智能制造发展现状及趋势

智能制造发展现状及趋势 汇报人：高晓龙 2022.4.14 1 CONTENTS 智能制造发展现状及趋势 PART01团队介绍 PART02国家智能制造战略简读 PART03数字化制造现状 PART04智能制造现状 PART05智能制造发展趋势 PART01 1.团队成员 团队介绍 2.主要学术贡献及成果 高晓龙 团队负责人，博士，副教授，毕业于 西安交通大学，主要从事机器人激光加工及集成技术研究 1.团队成员 刘晶 团队骨干，博士，副教授，毕业于西安交通大学，主要从事异种金属连接及模拟仿真研究。 张柯 团队骨干，博士，讲师，毕业于西北工业大学，主要从事新材料开发及性能检测研究。 李亨涛 团队骨干，在读博士，讲师，就读于北京工业大学，主要从事自动化及无损检测研究。 余浩魁 团队骨干，在读硕士，就读于宝鸡文理学院，主要从事激光熔覆研究。 主要内容 针对Ti/NiTi、Ti/Cu等异种金属焊接时易形成脆性化合物问题 创新点成果转化价值 提出能够避免异种金属焊接时形成金属间化合物的新方法 ，获得性能优良的接头 丰富激光异种金属焊接方法体系，为轻量化结构设计及制造提供新技术，对Ti作为轻质、高强、耐蚀、耐高温材料的推广应用具有重要理论意义和工程应用价值 研究成果获得国家自然基金支持1项，发表SCI论文6篇，EI论文1篇，授权发明专利3项，获得2020年宝鸡市自然科学优秀学术成果奖一等奖1项。 主要内容 创新点成果转化价值 提出超声辅助激光液态填充焊接方法，实现对钛合金厚板高质量焊接 解决了常规激光填丝焊接过程不稳定的现象，对满足现代工业生产和国防建设的短周期、低成本和高质量的钛合金厚板焊接需求有着显著的社会效益和经济效益 、 针对激光填丝焊过程中焊丝对激光能量反射、熔滴过渡对匙孔冲击引起的焊接过程不稳定这一核心问题展开研究 该研究获国家自然基金项目、陕西省重点研发计划项目支持 主要内容 创新点成果转化价值 提出钛合金型材挤压模具损伤修复及表面制备高强耐热涂层的激光处理新方法 该项目的研究成果有望突破现有钛合金型材挤压模具质量过低的技术瓶颈。该项目研发成果具有广阔的应用前景，预估每年为宝钛集团的模具耗材支出节省400余万元 、 针对钛合金型材挤压模具寿命过低问题，开展模具基体修复和高强耐热表面处理技术研究 该项目受宝鸡钛业股份有限公司委托，正在有序实施中，第一项研究内容已于2021年8月完成，现场试制结果良好。 主要内容 、 针对钛合金无损残余应力测试精度不高问题，开发出新型超声楔块及智能测试系统，目前已开发出第二代样机。 创新点成果转化价值 突破现有超声测试技术瓶颈，研发出大尺寸钛合金构件残余应力超声无损检测新技术及新设备 本项目研发的钛合金超声无损应力测试设备操作方便、测试高效、结果准确，且超声无损应力测试设备价格估算仅为类似产品的60％-70％，具有较好的市场前景。 该项目与宝鸡钛业股份有限公司合作，已开发无磁性材料残余应力无损检测超声探头楔块及测试流程，现场试用效果良好，并申报发明专利1项。 PART02 1.指导思想 2.广义概念 3.发展历程 4.技术路线 智能制造概述 1.指导思想 工信部等八部门联合印发《”十四五”智能制造发展规划》 指导思想 以新一代信息技术与先进制造技术深度融合为主线，深入实施智能制造工程，着力提升创新能力、供给能力、支撑能力和应用水平，加快构建智能制造发展生态，持续推进制造业数字化转型、网络化协同、智能化变革，为促进制造业高质量发展、加快制造强国建设、发展数字经济、构筑国际竞争新优势提供有力支撑。 12月28日新闻发布 发展路径 立足制造本质，紧扣智能特征，以工艺、装备为核心，以数据为基础，依托制造单元、车间、工厂、供应链等载体，构建虚实融合、知识驱动、动态优化、安全高效、绿色低碳的智能制造系统，推动制造业实现数字化转型、网络化协同、智能化变革。 