先进制造技术的发展趋势-广州20100417-1

1 Prof Dr Ing Qi Guoning 先进制造技术先进制造技术先进制造技术先进制造技术 的现状与发展趋势的现状与发展趋势的现状与发展趋势的现状与发展趋势 浙江大学浙江大学浙江大学浙江大学祁国祁国祁国祁国宁宁宁宁 20102010年年年年4 4月月月月1717日日日日 2 Prof Dr Ing Qi Guoning 主要参考文献主要参考文献主要参考文献主要参考文献 1 国家中长期科学和技术发展规划纲要 国家中长期科学和技术发展规划纲要 2006 2020年 年 2 中国工程院 信息化带动工业化的方式与战略 中国工程院 信息化带动工业化的方式与战略 3 中国工程院 中国工程院 两化融合两化融合 发展战略研究 发展战略研究 4 中国科学院 中国未来 中国科学院 中国未来20年技术预见研究 年技术预见研究 先进制造技术 先进制造技术 3 Prof Dr Ing Qi Guoning 背景材料背景材料背景材料背景材料 一 数字化设计与制造 二 先进工艺与设备 一 数字化设计与制造 二 先进工艺与设备 三 传感与检测技术 四 机器人与智能控制 五 微纳米加工与极限加工 六 流程工业自动化 三 传感与检测技术 四 机器人与智能控制 五 微纳米加工与极限加工 六 流程工业自动化 七 制造模式 系统和管理集成 八 绿色制造技术 七 制造模式 系统和管理集成 八 绿色制造技术 九 生物制造技术九 生物制造技术 中国科学院中国科学院中国科学院中国科学院 中国未来中国未来中国未来中国未来2020年技术预见研究年技术预见研究年技术预见研究年技术预见研究 先进制造技术 先进制造技术 先进制造技术 先进制造技术 4 Prof Dr Ing Qi Guoning 提提提提 纲纲纲纲 3 3 3 1 1 1 总结 若干先进制造关键技术 总结 若干先进制造关键技术 2 2 2 现代制造企业面临的挑战现代制造企业面临的挑战 5 Prof Dr Ing Qi Guoning 全球化全球化全球化全球化 压力压力压力压力 个性化个性化个性化个性化 压力压力压力压力 现代制造企业面临的挑战现代制造企业面临的挑战现代制造企业面临的挑战现代制造企业面临的挑战 环境环境环境环境 资源资源资源资源 压力压力压力压力 高技术高技术高技术高技术 压力压力压力压力 6 Prof Dr Ing Qi Guoning 挑战之一 全球化挑战之一 全球化 中国经济中国经济 社会发展的双刃剑社会发展的双刃剑 在全球的所有国家中 美国和中国的全球化程度最高 而欧盟的全球化程度只有美国和中国的一半 在中国 转移而来的制造业十分发达 而其他行业却要落后几十年 差距之大一点不亚于日本与纳米比 亚的经济发展差距 Robert Shapiro 2008 原美国商务部副部长 中国对世界经济贡献率升至全球第中国对世界经济贡献率升至全球第2 14 5 国家统计局2008年11月17日 世界经济贡献率 当年某国GDP增量与世界GDP增量之比 美国 22 8 中国 14 5 欧元区 13 1 日本 7 8 中国对世界经济贡献率升至全球第中国对世界经济贡献率升至全球第1 19 2 国家统计局2009年 9月29日 7 Prof Dr Ing Qi Guoning 能源问题能源问题 当前的能源使用趋势不仅是不可持续的 而且对经济发展和社会不 利 当前的能源使用趋势不仅是不可持续的 而且对经济发展和社会不 利 预计从预计从2005年到年到2020年 中国的能源消耗总量将是现在的两倍 届 时 中国将成为世界上最大的能源消费国 年 中国的能源消耗总量将是现在的两倍 届 时 中国将成为世界上最大的能源消费国 世界银行估计 中国每年为污染付出的代价达到世界银行估计 中国每年为污染付出的代价达到GDP的的8 如果不采 取有效的手段改变现状 如果不采 取有效的手段改变现状 到到2020年中国的污染程度将增加年中国的污染程度将增加4倍 倍 Robert Shapiro 2008 原美国商务部副部长 挑战之二 环境挑战之二 环境 资源资源 制约中国经济制约中国经济 社会发展的瓶颈社会发展的瓶颈 低碳经济低碳经济 低碳经济是以低能耗 低污染 低排放为基础的经济模式 是人类社会 继农业文明 