智能制造与智能化焊接技术基础

智能制造与焊接智能化智能化智能制造技术背景23我国制造业核心竞争力国际差距与发展机遇我国制造业规模连续五年居世界第一，但仍“大而不强”，核心竞争力与美、德等发达国家存在较大差距；数字化智能化制造为我国制造业实施创新驱动发展战略，迈向制造强国提供了历史性机遇和挑战。全员劳动生产率创新能力关键技术自给率资源能源消耗（利用率）美国德国中国增加值率工业2.0：规模化工业3.0：数字化工业4.0：智能化产品设计创新制造技术创新产业模式创新同步发展战略创新驱动发展3制造业核心竞争力正在发生深刻变化1•能源和资源利用效率是竞争力的决定性因素•更短的创新周期•更为复杂的产品•更大的数据量•个性化大规模生产•快速变化的市场•更高的生产效率提升效率提升竞争力制造业变化的速度比以往更快23缩短生产周期提高柔性4中国制造业挑战与机遇产业升级压力劳动力成本上升中国制造业机遇：发展先进制造技术，实现产业升级能耗排放压力哥本哈根中国减排目标低附加值高附加值5中国制造2025：我国实现“制造强国”战略的必然选择2009年，中科院在“中国至2050年先进制造科技发展路线图”提出了“基于泛在信息的智能制造系统”；2010年中国机械工程学会启动“中国机械工程技术路线图”编制工作，其中“智能制造技术路线图”是六大专题之一；2011年国家发改委、财政部、工信部组织设立了“智能制造装备发展专项”；2015年国务院公布并推进实施“中国制造2025”规划，是实现制造业升级和“制造强国”战略的必然选择。世界工厂：中国中国制造中国智造6中国制造20257中国制造2025：三步走战略目标8中国制造2025：五大工程1.国家制造业创新中心建设工程2.智能制造工程3.工业强基工程4.绿色制造工程5.高端装备创新工程9中国制造2025：五项方针创新驱动走创新驱动的发展道路质量为先走以质取胜的发展道路绿色发展走生态文明的发展道路结构优化走提质增效的发展道路人才为本走人才引领的发展道路10中国制造2025：十大重点行业领域11中国制造2025VS德国工业4.012中国制造2025以智能制造为主攻方向工业2.0—规模化高质量生产工业3.0—数控化工业4.0—智能化同步走。实现：全面突破局部超越13智能制造技术与应用1415智能制造：科学内涵智能制造旨在将人类智慧物化在制造活动中并组成人机合作系统，使得制造装备能进行感知、推理、决策和学习等智能活动，通过人与智能机器的合作共事，扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，提高制造装备和系统的适应性与自治性。智能制造=人工智能+机器人+数字制造16智能制造：研究范围工况感知与识别数字化智能化制造图形化建模与仿真智能人机交互自动工艺决策与NC编程智能化功能部件工艺知识与智能控制如同人脑如同人感官如同人四肢装备系统17智能制造：发展阶段2020智能化产品设计、制造过程中具有感知、分析、决策、执行功能20152011网络化利用自组织网络，动态配置资源，实现研究、设计、生产和销售各种资源重组数字化CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP/RE/RP智能制造发展方向：产品智能化自主决策关键技术：•多功能感知•智能Agent•语音识别•信息融合关键技术：•工况识别感知•控制算法及策略自适应工况人机交互关键技术：•环境感知•路径规划•智能识别•自主决策无人机无人驾驶汽车回收信息原材料信息设计信息制造信息物流信息销售信息产品全生命周期个性化定制与服务18智能制造发展方向：装备智能化19智能制造发展方向：工厂智能化智能化加工设备DNC智能化机械手智能刀具管理中央控制室现场