1、?数字化到智能化的跨越1.1.“中国制造中国制造”改变着整个世界改变着整个世界-1-改革开放改革开放30多年来，多年来，科技进步在制造领域发挥科技进步在制造领域发挥了重要作用，了重要作用，“人口红利人口红利”与与“政策红利政策红利”相辅相相辅相成，显著提高了成，显著提高了“中国制中国制造造”产品的市场竞争力。产品的市场竞争力。?11.1.“中国制造中国制造”改变着整个世界改变着整个世界-2-中国已经成为全球第二大经济体。中国中国已经成为全球第二大经济体。中国极可能成为极可能成为“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伴随世界制造业的发展，在不同的阶段形成形展，在不同的阶段形成
2、形成了四大世界级制造中心成了四大世界级制造中心。美国制造德国制造中国制造中国制造日本制造英国制造175018001850190019502000?220501.1.“中国制造中国制造”改变着整个世界改变着整个世界-3-?欧美采取贸易保护反制欧美采取贸易保护反制自自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在中国保持对美商品出口快速增长的同时出口快速增长的同时,美国对中国产品反倾销调查和反倾美国对中国产品反倾销调查和反倾?3销最终措施数量也有了大幅地增长。销最终措施数量也有了大幅地增长。2.2.美国对美国对“中国制造中国制造”的忧虑的忧虑-4-?寻求技术跨越
3、寻求技术跨越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年年1月月11日在华盛顿邮日在华盛顿邮报认为：报认为：我们将我们将人工智能、机器人和人工智能、机器人和数字制造数字制造相结合，使得美国企相结合，使得美国企业家在本土建厂，生产出各种业家在本土建厂，生产出各种产品，产品，这是一场这是一场制造业的革命制造业的革命。中国还如何能与我们竞争？。中国还如何能与我们竞争？很快就轮到中国担忧了。很快就轮到中国担忧了。3.3.德国制造业面临的压力德国制造业面临的压力-5-1234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567发展中国家技术实力不断增强经济全
4、球化中，需要对市场做出快速响应需要根据消费者需求，实现差异化、个性化的生产保持制造业国际领先地位所需的标准化制造业占据全国GDP的25%、出口总额的60%，影响极大?584.4.“中国制造中国制造”亟待技术跨越亟待技术跨越-6-?产品质量有待提高产品质量有待提高?在产业链的下游：核心技术亟待加强在产业链的下游：核心技术亟待加强?与欧美产品相比：质量存在明显差距与欧美产品相比：质量存在明显差距4.4.“中国制造中国制造”亟待技术跨越亟待技术跨越-7-?从价格优势到技术优势转变从价格优势到技术优势转变国内国内：?成本上升（人力、土地、能源）成本上升（人力、土地、能源）?用工荒（技术工人不足）用工荒
5、（技术工人不足）?国家出口退税政策变化国家出口退税政策变化国外国外：?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?7报告提纲-8-4.04.0与智能制造与智能制造四、智能制造技术及应用展望四、智能制造技术及应用展望?8一、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、工业三、数字化制造及其研究进展三、数字化制造及其研究进展1.1.工业革命发展历程工业革命发展历程-9-第四次工业革命智能化工厂智能化工厂智能装备及信息通信智能装备及信息通信第三次工业革命高自动化柔性生产高自动化柔性生产计算机信息技术驱动计算机信息技术驱动第二次工业革命批量流水线生产批量流水线
6、生产电力驱动电力驱动第一次工业革命机械化生产机械化生产蒸汽驱动蒸汽驱动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?91.1.工业革命发展历程工业革命发展历程-10-蒸汽机工业1.0：机械化普通机床数控机床智能机床加工装备加工装备机床机床数控机床数控机床+电动机电动机电脑电脑智能控制智能控制=电气化电气化按编程操作按编程操作工艺优化工艺优化适应能力低适应能力低提升提升30%-330%-3倍倍工业2.0：电气化工业3.0：数字化工业4.0：智能化1.1.工业革命发展历程工业革命发展历程?一、工业工业 1.04.0的意义1.1.工业革命发展历程工业革命发展历程?一、工业4.