工业文明之后的又一次重大进步 低碳经济是以低能耗 低污染 低排放为基础的经济模式 是人类社会 继农业文明 工业文明之后的又一次重大进步 低碳经济实质是能源高效利 用 清洁能源开发 追求绿色 低碳经济实质是能源高效利 用 清洁能源开发 追求绿色GDP的问题 核心是能源技术和减排技术创 新 产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变 的问题 核心是能源技术和减排技术创 新 产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变 8 Prof Dr Ing Qi Guoning Sustainable Development Meet the present needs without compromising the ability of future generations to meet their own needs 来源 World Commission on Environment and Development Our Common Future 1987 单纯的经济观点单纯的经济观点 Environment 环境环境 ECONOMY 经济经济 Society 社会社会 各种相关标准各种相关标准 规范规范 WEEE RoHS REACH GHS PRTR IPP 可持续发展观点可持续发展观点 ENVIRONMENT Society Economy 可持续发展可持续发展 既满足现代人的需求以不损害后代人满足需求的能力既满足现代人的需求以不损害后代人满足需求的能力 挑战之二 环境挑战之二 环境 资源资源 制约中国经济制约中国经济 社会发展的瓶颈社会发展的瓶颈 9 Prof Dr Ing Qi Guoning Blockbuster Today Targeted Treatments Emerging Personalized Medicine Bio tech based substances MASSTARGETEDAddressable Market Size Per New Product LOW HIGH Volume of New Products Introduced Per Year 按照每个人的 DNA 制造药品 根据 SAP AG 2008年3月资料修改 产品服务个性服务产品服务个性服务 挑战之三 挑战之三 挑战之三 挑战之三 个性化压力个性化压力个性化压力个性化压力 10 Prof Dr Ing Qi Guoning Composites 50 Aluminum 20 Titanium 15 Steel 10 Other 5 例 例 Boeing 787 采用了大量的复合材料采用了大量的复合材料 来源 国家中长期科学和技术发展规划纲要 2006 2020年 背景材料 挑战之四 挑战之四 挑战之四 挑战之四 高技术高技术高技术高技术 压力压力压力压力 与新材料技术 新能源技术和信息技术的深度融合 制 造技术变得越来越复杂 一个企业已经无法全面掌握所需的 所有技术 必须借助外部力量才能完成产品的研发 制造 管理 维护 回收等活动 与新材料技术 新能源技术和信息技术的深度融合 制 造技术变得越来越复杂 一个企业已经无法全面掌握所需的 所有技术 必须借助外部力量才能完成产品的研发 制造 管理 维护 回收等活动 11 Prof Dr Ing Qi Guoning 竞争核心的演变竞争核心的演变竞争核心的演变竞争核心的演变 60年代年代 生产规模生产规模 70年代年代 生产成本生产成本 80年代年代 产品质量产品质量 90年代年代 快速响应能力快速响应能力 21世纪世纪 创新能力创新能力 资源 经济 资源 经济 体验 经济 体验 经济 来源 根据Pudur大学 R Nagel 教授资料修改 从提供产品和简单服务转变到提供解决方案 和价值 对制造企业是一次挑战 从提供产品和简单服务转变到提供解决方案 和价值 对制造企业是一次挑战 解决方案 价值 解决方案 价值 产品产品 技术技术技术技术 12 Prof Dr Ing Qi Guoning 提提提提 纲纲纲纲 3 3 3 1 1 1 总结总结 若干先进制造关键技术若干先进制造关键技术 2 