智能制造与中国制造2025(合肥工大版)

现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院智能制造与中国制造2025合肥工业大学机械学院CIMS（现代集成制造与数控装备）研究所韩江博士教授博导[e-mail]现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院一、智能制造技术概况二、中国制造2025与互联网+三、CIMS研究所简介提纲现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院一、智能制造技术概况2.高端数控机床1.智能制造发展3.工业机器人技术4.3D打印技术5.关键基础零部件现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院智能制造发展轨迹1989年：日本提出智能制造系统；1992年：美国执行智能制造新技术政策；1994年：加拿大制定战略计划发展智能系统；1994年：欧盟启动R&D项目，大力资助信息技术；80年代末：中国将“智能模拟”列入国家科技发展规划。现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院美国要重振制造业，要夺回制造业的领先优势。美国政府再次赋予机械工业行业更大的优先权，努力实行积极的产业政策以创造就业机会和鼓励制造业回归美国。2011年夏，奥巴马总统推出了先进制造伙伴计划（AMP），这是一个汇集了来自研究、商业和政治部门的代表私营机构，来共同描绘“投资和促进新兴技术发展”的路线。美国：创新优势的互联网+优势制造业提出：先进制造技术伙伴现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院德国为了保持制造业在全球的领先优势，实时提出工业4.0，主要是发挥德国在制造技术和制造装备的传统优势，将制造业和互联网等技术融合，形成工业互联网，以保持德国在世界领先地位。德国：强大的制造业+互联网提出：工业4.0现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院智能制造的内涵和特征智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成。——《智能制造科技发展“十二五”专项规划》现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院智能制造：制造业第四次革命普通装备电气化数控装备数字化智能装备智能化蒸汽机机械化制造业革命制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息驱动型，要求制造系统表现出更高的智能。现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院智能制造技术组成智能制造装备信息获取，控制，执行，加工，成形，物流……智能制造系统智能生产线，智能车间，数字化工厂……智能制造服务生产性服务业智能化，供应链管理优化，物联网……感知与测控网络机器学习与制造知识发现面向制造的综合推理图形化建模与仿真智能全息人机交互工况感知与智能识别性能预测与智能维护智能规划与智能编程智能数控与伺服驱动系统建模与自行组织智能制造执行系统智能企业管控智能供应链管理流程智能控制服务感知与控制的互联工业产品智能服务服务过程的智能运控制造物联网与物流智能服务制造与服务的集成共享和协同智能制造技术智能制造装备智能制造系统智能制造服务数控机床智能化工程机械激光加工系统自动化生产线智能制造装备工业机器人可重构生产系统工业自动化控制系统……智能制造产品现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院智能制造装备智能制造装备包括传感、控制、驱动等三大核心技术，如工业机器人、智能数控系统等。现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院智能制造系统数字化企业数字化工厂数字化车间自动化智能化生产线数控机床工业机器人远程监测监控系统物料运送仓储设备智能工艺装备3D打印系统机器视觉激光加工系统控制系统伺服系统执行系统传感系统光电器件电子标签激光器智能制造系统是先进制造技术、信息技术和智能技术在装备产品上的集成和融合，体现了制造业的智能化、数字化和网络化。现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院智慧城市核心理念感知化物联化智能化智能消防城市智能化智能安防智能楼宇智能交通智能医疗智能食品智能电网智能城市规划智能应急系统智能水资源……智能制造服务（案例：智慧城市）现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院网络层通信网互联网物联网平台层IT能力CT能力城市数据中心手机PC摄像头RFID传感器网络视频电话internet呼叫中心无线网关云计算感知层应急指挥应用层数字城管平安城市政府热线数字医疗环境监控数字物流智能交通自控技术是关键智能制造服务（案例：智慧城市）现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院智能制造技术1.新型传感技术2.模块化、嵌入式控制系统设计技术3.先进控制与优化技术4.系统协同技术5.故障诊断与健康维护技术6.高可靠实时通信网络技术7.功能安全技术8.特种工艺与精密制造技术9.识别技术主要包括现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院一、智能制造技术概况2.高端数控机床1.智能制造发展3.工业机器人技术4.3D打印技术5.基础部件及技术现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院关键支撑技术——高档数控机床现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院信息塔(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数码相机现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院误差的检测和补偿机床在加工过程中不可避免会产生误差，需要采用各种传感器，借助实时监控和补偿技术，进一步提高机床的性能，使它聪明起来。借助微机电系统技术可以制作体积非常小的加速度、位移、温度等物理量传感器，用于测量机床工作时的振动（脉搏），功率（血压）和温升（体温）。测量可以在加工过程中、过程之间和加工完毕后进行，将误差输入误差模型，然后进行补偿。