智能制造发展现状及趋势

汇报人：高晓龙2022.4.14 PART 01团队介绍 PART 02国家智能制造战略简读PART 03数字化制造现状PART 04智能制造现状PART 05智能制造发展趋势 PART 01团队介绍 1.团队成员2.主要学术贡献及成果 1.团队成员 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 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。 余浩魁 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。 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。 2.主要学术贡献及成果 主要内容 创新点 成果转化价值 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 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 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。 2.主要学术贡献及成果 主要内容 成果转化价值 创新点 、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 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 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 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 2.主要学术贡献及成果 主要内容 成果转化价值 创新点 、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 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。 2.主要学术贡献及成果 主要内容 成果转化价值 创新点 、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。 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。 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 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。 PART 02智能制造概述 1.指导思想2.广义概念3.发展历程4.技术路线 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。 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。 2.广义概念 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 4.技术路线 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 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，再发展数字化网络化制造，进而发展新一代智能制造”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” 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 PART 03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 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 (B777) 美国B777的应用效果 Ø开发周期：9年→4.5年Ø成本降低：25％Ø100％整机数字化设计Ø世界垄断与霸主地位 通用公司应用状况 Ø开发周期（48月→24月→12月）Ø碰撞试验（100次→50次）Ø个性化定单→3小时Ø通过在线采购降低成本10％ 2.数字化制造特征 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。 3.数字化制造关键技术-数字孪生 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 2.仿真 3.数字化制造关键技术-数字孪生 发展趋势 2全生命周期化——从产品设计和服务阶段向产品制造阶段 1拟实化——多物理建模 3集成化——与其他技术融合 延伸 l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。 YOURTEXT INHEREl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。l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。 l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。 l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。 l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。 3.数字化制造关键技术-制造信息集成技术 4.汽车数字化制造技术体系 汽车数字化开发FORDC3P（CAD/CAE/CAM/PDM） 4.汽车数字化制造技术体系 (1)车身制造数字化工艺 4.汽车数字化制造技术体系 (2)冲压成形工艺稳健设计 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？ 参数敏度4.汽车数字化制造技术体系 4.汽车数字化制造技术体系 (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。 涉及5大总成84个薄板件装配，严重影响前部密封、噪声、外观等产品性能-28- 4.汽车数字化制造技术体系 (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 4.汽车数字化制造技术体系 4.汽车数字化制造技术体系 (4)汽车数字化开发–协同开发 PART 04智能制造技术现状 1.智能制造的系统集成2.关键支撑技术—智能加工装备3.智能工厂 2.关键支撑技术—智能加工装备 （1）智能机床 2.关键支撑技术—智能加工装备 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 2.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。 3.智能工厂 世界上最先进的数字化工厂在中国落户—西门子成都工厂 单线产能：>2400件/天过程数据> 15万/天过程质量控制点16点/件 l在西门子成都工厂研发生产一件新产品，它都会拥有自己的数据信息。这些数据信息在研发、生产、物流的各个环节中被不断丰富，实时保存在一个数据平台中。l工厂的运行基于这些数据基础，PLM（产品全生命周期管理系统）、NX（全三维参数字化设计和分析）、ERP(人财务）、MES（制造执行系统）、TIA（全集成自动化）及WMS供应链管理，全部实现了无缝的信息互联，造就出了一幅透明的数字化工厂的画面。 3.智能工厂 智能制造的数字化西门子成都工厂建设 生产智能化 管理智慧化 服务智能化 研发设计三维化 将西门子管理思想和管理模式融入到信息化系统之中，将行之有效的管理精髓固化到流程之中。通过全流程型业务驱动和全球供应链协同，构建记录可追溯、风险预控、信息安全的稳健运作体系 把客户建到电脑，通过信息互通、设备互联、环境模拟、远程监控，建立覆盖全生命周期的服务大数据系统，为客户提供全天候及时在线的设备与服务 把产品塞入电脑，采用参数化设计及虚拟仿真设计技术，打造技术引领的“零缺陷”装备产品，满足客户定制化、个性化、多样化和快速交付的目标要求 把车间搬进电脑，采用精益流水线以及智能生产与检测设备，建设数字化自动车间、立体智能物流体系和高效供应链系统 智能制造的数字化西门子成都工厂业务架构参考模板 3.智能工厂 智能制造的数字化西门子成都工厂建设成熟度演变 1.智能化设计、分析2.基于三维模型的信息互连3.工业自动化系统4.传感器系统5.驱动系统6.网络结构及通讯产品7.工业大数据 3.智能工厂 建立数学模型，利用真实数据（流程和订单等）进行仿真试验，在试验基础上得到真实系统压力下的系统能力测算，优化西门子原有工厂，建设提供近似真实的参照，经过多年规划和优化，形成平台化、透明化及自动化工厂。 3.智能工厂 3.智能工厂 西门子智能制造的数字化工厂建设模板被企业广泛采纳 3.智能工厂 三环车桥和锻造是复制西门子模板建设数字化工厂典范 迈进工业3.X时代软件与软硬互联 ü数字化方面：主要引入基于模型的参数化设计、分析、检测及加工一体化，建立标准化和规范化的数字化三维设计和分析手段，以结构化工艺设计与仿真的业务流程，以知识和流程驱动的基于模型的数字化工厂，实现数字化车间生产运营管理，生产制造智能信息分析。 ü自动化方面：主要引入制造（包括机加、前处理、装配等工艺）柔性生产单元或产线等。 ü智能化方面：建立工厂制造工艺知识库和智能逻辑规则，在部分工艺设计实现智能化工艺，在部分制造柔性单元按照智能逻辑规则进行智能化生产，具 3.智能工厂 中集集团是复制西门子模板建设集团数字化工厂典范 3.智能工厂 中集集团是复制西门子模板建设集团数字化工厂典范 3.智能工厂 3.智能工厂 通过数字化工厂建设实现生命周期生态圈互联 3.智能工厂 未来的智能制造的数字化工厂互联模式 3.智能工厂 未来的智能制造的数字化工厂KPI 3.智能工厂