从数字化制造到智能制造71

工业4.0：从数字化制造到智能制造1报告提纲-1-一、为什么要发展智能制造？二、智能制造与工业4.0三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望一、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2-2-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3-3-1.“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，在不同的阶段形成形成了四大世界级制造中心。4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-4-1.“中国制造”改变着整个世界-5-2.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6-6-3.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12356784-7-4.“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8-8-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9报告提纲-9-一、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101.工业革命发展历程-10-18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-11-1.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：智能化工业1.0一、工业4.0的意义1.工业革命发展历程一、工业4.0的意义1.工业革命发展历程工业2.01.工业革命发展历程工业3.0-15-2.数字化制造的特征镗拉机床铣削机床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。生产线系统材料毛坯实物产品冲压机床焊接装备16-16-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。制造系统数字化产品数字化工艺数字化CAD:UG/Catia/PRO-ECAE:Nastran/AnsysPDM:Team-CenterERP:SAP、Enovia装备数字化控制：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！CAPP、DFX？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17-17-2.数字化制造的特征传感检测信息化、实时化装备运行境检测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201.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)ProductionIntegrationCenter1.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)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)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1.数字化手段有效地提升了产品开发质量汽车数字化开发宏观制造过程微观制造过程制造资源、环境的数字化经营、维修、使用数字化管理决策过程的数字化CAD/CAE/CAMCAPP/VA/DFX/加工过程仿真NC/CNC/FMS/基于网络的制造最终产品数字化制造的支撑技术：IGESSTEPPDMMISERP2.产品数字化制造的技术体系汽车数字化开发--FORDC3P（CAD/CAE/CAM/PDM）以虚拟样机技术支持自主车型整车开发全过程概念设计结构设计工艺设计虚拟测试2.汽车数字化制造的技术体系实车制造iManPDM概念概念验证与测试验证与测试验证与测试验证与测试S控制设计控制设计控制设计控制设计数据库整车行驶性评价整车行驶性评价CADCADCADCAD碰撞安全分析碰撞安全分析振振——噪分析噪分析振振——噪分析噪分析结构设计结构设计结构设计结构设计人机工程人机工程人机工程人机工程可装配性设计可装配性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可制造性分析可制造性分析整车结构分析整车结构分析整车结构分析整车结构分析其他性能分析其他性能分析其他性能分析其他性能分析虚拟样机虚拟样机汽车数字化开发–虚拟样机2.汽车数字化制造的技术体系汽车行业知识/数据库零部件企业设备制造企业设计中心动态联盟关系集团1开发平台研究院所钢厂集团2开发平台动态联盟关系汽车数字化开发–协同开发2.汽车数字化制造的技术体系形状匹配功能3.关键技术--汽车数字化样机技术3131几何模型功能模型(零部件,子系统）样机模型数字化样机底盘系统发动机悬架系统制动系统数字化样机系统3.关键技术--汽车数字化样机技术32数字化样机试验3.关键技术--汽车数字化样机技术33底盘系统发动机系统级设计评审与决策悬架系统制动系统System-LevelDesignReview数字化样机评审3.关键技术--汽车数字化样机技术34薄板产品制造误差仿真分析与评价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工艺动态调试与优化3.关键技术--车身制造数字化工艺1）冲压成形工艺稳健设计-研究背景产品设计实际成形零件成形模具质量分布概率密度考察的指标材料波动摩擦波动压机波动拉延筋1拉延筋2拉延筋3拉延筋4成形工艺参数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？3.关键技术--车身制造数字化工艺1）冲压成形工艺稳健设计-成形仿真3.关键技术--车身制造数字化工艺零件成形性分析某车副车架液压成形过程仿真3.关键技术--车身制造数字化工艺1）冲压成形工艺稳健设计-成形仿真开口方管滚弯成形过程仿真3.关键技术--车身制造数字化工艺1）冲压成形工艺稳健设计-成形仿真3.关键技术--车身制造数字化工艺材料参数波动工艺参数波动宝钢集团汽车企业6大类46种因素屈服强度、硬化指数、厚向异性、延伸率压边力、拉伸筋、润滑、冲压方向参数敏度分析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参数敏度分析0.250.30.20.351#拉深筋阻力系数压边压强BHP(Mpa)0.650.70.750.8安全裕度标准差σSM(%)安全裕度均值μSM(%)压边压强BHP(Mpa)0.750.70.80.20.250.350.31#拉深筋阻力系数双层响应面稳健优化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,),(wrniklewrinkleMin%872.3SMSMs.t.SMSM质量波动废品率（%）01234682（2000年）435791）冲压成形工艺稳健设计-成形仿真40材料和工艺波动s：16020MPar：2.30.5f：0.100.05BHF:3.50.5吨三个区域成形相互制约，且材料与工艺参数波动，造成开裂起皱缺陷。+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，使批量生产条件下侧围外板废品率控制在0.5%以内。可控敏感参数：毛坯孔轮廓3.关键技术--车身制造数字化工艺1）冲压成形工艺稳健设计-案例偏差传递路径与传递率Vm(2)Vm(1)总成1零件1v1零件2v20.60.30.6v3v8v9v1v2v3v8v90.70.90.60.798321)1()2()2()1(28.0000006.06.00002.100.100003.0000005.0vvvvvVVAmmk=1k=2k=3k=N……装配顺序{k}上级装配偏差本级装配偏差221222()mmfVAVBVw偏差传递矩阵A(2))2()2()2(A接头配置偏差传递率偏差控制矩阵B(2)2(2)fBS夹具影响建立薄板多工位装配偏差流的状态空间方程，实现给定工艺下层次化装配偏差流的定量分析+-41-2）车身装配偏差分析-仿真模型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、外观等产品性能间隙:±1.0面差:+1.0E区间隙:±0.5面差:+0.5D区间隙:±0.5面差:+0.5C区间隙:±0.5面差:+0.5B区间隙:±0.5面差:+1.0A区间隙:±0.5面差:+0.5F区间隙:±1.0面差:+1.0G区-42-2）车身装配偏差分析-应用案例输出结果A区(保险杠)配合公差B区(前盖)配合公差C区(翼子板)配合公差输入参数装配顺序零件公差定位方案接头形式材料参数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。-43-2）车身装配偏差分析-应用案例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生产数据采集车身识别缸盖3D扫描数据采集识别中央控制涂装路由控制PBS路由控制生产执行控制物料精准配送物料搬运物料匹配物料货架3.关键技术—制造信息集成技术4.当前汽车制造业的总体状态报告提纲-46-一、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47-47-1.智能化工厂实例-48-1.智能化工厂实例2.信息物理系统是智能制造的本质信息物理系