7、0的意义工业 2.01.1.工业革命发展历程工业革命发展历程工业 3.02.2.数字化制造的特征数字化制造的特征采用数学化仿真手段，对制造过程中制造装备、制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经验的试凑向基于科学推理转变。铣削机床铣削机床镗拉机床镗拉机床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2.2.数字化制造的特征数字化制造的特征数字化技术体系：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
8、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。CAD:UG/Catia/PRO-ECAD:UG/Catia/PRO-ECAE:Nastran/AnsysCAE:Nastran/Ansys影响产品性能影响产品性能产品产品数字化数字化PDM:Team-CenterPDM:Team-CenterERP:SAPERP:SAP、EnoviaEnovia影响制造效率影响制造效率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！CAPPCAPP、DFXDFX？制造系统制造系统数字化数字化控制：控制：NC,CNC,DNCNC,CNC,DNC系统：系统：MC,F
9、MC,FMSMC,FMC,FMS装备装备数字化数字化工艺工艺数字化数字化影响制造效率影响制造效率影响制造质量影响制造质量?152.2.数字化制造的特征数字化制造的特征-16-?163.3.智能化制造的特征智能化制造的特征-17-工艺设计智能化、知识化传感检测信息化、实时化?装备运行境检测制造质量的检测?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报告提纲-18-4.04.0与智能制造与智能制造四、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、工业三、数字化制造及其研究进展三、数字化制造及其
10、研究进展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?飞机数字化开发飞机数字化开发（B777)B777)美国美国B777B777的应用效果的应用效果?开发周期：开发周期：9 9年年4.54.5年年?成本降低：成本降低：2525?100100整机数字化设计整机数字化设计?世界垄断与霸主地位世界垄断与霸主地位?191.1.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?飞机数字化开发飞机数字化开发（B787)B787)Production Integration Center1.1.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
11、发质量?飞机数字化开发飞机数字化开发（B787)B787)视频会议?车间?车间生产监控生产管控人员质量管控人员技术工程师技术支持全球物流专家供应商管理人员采购管理人员环境预警物流准备高清视频、生产信息、物流信息等装配现场技术支持质量管理物流支持采购支持环境信息支持全球供应商工厂.生产、装配现场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?数控纺织机械数控纺织机械手动式半自动全数控数控织机，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?数控印刷机械数控印刷机械机械
12、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：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?汽车数字化开发汽车数字化开发通用公司应用状况通用公司应用状况?开发周期（开发周期（4848月月2424月月1212月）月）?碰撞试验（碰撞试验（100100次次5050次）次）?个性化定单个性化定单3 3小时小时?通过在线采购降低成本通过在线采购降低成本1010产品概念设计产品概念设计产品详细设计产品详细设计2.2.产品数字化制造的技术体系产品数字化制造的技术体系宏观制造过
