信息技术与企业的转型升级

信息技术与企业的转型升级——汤文成智能制造与工业4.0对制造业转型升级的影响高端装备的动力（客户、竞争对手）{高端装备的特点（集成、系统解决方案、服务）高端装备的核心（材料、零部件、工艺与技术）历史进程/未来/中国制造智能制造与工业4.0对制造业转型升级的影响Part1智能制造与工业4.0---历史进程Industry1.0蒸汽动力的出现实现了生产装备机械化Industry2.0电能的应用和流水线大批量自动化生产Industry3.0借助电子和信息技术实现生产数字化Industry4.0基于物联网和无线通信的智能化生产系统比特WiFi复杂程度不断增加178018901970今天20301913ford1995Benz装备制造业的国家战略：人类历史的第四次工业革命信息-物理-生产系统机器人装卸的制造单元瓦特蒸汽机社会-企业-信息-物理-市场-生产融合智能制造与工业4.0---未来Industry4.0物理系统（实体空间）社会化设备计算控制通信通过移动互联网和物联网协同交互信息系统（网络空间）生产设备产品虚拟产品虚拟生产设备借助数字化云端镜像进行仿真和优化提高生产效率和效益互动全球化工厂知识型劳动者智能产品云端虚拟制造德国Stool昆山云智制造智能制造与工业4.0---中国制造中国是制造大国，但不是制造强国70%60%50%40%30%19垄断的产业规模优化的产业结构完美的质量效益持续的发展潜力南京6-合肥8-日本10-10.5（平板）企业面临的压力•57%的主要机械产品核心技术靠进口•40%大型石化设备、70%的汽车制造关键设备和先进集约化农业装备靠进口•基础件性能指标落后国外20-30年•产品可靠性及相关研究、试验、检测与国外差距大•数控机床的售价20%-40%支付给国外专利持有者•液压元器件产品，支付比日本市场高30%-40%的购买价挪威339132元芬兰240000元瑞典223200元冰岛208396元爱尔兰185353元摩纳哥168550元丹麦158991元德国142128元卢森堡141379元荷兰134421元澳大利亚133203元比利时131992元法国122941元新西兰117117元加拿大113638元圣马利诺111097元意大利110265元瑞士108577元安道尔107748元美国105560元•企业竞争压力加剧，创新能力不足•据统计：1.全国规模以上企业开展科技研发活动的仅占25%2.研究开发支出占企业销售收入的比重仅占0.56%，大中型企业为0.76%3.高新技术企业平均为2%；4.只有万分之三的企业拥有自主知识产权•企业面临的压力发达国家制造业给我们的启示：精益生产美国：精益生产=互联网、ERP、CIMS、云制造波音747（4亿零件）远程并行设计、JSF21（600万个零部件、50家公司设计）PLM软件、西门子控制器、德国机械、传感器、协议标准日本：精益生产=TPS+IT德国：精益生产=IT+智能制造（工业4.0）丰田生产方式我国制造业强国进程的三个阶段2025年2025年中国制造业可进入世界第二方阵，迈入制造强国行列（第一阶段）2035年2035年中国制造业将位居第二方阵前列，成为名副其实的制造强国（第二阶段）2045年2045年中国制造业可望进入第一方阵，成为具有全球引领影响力的制造强国（第三阶段）中国制造2025智能制造国家示范应用项目------离散型智能制造车间产品全生命周期管理（PLM）、企业资源计划（ERP）系统高效协同与集成，数据分析与优化车间互联互通网络架构与信息模型，产品数字化三维设计与工艺仿真，建立产品数据管理系统（PDM）车间总体设计、工艺流程及布局数字化建模制造过程现场数据采集与可视化，现场数据与生产管理系统软件实现集成，车间制造执行系统智能制造国家示范应用项目------流程型智能制造工厂总体设计、工艺流程及布局数字化建模生产互联互通网络架构与信息模型，生产工艺仿真与优化，生产流程实时数据采集与可视化，现场数据与生产管理软件实现信息集成高端装备的动力客户/竞争对手苹果曲面显示屏索尼可弯曲屏幕水龙头隐蔽厕所发光淋雨喷头个性化需求-----大规模生产-----大规模定制3000吨履带起重机供应链竞争生产一代开发一代预研一代企业间竞争90%供≥求张小泉，1628年-1663年（主持店务），首创镶钢锻制技艺；立“良钢精作”家训1731年6月，双立人成立。