智能制造与数字孪生技术：面向可持续制造方向发展-天津大学

天津大学——面向可持续制造方向发展一、新一代智能制造模式下的思考2一、新一代智能制造模式下的思考天大精益智能可重构数控系统1.1当代智能制造的发展阶段1.1当代智能制造的发展阶段1.2智能制造时代企业如何生存和发展1.2智能制造时代企业如何生存和发展1.3未来智能制造新业态的核心技术1.3未来智能制造新业态的核心技术将人类带入分工明确、步提高生产自动化水平大批量生产的流水线模创造机器工厂的“蒸汽时代”式和“电气时代”创造机器工厂的“蒸汽时代”电力广泛应用18世纪末20世纪初1970年代初今天时间轴1.1当代智能制造的发展阶段1.1当代智能制造的发展阶段Al技术Al技术家知识大数据源(维)重现，多维仿真，深度推Al技术智能制造增强感知控制增强专家知识增强感知控制增强专家知识网络制造完备数大数据据库网络制造装备智能化生产智能化制造智能化1.11.1当代智能制造的发展阶段工业3.工业3.0应用电子信息技术进一步提高生产自动化水平工业1.0电力广泛应用蒸汽机智能18世纪末20世纪初1970年代初今天时间轴工业2.0将人类带入分工明确、大批量生产的流水线模式和“电气时代”开始应用信息物理融合信息物联系统创造机器工厂的“蒸汽时代”新一新一代智能化网络化网络化范式演进网络化制造数字化口选择核心技术高质量落实新一代信息技术先进制造技术口选择核心技术高质量落实新一代信息技术一修理成本一消费者伤害一一修理成本一消费者伤害一消费者保证-可再制造性一可再生能源-投诉一再制造成本一一面向环境的设计可持续的生态环境/a/156820371658106口装备智能化口生产智能化覆盖全企业先进制造技术企业资源规划生产透明化先进制造技术企业资源规划口服务智能化口服务智能化制造执行系统传感器-执行器-设备报废/a/156820371658106二.智能制造与数字孪生技术Al技术CNÍSD:connectionbetweenCNÍSD:connectionbetween信息管理执行信息监测预测models硬件关键技术modelsCN_CN_PV:connectionbetweenphysicalentitiesandvirtualmodelsPhysicalentitiesVirtualmodelsPhysicalentities算法库深度学习数据库基础数学库NC-Link数控床,2.1数字孪生技术——智能机床物理系统物理系统机器执行机构机器执行机构分析决策分析决策学习认知大数据与处理视觉、听觉、与处理视觉、听觉、human-cyber-physicalMOMT)是机床的最初形态，它是人和机床物理系统的融合。操作者通过人脑的感知和决策，用双手MOMT)是机床的最初形态，它是人和机床物理系统的融合。操作者通过人脑的感知和决策，用双手操控机床，完成零件加工。SecureSecureNetwork-Security/Firewall机床热误差模型其他智能机床的控制策略与知识数控机床编码器、电流、温度传感器决策与优化1.质量提升2.工艺优化3.健康保障4.生产管理感知、分析决策、认知零件双码联控CAD/CAM控制智能控制i代码机床动力学模型大数据平台机器学习、深度学习强化学习、迁移学习自主感知与连接自主学习与建模自主控制与执行伺服PID实时调节外部传感器数据编码器、进给传感器电机PID实时调节机床全生命周期数字孪生NC-LINK插补新一代人工智能技术融入数控机床，赋予机床学习的能力，可生成并积累知识。人的知识学习型脑力劳动交由数控系统完成。2.2数字孪生技术——智能生产规划2.2数字孪生技术——智能生产规划Source:DeloitteUniversityPress.关联共生能量有效能量有效工业周络数据]工业周络数据]快速快速原型制造企业联盟层理层生产管理层控制执行层物理实现层供应商研究所制造厂生产能力顶层规划和制造能力企业资源计划生产线布局规划总体规划生产线规划使用与维护产品维护产品需求工程集成设备布局重构处置建造※数字孪生是在虚拟空间中创建物理对象的高保真虚拟模型，以模拟其在现实世界中的行为并提供反馈，反映了双向动态映射过程。