智能制造与数字化工厂 2013年08月 华中科技大学制造装备数字化国家工程研究中心 黄 刚 2013中国移动-高校学术论坛 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 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； 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 德国 法国 英国 西班牙 机舱内装饰 前后机身 驾驶舱和中段 机翼 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 大背景：信息化与工业化融合 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 敏捷制造 智能制造 第四次工业革命：全面的智能化工厂 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，机器动力的应用 电动机的发明，电能的应用 信息技术特别是数控技术的应用 智能技术的应用，自适应、自我决策 机械一代 智能一代 数控一代 电气一代 我国制造业发展的几个主要阶段 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 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。 案例2： 印刷机械 异型玻璃磨边机 手工靠模加工 平板玻璃的周边与斜边的磨削抛光 案例3： 玻璃加工机械 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 缩短制造周期 提高制造精度 提升装备性能 齿轮箱 制造装备智能化的基础 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5μm，精密级1μm，超精密0.01μm 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 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 知道本系统的加工能力和状态 能够监控和自主优化加工过程 能够自行度量工作（输出）的质量 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 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 以汽车行业为例： 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 *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 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 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 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