从数字化制造到智能制造

关于从数字化制造到智能制造1-1-改革开放30多年来，科技进步在制造领域发挥了重要作用，“人口红利”与“政策红利”相辅相成，显著提高了“中国制造”产品的市场竞争力。1.“中国制造”改变着整个世界第2页,共47页，2024年2月25日，星期天-2-1.“中国制造”改变着整个世界中国制造日本制造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。中国极可能成为“第五个”世界制造中心。伴随世界制造业的发展，在不同的阶段形成了四大世界级制造中心。第3页,共47页，2024年2月25日，星期天自1994年人民币汇率改革以来,在中国保持对美商品出口快速增长的同时,美国对中国产品反倾销调查和反倾销最终措施数量也有了大幅地增长。欧美采取贸易保护反制-3-1.“中国制造”改变着整个世界第4页,共47页，2024年2月25日，星期天-4-2.美国对“中国制造”的忧虑美国奇点大学著名教授瓦德瓦2012年1月11日在《华盛顿邮报》认为：

我们将人工智能、机器人和数字化制造相结合，使得美国企业家在本土建厂，生产出各种产品，这是一场制造业的革命。中国还如何能与我们竞争？很快就轮到中国担忧了。寻求技术跨越第5页,共47页，2024年2月25日，星期天-5-3.目前德国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6页,共47页，2024年2月25日，星期天-6-4.“中国制造”亟待技术跨越产品质量有待提高在产业链的下游：核心技术亟待加强与欧美产品相比：质量存在明显差距第7页,共47页，2024年2月25日，星期天-7-从价格优势到技术优势转变成本上升（人力、土地、能源）用工荒（技术工人不足）国家出口退税政策变化国内：周边国家新制造工厂的兴起越南印度国外：4.“中国制造”亟待技术跨越第8页,共47页，2024年2月25日，星期天报告提纲-8-一、为什么要发展智能制造？二、工业4.0与智能制造三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望第9页,共47页，2024年2月25日，星期天1.工业革命发展历程-9-18世纪末20世纪初70年代初至今第一次工业革命机械化生产蒸汽驱动第二次工业革命批量流水线生产电力驱动第三次工业革命高自动化柔性生产计算机信息技术驱动第四次工业革命智能化工厂智能装备及信息通信第10页,共47页，2024年2月25日，星期天蒸汽机普通机床数控机床智能机床加工装备+电动机=电气化机床+电脑=按编程操作适应能力低数控机床+智能控制=工艺优化提升30%-3倍-10-1.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：智能化机械传动+蒸汽驱动=机械化第11页,共47页，2024年2月25日，星期天工业1.0一、工业4.0的意义1.工业革命发展历程-11-第12页,共47页，2024年2月25日，星期天一、工业4.0的意义1.工业革命发展历程工业2.0-12-第13页,共47页，2024年2月25日，星期天1.工业革命发展历程工业3.0-13-第14页,共47页，2024年2月25日，星期天1.工业革命发展历程工业4.0（人机对话）-14-第15页,共47页，2024年2月25日，星期天2.数字化制造的特征镗拉机床铣削机床