2.2数字孪生技术——智能生产规划2.2数字孪生技术——智能生产规划天津大学DataanalysisAppsandservicesPhysicalworldGeometrymodelDecision-making监测监测诊断预测调度控制数控机床工业机器人物流设备生产阶段设备、物料、行为响应机制、演变规仓储设备产品/物料运维阶段设计阶段系、运动关系模型2.2数字孪生技术——智能生产规划实例1一智能制造系统快速可重构设计产品规划产品规划供应链管理电子采购协同设计与制造产品和理层理层基于模型的工艺、检测企业资源计划和制造能力工艺需求规划运行规划运行维护工艺基于模型的制造运行管理生产线布设备布局局规划生产线布设备布局局规划集成与维护报废处置2.2数字孪生技术——智能生产规划天津大学智能制造系统数字孪生模型库运维数据加工特征加工特征加工工序全生命周期忠实映射与迭代优化2.2数字孪生技术——智能生产规划2.2数字孪生技术——智能生产规划智能制造系统快速可重构◆可适应工艺规划◆设备快速选型◆布局场景构建◆生产调度与优化◆丰富的模型种类与数量◆权限开放与动态更新◆支持多种格式二维图纸和三维模型导入数控机床加工仿真◆NC数据快速生成◆动态加工仿真机器人示教仿真◆基本机器人功能◆机器人圆弧示教工具◆机器人轨迹创建◆机器人喷涂可视化智能制造系统可视化仿真◆高度逼真的渲染效果◆摄像头仿真◆VR虚拟现实◆手机APP智能制造系统数字孪生仿真◆支持OPC-UA、TCP/IP等多种通讯协议PLC交互(虚拟调试)◆虚实同步仿真·支持虚拟调试、测试、维护项目交付项◆生成标准化项目文件统计和报告◆支持动态生产仿真数据可视化支持导出PDF和XLS等格式的生产仿真数据+支持大数据分析系统界面系统界面菜单栏/工具栏二其他功能按钮单元规划产线规划可适应工艺规划数控机床数控齿轮机床仓储物流设备工业机器人定义属性、行为、编号定义属性、行为，编号定属性、行为、编号无人机二工程场景实验室场景工装夹具资源库二结构设计与NC数据生成平台CAM仿真数据接口接口定义二加工仿真资源库加工仿真效据接口T型螺杆数控机床定义属性、行为、编号定义属性、行为、编号□定义属性、行为、编号智能制造系统可适应规划仿真平台红天二机加工车间场景焊接车间场景喷涂车间场景装配车间场景专用机床工装夹具变位机构新松红天二单元内部定义单元间物理接口单元间数字接口单元间控制接口工艺规划工序动态调度定义属性、行为、编号夹具仿真资源库布局优化与重构□仿真结果分析数控车床定义属性、行为、编号三轴加工中心五轴加工中心TSIM沈阳机床系统可视化仿真场景资源库二设备资源库本地资源二数控钻孔机通用机床VE²总体架构※该平台为立足国际先进可视化仿真软件内核，自主二次开发的智能制造系统高级仿真软件※该平台不仅适用于智能制造装备等工程过程的规划 仿真与快速响应设计，还可广泛应用于教学与实训※权限开放与动态更新的智能制造装备网络模型库(已有2400+各种机床、机器人、仓储物流组件模型)※建模操作简单，模型功能属性完善，支持所有CAD格式导入※支持OPC一UA等多种通讯协议，实现复杂智能制造系统数字孪生，实现虚拟装调、测试与维护。※自定义个性化模型库※权限开放与动态更新的智能制造模型库(2400+)※建模操作简单，模型功能属性完善※自定义个性化模型库机床库机器人库物流仓储设备库夹具库※虚拟数控系统控制虚拟机床※实际数控系统控制虚拟机床※机器人圆弧示教※机器人焊接示教※机器人抓取示教※机器人识别抓取=ServertosAOLiHatchContolOUT=ServertosAOLiHatchContolOUTConnectedVariables×Snucture※智能制造系统搭建可视化仿真※机械手自动上下料可视化仿真必汽车装配可视化仿真※智能物流可视化仿真5边LlireVR三.新一代智能制造高端人才培养3.1实际工程案例天津大学行为数据接口制造需求可适应工艺规划生产调度制造需求可适应工艺规划场景资源数控设备资源场景资源数控设备资源制造资源三维模型检索物理/几何接口重用夹具设计与布局优化NC数据重用加工仿真优化互联网更新选配客户交互(互联网、云平台)设备选型客户交互(互联网、云平台)设备选型虚拟调试智能制造系统3.