从数字化制造到智能制造 (2)

1、从数字化制造到智能制造 (2)第一页，共48页。目录目录- 2 -一、为什么要发展智能制造？一、为什么要发展智能制造？二、智能制造与工业二、智能制造与工业4.04.0 三、数字化制造及其研究进展三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望四、智能制造技术及应用展望一、为什么要发展智能制造？一、为什么要发展智能制造？二、工业二、工业4.04.0与智能制造与智能制造 三、数字化制造及其研究进展三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望四、智能制造技术及应用展望第二页，共48页。- 3 - 改革开放改革开放30多年来，科技多年来，科技进步在制造领域发挥了重要进步在制造领域发挥了重要

2、作用，作用，“人口红利人口红利”与与“政政策红利策红利”相辅相成，显著提高相辅相成，显著提高了了“中国制造中国制造”产品的市场竞产品的市场竞争力。争力。1.1.“中国制造中国制造”改变着整个世界改变着整个世界第三页，共48页。- 4 -1.1.“中国制造中国制造”改变着整个世界改变着整个世界中国制造中国制造日本制造1750180019002000185019502050德国制造英国制造美国制造 中国已经成为全球第二大经济体。中国极可能中国已经成为全球第二大经济体。中国极可能成为成为“第五个第五个”世界制造中心。世界制造中心。 伴随世界制造业的发展，在不伴随世界制造业的发展，在不同的阶段形成了四

3、大世界级制造中同的阶段形成了四大世界级制造中心。心。第四页，共48页。 自自1994 1994 年人民币汇率改革以来年人民币汇率改革以来, , 在中国保持对美商品出口快速在中国保持对美商品出口快速增长的同时增长的同时, , 美国对中国产品美国对中国产品反倾销调查反倾销调查和和反倾销最终措施反倾销最终措施数量也有数量也有了了大幅地增长大幅地增长。p 欧美采取贸易保护反制欧美采取贸易保护反制- 5 -1.1.“中国制造中国制造”改变着整个世界改变着整个世界第五页，共48页。- 6 -2.2.美国对美国对“中国制造中国制造”的忧虑的忧虑 美国奇点大学著名教授瓦德瓦美国奇点大学著名教授瓦德瓦2012年

4、年1月月11日在日在华盛顿邮报华盛顿邮报认认为：为： 我们将我们将人工智能、机器人和数字人工智能、机器人和数字化制造化制造相结合，使得美国企业家在相结合，使得美国企业家在本土建厂，生产出各种产品，本土建厂，生产出各种产品， 这是这是一场一场制造业的革命制造业的革命。中国还如何能。中国还如何能与我们竞争？很快就轮到中国担与我们竞争？很快就轮到中国担忧了。忧了。p 寻求技术跨越寻求技术跨越第六页，共48页。- 7 -3.3.目前目前德国德国制造业面临的压力制造业面临的压力老龄化社会带来劳动力减少资源匮乏，能效仍需提升产业转移带来国内制造业空心化发展中国家技术实力不断增强经济全球化中，需要对市场做出

5、快速响应保持制造业国际领先地位所需的标准化需要根据消费者需求，实现差异化、个性化的生产制造业占据全国GDP的25%、出口总额的60%，影响极大12356784第七页，共48页。- 8 -4.4.“中国制造中国制造”亟待技术跨越亟待技术跨越p 产品质量有待提高产品质量有待提高p在产业链的下游：在产业链的下游：核心技术核心技术亟待加强亟待加强p与欧美产品相比：与欧美产品相比：质量质量存在明显存在明显差距差距第八页，共48页。- 9 -p 从从价格优势价格优势到到技术优势技术优势转变转变p 成本上升（人力、土地、能源）成本上升（人力、土地、能源）p 用工荒（技术工人不足）用工荒（技术工人不足） 国家

6、出口退税政策变化国家出口退税政策变化国内国内：p周边国家新制造工厂的兴起周边国家新制造工厂的兴起越南越南印度印度国外国外：4.4.“中国制造中国制造”亟待技术跨越亟待技术跨越第九页，共48页。报告提纲报告提纲- 10 -一、为什么要发展智能制造？一、为什么要发展智能制造？二、工业二、工业4.04.0与智能制造与智能制造三、数字化制造及其研究进展三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望四、智能制造技术及应用展望第十页，共48页。1.1.工业革命发展历程工业革命发展历程- 11 -1818世纪末世纪末2020世纪初世纪初7070年代初年代初至今至今第一次工业革命机械化机械化生产生产蒸汽

