么是信息,物理系,统（,CPS,）,信息物理系统（,CPS,）,是一个综合计算、通信、网络、控制和物理环境的多维,复杂系统。（手机）,CPS,是由,传感器,、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信,设施共同组成的智能网络。使,人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够,互联。,信息,物理系,统（,CPS,）是,智能制造的本质,CPS,将信息世界和现实世界联系在一起，智能目标之间可以互动和互相交流。,信息,物理系,统（,CPS,）是,智能制造的本质,CPS,让,物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大,功能。,在,生产制造过程中，与设计、开发、生产有关的所有数据将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统。,二、工业,4.0,时代的智能制造,信息,物理系,统（,CPS,）是,智能制造的本质,德国工业,4.0,两大主题,智能生产：,侧重点,在于将人机互动、智能物流管理、,3D,打印等先进技术应用于整个工业生产过程，从而形成高度灵活、个性化、网络化的产业链,。在,工业,4.0,的战略蓝图中，把智能生产描绘成工厂可以为单件小批量的单个客户提供个性化生产服务，而不是只能按照固定的生产流程生产。,智能工厂：,重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。,流程,型制造与,离散型制造,离散型制造,是将不同的现成元部件及子系统装配加工成较大型系统，例如电脑、,汽车、家电及,工业用品制造等,。,流程型制造,是通过一条生产线将原料制成成品，比如集成电路,、冶金、石化、药品,及食品,/,饮料制造等。,智能制造技术,新型传感技术,模块化、嵌入式控制系统设计技术,先进控制与优化技术,系统协同技术,故障诊断与健康维护技术,高可靠实时通信网络技术,功能安全技术,特种工艺与精密制造技术,识别技术,主要,包括,工业,4.0,的三项集成,【,纵向集成,】,企业,内部信息孤岛的集成,，企业,内部实现所有环节信息无缝链接,，解决,信息网络与物理设备之间的联通问题。,【,横向集成,】,企业之间通过价值链机信息网络来实现资源整合。供应商、销售商、用户。,【,端到端集成,】,围绕客户价值进行的集成。从用户需求开始，贯穿产品整个生命周期的研发设计、原料供应、生产,制造、物流配送,、销售服务等各个环节，最终满足用户需求。在,为客户提供更有价值的产品和服务同时，重构产业链各环节的价值体系。,标准化和参考架构。,管理复杂系统。,一套综合的工业宽带基础设施。,安全和保障。,工作的组织和设计。,培训和持续的职业发展。,监管框架。,资源利用效率。,德国工业,4.0,中的八项措施,德国政府、西门子、,SAP,德国工业,4.0,的重要推动者,工业,4.0,（智能制造）的,关键技术,智能,传感器,RFID,3D,打印,工业机器人,智能加工装备,智能制造工艺,工业软件与网络,智能工厂的四个特征自动,化,1,数字,化,2,网络化,3,智能化,4,小组研讨：,为什么,汽车,行业自动化程度比较高？,汽车制造,过程,冲 压,白车身,总 装,动 力 系 统,喷 漆,质 量,自动化,视频案例：,特斯拉汽车工厂,自动化设备,冲压设备（模具、切割、压铸）,焊机设备（,点焊,、凸焊、缝焊,、弧,焊,）,喷漆设备,装配设备,检测设备,清洗设备,运输设备（线体、吊装、,AGV,、搬运）,固定工装,据统计每辆汽车车身上，大约有,30004000,个电阻点焊焊点。在汽车车身装焊工艺中，点焊工艺仍处于主导地位，电阻点焊技术的应用实现了汽车车身制造的量产化与自动化。,横梁,总成托架,点焊,传动轴,平衡片凸,焊汽车,燃油箱,缝焊,汽车,轮圈连续闪光对,焊,汽车,转向臂、消声器、净化器壳体的电弧焊等。,自动化设备,-,焊接设备,智能组件,数据采集,自动控制,信息交互，系统集成,机器人,工艺治具,传感器,仪器仪表,PLC,驱动件,智能装备,装备引进,装备定制,装备集成,通信网络,通信设备,通信协议,工业总线,智能物流,智能仓储,智能搬运,调度系统,识别系统,标识方式,移动识别,终端设备,检测装置,控制软件,人机互动,自动化装备及系统总体规划,自动化,在制造业,应用的重要意义,高效率,+,高精度,+,质量,+,安全,小组研讨：,高度自动化会带来哪些,隐患？,自动,化,1,数字,化,2,网络化,3,智能化4,智能工厂的四个特征,小组研讨：,制造,过程有哪些重要数据需要收集,？,生产过程数据,1.,产品设计数据；,2.,工艺设计数据；,3.,设备运营数据；,4.,生产计划与执行数据；,5.,质量检测与监控数据；,6,.,物流与供应链数据。