3 数字化网络化 智能化---- 新一代智能制造 2 数字化网络化 2.广义概念 1 数字化 广义智能制造 是一个大概念是先进制造技术与新一代信息技术的深度融合，贯穿产品、制造、服务全生命周期的各个环节及制造系统集成实现制造的数字化、网络化、智能化不断提升企业的产品质量、效益、服务水平推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展 三种智能制造的基本范式 体现着国际上智能制造发展历程中的三个阶段 对我国而言必须发挥后发优势，采取三个基本范式“并行推进、融合发展”的技术路线 计算机集成制造系统(CIMS) 智能制造的基础 覆盖全生命周期的制造系统 我国大多数企业，特别是广大中小企业还没有 制造系统具备了“学习”能力 深度学习 增强学习 迁移学习 显著提高制造领域创新与服务能力 计算机数字控制 1 完成数 字化制造转型 先进制造技术+新一代人工智能技术 3 数字化制造数字化网络化智能化制造 我国推进智能制造的重点是大规模推广和全面应用数字化网络化制造—第二代智能 企业内、企业间的协同和各种社会资源的共享与集成 人、流程、数据和事物连接起来 数字化网络化制造 2 “互联网+制造” 增加信息系统CyberSystem 增加认知和学习功能 “信息-物理系统”CPS实现了信息系统和物理系统的深度融合，实现了数字栾生（DigitalTwin),成为实现智能制造的技术基础。 4.技术路线 01 03 智能制造在西方发达国家是一个“串联式”的发展过程数字化、网络化、智能化是西方顺序发展智能制造的三个阶段。 我国必须坚持“创新引领”直接利用互联网、大数据、人工智能等最先进的技术瞄准高端方向，加快研究、开发、推广、应用新一代智能制造技术走出一条推进智能制造的新路 我国不能走西方顺序发展的老路：“他们是用几十年时间充分发展数字化制造之后，再发展数字化 02网络化制造，进而发展新一代智能04 对我国而言必须发挥后发优势，采取三个基本范式“并行推进、融合发展”的技术路线 制造”如果是这样，我们就无法完成制造业转型升级的历史任务。 我们必须实事求是，循序渐进分阶段推进企业的技术改造、智能升级。针对我国大多数企业尚未实现数字化转型的“基本国情”，各个企业都必须补上“数字化转型”这一课。补好智能制造的基础 根据自身发展的实际需要，“以高打低，融合发展” PART03数字化制造应用 1.发展背景 2.数字化制造特征 3.数字化制造关键技术 4.汽车数字化制造技术体系 1.发展背景 18世纪末 第二次工业革命 20世纪初 第二次工业革命 70年代初第二次工业革命 至今 第三次工业革命 蒸汽机普通机床数控机床智能机床 机械化生产蒸汽驱动 批量流水线生产电力驱动 加工装备+电动机 =电气化 自动化柔性生产计算机信息技术驱动 机床+数字编程= 数字化 智能化工厂、智能装备及信息通信数控机床+智能控制=智能化 工艺优化提升30%- 3倍 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 2.数字化制造特征 数字化手段有效地提升了产品开发质量 通用公司应用状况 开发周期（48月→24月→12月） 碰撞试验（100次→50次） 个性化定单→3小时 通过在线采购降低成本10％ 产品概念设计 产品详细设计 (B777) 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 生产线 系统 采用数学化仿真手段，对制造过程中制造装备、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。 