7、驱动蒸汽驱动第二次工业革命批量批量流水线流水线生产生产电力驱动电力驱动第三次工业革命高自动化柔性高自动化柔性生产生产计算机信息技术驱动计算机信息技术驱动第四次工业革命智能化智能化工厂工厂智能装备及信息通信智能装备及信息通信第十一页，共48页。蒸汽机普通机床数控机床智能机床加工装备加工装备+ +电动机电动机= =电气化电气化机床机床+ +电脑电脑= =按编程操作按编程操作适应能力低适应能力低数控机床数控机床+ +智能控制智能控制= =工艺优化工艺优化提升提升30%-330%-3倍倍- 12 -1.1.工业革命发展历程工业革命发展历程工业1.0：机械化工业2.0：电气化工业3.0：数字化工业4.0

8、：智能化机械传动机械传动+ +蒸汽驱动蒸汽驱动= =机械化机械化第十二页，共48页。工业 1.0p一、工业4.0的意义1.1.工业革命发展历程工业革命发展历程- 13 -第十三页，共48页。p一、工业4.0的意义1.1.工业革命发展历程工业革命发展历程工业 2.0- 14 -第十四页，共48页。1.1.工业革命发展历程工业革命发展历程工业 3.0- 15 -第十五页，共48页。1.1.工业革命发展历程工业革命发展历程工业 4.0（人机对话）- 16 -第十六页，共48页。2.2.数字化制造的特征数字化制造的特征镗拉机床镗拉机床铣削机床铣削机床 采用数字化仿真手段，对制造过程中采用数字化仿真手段

9、，对制造过程中制造装备、制造工艺制造装备、制造工艺、制造系统、制造系统以及以及产品性能产品性能进行定量描述，使工艺设计从基于进行定量描述，使工艺设计从基于经验的试凑向基于科学推理转变经验的试凑向基于科学推理转变。 生产生产线系线系统统材料毛坯材料毛坯实物产品实物产品冲压机床冲压机床焊接装备焊接装备- 17 -第十七页，共48页。 数字化技术体系：数字化技术体系：产品表达数字化、制造装备数字化、产品表达数字化、制造装备数字化、制造工艺数字化、制造系统数字化。制造工艺数字化、制造系统数字化。制造系统制造系统数字化数字化产品产品数字化数字化工艺工艺数字化数字化CAD:UG/Catia/PRO-ECA

10、D:UG/Catia/PRO-ECAE:Nastran/AnsysCAE:Nastran/AnsysPDM: Team-CenterPDM: Team-CenterERP: SAPERP: SAP、EnoviaEnovia装备装备数字化数字化控制：控制：NCNC、CNC,DNCCNC,DNC系统：系统：MC,FMC,FMSMC,FMC,FMS涉及装备与产品涉及装备与产品的几何、力学行的几何、力学行为的耦合！为的耦合！影响产品性能影响产品性能影响制造效率影响制造效率影响制造效率影响制造效率影响制造质量影响制造质量2.2.数字化制造的特征数字化制造的特征- 18 -第十八页，共48页。- 19 -

11、2.2.数字化制造的特征数字化制造的特征汽车发动机上端盖汽车发动机上端盖第十九页，共48页。传感检测信息化、实时化p装备运行过程检测p制造质量的检测工艺设计智能化、知识化p制造工艺的智能设计p制造工艺的实时规划控制执行柔性化、自动化p装备自动控制p装备柔性操作- 20 -3.3.智能化制造的特征智能化制造的特征第二十页，共48页。报告提纲报告提纲- 21 -一、为什么要发展智能制造？一、为什么要发展智能制造？二、工业二、工业4.04.0与智能制造与智能制造 三、数字化制造及其研究进展三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望四、智能制造技术及应用展望第二十一页，共48页。1.1.数字

12、化手段有效地提升了产品开发质量数字化手段有效地提升了产品开发质量 美国美国B777B777的应用效果的应用效果p 开发周期：开发周期：9 9年年4.54.5年年p 成本降低：成本降低：2525p 100 100整机数字化设计整机数字化设计p 世界垄断与霸主地位世界垄断与霸主地位p 飞机数字化开发飞机数字化开发（B777)B777)- 22 -第二十二页，共48页。产品生产控制中心产品生产控制中心1.1.数字化手段有效地提升了产品开发质量数字化手段有效地提升了产品开发质量 p 飞机数字化开发飞机数字化开发（B787)B787)- 23 -第二十三页，共48页。采购管理人员质量管控人员全球物流专家

13、供应商管理人员技术工程师视频会议技术支持物流准备环境预警生产监控p车间p车间装配现场生产、装配现场全球供应商工厂.高清视频、生产信息、物流信息等技术支持质量管理物流支持采购支持环境信息支持生产管控人员1.1.数字化手段有效地提升了产品开发质量数字化手段有效地提升了产品开发质量 p 飞机数字化开发飞机数字化开发（B787)B787)- 24 -第二十四页，共48页。数控织机，由原来3-4小时/毛衣，变为40分钟/毛衣，1个工人操作5-10台机器手动式半自动全数控1.1.数字化手段有效地提升了产品开发质量数字化手段有效地提升了产品开发质量 p 数控纺织机械数控纺织机械- 25 -第二十五页，共48

