天津大学-郭伟-制造业智能制造发展趋势50

制造业智能制造发展趋势天津大学郭伟2013.6.14主要内容一、智能制造发展及认识二、智能制造重点领域与技术支撑体系三、智能制造应用实践21、智能化是科技创新的发展方向21世纪是生物科技的时代，随着基因、脑神经、认知等生命科学研究的逐步深入，智能科学正一步步揭开神秘的面纱，成为21世纪基础科学的推动力。在现代制造和信息技术领域，语言识别与理解、图像识别与处理、计算机视觉、机器人规划、多信息传感与控制、知识表达获取与处理、推理与决策、专家系统、智能优化控制等智能技术应用越来越广泛。一、智能制造发展及认识--智能化需求为什么越来越多的信息随手可得，而我们却感觉更加茫然和无知？这是一个信息检索和知识发现的问题背后的深刻含义是：信息化是基础，智能化是信息化发展的高级阶段Google无人驾驶汽车——自动驾驶模式下最高限速60公里/小时，实现停车标志提供语音提示，主控系统故障检测报警、陌生环境手动操作提示、路口路况自适应。系统核心是车顶上的激光测距仪。该设备在高速旋转时向周围发射64束激光，激光碰到周围的物体并返回，便可计算出车体与周边物体的距离。计算机系统根据距离数据描绘出精细的3D地形图，与高分辨率地图结合，生成不同的数据模型供车载计算机系统使用。4一、智能制造发展及认识--智能化需求基于三维模型，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属/陶瓷粉末、塑料、细胞等材料进行逐层堆积黏结，叠加成型，制出实体产品。3D打印技术可直接用于战场的装备维护与保障，NASA工程师一直在利用3D打印技术为模型建造部件，其中包括“好奇”号火星巡视探测器。3D打印制造技术（学术界称为增材制造、快速原型、快速制造）是指基于离散材料逐层堆积成形的原理，依据产品三维CAD模型，快速“打印”出产品原型或零部件的数字化制造技术，是融合了计算机软件、材料、机械、控制、网络信息等多学科知识系统性、综合性技术。5一、智能制造发展及认识--智能化需求智能发动机是一种先进的新概念航空发动机技术，具有控制发动机性能和诊断发动机“健康”状况的能力。依靠传感器数据与专家模型的融合，全面了解环境和发动机的状态；实现自适应、自我诊断和自我预测，对发动机的性能和状态进行主动的自我管理决策并采取物理动作执行。6一、智能制造发展及认识--智能化需求2、智能化是客户需求和社会发展的必然趋势人们生活质量提高的方向正由物质方面转向精神方面，对产品的需求越来越数字化、微型化、个性化，操作简便、安全、健康，贴心、人性化。只有智能化产品和设施才能具备高度柔性和适应性。现代信息技术的发展与应用已经深入到国民经济各部门和社会生活的各领域，极大地推动了社会生产关系的发展变革。将智能化技术应用于商业贸易、文化教育、交通运输、国家防务、行政管理等各部门，构建智能家居、智能社区、智能电网、智能交通、智慧城市，是社会发展必然要求。一、智能制造发展及认识--智能化需求智能家居系统8调研公司JuniperResearch预计，2013年可穿戴计算设备的市场规模将达到8亿美元，2014年则将达到15亿美元。美国科技智库ABI咨询公司（ABIResearch）也预测称，可穿戴市场将会出现诸多产品，到2018年这些产品的出货量将达到4.86亿台。ProjectGlass将集智能手机、GPS、相机于一身，在用户眼前展现实时信息，只要眨眨眼就能拍照上传、收发短信、查询天气路况等操作。GoogleTime概念手表上配备处理器、摄像头、无线发射器、触摸等功能，透明的、可弹开的显示屏可以用来显示各种信息，与使用者的谷歌账户联动，提醒日程、航班、路线、天气、生日等信息。