2 2 现代制造企业面临的挑战现代制造企业面临的挑战 13 Prof Dr Ing Qi Guoning 中国制造业的技术水平与先进工业国家的差距缩小了 中国制造业的技术水平与先进工业国家的差距缩小了 中国制造业的技术水平与先进工业国家的差距缩小了 中国制造业的技术水平与先进工业国家的差距缩小了 造船造船 工艺技术与国际先进造船国家相比 落后 工艺技术与国际先进造船国家相比 落后10 15年 出口船设备国 产化率 年 出口船设备国 产化率 40 与日本 韩国 与日本 韩国80 90 的配套能力有很大的差距 在船舶共 性技术 基础技术的研发方面与国际先进国家差距还在进一步拉大 的配套能力有很大的差距 在船舶共 性技术 基础技术的研发方面与国际先进国家差距还在进一步拉大 轨道交通装备轨道交通装备 2010年与国际先进水平缩短差距至年与国际先进水平缩短差距至10 15年 年 2020年与国 际先进水平缩短差距达 年与国 际先进水平缩短差距达5 8年 发展思路 以自主创新为主 引进先进技 术进行全面消化吸收 创建自己的品牌 年 发展思路 以自主创新为主 引进先进技 术进行全面消化吸收 创建自己的品牌 能源 电力装备能源 电力装备 还未掌握超超临界发电设备设计和制造技术 还未掌握超超临界发电设备设计和制造技术 300MW大 型 大 型CFB锅炉正在引进国外设计制造技术 还未掌握百万千瓦级核电机组系 统设计和关键设备制造技术 重型燃气轮机联合循环发电机组设计制造技 术处于引进技术阶段 超高压低损耗变压器 锅炉正在引进国外设计制造技术 还未掌握百万千瓦级核电机组系 统设计和关键设备制造技术 重型燃气轮机联合循环发电机组设计制造技 术处于引进技术阶段 超高压低损耗变压器 SF6气体绝缘变压器 直流输 电换流站设备 高可靠性隔离开关 智能化开关成套设备等国内还无可供 商品 在石化装备中 国内产品只相当于国外 气体绝缘变压器 直流输 电换流站设备 高可靠性隔离开关 智能化开关成套设备等国内还无可供 商品 在石化装备中 国内产品只相当于国外20世纪世纪80年代末和年代末和90年代初 的技术水平 总体上与国外先进技术水平有相当大的差距 年代初 的技术水平 总体上与国外先进技术水平有相当大的差距 来源 国家中长期科技发展规划 制造科技部分 调查材料2003年12月 14 Prof Dr Ing Qi Guoning 2 1 关键制造工艺技术关键制造工艺技术 2 2 制造业信息化技术制造业信息化技术 2 3 先进生产模式先进生产模式 若干先进制造关键技术若干先进制造关键技术若干先进制造关键技术若干先进制造关键技术 2 1 1 飞机制造工艺技术飞机制造工艺技术 2 1 2 大型动力装备制造技术大型动力装备制造技术 2 1 3 mens nens 2 1 4 复杂制造装备复杂制造装备 2 2 1 产品生命周期管理产品生命周期管理PLM 2 2 2 多学科设计优化多学科设计优化MDO 2 3 1 现代模块化技术现代模块化技术 2 3 2 Smart 生产方式生产方式 15 Prof Dr Ing Qi Guoning Boeing Boeing 公司飞机装配过程公司飞机装配过程公司飞机装配过程公司飞机装配过程 Source Boeing 16 Prof Dr Ing Qi Guoning A380A380的制造过程 例 的制造过程 例 的制造过程 例 的制造过程 例 Source Airbus 17 Prof Dr Ing Qi Guoning 复合材料零件的测量复合材料零件的测量复合材料零件的测量复合材料零件的测量 Measured Geometry from Height Profiles WZL Fraunhofer IPT 18 Prof Dr Ing Qi Guoning Nomex蜂窝芯材料是由聚芳酰胺纤维制成的纸质蜂窝 具有重量轻 密度小 比强度比 刚度高 具有良好的自熄性能 优异的绝缘性能以及优良的化学特性 被大量的用于飞机的 机翼部件 超声波振动切削是在刀具 工具 或工件上附加一个或多个不同方向的低频 中频或超 声振动 使传统封闭切削区加工变成切削区周期性打开的间断 瞬间 往复的断续切削过程 与普通切削相比 超声振动切削具有切削力小 切削热低 工件表面质量显著提高等优点 