铣削机床镗拉机床 材料毛坯实物产品 冲压机床焊接装备 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 数字化技术体系 PDM:Team-CenterERP:SAP、Enovia CAD:UG/Catia/PRO-ECAE:Nastran/Ansys 产品数字化 控制：NC,CNC,DNC系统：MC,FMC,FMS 装备数字化 工艺数字化 涉及装备与产品的几何、力学行 为的耦合CAPP、DFX 基本概念 以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力。 需要技术 1.建模2.仿真3.数字线程 YOURTEXTINHERE 1 拟实化 ——多物理建模 数字孪生在工业领域应用的成功程度取决于数字孪生的逼真程度，即 拟实化程度。 多物理建模将是提高数字孪生拟实化程度、充分发挥数字孪生作用的 重要技术手段。 2全生命周期化——从产品设计和服务阶段向产品制造阶段 延伸 基于物联网、工业互联网、移动互联等新一代信息与通信技术，实时采集和处理生产现场产生的过程数据，并将这些过程数据与生产线数字孪生进行关联映射和匹配，能够在线实现对产品制造过程的精细化管控。 结合智能云平台以及动态贝叶斯、神经网络等数据挖掘和机器学习算法，实现对生产线、制造单元、生产进度、物流、质量的实时动态优化与调整。 3集成化 ——与其他技术融合 数字线程技术作为数字孪生的使能技术，用于实现数字孪生全生命周期各阶段模型和关键数据的双向交互。 是实现单一产品数据源和产品全生命周期各阶段高效协同的基 础。 发展趋势 工艺过程优化 多车间生产排序 涂胶工艺切换装置 缸体工装快速切换装置 数据采集识别 生产数据采集 车身识别 缸盖3D扫描 生产执行控制 涂装路由控制 PBS路由控制 中央控制 物料精准配送 物料货架 物料匹配 物料搬运 汽车数字化开发FORDC3P（CAD/CAE/CAM/PDM） 工艺 结构设计 设计 虚拟 概念测试 设计 以虚拟样机技术支持自主车型整车开发全过程 虚拟样机 数字化样机系统 数字化样机试验 数字化样机评审 (1)车身制造数字化工艺 薄板产品制造误差 仿真分析与评价 工艺动态调试与优化 零件成形 部件连接 整机装配 薄板成形工艺稳健设计单工位装配偏差精确仿真多工位偏差流系统仿真 (2)冲压成形工艺稳健设计 材料波动 摩擦波动 压机波动 考察的指标 产品设计 成形工艺参数 成形模具 质量分布概率密度 如何通过成形工艺参数设计，降低质量波动对随机工艺参数的敏感度？ 实际成形零件 (2)冲压成形工艺稳健设计 参数敏度分 析 材料参数波动 宝钢集团 6大类 46种因素 屈服强度、硬化指数 质量波动 双层响应面稳健优化 、厚向异性、延伸率 起皱和开裂等质量指标与工艺敏感参 汽车企业 压边力、拉伸筋、润滑、冲压方向 工艺参数波动 SM SM 数的映射关系 质量指标均值和方差与工艺控制参数的映射关系 参数敏度分析 Min (wrinkle ,wrnikle) , s.t. SM 3.72SM 8% 冲压稳定性评估 工艺稳健优化设计 实现低成本条件下成形质量的稳定控制 (3)车身装配偏差分析 某车型前舱匹配面临多曲面交汇、多零件变形协调、多偏差流积聚难题，代表整车装配水平。 A间隙:±0.5 B间隙:±0.5 区面差:+0.5 C间隙:±0.5 前盖 区面差:+0.5 前舱 翼子板 区面差:+1.0 G 间隙:±1.0 D 间隙:±0.5 区 面差:+1.0 区 面差:+0.5 F 区 间隙:±0.5 面差:+0.5 E区 间隙:±1.0 面差:+1.0 前保 大灯 涉及5大总成84个薄板件装配，严重影响前部密封、 -28- 噪声、外观等产品性能 (3)车身装配偏差分析 构建前脸装配偏差封样模型，预测7个关键区域的装配间隙和面差，确定偏差流传递路径，快速诊断偏差源 输入参数 装配顺序零件公差定位方案接头形式材料参数 输出结果 A区(保险杠)配合公差 B区