一、智能制造发展及认识--智能化需求2、智能化是客户需求和社会发展的必然趋势3、智能化是制造业发展的必然要求资源难以支撑环境压力加大用户需求提高贸易摩擦频发市场竞争激烈人工成本增加运营费用增加资源型制造智能生产服务环境不友好绿色环保跟随模仿创新智能设计低端产品生产高端装备制造劳动密集自动化设备粗放管理智能精细管理制造业生存发展环境制造业发展路径－智能化一、智能制造发展及认识--智能化需求智能装备智能化产品智能设计智能生产智能服务智能物流科技创新智能化发展客户社会智能化趋势企业环境智能化要求研发设计零部件生产组装销售售后服务附加价值高低上游下游业务流程（产业链）智能设计智能产品智能装备智能服务智能生产智能物流智能制造是制造业“两化”深度融合发展、实现转型升级高端制造的关键！一、智能制造发展及认识—背景与意义智能制造（IntelligentManufacturing,IM）是上世纪八十年代末随着CIMS（计算机集成制造系统）的研究开始兴起的，核心是借助人工智能系统实现制造过程的自测量、自适应、自诊断、自学习，达到制造柔性化、无人化。但由于人工智能进展缓慢，智能制造技术未能在企业广泛应用。新世纪之后，随着网络技术（因特网和无线网）、信息技术（如嵌入式、大数据）、新型感知技术（如RFID）的发展，并与自动化测控技术相融合，智能制造范畴有了较大扩展。当前制造业信息化领域，智能制造一般指综合集成信息技术、先进制造技术和智能自动化技术，在整个制造企业的各个环节（如经营决策、采购、产品设计、生产计划、制造、装配、质量保证、市场销售和售后服务等）融合应用，实现企业研发、制造、服务、管理全过程的精确感知、自动控制、自主分析和综合决策，所形成的一种新型制造模式，具有高度柔性化、集成化、网络化特征。一、智能制造发展及认识--智能制造发展演进社会活动企业经营环保可持续制造网络网络化制造协同设计生产过程服务过程应用领域理论基础技术层次智能设计智能生产智能服务智能物流绿色智能业务应用嵌入式系统物联网/无线网自动化/测控技术感知控制信息系统集成（ERP-MES-PLM-WMS-QIS）集成共享知识管理辅助决策数据挖掘分析决策商业智能智能制造技术体系与应用制造服务绿色制造现代物流互联网物联网嵌入式数据挖掘人工智能自动化测控技术机器人协同设计先进制造技术信息技术自动化智能技术设计过程供应链物流虚拟经济智慧城市智能制造技术应用电子商务云制造云设计智慧城市大数据物联网智能制造技术产业链协同智能设计知识工程自动化测控技术制造服务绿色制造智能生产绿色制造制造服务智能诊断智慧物流精细管理嵌入式商业智能2012年Alibaba超1万亿,5.4%2011社会消费品总额18.39万亿智能装备与产品14二、智能制造重点领域与技术支撑体系1、智能设计技术智能设计技术以缩短研发设计周期、设计自动化为目标，目前主要以两条技术线索展开：①以CAD、CAE技术为主体，构建研发设计虚拟现实仿真环境；②以PLM、知识管理为主体，构建研发设计知识辅助环境。15二、智能制造重点领域与技术支撑体系通过无线红外追踪技术，任何一个微小的移动动作都可以使眼前的场景发生改变三维虚拟场景，交互式操作案例：曼恒公司虚拟仿真系统16二、智能制造重点领域与技术支撑体系案例：Wolfram|Alpha:计算知识引擎（）Google“杀手”，Wolfram|Alpha将从公众的和获得授权的资源中，发掘、建立起一个异常庞大的经过组织的数据库，再利用高级的自然语言算法进行处理，最终构造出一个知识搜索的引擎，直接给出问题解答，实现智能化知识组织与重用。符号计算化学知识物理学知识工程知识可视化17二、智能制造重点领域与技术支撑体系案例：Wolfram|Alpha:计算知识引擎（）群体知识共建机制自然语言处理技术18Modelica是一种开放、面向对象的以方程为基础的语言，适用于大规模复杂异构物理系统建模，包括机械、电子、电力、液压、热、控制等；更强的模型重用性–基于方程，非因果；提供参数化的需求管理方式，以便知识重用。