,ERP,、,PDM,、,MES,、手持,PDA,终端、条码,采集器、,PLC,、传感器、,DCS,、,SCADA,、,RFID,等,硬件,设备和系统，对生产,过程进行实时数据采集、控制和监控的系统。,数据采集方式,MES,MES,：,制造执行系统,（,manufacturing execution system,）,关键支撑技术,-,软件与网络服务,MES-制造,执行系统,（,manufacturing execution system,）,MES,能通过,信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理,。,当,车间发生实时事件时，,MES,能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。,名称,描述,原理,应用场景,SCADA,数据采集与监控系统,SCADA,系统集成了数据采集系统、数据传输系统和,HMI,软件，以提供集中的监视和控制，以便进行过程的输入和输出。,适用于广域。如水处理、石油天然气管道、电力传输和分配系统、铁路和其他公共运输系统。,DCS,分布式控制系统,DCS,采用集中监控的方式协调本地控制器以执行整个生产过程。通过模块化生产系统，减少了单个故障对整个系统的影响。,主要用于过程自动化。常用于炼油、污水处理厂、发电厂、化工厂和制药厂等工控领域。,PLC,可编程逻辑控制器,PLC,具有用户可编程存储器用于保存实现特定功能的指令，如,I/O,控制、逻辑、定时、计数、,PID,控制、通信、算术、数据和文件处理等。,PLC,作为重要的控制部件，通常应用在,SCADA,和,DCS,系统中，用于实现工业设备的具体操作与工艺控制，通过回路控制提供本地的过程管理。,SCADA,与,DCS,、,PLC,三者有何区别,SCADA,的重点是在监视、控制，可以实现部分逻辑,功能,；,PLC,单纯的实现逻辑功能和控制，不提供人机界面，实现操作需借助与按钮指示灯、,HMI,以及,SCADA,；,DCS,兼具二者功能，但是基本上用在比较大的系统中和一些控制要求高的系统,中。,SCADA,：,数据采集与监视控制系统,可,实现对设备的数据采集,、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能,SCADA,系统,信息化总体规划及架构,大数据,工业云,智能制造信息平台,基础信息平台,数据采集,分析优化,云计算,云服务,仿真优化,数据建模,过程仿真,综合优化,PDM,数据应用,产品研发,图文管理,项目管理,ERP,财务管理,计划库存,供需管理,APP,远程管理,远程监控,市场互动,仓储管理,物流管理,生产物控,WMS,MES,生产管控,可视过程,质量追溯,研发软件,数字化,可仿真,数据交互,云协同,PLM,设计生产,流程管理,生命周期,数字化制造信息平台,基于数据共享及信息安全,智能服务,远程诊断,服务支持,智能运营,基于数字孪生技术的智能工厂,一、工艺设计智能化：,二、生产过程智能化,三、生产服务智能化,（,远程运,维：诊断、操作、维护）,企业,指标,实施前,实施后,奇瑞汽车,发动机装配出错率,0.5,0.03,江淮汽车,整车交验合格率,91.57%,93.73%,一汽海马汽车,总装线设备综合效率,77%,83%,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,小组研讨：,推行数字化需要哪些先决条件？,自动,化,1,数字,化,2,网络化,3,智能化,4,智能工厂的四个特征,2017,年,4,月,28,日,，康普顿,设计产能,10,万吨,/,年的智慧工业园区启用,占地,170,亩,。,新,工业园区内，设有储罐,103,个，总库容近,3,万立方米，做到专罐专线,。,引入了两,条最先进的高速自动化灌装,线，灌装,线体最快速度可达,12000,桶,/,小时。,国内,润滑油行业首家启用立体智能仓库，在占地,4000,平米的位置，实现有,10560,个仓位，可存放近,2,亿货值润滑油,产品。,中国石油大连设计院规划,设计,中国电子系统工程第四建设有限公司承建安装。,康普顿黄岛工业园智慧工厂投产,启用,流程型智能制造案例：九江石化,流程型智能制造案例：九江石化,构建,智能化联动系统,实现：管理,、生产、操作,协同（三层）,管理层：,ERP,、,实验室,信息管理系统（,LIMS,）、原油评价系统、计量管理系统、环境监测系统,等；,生产层：,MES,、调度,系统、流程模拟系统,，生成运行,数据库,，原油评价,数据、分析数据,，转换,成具体操作指令,。,操作层：产品,生命周期（,PLM,）、,流程模拟，根据排,产计划，监测生产设备负荷、仪器仪表运行、采集实时数据等。,建立炼化环节生产管控中心实现连续性生产智能化,生产,炼化环节建立生产管控中心，该中心集生产运行、全流程优化、环保监测、,DCS,控制、视频监控等多个信息系统于一体,。实时,汇集传递生产、安全、环保、工艺、质量等信息，通过数据分析，制定出精细化的生产安排，整个生产流程不再局限于单一的生产，而是一个数字化的操作集成。