智能設(shè)備數(shù)字孿生應(yīng)用 課件 23、智能制造與數(shù)字化工廠

智能設(shè)備的數(shù)字孿生授課教師：卞化梅智能制造與智能工廠6.2課前思考請同學(xué)們思考：智能制造的數(shù)字孿生生態(tài)包括哪些內(nèi)容？6.2智能制造與智能工廠數(shù)字孿生作為連接物理世界和信息世界虛實交互的閉環(huán)優(yōu)化技術(shù)，已成為推動制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，促進數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的重要抓手，以數(shù)據(jù)和模型為驅(qū)動，打通業(yè)務(wù)和管理層面的數(shù)據(jù)流，實時、連接、映射、分析、反饋物理世界行為。使工業(yè)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈達(dá)到最大限度閉環(huán)優(yōu)化，助力企業(yè)提升資源優(yōu)化配置，有助于加快制造工藝數(shù)字化、生產(chǎn)系統(tǒng)模型化、服務(wù)能力生態(tài)化。6.2.1智能制造系統(tǒng)6.2智能制造與智能工廠智能制造的實施其實是一個系統(tǒng)，涉及智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)、智能服務(wù)三個方面。智能生產(chǎn)的主要載體就是智能制造系統(tǒng)，如智能生產(chǎn)線、智能車間、智能工廠。由于用戶的需求越來越個性化，對質(zhì)量越來越高，產(chǎn)品的復(fù)雜度也變得越來越高，智能制造不是一個單獨運行的孤立系統(tǒng)，與它的上下游企業(yè)、用戶形成了一個智能生態(tài)。德國“工業(yè)4.0”工業(yè)價值鏈參考架構(gòu)（IVRA)NIST的制造系統(tǒng)中國的智能制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)國內(nèi)智能制造的發(fā)展趨勢6.2智能制造與智能工廠在德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略中，智能制造涉及三個集成，橫向集成、縱向集成和端到端的集成，這是智能制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與其他系統(tǒng)之間的關(guān)系。德國提出的工業(yè)4.0的參考架構(gòu)模型是從產(chǎn)品生命周期/價值鏈、層級和架構(gòu)等級三個維度，分別對工業(yè)4.0進行多角度描述的一個框架模型。RAMI4.0參考模型德國“工業(yè)4.0”6.2智能制造與智能工廠面向工業(yè)需求多樣性和個性化的復(fù)雜系統(tǒng)，IVRA首先定義智能制造單元（SMU），來表示智能制造的一個自主單元，SMU也由三個維度組成，但分別對應(yīng)資產(chǎn)、活動和管理三個視角。不同SMU之間可進行互聯(lián)互通，并實現(xiàn)物、信息、數(shù)據(jù)、價值等傳遞，最終實現(xiàn)生產(chǎn)力和效率的極大提高。日本工業(yè)價值鏈參考架構(gòu)（IVRA)德國“工業(yè)4.0”工業(yè)價值鏈參考架構(gòu)（IVRA)6.2智能制造與智能工廠智慧制造生態(tài)系架構(gòu)，分為三個主軸：Business（商業(yè)），Product（產(chǎn)品），Production（生產(chǎn)），由這三個主軸之間進行更緊密的串聯(lián)互動，形成更快的產(chǎn)品創(chuàng)新周期，更高效的商業(yè)鏈，并讓生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生更大的靈活性。其中產(chǎn)品生命周期、生產(chǎn)周期和商業(yè)周期聚集和交互的核心為制造金字塔。金字塔包括四層構(gòu)成，描繪出現(xiàn)實制造現(xiàn)場系統(tǒng)與設(shè)備間互動關(guān)系。NIST的制造系統(tǒng)NIST的制造系統(tǒng)6.2智能制造與智能工廠智能制造是基于先進制造技術(shù)與新一代信息技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期，具有自感知、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等特征，旨在提高制造業(yè)質(zhì)量、效率效益和柔性的先進生產(chǎn)方式。我國的《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2018年）》對智能制造系統(tǒng)架構(gòu)通過生命周期、系統(tǒng)層級和智能功能三個維度構(gòu)建完成，主要解決智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)和框架的建模研究。