复合材料零件的测量复合材料零件的测量复合材料零件的测量复合材料零件的测量 来源 成都飞机工业 集团 有限责任公司 19 Prof Dr Ing Qi Guoning Airbus A380 800 Airbus A380 800F A380 A380 发动机发动机发动机发动机GP7200GP7200 Source Airbus 20 Prof Dr Ing Qi Guoning 利用CAD设计3D叶形 燃气轮机叶片加工燃气轮机叶片加工燃气轮机叶片加工燃气轮机叶片加工 21 Prof Dr Ing Qi Guoning 14K98ME C7 14缸柴油机缸柴油机 功率功率 84 3 MW 115 000 PS 高度高度 14 5米 宽度米 宽度 29米 活塞直径米 活塞直径 98cm 总重总重 2200吨吨 用于用于10000标准箱集装箱船标准箱集装箱船 模块化的大型柴油机 例 模块化的大型柴油机 例 模块化的大型柴油机 例 模块化的大型柴油机 例 22 Prof Dr Ing Qi Guoning 模块化的大型柴油机模块化的大型柴油机模块化的大型柴油机模块化的大型柴油机 23 Prof Dr Ing Qi Guoning 模块化的大型柴油机模块化的大型柴油机模块化的大型柴油机模块化的大型柴油机 24 Prof Dr Ing Qi Guoning 微纳制造技术与系统微纳制造技术与系统微纳制造技术与系统微纳制造技术与系统 尺度发展尺度发展尺度发展尺度发展 adapted from Volker Saile Karlsruhe Germany 1m 0 1m 10cm 0 01m 1cm 1mm 0 1mm 100 m 0 01mm 10 m 1 m 0 1 m 100nm 0 01 m 10nm 1 nm 0 1 nm Nanotechnolog y Microtechnolog y DNA 2 nm wide Atomic lettering using scanning tunneling microscop Bird 10 cm high Hand 10 cm long Diameter human hair 100 m Elephant 2 m high IC Chip 1 cm wide Grain of sand 1 mm Biological cell 10 m Ni micromachined gear 100 m Dust particle 1 5 m Smallest IC feature 0 18 m 6 5 nm Atoms 0 1 0 4 nm Quantum electronic structure 20 nm Mesotechnology 微小机械微小机械微小机械微小机械 0 1m 0 1mm MEMS 0 1mm 0 1 NEMS 100nm 0 1nm 25 Prof Dr Ing Qi Guoning 大型模具修复过程大型模具修复过程大型模具修复过程大型模具修复过程 一致性比较 光学测量 激光沉积焊接NC数据生成 CAD数据生成5轴铣削 Source WZL RWTH 26 Prof Dr Ing Qi Guoning 装在3轴主轴上的双轴 激光沉积焊头 双轴龙门铣床 装在5轴主轴上的激 光测量传感器 大型模具修复装备大型模具修复装备大型模具修复装备大型模具修复装备 Source Werth 27 Prof Dr Ing Qi Guoning 基于特征的测量策略基于特征的测量策略基于特征的测量策略基于特征的测量策略 Source Werth 28 Prof Dr Ing Qi Guoning 多传感器测量多传感器测量多传感器测量多传感器测量 Source Werth 29 Prof Dr Ing Qi Guoning Source Werth 多传感器测量多传感器测量多传感器测量多传感器测量 30 Prof Dr Ing Qi Guoning 模块化多功能车模块化多功能车模块化多功能车模块化多功能车 铣中心铣中心铣中心铣中心 G160 G250 G400 31 Prof Dr Ing Qi Guoning 模块化多功能车模块化多功能车模块化多功能车模块化多功能车 铣中心铣中心铣中心铣中心 G160 G250 G400 