,搭建内外协同联动系统实现数据连续性精准传输,九江,石化通过内外联动系统，实现了中控室与生产现场操作及时互通。当数字监控系统发现生产数据信息异常或者在日常检查中发现设备问题时，外出的操作人员就能及时将异常信息通过移动终端反馈到中控室，中控室再根据整个生产流程的运行参数、设备信息等综合数据做出评判，给出解决方案，并向现场操作人员发出指令，进而解决问题,。,应用,智能仓储系统实现大宗物料、发货无人化,建成,了智能化的立体阀门仓库，仓储作业、配货送货效率显著提升。产品出厂发货实现了铁路装车自动定位、密闭灌装、流量远程控制。通过建设智能仓库，实现仓储、配货、灌装、发货流程无人化，既保障,了安全性和效率。,构建协同一体化管控模式实现各流程环节高效管理,九江石化积极引入,ERP,、,MES,、先进过程控制等管理方式，对管理层、生产层进行信息系统集成，实现了整个生产运营过程的数字化管控，极大地提升了对各项生产指标的预测、预警，以及动态分析与辅助决策能力。通过数字化、自动化、智能化的运营管理模式，生产优化能力由局部优化提升为一体化优化，由月度优化转变为实时在线优化,。,5G与,4G,对比,传输速度：,5G,：,1-10Gbps,4G,：,40-80Mbps,5G,网络特征：,高,宽带；,低延迟；,广,覆盖,；,高可靠。,延迟（,latency,）,：,5G,：低于,1ms,4G,：,15ms,视频,案例,：工信部长谈,5G,5G,时代，,每辆汽车都会连接,起来,，,可以,判定相互的位置,，即使,速度,行驶到,150km/h,，也能够有足够的响应,速度,。,基于网络化的供应链资源共享与整合,基于网络化的供应链资源共享与整合,长安汽车：,通过建立高度集成的供应链共享协同平台，实现了产业链上相关企业、客户之间的协同采购、协同生产、协同销售、协同服务等功能。,零部件储存面积,10,万平米,趋近于零,储存资金占用,2,亿人民币,1000,万人民币,流动资金周转天数,152,天,55,天,交货及时率,2014,年,OTD,比,2011,年缩短,15,天,企业库存量,累计下降,27736,辆，全价值链资金占用下降,16.6,亿元,基于网络化的供应链资源共享与整合,客户下单,物料准备,成品制造,物流发运,T,周期,T+1,周期,T+2,周期,T+3,周期,美的公司,T+3,模式，,以用户需求为主导的给予客户订单满足的产销新,模式，,从,23,天降为,12,天。,基于网络化的供应链资源共享与整合,美,的公司“全国一盘货”,：,美,的,公司,把,散落全国各地的大小货仓集中到安得手中，统一库存、统一物流，“一个美的”对接所有代理商和经销商，提升运营效率,。,一盘货以后,，如某经销商销量较大，可以,调用同一仓库,内其他经销商的共享,存货迅速补给，,避免断货和过期的,窘境。,自动,化,1,数字,化,2,网络化,3,智能化,4,智能工厂的四个特征,互联网时代的冲击,-,个性化与大规模制造,大规模制造,成本低,效率高,交货快,标准化,产品单一,成本高,效率低,交货慢,个性化,品种多,个性化,制造,汽车总装柔性生产线：可以生产多种混合车型，并可以根据市场需求的变化随时改变生产策略的生产线。,智能设计,智能生产,智能物流,智能服务,智能,产品,智能产品：无人机、手机、家电、汽车,中,车高铁，车头数据异常，排除。,汽车，司机疲劳驾驶，可以感知，提醒。,空调,馨厨冰箱,到,2020,年，制造业重点领域智能化水平显著提升，试点示范项目运营成本降低,30%,，产品生产周期缩短,30%,，不良品率降低,30%,。到,2025,年，制造业重点领域全面实现智能化，试点示范项目运营成本降低,50%,，产品生产周期缩短,50%,，不良品率降低,50%,。,紧密围绕重点制造领域关键环节，开展新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用。,支持政产学研用联合攻关，开发智能产品和自主可控的智能装置并实现产业化。,依托优势企业，紧扣关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制、供应链优化，建设重点领域 智能工厂,/,数字化车间。,在基础条件好、需求迫切的重点地区、行业和企业中，分类实施流程制造、离散制造、智能装备和产品、新业态新模式、智能化管理、智能化服务等试点示范及应用推广。,建立智能制造标准体系和信息安全保障系统，搭建智能制造网络系统平台。,智能,制造工程,二、中国制造,2025,智能化：汽车制造过程,产品设计与工艺设计智能化,生产排产智能化,质量,检测,智能化,设备管理与维护智能化,冲压智能化（同步换模具）,焊接智能化（焊接机器人）,涂装智能化（喷涂机器人）,总装智能化（个性化装配）,车间内智能物流（,AGV+,智能供料）,未来制造业,的发展,趋势,自动化,数字化,网络化,智能化,高效率,高,精度,企业竞争力,