14、页。机械长轴传动最高速度： 160米/分电子长轴传动p以电子虚拟轴作为主导轴，机器各单元分散驱动；p传动由智能化驱动器高精度控制的电子长轴；p最高印刷速度： 350米/分1.1.数字化手段有效地提升了产品开发质量数字化手段有效地提升了产品开发质量 p 数控印刷机械数控印刷机械- 26 -第二十六页，共48页。2.2.高精度数字化制造主要研究范围高精度数字化制造主要研究范围- 27 -p3.超高精度、高性能平面、曲面制造超高精度、高性能平面、曲面制造p2.高效精密切削磨削加工高效精密切削磨削加工p4.特殊功能结构的特种加工特殊功能结构的特种加工（电火花加工、激光加工、声波加工）p5.复杂机械系统

15、装配性能保障复杂机械系统装配性能保障p6.制造系统运行优化制造系统运行优化 p1.数字化设计数字化设计-加工加工-测量一体化测量一体化 第二十七页，共48页。报告提纲报告提纲- 28 -一、为什么要发展智能制造？一、为什么要发展智能制造？二、工业二、工业4.04.0与智能制造与智能制造三、数字化制造及其研究进展三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望四、智能制造技术及应用展望第二十八页，共48页。- 29 -1.1.智能化工厂实例智能化工厂实例第二十九页，共48页。- 30 -1.1.智能化工厂实例智能化工厂实例第三十页，共48页。2.2.信息物理系统信息物理系统是智能制造的本质是

16、智能制造的本质信息物理系统（CPS）- 31 -第三十一页，共48页。物理信息2.2.信息物理系统是智能制造的本质信息物理系统是智能制造的本质CPS系统通信信息计算物理控制- 32 -第三十二页，共48页。二、工业4.0时代的智能制造3.3.智能制造的运作智能制造的运作- 33 -第三十三页，共48页。3.3.智能制造的运作智能制造的运作- 34 -第三十四页，共48页。3.3.智能制造的运作智能制造的运作- 35 -第三十五页，共48页。- 36 - 将将传感器及智能决策软件传感器及智能决策软件与装备集成，实现感知、分析、推与装备集成，实现感知、分析、推理、决策、控制功能，使理、决策、控制功

17、能，使工艺能适应制造环境变化工艺能适应制造环境变化. .传感检测传感检测p装备运行监控装备运行监控p制造质量检测制造质量检测控制执行控制执行p装备自动控制装备自动控制p装备柔性操作装备柔性操作工艺设计工艺设计p工艺智能创成工艺智能创成p工艺实时规划工艺实时规划4.4.关键支撑技术关键支撑技术第三十六页，共48页。- 37 -4.4.关键支撑技术关键支撑技术智能加工装备智能加工装备1）智能机床第三十七页，共48页。闭环智能加工系统性能评价性能数据误差模型零件误差补偿加工过程中传感器数据加工过程间的检验数据加工完毕后的检验数据- 38 -4.4.关键支撑技术关键支撑技术智能加工装备智能加工装备1）

18、智能机床第三十八页，共48页。信息塔(e-Tower) 机床信息化，具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网，实时反映机床工作状态和加工进度。 操作权限指纹确认。工件试切时，可在屏幕观察加工过程。故障报警显示、在线帮助排除。操作权限指纹确认加工任务完成情况和机床状态可用手机查询数码相机- 39 -4.4.关键支撑技术关键支撑技术智能加工装备智能加工装备第三十九页，共48页。- 40 -4.4.关键支撑技术关键支撑技术智能加工装备智能加工装备2 2）智能机器人第四十页，共48页。- 41 -4.4.关键支撑技术关键支撑技术智能加工装备智能加工装备3 3）增材制造（3D3D打印）打印） 增材制造是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术, 被誉为有望产生“新一新一次次工业革命”的代表性技术。3D打印全球市场规模（亿美元）中国产3D打印装备仅占3%3D打印技术有待充分成熟，主流市场有待进一步培育。从技术成熟到适应市场需求还将需要510年的培育期。第四十一页，共48页。传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器4.4.关键支撑技术关键支撑技术智能传感器智能传感器1)基于智能传感的物联网络第四十二页，共48页。- 43 -4.4.关键支撑技术关键支撑技术智能传感器智能传感器基于智能传感的物联网络第四十三页，共48页。智能车身工艺设计系统零件公差零件