32 Prof Dr Ing Qi Guoning 模块化多功能车模块化多功能车模块化多功能车模块化多功能车 铣中心铣中心铣中心铣中心 G160 G250 G400 33 Prof Dr Ing Qi Guoning 模块化多功能车模块化多功能车模块化多功能车模块化多功能车 铣中心铣中心铣中心铣中心 G160 G250 G400 34 Prof Dr Ing Qi Guoning 模块化多功能车模块化多功能车模块化多功能车模块化多功能车 铣中心铣中心铣中心铣中心 G160 G250 G400 35 Prof Dr Ing Qi Guoning Quelle MTU Aero Engines GmbH M nchen RB199 RB199 发动机发动机发动机发动机 36 Prof Dr Ing Qi Guoning 装有静叶片的持环装有静叶片的持环装有静叶片的持环装有静叶片的持环 37 Prof Dr Ing Qi Guoning 测量静叶片内径测量静叶片内径测量静叶片内径测量静叶片内径 38 Prof Dr Ing Qi Guoning G400 BG400 B轴磨削静叶片顶部轴磨削静叶片顶部轴磨削静叶片顶部轴磨削静叶片顶部 39 Prof Dr Ing Qi Guoning G400 BG400 B轴磨削静叶片顶部轴磨削静叶片顶部轴磨削静叶片顶部轴磨削静叶片顶部 40 Prof Dr Ing Qi Guoning 持环精加工持环精加工持环精加工持环精加工 41 Prof Dr Ing Qi Guoning 2 1 关键制造工艺技术关键制造工艺技术 2 2 制造业信息化技术制造业信息化技术 2 3 先进生产模式先进生产模式 若干先进制造关键技术若干先进制造关键技术若干先进制造关键技术若干先进制造关键技术 2 1 1 飞机制造工艺技术飞机制造工艺技术 2 1 2 大型动力装备制造技术大型动力装备制造技术 2 1 3 mens nens 2 1 4 复杂制造装备复杂制造装备 2 2 1 产品生命周期管理产品生命周期管理PLM 2 2 2 多学科设计优化多学科设计优化MDO 2 3 1 现代模块化技术现代模块化技术 2 3 2 Smart 生产方式生产方式 42 Prof Dr Ing Qi Guoning 1 将信息技术融入企业经营 管理 开发 生 产和服务全过程 将信息技术融入企业经营 管理 开发 生 产和服务全过程 将信息技术融入企业经营 管理 开发 生产和服务全过 程 形成了 将信息技术融入企业经营 管理 开发 生产和服务全过 程 形成了设计数字化设计数字化 生产过程数字化生产过程数字化 管理数字化管理数字化和和企 业数字化 企 业数字化 2 将信息技术融入产品 将信息技术融入产品 产品信息化就是通过对产品内在信息或外在附加信息的处 理来达到扩展产品信息功能和提升产品性能的目的 产品信息化就是通过对产品内在信息或外在附加信息的处 理来达到扩展产品信息功能和提升产品性能的目的 产品信息 化 产品信息 化的本质是利用信息技术对传统产业的产品实施信息化改造 的本质是利用信息技术对传统产业的产品实施信息化改造 制造业信息化是工业信息化的主要切入点制造业信息化是工业信息化的主要切入点制造业信息化是工业信息化的主要切入点制造业信息化是工业信息化的主要切入点 43 Prof Dr Ing Qi Guoning 硬盘驱动器硬盘驱动器硬盘驱动器硬盘驱动器 Source Prof Ling Shih Fu Nanyang Technological University Singapore 44 Prof Dr Ing Qi Guoning Source Prof Ling Shih Fu Nanyang Technological University Singapore 硬盘驱动器硬盘驱动器硬盘驱动器硬盘驱动器 45 Prof Dr Ing Qi Guoning Source Prof Ling Shih Fu Nanyang Technological University Singapore 硬盘驱动器硬盘驱动器硬盘驱动器硬盘驱动器 46 Prof Dr Ing Qi Guoning 集成和协同 的空间跨度 集成和协同 的时间跨度 集成和协同 的重点 主要集成和 