上海电气：智能制造应用与探索55

上海电气助力中国制造——智能制造应用与探索黄瓯2014年6月目录2一、上海电气的重点智能制造装备和系统三、重点发展方向二、智能制造应用案例高效清洁能源新能源及环保工业装备123火电输配电(智能电网)现代服务业4核电风电节能环保电梯制冷压缩机印刷机械自动化关键基础件机床轨道交通电机船用曲轴纺机等工程成套电站服务业检测服务维修保养现代物流设备融资租赁产业金融服务上海电气集团核心业务板块分为高效清洁能源、新能源、工业装备及现代服务业。集团及智能制造概况智能制造的发展历程4智能制造的发展可以追溯到上世纪1952年，大致可以划分为四个大的阶段跨国企业的智能制造战略举例5国际跨国公司在进入21世纪后，都进入到了智能制造阶段。西门子将自动化设备和数控系统结合，提供定制化智能制造解决方案福特在全球范围开展“一体制造计划”扩大虚拟制造的应用智能制造技术创新关键领域6图3-1智能制造技术体系图智能制造基础部件及关键技术智能制造单机装备及关键技术智能制造成套装备及关键技术智能制造系统及关键技术智能设计及关键技术智能服务关键技术1、新型传感器及系统2、智能仪表3、精密检测仪器4、精密传动装置5、伺服控制机构6、智能控制器7、伺服驱动系统1、机器人2、机床3、MEMS4、自动化仪表1、重工装备2、能源装备3、建材制造装备4、纺织装备5、成型和加工装备1、智能柔性敏捷加工成型装配系统2、精密超精密智能制造系统3、虚拟制造系统4、绿色智能制造系统5、无人化智能制造系统1、基于经验知识的设计2、基于互联网的分布式协同设计3、广义优化设计1、产品智能服务平台2、生产性服务智能运控平台3、智能物流平台4、制造与服务的智能集成平台1、线绑定接口技术2、无线传感技术3、Motes智能尘埃技术4、面向流程工业智能仪表的嵌入式系统平台研究与开发6、在线分析仪及环境科学测试仪器研究与开发7、用于工业控制的短距离无线通信及组件/芯片关键技术的研究与开发8、工业实时传感/测控网络技术9、面向力/振动、位移/速度、温度、压力、视觉、功率等多传感器信息融合技术10、精密成形技术11、图形化建模与仿真技术技术12、智能全息人机交互技术1、装备运行状态和环境的感知与RFID识别技术2、性能预测和智能维护技术3、智能工艺规划和智能编程技术4、智能工艺规划和智能编程技术5、基于感知网络的装备主动分析技术6、面向自身性能变化的自主决策和自律控制技术7、高速数据传输与处理技术8、视觉导航与定位技术9、负载、温度、热变形和应力应变的实时计量10、零部件高精高效在位测量1、测控网络技术2、智能终端驱动技术标准3、支持制造系统即插即用和系统重构的实时操作系统4、规划与编程的智能推理和决策技术5、基于网络环境的多感知信息处理与控制平台关键技术6、集中、分布、混合式智能制造体系结构7、即插即用技术8、智能制造成套设备驱动技术9、工艺冲突消解与一致性维护技术10、制造资源间相互作用、约束抽象描述方法，基于资源的图形化建模、规划、编程与仿真技术1、制造单元敏捷化集成的理论与关键技术2、二级定位技术3、智能体(agent)理论及关键技术4、制造单元的建模理论及关键技术5、超精密定位技术6、超精密位移机构技术7、误差补偿技术8、虚拟制造Meta模型的自然语言9、制造各阶段的信息集成和关联的STEP技术10、虚拟制造大型集成数据库结构11、绿色设计工艺、技术12、绿色处理技术13、无人化智能制造执行系统技术14、模糊控制技术15、人工神经网络技术16、制造系统建模与自组织技术1、知识驱动的通用设计支持平台2、模型驱动的嵌入式建模平台3、基于互联网的分布式协同设计4、基于云计算的协同设计平台5、基于大数据分析的设计支持平台6、多学科系统全性能全过程广义优化设计7、基于大数据一体机的制造设计评价与决策建模8、基于大数据处理的可执行计算代码的自动生成技术1、服务状态感知与控制技术2、多传感器信息融合技术3、传感与运动控制系统通讯协议标准化技术4、工业产品服务系统智能配置与接入技术5、基于云计算的服务匹配与组合技术6、智能跟踪、动态智能调度技术7、制造服务统一表达与服务组合技术8、面向产品全生命周期的基于M2M的智能服务集成与共享共创技术智能制造大致可以分为“智能基础件、智能装备、智能系统、智能设计、智能服务”五大类。