Andon现场监视装置智能加工中心与生产线智能化仓储/运输与物流智能化生产执行过程管控智能化生产控制中心智能化工厂自动化立体仓库AGV智能小车公共资源定位系统高级计划排程执行过程调度数字化物流管控数字化质量检测20智能制造发展方向：供应链智能化–以江淮汽车为例：•零部件供应巢建设项目现已有澳大利亚和台湾、香港等7省区在内的260家企业签约入驻•目前江淮已实施了物料拉动平台大灯总成动力总成悬架总成底盘轮胎座椅仪表台总成主机厂与供应商：物理距离与信息距离主要方向：以主机厂为核心的全产业链质量控制21智能制造关键技术：数字化制造•数字化建模•虚拟设计•创新设计•数字样机设计•面向制造DFM•智能控制技术•高速高精度驱动•嵌入式数字制造•远程诊断•智能维护产品开发数字控制•控制传感技术•实时信息管理技术•数字化车间技术•制造系统建模•决策控制生产管理企业协作•高速通讯网络协议•信息集成技术•资料共享技术•信息安全技术22智能制造关键技术：机器人2012年中国工业机器人销量为2.7万台；我国达到世界水平时将有380亿工业机器人本体市场空间，1140亿工业机器人系统集成市场空间焊接、装配、喷漆、码垛、搬运世界工业机器人安装总量全球年增长率9%中国年增长率17%23智能制造关键技术：智能传感24智能制造应用：机器人技术应用喷涂精度要求较低工作环境恶劣搬运无严格精度要求负载大人工机器人特点焊接定位精度要求较高(亚微米级)要求快速平稳移动机加工精度要求高(微米级)负载大环境恶劣25智能制造应用：机器人作业系统防碰撞传感器送丝机焊接电源内部特殊接口内部PLC接口机器人伺服控制单元MRCu控制器伺服驱动器机器人本体用电机外部轴伺服控制单元伺服驱动器变位机翻转轴电机IN电机驱动电流I/O内部总线编码器脉冲内部信号内部总线内部总线电机驱动电流编码器脉冲三色灯限位开关零位开关等EmCORE-i312S7-226PLC伺服电机控制接口卡节线模块节线模块伺服驱动单元变位机旋转轴电机夹具气动阀操作控制台I/OI/OI/OI/OPCI04CAN-BUS位置脉冲指令＋控制信号编码器脉冲电机驱动电流编码器脉冲I/O周边环境机器人控制箱内部变位夹紧系统内部总线工业机器人作业系统26智能制造应用：机器人作业系统喷涂磨抛加工焊接特点：工作环境恶劣，精度要求较低1991年研制出我国第一套基于微机的机器人离线编程系统HOLPS应用于东风汽车公司喷漆自动线27智能制造应用：机器人作业系统特点：要求快速平稳移动，定位精度要求较高喷涂磨抛加工焊接2001年以来开发了20余套工业机器人焊接作业系统应用于于上汽集团的汽车零部件制造28智能制造应用：机器人作业系统特点：负载大，工作环境恶劣，精度要求高喷涂磨抛加工焊接2012年开发了机器人叶片磨抛系统应用于无锡叶片厂29焊接智能化焊接智能化技术的学科范畴利用机器模拟和实现人的智能行为实施焊接工艺制造的技术。就实现技术而言，焊接智能化技术包括采用智能化途径进行焊接工艺知识、焊接设备、传感与检测、信息处理、过程建模、过程控制器、机器人机构、复杂系统集成设计的实施，可见焊接智能化技术是综合的系统集成技术。焊接过程的传感技术要实现焊接自动化、机器人化及智能化，传感技术是关键环节之一。焊接过程的传感，是实现焊接过程质量控制的。焊接传感器按其使用目的可分为测量和检测操作环境、检测和监控焊接过程两大类。在传感原理方面，主要分为声学、力学、电弧、光学传感等。21世纪焊接技术展望：可持续发展的智能化焊接制造技术。1）焊接柔性化与智能化的单元集成焊接工艺与过程的智能化；机器人焊接的智能化；智能化的焊接机器人。2）焊接智能制造的系统技术以智能焊接机器人为单元构成的多机协调的焊接柔性智能制造生产线、网络系统、敏捷制造工厂。焊接智能化