智能制造系統(tǒng)架構(gòu)中國的智能制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課堂活動請同學(xué)們思考：德國“工業(yè)4.0”、工業(yè)價值鏈參考架構(gòu)（IVRA)、NIST的制造系統(tǒng)、中國的智能制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各自的特征6.2智能制造與智能工廠制造業(yè)數(shù)字孿生基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)待提升探索基于數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)和模型驅(qū)動型工藝系統(tǒng)變革新路徑，促進集成共享，實現(xiàn)數(shù)字孿跨企業(yè)、跨領(lǐng)域、跨產(chǎn)業(yè)的廣泛互聯(lián)互通，實現(xiàn)生產(chǎn)資源和服務(wù)資源更大范圍、更高效率、更加精準(zhǔn)的優(yōu)化拓展更深層的應(yīng)用場景通過跨設(shè)備、跨系統(tǒng)、跨廠區(qū)、跨地區(qū)的全面互聯(lián)互通，實現(xiàn)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的全面連接，為制造領(lǐng)域帶來巨大轉(zhuǎn)型變革國內(nèi)智能制造的發(fā)展趨勢6.2智能制造與智能工廠6.2.2智能工廠智能工廠是利用各種現(xiàn)代化的技術(shù)，實現(xiàn)工廠的辦公、管理及生產(chǎn)自動化，達(dá)到加強及規(guī)范企業(yè)管理、減少工作失誤、堵塞各種漏洞、提高工作效率、進行安全生產(chǎn)、提供決策參考、加強外界聯(lián)系、拓寬國際市場的目的。智能工廠實現(xiàn)了人與機器的相互協(xié)調(diào)合作，其本質(zhì)是人機交互。智能工廠是智能制造的載體。為了提高智能制造業(yè)的競爭力，建設(shè)智能工廠是重要的著力點。6.2智能制造與智能工廠智能化工廠制造標(biāo)準(zhǔn)國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)包括三方面內(nèi)容分別為基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。其中基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)主要包括通用、安全、可靠性、檢測、評價、人員能力等6個部分。關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵技術(shù)主要指智能裝備、智能工廠、智慧供應(yīng)鏈、智能服務(wù)、智能賦能技術(shù)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等6個部分。智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系標(biāo)準(zhǔn)6.2智能制造與智能工廠智能工廠建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)主要包括智能工廠設(shè)計、智能工廠交付、智能設(shè)計、智能生產(chǎn)、智能管理、工廠智能物流、集成優(yōu)化等7個部分。主要規(guī)定智能工廠設(shè)計和交付等過程，以及工廠內(nèi)設(shè)計、生產(chǎn)、管理、物流及系統(tǒng)集成等內(nèi)容。智能工廠標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)重點有智能工廠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、智能工廠交付標(biāo)準(zhǔn)、智能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、智能生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、集成優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)智能化工廠建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)6.2智能制造與智能工廠隨著產(chǎn)品越來越復(fù)雜、知識含量越來越豐富，制造系統(tǒng)的復(fù)雜程度也越來越高，智能工廠需要滿足集成化和智能化的要求。主要包括：智能工廠規(guī)劃①開發(fā)動態(tài)結(jié)構(gòu)②敏捷性③柔性④跨組織的集成⑤異構(gòu)環(huán)境⑥協(xié)同工作能力⑦人機交互能力⑧系統(tǒng)容錯性6.2智能制造與智能工廠智能工廠的全生命周期都可以應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，包括工廠設(shè)計、工廠建設(shè)、輔助設(shè)計仿真、柔性生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)過程監(jiān)控、產(chǎn)品運維服務(wù)、培