采用数字化仿真手段，对制造过程中制造装备、制造工艺、制造系统以及产品性能进行定量描述，使工艺设计从基于经验的试凑向基于科学推理转变。生产线系统材料毛坯实物产品冲压机床焊接装备-15-第16页,共47页，2024年2月25日，星期天数字化技术体系：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。制造系统数字化CAD:UG/Catia/PRO-ECAE:Nastran/AnsysPDM:Team-CenterERP:SAP、Enovia控制：NC、CNC,DNC系统：MC,FMC,FMS涉及装备与产品的几何、力学行为的耦合！影响产品性能影响制造效率影响制造效率影响制造质量2.数字化制造的特征-16-第17页,共47页，2024年2月25日，星期天-17-2.数字化制造的特征汽车发动机上端盖第18页,共47页，2024年2月25日，星期天传感检测信息化、实时化装备运行过程检测制造质量的检测工艺设计智能化、知识化制造工艺的智能设计制造工艺的实时规划控制执行柔性化、自动化装备自动控制装备柔性操作-18-3.智能化制造的特征第19页,共47页，2024年2月25日，星期天报告提纲-19-一、为什么要发展智能制造？二、工业4.0与智能制造三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望第20页,共47页，2024年2月25日，星期天1.数字化手段有效地提升了产品开发质量美国B777的应用效果开发周期：9年→4.5年成本降低：25％100％整机数字化设计世界垄断与霸主地位飞机数字化开发（B777)-20-第21页,共47页，2024年2月25日，星期天产品生产控制中心1.数字化手段有效地提升了产品开发质量飞机数字化开发（B787)-21-第22页,共47页，2024年2月25日，星期天采购管理人员质量管控人员全球物流专家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车间车间装配现场生产、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.数字化手段有效地提升了产品开发质量飞机数字化开发（B787)-22-第23页,共47页，2024年2月25日，星期天数控织机，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.数字化手段有效地提升了产品开发质量数控纺织机械-23-第24页,共47页，2024年2月25日，星期天机械长轴传动最高速度：160米/分电子长轴传动以电子虚拟轴作为主导轴，机器各单元分散驱动；传动由智能化驱动器高精度控制的电子长轴；最高印刷速度：350米/分1.数字化手段有效地提升了产品开发质量数控印刷机械-24-第25页,共47页，2024年2月25日，星期天2.高精度数字化制造主要研究范围-25-3.超高精度、高性能平面、曲面制造2.高效精密切削磨削加工4.特殊功能结构的特种加工（电火花加工、激光加工、声波加工）5.复杂机械系统装配性能保障6.制造系统运行优化1.数字化设计-加工-测量一体化第26页,共47页，2024年2月25日，星期天报告提纲-26-一、为什么要发展智能制造？二、工业4.0与智能制造三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望第27页,共47页，2024年2月25日，星期天27-27-1.智能化工厂实例第28页,共47页，2024年2月25日，星期天-28-1.智能化工厂实例第29页,共47页，2024年2月25日，星期天2.信息物理系统是智能制造的本质信息物理系统（CPS）-29-第30页,共47页，2024年2月25日，星期天物理信息2.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-30-第31页,共47页，2024年2月25日，星期天二、工业4.0时代的智能制造3.智能制造的运作-31-第32页,共47页，2024年2月25日，星期天3.智能制造的运作-32-第33页,共47页，2024年2月25日，星期天3.智能制造的运作-33-第34页,共47页，2024年2月25日，星期天-34-将传感器及智能决策软件与装备集成，实现感知、分析、推理、决策、控制功能，使工艺能适应制造环境变化.传感检测装备运行监控制造质量检测控制执行装备自动控制装备柔性操作工艺设计工艺智能创成工艺实时规划4.关键支撑技术第35页,共47页，2024年2月25日，星期天-35-4.关键支撑技术—智能加工装备1）智能机床第36页,共47页，2024年2月25日，星期天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-36-4.关键支撑技术—智能加工装备1）智能机床第37页,共47页，2024年2月25日，星期天信息塔(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-37-4.关键支撑技术—智能加工装备第38页,共47页，2024年2月25日，星期天38-38-4.关键支撑技术—智能加工装备2）智能机器人第39页,共47页，2024年2月25日，星期天-39-4.关键支撑技术—智能加工装备3）增材制造（3D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5~10年的培育期。第40页,共47页，2024年2月25日，星期天传感器传感器传感器传感器4.关键支撑技术—智能传感器1)基于智能传感的物联网络第41页,共47页，2024年2月25日，星期天-41-4.关键支撑技术—智能传感器基于智能传感的物联网络第42页,共47页，2024年2月25日，星期天智能车身工艺设计系统零件公差装配顺序定位装夹连接参数新工艺设计模型4.关键支撑技术—智能制造工艺-42-第43页,共47页，2024年2月25日，星期天-43-5.智能制造应用愿景中德签署《中德合作行动纲领》