智能制造技术与数字化工厂应用智能制造技术与数字化工厂应用

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

2 缩短生产周期 3 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

成都 ￥200

￥250

佛山东莞惠州

深圳

常熟

昆山 ^上海

杭州

1992年

台湾

￥950 1988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 重庆 武汉

￥1290 2013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/RP

2011

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

ERP MES

PCS

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

What to produce

Status of equipment 设备状态

Overall production monitoring and control

Work instruction 作业指导 Production statistic

生产统计

Quality control

物料准时配送 JIT material delivering

生产防错系统 Error-proofing

产品及时发运 Product delivering

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

 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 ³⁰

RFID频段 低频 125–135KHz

高频 13.56MHz

超高频 860-960MHz

2.4G/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 0-100cm 0-120cm EU4m/USA6m 1m–20m 速度 50张/s 100张/s 300张/s >500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

31

RFID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





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





 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

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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调度；

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

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

44

智慧 物流园

批量货 物分拣

中央集 群监管

货品防 盗和追

踪

快速通 行和盘

点 物流车

辆货柜 识别

车辆地 理位置

监控

应用效果： 实现物流透明化、货物的安全和及时；提高了物流车辆运转的 效率和货物进出的效率

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

45

解决方案

机电产品智能化： 家电产品智能化

解决方案：智能板卡配合RFID技术，实现从设计、生产、销售、巡检、诊断维修- 信息统计-报废全周期的信息管理、运行信息记录反馈、诊断与分析等功能。

 方案价值：提升产品智能化形象，提高产品设计、生产、销售、售后、维修 全程的质量和服务水平，实现产品全生命周期智能化。

应用案例： 美科智能冷柜

美科智能家电全生命周期解决方案

研 发

制 造

销 售

需求

订单

物流

设计

组装

体验

成品

测试

经销

系统

出厂

售后

 效益：家电产品智能化程度提高具有更好的用户体验，使生产制造诸多环节一 体化，实现跨越式的智能产品新价值。

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

解决方案：在复杂零件和托盘上安装RFID标签，有效识别身份在加工设备和线体 上安装工业读写器，实现产品和设备的智能通讯，为MES等信息系统有效提供数据 采集和处理。

生产线路径 选择 M2M

通讯

 方案价值：实现工艺指导可视化、柔性化，提升多品种批量化生产过程的生产 效率，减少人员，提高数据采集效率，实现制造过程可追溯性。

应用案例： 上汽通用五菱/美的家用空调产线

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

家用空调装配混流制造：美的家用空调是全球第二大家用空调制造 企业，占据17%市场份额；

柔性加工 机械手和产品交互 加工设备和产品交互

柔性装配线 工序处装有读写器 工板装有RIFD标签

数字化车间： 刀具管理

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

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

应用案例： 武汉某公司

武汉重型机床集团是国内生产重型、超重型机床规格最大、品种最全 的大型骨干企业

刀具预调 换刀处读写器 机床HMI界面

刀柄上的RFID 刀库自动识别 监控界面

现场管理

库存管理 配置管理

仓库 CNC加工

CMM测量

跟踪管理 EDM放电 CNC加工

RFID系统

电极坯料 电极加工

电极放电 电极回收

数字化车间： 电极管

解决方案：对每个电极治具上安装RFID电子芯片，对电极的设计延伸到制造、测 量和使用的全过程中实现数据和制造无缝交互，实现全流程的自动化，无人化。

 方案价值：打通模具从设计到制造的信息流和制造流，提高CNC加工效率，

减少仓库人员，减少测量人员，提高EDM稼动率20%以上；

应用案例： 东莞某公司

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、

等国际知名消费电子厂商

手持RFID管理电极出入库

读取电极RFID参数、加工程 序

电极仓库中带RFID的电 极

自动测量CMM车间

配有管理系统的CNC加工车 间

一键式无人值守EDM车间

智慧物流： 供应链车辆引导与卸货管理

解决方案：通过RFID、智能交通技术，结合厂区物料供应需求，实现厂区供应商车 辆预约、排队、身份识别，厂区卸货资源智能化分配；

 方案价值：实现物料拉动式供应链模式，实现厂区物流资源疏导，实现对供应链 车辆的入厂时间、卸货资源安排指引、时间控制，提高厂区物流资源利用率。

智能车辆物流及卸货：美的微波炉马龙基地是亚洲最大的微波 炉生产基地，年产量亚洲第一

应用案例： 美的某部门

应用案例： 三一重工车间物流

三一重工是全国第三大工程机械集团，本案例实施地在三一 重工18号厂房

物料配送出口的 RFID读写器

装配线边的RFID

领料装置 码垛立库智能识

别

折叠箱 中空箱

周转箱 大周转

箱

投递口 点料室

货台口 R1

R2

货台口

收货口

收货口

货台口 R3

R4

货台口

车库 海思库房

RFID感应门

应用案例： 物料配送周转箱管理

南方工厂物流周转箱识别：120000件周转箱、覆盖华为整个终端 制造工厂；