协同技术 部门内 信息 产品制造过程 中的不同阶段 知识 产品全生命 周期 企业间 过程 产品制造过程 企业内 部门间 部门内 信息 产品制造过程 中的不同阶段 知识 产品全生命 周期 企业间 过程 产品制造过程 企业内 部门间 LAN CAD CAM CAPP Internet Intranet ERP PDM 数据库数据库 EAI MDA SaaS 集成集成集成集成 和和和和 协同协同协同协同 是制造业信息化技术发展的主旋律是制造业信息化技术发展的主旋律是制造业信息化技术发展的主旋律是制造业信息化技术发展的主旋律 集成的 产品模型 几何模型几何模型MDO 几何模型几何模型 部分性能模型部分性能模型 47 Prof Dr Ing Qi Guoning 产品全生命周期管理产品全生命周期管理产品全生命周期管理产品全生命周期管理 PLMPLM 方案设计 产品开发 设计产品开发 设计生产经营管理生产经营管理服务服务 开始生产 产品退出市场 产品出厂 产品全生命周期管理产品全生命周期管理 PLM SCM CRM 售后服务售后服务产品开发 设计产品开发 设计生产经营管理生产经营管理 Product Life Cycle Management CRM SCM 产品全生命周期管理产品全生命周期管理 PLM SAP AG 2002 48 Prof Dr Ing Qi Guoning 制造服务制造服务制造服务制造服务 制造服务 工业服务制造服务 工业服务 Industrial Services 是向 是向 产 品 产 品 产生过程和产品使用过程中所提供的各种形式服务 之总称 产生过程和产品使用过程中所提供的各种形式服务 之总称 制造服务的制造服务的 2 个组成部分个组成部分 在 在 产品产品 的产生过程中提 供的服务 在 的产生过程中提 供的服务 在 产品产品 的使用过程中提供的服务 的使用过程中提供的服务 制造业和服务业的制造业和服务业的 3 种融合方式 种融合方式 技术融合 业务融 合 基础设施 技术融合 业务融 合 基础设施 infrastructure 融合 融合 制造服务的制造服务的 5 类主体类主体 制造企业 服务企业 政府 金融机构 科研机构 制造企业 服务企业 政府 金融机构 科研机构 49 Prof Dr Ing Qi Guoning 围绕产品的服务所产生的利润远远超过制造产品围绕产品的服务所产生的利润远远超过制造产品围绕产品的服务所产生的利润远远超过制造产品围绕产品的服务所产生的利润远远超过制造产品 SOURCE Prof H Meier Ruhr University Bochum Germany 50 Prof Dr Ing Qi Guoning 新产品设计 制造 销售 0 5 10 15 20 25 50 75 销售额销售额 100 利润率利润率 开发设计开发设计 制造制造 市场销售市场销售 A B C A C 70 赢利 全球制造业第一次大分工全球制造业第一次大分工全球制造业第一次大分工全球制造业第一次大分工 结果 中国成为世界工厂结果 中国成为世界工厂结果 中国成为世界工厂结果 中国成为世界工厂 全球制造业第二次大分工全球制造业第二次大分工全球制造业第二次大分工全球制造业第二次大分工 结果 结果 结果 结果 发展现代制造服务业的战略意义发展现代制造服务业的战略意义发展现代制造服务业的战略意义发展现代制造服务业的战略意义 制造服务制造服务 51 Prof Dr Ing Qi Guoning 几则消息几则消息 美国GE公司是全球最大的飞机 租赁企业 共有1 239架飞机和 290亿美元飞机贷款及租金 美国GE公司 美国商用飞机租 赁公司航空资本集团 美国飞机 投资集团国际金融租赁公司占据 了中国航空租赁市场90 的业务 未来20年内中国航空飞机租赁市 场将会高达7500亿元人民币 中国商用飞机有限责任公司 2008年11月4日与美国通用电气 金融航空服务公司 GECAS 签 署25架ARJ21 700支线客机购机 协议 GECAS计划将这些飞机 租赁给中国国内的航空公司 用 于 国 内 航 线 注 GE 公 司为 ARJ21飞机供应发动机 A380 发动机GP7200 业务模式融合业务模式融合业务模式融合业务模式融合 52 Prof Dr