上海电气涉及的智能制造领域世界级工厂/智能制造生产示范基地智能装备智能系统智能制造基础部件面向市场、服务国家战略智能制造基础技术服务智能化设计智能化自动化系统根据上海电气的实际情况，与智能制造相关的主要是四大领域：智能系统：智能单元（点焊，弧焊，涂胶，切割）、柔性生产线、无人化工厂、智能物流系统；智能装备：特种机器人、服务机器人、智能机床、智能电梯、智能压缩机；智能基础部件：伺服系统(伺服驱动+伺服电机)、智能控制器（PLC+PAC）、智能测控部件(近红外传感器、X光传感器、机器视觉等)；自动化系统：节能自动化、环保自动化、过程自动化、自动化智能交通。智能机器人智能机器自动化标准单元自动化生产线无人化工厂上海电气旗下的“Fanuc”着力于推进由单机器人自动化应用到柔性自动化生产线应用(由点到线)的转变，由智能机器人柔性自动化生产线应用到无人化工厂应用(由线到面)的转变与创新，使FANUC机器人及自动化系统广泛服务在汽车整车、汽车零部件、消费电子品、电子仪表、医药、金属加工、重工、机床加工、食品包装等各个领域。1、Fanuc智能系统9Fanuc的机器人系统单元测量、打磨、抛光、焊接、涂胶、搬运、码垛、上下料机器人系统单元10Fanuc技术发展方向：智能系统基于智能化、网络化的机器人系统解决方案R-30iAROBOGUIDE以太网主机PCR-1000iA系统控制用PLC串联I/O(从)周边设备串联I/O(主)智能化2维视觉传感器（2维视觉）立体传感器（3维视觉）力觉传感器（触觉，额定15-250kg）伺服传感器高灵敏度碰撞检测软浮动功能ROBOGUIDE•iPendant网络化机器人链接iPendant(浏览器)Web服务器(HTTP)CIMPLICITYFTP(TCP/IP)DNS,DHCPEthernetI/O现场总线解决方案电缆内置式手臂改良型手臂伺服手爪伺服导轨故障诊断、预测功能双重安全性检查（DCS）视觉传感器力觉传感器iPendant2D3D＋－＋＋伺服传感器11智能系统应用案例发动机缸体缸盖机加工自动化线串联式冲压线标准弧焊工作站标准双机器人点焊工作站机器人纸箱码垛系统汽车内饰注塑取件汽车备胎装配高精度高效率寿命长，高刚度其他•齿隙小•力矩刚度非常大•耐冲击性高•磨损少而寿命长•高可靠性•力矩刚度大•惯性矩小•可节省总成本2、纳博减速器上海电气下属上海纳博特斯克传动设备有限公司提供的精密减速器是工业机器人用的重要基础部件，占机器人本体总成本的三分之一。产品特点133、铺丝机上海电气研制的大型复合纤维丝束自动铺放设备是为大型客机制造的重要设备之一。高效、高自动化/高集成化的7轴自动铺放设备将更大程度的提高和完善缠绕成形、自动铺放成形等复合材料成形技术。14除大型空客外，铺丝机可应用于轻量化要求极高的应用领域：1）大型火箭2）节能汽车3）卫星4）其他15研制大型复合纤维束自动铺放设备自动铺放设备涉及缠绕、自动铺带、自动铺丝等制造技术。实现了CAD/CAM/CAE技术在复合材料制造领域的应用和发展，极大提高复合材料构件质量的可靠性和稳定性，并为复合材料构件制造系统的整体优化奠定了基础。目录16一、上海电气的重点智能制造装备和系统三、重点发展方向二、智能制造应用案例17海立集团智能制造项目列入了2012年国家智能制造专项，项目旨在突破空调压缩机智能柔性装配工艺关键技术，研制国内首创的空调压缩机智能柔性生产线，形成具有规模化生产能力的空调压缩机示范基地，改变空调压缩机传统生产模式，满足上海制造行业转型发展的需求。