智能制造与中国制造2020

CT能力
城市数据中心
网络层
通信网
互联网
物联网
感知层 手机 视频电话 呼叫中心 无线网关 云计算
PC internet
摄像头 RFID 传感器网络
智能制造与中国制造2020
智能制造技术
主要包括
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
智能制造与中国制造 2020
2020/11/16
智能制造与中国制造2020
提纲 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
智能制造与中国制造2020
一、智能制造技术概况
1.智能制造发展 2.高端数控机床 3.工业机器人技术 4.3D打印技术 5.关键基础零部件
智能制造与中国制造2020
u 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。
u 保证加工质量和数量，提高整体运作效率。
智能制造与中国制造2020
远距通知系统举例： 张曙光 MikronHSM400机床
2016年2月21日14:这34 仅仅是开始 3号托板加工完机毕 床会越来越聪明
智能制造产品
智能制造服务
➢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
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
……
智能制造与中国制造2020
智能制造装备
智能制造与中国制造2020
新型微型传感器（＜1 mm3）
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
智能制造与中国制造2020
性能评价
聪明（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
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。
本体制造商
原材料供应 零部件生产
采购需求
负责工业机器人支柱、手
臂、底座等部件与精密减 速机等零部件生产加工组 装，并负责机器人的直 销。 国际：库卡、ABB、发那 科、安川电机等。 国内：新松机器人、广州 数控、锐奇股份等。
销售需求 货源需求
系统集成商
负责工业机器人软件系统
开发和集成，是工业机器 人自动作业的重要构成， 市场规模超过本体制造 商。 国际：库卡、ABB、发那 科、柯马、徕斯等。 国内：广州数控、天奇股 份、亚威股份等。
慧
城
市物
核 心
联 化
理
念
智 能 化
智能消防 智能交通
智能安防
城市智 能化
智能电网
智能楼宇 智能医疗
智能水资源
智能食品
智能城市规划
……
智能应急系统
智能制造与中国制造2020
智能制造服务（案例：智慧城市）
应用层
应急指挥
自控技术是关键
数字城管
平安城市
政府热线
数字医疗
环境监控
智能交通
数字物流
平台层
IT能力
科幻电影中的机器人
智能制造与中国制造2020
Spirit火星漫游车
Marshod 火星漫游车
Canada Arm 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
智能制造与中国制造2020
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
工业机器人
按用途划分
空间机器人 水下机器人 军用机器人
u 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）。
u 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 。
智能制造与中国制造2020
传统数控机床
并联运动机床
数控系统
几何误差 热变形 弹性变形 振动 轨迹误差 噪音
服务机器人 教学机器人 医用机器人 医用机器人 排险救灾机器人
特种机器人
智能制造与中国制造2020
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”。
智能制造技术
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
智能制造装备
➢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
智能制造系统
➢ 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
RS-232
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
智能制造与中国制造2020
一、智能制造技术概况
1.智能制造发展 2.高端数控机床 3.工业机器人技术 4.3D打印技术 5.基础部件及技术
智能制造与中国制造2020
“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。”
智能制造与中国制造2020
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
智能制造与中国制造2020
国际发达国家工业机器人的发展历程
二十世纪40-60年代 二十世纪60-80年代 二十世纪80-90年代 二十一世纪
I 萌芽期
II
起步期 III 发展期
IV 成熟期 时间轴
I：美国多家国家实验室研 究，第一台工业机器人诞生
没有过程控制
采用VibroSet
优化目标：2g 加速度传感器
控制系统
智能制造与中国制造2020
随时随地监控 主轴工作状态 保护主轴不受损
智能制造与中国制造2020
智能温度控制--ITC
u 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。
II： 1967年日本引 入机器人技术并迅速 产业化
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
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
第一代机器人：示教再现机器人
示教编程 控制系统 重复作业 自动生产
第二代机器人：视觉机器人
视觉系统 传感器 容错技术 柔性生产
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
智能制造与中国制造2020
误差的检测和补偿
u 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。
智能制造与中国制造2020
德国：强大的制造业+互联网 提出：工业4.0 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。
智能制造与中国制造2020
智能制造的内涵和特征
智能制造与中国制造2020
一、智能制造技术概况
1.智能制造发展 2.高端数控机床 3.工业机器人技术 4.3D打印技术 5.基础部件及技术
智能制造与中国制造2020
关键支撑技术——高档数控机床
智能制造与中国制造2020
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
2015年全球机器人销量在行业中的份额
智能制造与中国制造2020
工业机器人产业链分析
上游
中游
下游
用户端
原材料供应
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。
零部件供应
➢ 精密减速机 国际：Nabtesco、 Harmonic、住友等。 国内：秦川发展、上海机 电、南通振康等。 ➢ 伺服电机 国际：发那科、安川电 机、伦茨、三菱等。 国内：英威腾、华中数 控、新时达等。 ➢ 控制器 国际：ABB、库卡等 国内：新松机器人、南京 埃斯顿、广州数控等。
智能制造与中国制造2020
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。
u 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。
智能制造与中国制造2020
机床 热变形 的补偿
温度 传感器
温度传感 器的输入
补偿 数值表
热变形 补偿指令
智能制造与中国制造2020
远距通知系统--RNS
u 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。
第三代机器人：智能机器人
工业4.0 （CPS系统） 人机交互 大数据 智能生产
智能制造与中国制造2020
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
智能制造与中国制造2020
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。
智能制造 ：制造业第四次革命
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。
机械化
电气化
数字化
智能化Baidu Nhomakorabea
蒸汽机
普通装备
数控装备
制造业革命
智能装备
智能制造与中国制造2020
智能制造技术组成
智能制造装备 智能制造系统 智能制造服务
信息获取，控制，执行，加工，成形，物流…… 智能生产线，智能车间，数字化工厂…… 生产性服务业智能化，供应链管理优化，物联网……
光 电 器 件
传 感 系 统
执 行 系 统
伺 服 系 统
控 制 系 统
数 控 机 床
机 器 视 觉
工 业 机 器 人
激 光 加 工 系 统
3 D 打 印 系 统
智 能 工 艺 装 备
料 运 送 仓 储 设
程 监 测 监 控 系
备统
智能制造与中国制造2020
智能制造服务（案例：智慧城市）
感 知 化
智
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》
智能制造与中国制造2020
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。
智能制造与中国制造2020
智能制造系统
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。
数字化企业
数字化工厂
数字化车间
自动化智能化生产线
物远
激 光 器
电 子 标 签
智能制造发展轨迹
u1989年：日本提出智能制造系统； u1992年：美国执行智能制造新技术政策； u1994年：加拿大制定战略计划发展智能系统； u1994年：欧盟启动R&D项目，大力资助信息技术； u80年代末：中国将“智能模拟”列入国家科技发展 规划。
智能制造与中国制造2020
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
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
智能制造与中国制造2020
具有轴向位移补偿的电主轴
热变形产生的轴向位移 离心力造成的轴向位移
伺服 电动机
电主轴
误差补偿
工作台
总补偿值
补偿值处理
数控系统
处理器
误差检测
轴向位置 传感器
主轴
主轴壳体 轴向总位移
智能制造与中国制造2020