拥有超过2000种的不锈钢刀剪餐具、锅具、厨房炊具和个人护理用品，开创了摩登厨房理念鼻毛修剪器创新是企业生存之本：张小泉菜刀的价格是双立人菜刀的十至二十分之一，销量和销售区域，差距可能更大产品开发，针对市场，个性化需求，系列化生产过程管理，针对竞争，精细化，低成本卷烟生产，开包（200公斤）；流水线（成品率）；包装（利用率）主机企业，联合零部件供货商共同开发，垄断市场吉星铸造：风电轴承座，减少浇冒口3000次/分钟，1模次32穴，1穴2个端子，24小时460万件模具寿命4亿次1/3手指甲的体积内，120个零件机械手送料；定位精度:正负0.025mm；封胶位置正负0.015mm；触电间隙：正负0.05mm超微小注塑：0.001g，超薄0.06mm；120度加热14秒，多金属件嵌件成型磨加工：深槽比30（0.2mm槽宽/6mm槽深）设计：模具、机床、工装制造：冲压工艺、注塑工艺、装配工艺、焊接工艺控制：生产节拍优化、机械手材料：非金属材料、金属材料（相变、残余应力）创新是企业生存之本：华富模具（FAF）2015年，机械工业出版社《失去的制造业，日本制造业的败北》,汤之上隆16年四大教训1.面对10年一轮的新技术高潮，对市场机会缺乏敏锐感，因循守旧，错失机会2.过于苛求于性能与指标的极致，忽视了市场实际需求水平，投入不必要的成本；市场变化与研发脱节；3.过于依赖工匠精神与手工艺者的技艺，忽视了产品的标准化与通用化，缺乏低成本量产能力；4.面对技术趋势转变，企业制度过于僵化，不适应技术变革趋势南京丝绸高端装备的核心材料/零部件/工艺/技术智能制造支持的核心制造装备高档数控机床与工业机器人高效、低重量、长期免维护系列化减速器高功率大力矩直驱及盘式中空电机高性能多关节伺服控制器特种环境机器人专用机器人智能制造支持的核心制造装备机器人用位置、力矩、触觉传感器；高性能光纤传感器多传感器元件芯片集成的MCO芯片智能多层高密度穿梭车超高超重型堆垛机柔性装配装备（飞机）智能化高速包装线德国Trumpf，钣金件一体化（剪、冲、折、弯、焊）工业4.0解决方案（模具、物流、焊料）检测岩土层特性，控制钻进速度；检测钻进速度，控制进浆量；检测深度值，控制搅拌站，移机位准备智能制造：将先进自动化技术、传感技术、控制技术、数字制造技术以及物联网、大数据、云计算等新一代信息技术相结合，实现产品全生命周期的实时管理和优化的制造模式。智能化、个性化、大数据高端装备？垄断的，就是高端的英国亨罗布（Henrob）公司盾构机齿轮箱，广州5号（6）CAM智能制造----设计（广义）产品设计的智能化产品制造的智能化（自动化）产品装配的智能化（自动化）CAPPCAECAD……换刀检测上下料/码垛……对位工装选配材料基础零部件基础工艺基础技术基础关键零部件及其配件采购设计制造与装配结构、机构、零部件，个性化车间品种规格繁杂，计划作业准确性困难，工装配套成本高，质量控制批量小、报价高、供货期长产品设计存在的问题投标客户个性化需求，指定关键零部件的供货商，没有准确数据的报价售后服务与维修易损件、配套件，图纸管理；服务质量；06/4，SAP，10万份/小时，sony/TCL/samsung购买数据产品配置存在的问题智能制造中，设计环节的两个关键：设计导航、产品配置CAD(Drawing,Design,Communication),CIMS信息化管理设计和制造物料清单不一致产品设计变更、产品零部件兼容性混乱产品设计经验、标准各类人员查阅大量产品资料需要的周期长，积累的经验无法传承产品数据为实现企业的敏捷化，迅速响应市场，在企业信息、产品信息、制造信息的共享和高度集成，结合网络技术、数据库技术、计算机辅助技术，达到信息传递和共享的目的。