二、智能制造重点领域与技术支撑体系案例：Modelica统一多领域建模仿真语言19mechanical,electrical,electronic,hydraulic,thermal,control,electricpowerorprocess-orientedsubcomponents.StateGraphElectrical(Mechanical)Electrical(Analog)Electrical(Digital)MagneticMechanics(MultiBody)MechanicsThermal(HeatTransfer)Fluid二、智能制造重点领域与技术支撑体系案例：Modelica统一多领域建模仿真语言Modelica标准库20二、智能制造重点领域与技术支撑体系2、智能化生产技术“工业4.0”项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，联盟政府投入达2亿欧元。该未来项目主要分为两大主题，一是“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；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。西门子安贝格自动化工厂发那科万能型机器人21基于网络和数据库的自动化工艺设计与管理，物流工艺过程三维仿真与优化；RDIF物料追踪、自动堆料、上下料；设备、物料、质量数据实时采集，自动监控，全程可视化管理。（工信部-科技部重大专项）案例：高档活塞柔性生产线智能管理监控系统二、智能制造重点领域与技术支撑体系3、制造物联与嵌入式技术RFID、无线传感网、嵌入式系统等是制造物联技术的关键技术。物联智能制造可以实现制造的自动化、智能化、精益化、可视化，极大提升对产品及制造过程的感知、控制与管理水平。实施制造物联技术可以在物流管理、设备监控、质量追溯、安全预警、能源控制等方面取得重大效益。二、智能制造重点领域与技术支撑体系2223GPS移动基站共轨行终端发动机ECUCANBus经销商整车厂维修站其他用户系统管理员SAT客户服务集约化面向后服务市场提供增值服务:再制造/ECU/GPS/共轨行……二、智能制造重点领域与技术支撑体系案例：潍柴后服务物联应用23生产过程精益化与追溯生产过程中对投料、装配过程进行扫描跟踪，并通过MES系统将信息传递给ERP系统二、智能制造重点领域与技术支撑体系案例：潍柴生产物联应用24MES接口模块CRM接口模块ERP接口模块数据库数据访问认证模块数据收集模块用户管理配置管理密码管理数据库初始化备份管理设备管理系统管理生产:订单配料、进度控制、生产协调、质量监管、在制品数据分析储运：出入库管理、快速盘点、非正常出入库、同级调货、好坏机转换销售：订单上行与业务下行、客户喜好分析、个性化定制、家电设计指导维护：电子病历、维护历史、处置方案、客户关系管理回收：逆向物流追溯、区域统计与分类、信息统计汇总、资金流结算采用模块化、可重构、可扩展等编程技术，适应家电企业现有业务流程，与已有MES、ERP、CRM系统无缝集成，实现单品质量鉴定、监管与溯源。自主研发的特种标签和嵌入式信号采集仪二、智能制造重点领域与技术支撑体系案例：RFID在美的公司的应用25生产储运质量监管销售售后回收单品号、生产商等运单状态、损毁情况等调换信息等易发故障等数量、批次等批次、生产商、单品号等产品销量、客户喜好等品质信息、设计信息等电子病历、单品号等单品号、成分信息等回收单品号等数量、调换等单品号、认证信息等应用于微波炉系列产品生产线，减少家电转产准备时间50%，提高产能10%以上，减少清库盘点用时90%，实现家电80%产品逆向追溯与回收二、智能制造重点领域与技术支撑体系案例：RFID在美的公司的应用264、制造服务技术面向成线成套、工程总包，提供整体解决方案。拓展后市场服务，重点开展在线监测、远程诊断、维修和大修服务。产品数据智能诊断售后维护远程监控售后产品数据管理-产品数据统计-出厂记录-售后信息统计运行与维修计划管理-网络诊断-专家库-故障树远程维护支持-实时采集数据-故障预测与维护-预防性维护计划售后维