13、程宏观制造过程微观制造过程微观制造过程?制造资源、环境的数字化制造资源、环境的数字化?经营、维修、使用数字化经营、维修、使用数字化?管理决策过程的数字化管理决策过程的数字化CAD/CAE/CAMCAPP/VA/DFX/加工过程仿真加工过程仿真NC/CNC/FMS/基于网络的制造基于网络的制造最最终终产产品品数字化制造的支撑技术：数字化制造的支撑技术：IGES STEP PDM MIS ERP2.2.汽车数字化制造的技术体系汽车数字化制造的技术体系?汽车数字化开发汽车数字化开发-FORD C3P（CAD/CAE/CAM/PDM）结构结构设计设计工艺工艺设计设计概念概念设计设计虚拟虚拟测试测试以虚
14、拟样机技术支持以虚拟样机技术支持自主车型整车开发全过程自主车型整车开发全过程2.2.汽车数字化制造的技术体系汽车数字化制造的技术体系?汽车数字化开发汽车数字化开发虚拟样机虚拟样机概念概念CAD结构设计结构设计控制设计控制设计可装配性设计可装配性设计可制造性分析可制造性分析整车结构分析整车结构分析iMan PDMS验证与测试验证与测试其他性能分析其他性能分析人机工程人机工程数据库数据库虚拟样机虚拟样机整车行驶性评价整车行驶性评价碰撞安全分析碰撞安全分析振振噪分析噪分析实车制造实车制造2.2.汽车数字化制造的技术体系汽车数字化制造的技术体系?汽车数字化开发汽车数字化开发协同开发协同开发1开发平台开
15、发平台汽车行业知识汽车行业知识/数据库数据库集团集团2开发平台开发平台动态联盟关系动态联盟关系动态联盟关系动态联盟关系设计中心设计中心钢厂钢厂研究院所研究院所零部件企业零部件企业设备制造企业设备制造企业集团集团3.3.关键技术关键技术-汽车数字化样机技术汽车数字化样机技术功能功能形状形状匹配匹配3.3.关键技术关键技术-汽车数字化样机技术汽车数字化样机技术?数字化样机系统数字化样机系统底盘系统底盘系统发动机发动机制动系统制动系统悬架系统悬架系统数字化样机数字化样机?几何模型几何模型功能模型功能模型?(30零部件零部件,子系统）子系统）样机模型样机模型?303.3.关键技术关键技术-汽车数字化样
16、机技术汽车数字化样机技术?数字化样机试验数字化样机试验?313.3.关键技术关键技术-汽车数字化样机技术汽车数字化样机技术?数字化样机评审数字化样机评审底盘系统底盘系统发动机发动机制动系统制动系统悬架系统悬架系统?System-Level Design Review系统级设计评审与决策系统级设计评审与决策?323.3.关键技术关键技术-车身制造数字化工艺车身制造数字化工艺工艺动态调试与优化零件成形部件连接整机装配薄板产品制造误差仿真分析与评价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?333.3.关键技术关键技术-车身制造数字化工艺车身制造数字化工艺1）冲压成形工艺稳健设计
17、-研究背景材料波动摩擦波动压机波动产品设计?质质量量分分布布概概率率密密度度成形工艺参数拉延筋拉延筋 1拉延筋拉延筋 2成形模具拉延筋拉延筋 3拉延筋拉延筋4?考考察察的的指指标标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3.3.关键技术关键技术-车身制造数字化工艺车身制造数字化工艺1）冲压成形工艺稳健设计-成形仿真成形仿真零件零件成形性分析成形性分析3.3.关键技术关键技术-车身制造数字化工艺车身制造数字化工艺1）冲压成形工艺稳健设计-成形仿真成形仿真某车副车架液压成形过程仿真3.3.关键技术关键技术-车身制造数字化工艺车身制造数字化工艺1）冲压成形工艺稳健设
18、计-成形仿真成形仿真开口方管滚弯成形过程仿真3.3.关键技术关键技术-车身制造数字化工艺车身制造数字化工艺1）冲压成形工艺稳健设计-成形仿真成形仿真参参数数敏敏材料参数波动材料参数波动度度分分屈服强度、硬析析化指数、厚向双层响应面稳健优化双层响应面稳健优化异性、延伸率质量波动质量波动4宝钢集团6大类46种因素汽车企业安全裕度标准差SM(%)压边力、拉伸筋、润滑、冲压方向工艺参数波动工艺参数波动?SM安全裕度均值 SM(%)?SM起皱和开裂等质量指标与工艺敏感参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废废品品率率（%）321023456789（2000年）1#拉0.20.25深筋0