Ing Qi Guoning 对手无法复制的核心竞争能力对手无法复制的核心竞争能力对手无法复制的核心竞争能力对手无法复制的核心竞争能力 53 Prof Dr Ing Qi Guoning 产品全生命周期管理产品全生命周期管理产品全生命周期管理产品全生命周期管理 PLMPLM 54 Prof Dr Ing Qi Guoning 产品全生命周期管理产品全生命周期管理产品全生命周期管理产品全生命周期管理 PLMPLM 55 Prof Dr Ing Qi Guoning 多学科设计优化多学科设计优化多学科设计优化多学科设计优化 多 学 科 设 计 优 化 多 学 科 设 计 优 化 Multidisciplinary Design Optimization MDO 是一种用全局的观点 通过研究 复杂工程系统与子系统之间的交互影响和协同作用 对 复杂工程系统进行分析和优化设计的方法 实现多学科设计优化的技术和系统分别称为多学科设 计优化技术和多学科设计优化系统 预计 是一种用全局的观点 通过研究 复杂工程系统与子系统之间的交互影响和协同作用 对 复杂工程系统进行分析和优化设计的方法 实现多学科设计优化的技术和系统分别称为多学科设 计优化技术和多学科设计优化系统 预计2015年前后 多学科设计优化方法 技术和系 统将在重大复杂工程系统开发中得到广泛应用 年前后 多学科设计优化方法 技术和系 统将在重大复杂工程系统开发中得到广泛应用 56 Prof Dr Ing Qi Guoning 飞机发动机的飞机发动机的飞机发动机的飞机发动机的 MDOMDO 57 Prof Dr Ing Qi Guoning 发动机发动机发动机发动机 MDOMDO 58 Prof Dr Ing Qi Guoning 基于基于基于基于 MDO MDO 的大规模计算的大规模计算的大规模计算的大规模计算 GENERATION 0 10 20 30 0 6 0 4 0 2 0 0 DELTA TURBINE EFFICIENCY 150 VARIABLES 15 CONSTRAINTS LOSS CONTOURS LOSS CONTOURS 3D Shape Optimization Based On Hybrid Genetic Algorithm Rule System 3D RANS Multi Row CFD Population Size 80 Total Runs 2400 Run Time 48 hrs on 40CPUs 59 Prof Dr Ing Qi Guoning 燃烧室设计 发动机汽化器 优化设计 近音速 超音速 多目标优化 热变形和结构优化 发动机 空气动力学优化 3D机翼优化 超音速运输机 空气动力学优化 翼展优化 MDOMDO在飞机设计中的应用在飞机设计中的应用在飞机设计中的应用在飞机设计中的应用 60 Prof Dr Ing Qi Guoning 安全 结构分析 空气动力学 电子系统 发动机 CFD 车体动力学 MDOMDO在汽车设计中的应用在汽车设计中的应用在汽车设计中的应用在汽车设计中的应用 61 Prof Dr Ing Qi Guoning MDOMDO在舰船设计中的应用在舰船设计中的应用在舰船设计中的应用在舰船设计中的应用 流体力学 成本 船舱分隔 操纵 推进 LTic1 L1 Noz1 Tic1 1 t12 t13 t11 LOut Section 2 Section 1 ThicHR1 R2 ThicV DisV DisH ThicS 附体 流体力学 结构 操纵 稳定性 结构 系统 62 Prof Dr Ing Qi Guoning MDO MDO 关键技术关键技术关键技术关键技术 MD Optimization Design Oriented MD Analysis Interdisciplinary Feasibility Decomposition Design Space Search Optimization Prob Formulation Mathematical Modeling Cost v s Accuracy Trade off Smart Reanalysis Approximations Sensitivity Analysis