现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院几何误差热变形弹性变形振动传统数控机床并联运动机床数控系统轨迹误差噪音现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院新型微型传感器（＜1mm3）弯曲和扭转悬臂机构：加速度和力传感器悬挂薄膜：温度、压力、湿度、流量、弯曲和声压传感器现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院误差补偿聪明（闭环智能）加工系统性能评价性能数据误差模型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现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院先进过程控制系统--APS先进过程控制系统的任务是监控电主轴的工作状态，它在很大程度上反映了数控机床的“健康”水平。当主轴高速运转时，主轴轴承和电机的发热都会造成热变形，使主轴端产生轴向位移。当主轴转速超过10000r/min时，主轴轴承滚珠的离心力，使滚珠压紧外环，也使主轴端产生轴向位移。借助安放在主轴壳体中的位移传感器，测出位移量，输入误差模型，在数控系统中加以补偿现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院具有轴向位移补偿的电主轴轴向位置传感器主轴壳体热变形产生的轴向位移离心力造成的轴向位移处理器数控系统总补偿值电主轴伺服电动机工作台主轴轴向总位移误差检测补偿值处理误差补偿现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院没有过程控制采用VibroSet加速度传感器控制系统优化目标：2g现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院随时随地监控主轴工作状态保护主轴不受损现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院智能温度控制--ITC除了主轴以外，滚珠丝杆在高速运转时产生的热量也不容忽视。采用中空的滚珠丝杆，将恒温冷却液在其中循环，可以显著减少热变形。实时测量冷却液温度，并将其输入误差模型，通过数控系统进一步补偿机床的位移误差，提高工作精度。现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院热变形补偿指令补偿数值表温度传感器的输入温度传感器机床热变形的补偿现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院远距通知系统--RNS远距通知系统（RNS）建立了机床与有关人员的通信关系，人和机在时间和空间上完全分离而却保持着实时联系。将加工状态通知操作者和调度，缺少刀具还要通知工具室和供应商，机床故障通知维修部门等，不同的信息立即通知到责任人和相关人。保证加工质量和数量，提高整体运作效率。现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院RS-232远距通知系统举例：张曙光MikronHSM400机床2016年2月21日14:343号托板加工完毕人机分离保证加工质量保证加工数量提高生产率故障通知现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院一、智能制造技术概况2.高端数控机床1.智能制造发展3.工业机器人技术4.3D打印技术5.基础部件及技术现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或者生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”科幻电影中的机器人现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院Spirit火星漫游车Marshod火星漫游车CanadaArm太空机械臂迎宾机器人导盲机器人跳舞机器人医疗机器人现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院机器人的种类很多。可以按驱动形式、用途、结构和智能水平等观点划分按用途划分工业机器人空间机器人水下机器人军用机器人服务机器人医用机器人排险救灾机器人特种机器人医用机器人教学机器人现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院什么工业机器人？国际标准化（ISO）曾于1987年对工业机器人给出了定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能够完成各种作业的可编程操作机。”我国国家标准GB/T12643—90将工业机器人定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业”。现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院20公斤点焊机器人点焊机器人在工作中6公斤弧焊机器人弧焊机器人在工作中现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院国际发达国家工业机器人的发展历程二十世纪40-60年代II：1967年日本引入机器人技术并迅速产业化萌芽期起步期时间轴二十世纪60-80年代IIIIIII：美国多家国家实验室研究，第一台工业机器人诞生第一代机器人：示教再现机器人发展期IV成熟期第三代机器人：智能机器人III：劳动力缺失及汽车制造等产业的爆发助力工业机器人产业发展第二代机器人：视觉机器人二十世纪80-90年代IV：发达国家的工业机器人在汽车、电子电气等领域普及率大幅提升二十一世纪示教编程控制系统重复作业自动生产视觉系统传感器容错技术柔性生产工业4.0（CPS系统）人机交互大数据智能生产现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院智能工厂的建设与机器人技术发展密切相关，物联网、移动通讯等技术的不断迭代为研发智能机器人提供支撑现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院工业机器人广泛用于汽车、电子电气等领域，是实现工厂自动化的基础现阶段，工业机器人已广泛应用于汽车、电子电气、金属和机械等领域，机器人替代人工生产是未来制造业重要的发展趋势，是实现智能制造的基础，也是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。2015年全球机器人销量在行业中的份额现代集成制造与数控装备研究所CIMS机械工程学院第三方服务原材料供应零部件供应本地合作商本体制造商系统集成商代理商工业机器人产业链分析上游下游传统材料：铸铁、铝合金、不锈钢等。新材料：碳纤维、尼龙、树脂等复合材料。相关供应商：中钢吉炭、奇峰化纤等。中游原材料供应零部件生产采购需求销售需求货源需求营销及渠道推广主要承担厂商的系统二次开发、定制末端执行器、售后服务等。国内：安川首钢、上海发那科等。用户端汽车电子电气金属加工食品橡胶及塑料其他精密减速机国际：Nabtesco、