19、.3阻力0.35系0.65数0.7压压边0.80.75pa)P(MHB强0.8压边0.75压强BHP(M0.7pa)0.20.350.3系数0.25阻力筋深1#拉Min(?,?)s.t.?3.72?8%wrinklewrnikleSMSM?参数敏度分析参数敏度分析?冲压稳定性评估冲压稳定性评估?工艺稳健优化设计工艺稳健优化设计,实现低成本条件下成形质量的稳定控制3.3.关键技术关键技术-车身制造数字化工艺车身制造数字化工艺1）冲压成形工艺稳健设计-案例案例?材料和工艺波动材料和工艺波动16020MPar：2.3 0.5f：0.10 0.05BHF:3.5 0.5吨吨三个区域成形相互制约，且材料
20、与工艺参数波动，造成开裂起皱缺陷。可控敏感参数：可控敏感参数：毛坯孔轮廓毛坯孔轮廓+s：通过毛坯轮廓等参数稳健设计，降低三个敏感区域对四参数波动的敏感性，使批量生?39产条件下侧围外板废品率控制在0.5%以内。2 2）车身装配偏差分析-仿真模型仿真模型?-40-?建立建立薄板多工位装配偏差流的状态空间方程薄板多工位装配偏差流的状态空间方程，实现给，实现给定工艺下层次化装配偏差流的定量分析定工艺下层次化装配偏差流的定量分析装配顺序装配顺序 kk=1k=2k=3k=N22122?(?2)V?AV?BV?wmmfVm(1)A?2?Vm(1)?(2)?(2)Vm(1)?零件零件 1Vm(2)总成总成
21、10.6偏差传递矩阵偏差传递矩阵A(2)上上级级装装配配偏偏差差(2)(2)(2)A?接头配置接头配置偏差传递率偏差传递率偏差控制矩阵偏差控制矩阵B(2)B?Sf?夹具影响夹具影响(2)+本本级级装装配配偏偏差差?0.5?0?0?0?0?00?0.30?1.00?00.6?00?00001.20?0.6000.8?v1?v?2?v3?v8?v9?v1v2v3零件零件2v8v90.30.70.6v1v2v30.90.60.7v8v9?2?偏差传递路径与传递率偏差传递路径与传递率2 2）车身装配偏差分析-应用案例应用案例?-41-某车型前舱匹配面临某车型前舱匹配面临 多曲面交汇、多零件变形协调、多
22、曲面交汇、多零件变形协调、多偏差流积聚多偏差流积聚难题，代表整车装配水平。难题，代表整车装配水平。A间隙间隙:0.5区区面差面差:+1.0B间隙间隙:0.5区区面差面差:+0.5C间隙间隙:0.5区区面差面差:+0.5G间隙间隙:1.0区区面差面差:+1.0F间隙间隙:0.5区区面差面差:+0.5E间隙间隙:1.0区区面差面差:+1.0D间隙间隙:0.5区区面差面差:+0.5涉及涉及5大总成大总成84个薄板件装配，严重影个薄板件装配，严重影响前部密封、噪声、外观等产品性能响前部密封、噪声、外观等产品性能2 2）车身装配偏差分析-应用案例应用案例?-42-构建前脸装配偏差封样模型，预测构建前脸装
23、配偏差封样模型，预测7个关键区域的装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。配间隙和面差，确定偏差流传递路径，快速诊断偏差源。输出结果输出结果输入参数输入参数装配顺序装配顺序A A区区(保险杠保险杠)配合公差配合公差零件公差零件公差定位方案定位方案接头形式接头形式材料参数材料参数C C区区(翼子板翼子板)配合公差配合公差B B区区(前盖前盖)配合公差配合公差3.3.关键技术关键技术制造信息集成技术制造信息集成技术生产生产执行执行控制控制涂装路由控制涂装路由控制PBS路由控制路由控制中央控制中央控制工艺过程优化工艺过程优化物料精准配送物料精准配送多车间生产排序多车间生产排
24、序物料货架物料货架涂胶工艺切换装置涂胶工艺切换装置物料匹配物料匹配缸体工装快速缸体工装快速切换装置切换装置数据数据采集采集识别识别物料搬运物料搬运生产数据采集生产数据采集车身识别车身识别缸盖缸盖3D扫描扫描4.4.当前汽车制造业的总体状态当前汽车制造业的总体状态报告提纲-45-4.04.0与智能制造与智能制造四、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、工业三、数字化制造及其研究进展三、数字化制造及其研究进展1.1.智能化工厂实例智能化工厂实例-46-?461.1.智能化工厂实例智能化工厂实例-47-2.2.信息物理系统是智