本项目分三部分实施：1、海立智能制造系统第一部分是调整现有生产线布局，实现机器人智能柔性化压缩机装配模式；第二部分为配合装配线智能化改造，对现有的手工装配的压缩机装配专用机具进行升级更新；第三部分是提升生产线的信息化、数字化管理水平。装箱捆包壳体冲孔全自动作业（机器人）海立的自动化、智能化历程手工作业半自动作业（机械手辅助）2000年2007年机器人自动化——十二五规划20112012201320142015投入机器人27台投入费用2995万元精简作业员120人项目回收期3.5年投入机器人24台投入费用3214万元精简作业员120人项目回收期3.2年投入机器人35台投入费用4740万元精简作业员177人项目回收期3.0年投入机器人46台投入费用6151万元精简作业员230人项目回收期2.8年十二五期间总投入金额1.93亿元项目平均回收期3.1年投入机器人157台，精简740人投入机器人25台投入费用2203万元精简作业员93人项目回收期3.8年压缩机内部业务流程生产成本供应商铁芯车间机加车间电机车间装配车间成品仓库客户海立门户网寄售仓库资材仓库客户仓库实现从订单到销售资金一体化管理应付账款采购订单生产订单销售订单生产成本应收账款库存材料库存商品业务流资金流原布局图精扩底脚焊接座圈焊接冲孔、抛光、大孔切削精车粗扩等离子焊接卷板整形新设计方案精扩、最终检测冲孔、抛光、大孔切削粗扩料片清洗底脚焊接座圈焊接等离子焊接设备:12台人员:10人设备:14台机器人:8台人员:3人每班人数班产能人均班产人均操作设备原来工位1029492951.2新方案3339211317.3Model项目范例——壳体装配线Level4Level1Level2Level3I/O，设备，传感器ERP系统HCM系统MES系统PLC,DCS集散控制业务流程信息网络作业信息网络自动化网络集散设备交互网络SCADA系统海立数字化工厂模型即“制造执行系统”，面向车间的计算机集成生产过程管理与实时信息系统即“远程采集监视控制系统”，是对生产单位分散的生产系统的一种数据采集、监视和控制系统即”企业资源计划系统”，是集中信息技术与先进的管理思想於一身的管理平台即“生产计划排程系统”，包括制造数据定义、需求订单维护、按产能下达计划等功能数据采集SCADA系统PLCWeb客户端HMI维修人员管理人员作业人员通过PLC收集设备加工信息1通过人机界面显示信息2通过自动网络传输，维修或管理人员能实时了解现场设备状态3通过直接读取HMI中的数据，现场能更好掌控现场设备状态3现场通过电话或短信将设备异常情况反映给相关人员4通过无线传输技术将设备异常情况直接推送至相关人员的电子设备上424数字化工厂物流示意——MES系统资财仓库扫描立库入库扫描立库出库扫描成品捆包扫描毛坯供应部品生产装配捆包成品入库扫描扫描扫描扫描立库MES条形码扫描枪生产现场实时信息通过扫描条形码进入MES系统MES海立股份的数字化工厂数字化制造——实现了异地化工厂的数字信息一体化动态管理。建立了ERP（企业资源计划）、MES（制造执行）、HCM（计划排程）、SCM（供应链管理）四个主要的数字化系统，在大批量精益化生产中实现产品的高品质。图为采集信息的方式——条形码扫描海立股份智能制造目前达到的水平自动化制造——每万人机器人拥有量达到200台。每万人机器人拥有量介于德国（261台/万人）与意大利（155台/万人）之间，远高出国内水平（25台/万人），在大批量生产中基本实现了单件流。图为压缩机主业钣金生产线262、临港数字化工厂27上海电气电站设备有限公司临港工厂成立于2007年8月1日，主要生产大型电站主机设备。她是上海电气与西门子合资的企业，也是上海电气“8+1”世界级工厂建设企业之一。作为工信部“两化融合”示范基地，临港工厂从成立之初就采用国际化的管理理念、先进的加工设备，以数字化手段、精益化生产、精细化管理为指引，向世界级企业的目标稳步前进。临港数字化工厂的架构28MES制造执行A