Software Integration Data S W Standards Data Management Visualization S W Engineering Practices Human Interface Information Science Technology Source AIAA MDO White Paper 63 Prof Dr Ing Qi Guoning 2 1 关键制造工艺技术关键制造工艺技术 2 2 制造业信息化技术制造业信息化技术 2 3 先进生产模式先进生产模式 若干先进制造关键技术若干先进制造关键技术若干先进制造关键技术若干先进制造关键技术 2 1 1 飞机制造工艺技术飞机制造工艺技术 2 1 2 大型动力装备制造技术大型动力装备制造技术 2 1 3 mens nens 2 1 4 复杂制造装备复杂制造装备 2 2 1 产品生命周期管理产品生命周期管理PLM 2 2 2 多学科设计优化多学科设计优化MDO 2 3 1 现代模块化技术现代模块化技术 2 3 2 Smart 生产方式生产方式 64 Prof Dr Ing Qi Guoning Local craft shops designed and handcrafted the earliest cars Vehicles such as the 1911 Springfield were custom made but exorbitantly priced Today s production methods give buyers the best of both worlds low prices and custom design In mass producing automobiles Ford sacrificed individualism but was able to slash prices Consumers got identical models but productivity soared 来源 来源 Cox and Alm 汽车制造技术的发展汽车制造技术的发展汽车制造技术的发展汽车制造技术的发展 65 Prof Dr Ing Qi Guoning P A1A2A3A4 活动活动 40 活动活动 31活动活动 32 活动活动 20 活动活动 10 O4O3O2 O1 产品结构 组织结构 过程结构 产品结构 组织结构 过程结构 C2C3C4 活动活动 5 企业企业 C1 O4O3 内部多样化内部多样化 颜色颜色 蓝色 黑色 红色 车轮车轮 铝合金 铬合金 钢 车身式样车身式样 Sedan Mini Van SUV 发动机发动机 V6 V12 Turbo 换档换档 自动 手动 车顶车顶 敞蓬 硬顶 坐椅坐椅 布质 皮质 其他选择其他选择 ABS GPS 防盗装置 外部多样化外部多样化 减少内部多样化减少内部多样化减少内部多样化减少内部多样化 增加外部多样化增加外部多样化增加外部多样化增加外部多样化 Mass Customization 模块化模块化模块化模块化 66 Prof Dr Ing Qi Guoning 大批量定制的目的大批量定制的目的大批量定制的目的大批量定制的目的 以类似于标准化或大批量生产的成本和 时间 提供满足顾客特定需求的产品和服务 以类似于标准化或大批量生产的成本和 时间 提供满足顾客特定需求的产品和服务 解决生产效率与个性化的矛盾解决生产效率与个性化的矛盾 67 Prof Dr Ing Qi Guoning 模块化产品平台模块化产品平台模块化产品平台模块化产品平台 世界级汽车制造企业都 开发了模块化产品平台 世界级汽车制造企业都 开发了模块化产品平台 68 Prof Dr Ing Qi Guoning 大众汽车公司的大众汽车公司的大众汽车公司的大众汽车公司的AA PlatformPlatform 98 942 7 Development Car Division Source 33 998 930 6 163 3 34 198 930 4 163 5 98 9 161 1 36 177 6 A3 Octavia Golf IV Beetle 单位 英寸 69 Prof Dr Ing Qi Guoning P