产品配置系统平台企业全局信息集成框架图计算机辅助设计（CAD）计算机辅助工艺规划（CAPP）计算机辅助制造（CAM）计算机辅助工程分析（CAE）产品数据管理PDM企业资源计划ERP销售管理生产管理财务管理质量管理供应链管理决策支持管理Internet/Intranet(NT、Unix、Linux、Web浏览器)数据库管理系统(Oracle、SQLserver)分布式集成平台服务器、PC机、网络设备制造+互联网互联网+制造设计生产异地1—曲柄2—固定座3—摆杆4—调距连杆5—滑块6—连杆四杆机构分析图卧式冷挤压机多杆机构多杆分析模型设计---功能---机构---结构钢包盖机构传动机构计算无所不在雨刮器CPU每18个月增加一倍的摩尔定律，50年，10纳米的极限，失效螺丝钉造成的事故1997年7月桩锤脱离1996年春节前滤布未清洗，管路阻塞，压力升高，阀螺纹断裂。2011年7月、2014年4月北京地铁4号线动物园站，电梯倒溜，致1死30伤。2017年6月三通阀门操作不当，螺纹断裂，炸死1人、烫伤2人。设计目标•提高抗屈曲的刚度•减重采用的方法•HyperStudy与LS-Dyna结合•采用形状和尺寸优化•采用DOE寻找最重要的参数•对最敏感的设计变量进行优化案例：包装瓶—标准，设计需求Φ1mm，F=20MPa；80Kg/h；2T/d；150元/T，10万元/y计算无所不在案例：制造、使用条件下的优化设计８个形状变量12个尺寸变量案例：量化的设计结果从DOE分析获得的帆布图——识别最重要的参数VariableValue(mm)BaseThickness(t1)ShoulderThickness(t9)LipThickness(t11)NeckSculpt(ShapeVariable2)FootprintSize(ShapeVariable3)LabelRecess(ShapeVariable5)ShoulderSlope(ShapeVariable7)1.00.81.1-0.6(Pulledout)0.0-0.3(Pulledout)-3.0(Shallower)ResponseValueMassBucklingCapacity212g(c.f.223g,reductionof5%)490N(c.f.420N,increaseof20%)优化的结果优化的结果案例：支架，传递载荷、散热、吸振零件的最初形状初始设计在使用时失效降低支架上的应力考虑多组载荷工况案例：散热器零部件组合，工艺要求设计空间的CAD模型定义设计空间案例：支架的载荷传递拓扑优化过程及结果案例：支架的演绎设计方案的等值面图几何提取DesignProposalCADModel案例：支架的拓扑优化最终设计案例：支架的优化原始设计优化设计Max.v.MisesStressMax.Displ.Mass对新设计方案的验证管螺纹，旋紧过程晶振多维减震器整体模型把手模型242234-20c23c60c147183190177-20c23c60c案例：把手的受力与环境温度耦合-1.200-1.000-0.800-0.600-0.400-0.2000.0000.2000.4000.6000306090120150180Angle(deg.)RelativeUz(mm)793XLP-RW-LL-Out793XLP-RW-SS-Out793C-RW-LL-Out793C-RW-SS-Out001002003004005006007008009010011012013014015016017018019020021022023024图2.5车床床身横断面结构的主模型71543268表2.3床身截面拓扑变异结构部分方案的特征值及计算结果方案编号平行刚度垂直刚度材料消耗描述节点数结构板总数总焊点数0010.391