25、能制造的本质信息物理系统是智能制造的本质信息物理系统（CPS）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信息计算信息CPS物理系统通信物理控制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二、工业4.0时代的智能制造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平台3.3.智能制造的运作智能制造的运作二、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3.3.智能制造的运作智能制造的运作4.4.关键支撑技术关键支撑技术-55-将将传感器及智能决策软传感器及智能决策软件与装备集成，实现感知、分件与装备集成，实现感知、分析
26、、推理、决策、控制功能，使析、推理、决策、控制功能，使工艺能适应制造环境变化工艺能适应制造环境变化工艺设计工艺设计?工艺智能创成工艺智能创成工艺实时规划工艺实时规划传感检测传感检测?装备运行监控装备运行监控制造质量检测制造质量检测控制执行控制执行?装备自动控制装备自动控制装备柔性操作装备柔性操作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-56-1）智能机床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-57-1）智能机床性能评价闭环智能加工系统性能数据误差模型误差补偿零件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4.4.关键支撑技术关键支撑技术智能加工
27、装备智能加工装备-58-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、在线帮助排除数码相机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-59-2 2）智能机器人?594.4.关键支撑技术关键支撑技术智能加工装备智能加工装备-60-3 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“新一次新一次工业革命”的代表性技术。3D打印技术有待充分
28、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。3D打印全球市场规模（亿美元）中国产3D打印装备仅占3%?来源：来源：Wohlers Associates4.4.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-62-基于智能传感的物联网络4.4.关键支撑技术关键支撑技术智能制造工艺智能制造工艺-63-装配顺序装配顺序零件公差零件公差定位装夹定位装夹连接参数连接参数新工艺设计模型新工艺设计模型智能车身工艺设计系统4.4.关键支撑技术关键支撑技
29、术网络服务网络服务-64-5.5.智能制造应用愿景智能制造应用愿景-65-中德签署中德合作行动纲领2014年10月10日，中华人民共和国国务院总理李克强在访问德国期间和德国总理默克尔，联合发表了中德合作行动纲领，重点突出了双方在制造业就“工业4.0”计划的携手合作。双方将以中国担任2015年德国汉诺威消费电子、信息及通信博览会(CeBIT)合作伙伴国为契机，推进两国在移动互联网、物联网、云计算、大数据等领域的合作。借鉴了德国的工业4.0计划，我国也制定了中国制造2025计划，目前初稿已经完成，在部分地区已经展开了试点工作，要在2025年对制造业完成升级转型。随着劳动力供给的减少，用人成本的上升
30、，我国的制造业亟需转型。虽然面临着众多的问题，工业4.0对于中国的制造业有着举足轻重的意义，相信就在不远的未来大家就会体验到工业4.0带来的便利!5.5.智能制造应用愿景智能制造应用愿景-66-1）能耗与效益大幅度提升5.5.智能制造应用愿景智能制造应用愿景-67-2）制造模式变革1980:OEM价值链1.研发2.设计3.原型制造4.零部件生产5.系统集成6.销售服务2025:开放的价值链?商业模式开发?质量管理?项目管理?工艺过程开发?1.研发?2.设计?3.原型制造?供应链管理?产品生命周期管理?4.零部件生?5.系统集成产?6.销售服务?系统?子装配体?第二层?第三层?零部件5.5.智能制造应用愿景智能制造应用愿景-68-2）中国制造技术突破数控机床数控机床工业机器人工业机器人传感器传感器工艺软件工艺软件谢谢 谢！谢！?此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
