智能制造与智能化焊接技术基础

自适应工况
回收 信息
销售 信息
物流 信息
制造 信息
原材料 信息
设计 信息
产品全生命周期个性化定制与服务
关键技术：
• 多功能感知 • 智能Agent • 语音识别 • 信息融合
人机交互
无人机
无人驾驶汽车
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智能制造发展方向：装备智能化
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智能制造发展方向：工厂智能化
智能化加工设备 智能化机械手
DNC
• 智能控制技术 • 控制传感技术
• 高速通讯网络协议
• 高速高精度驱动 • 实时信息管理技术 • 信息集成技术
• 嵌入式数字制造 • 数字化车间技术 • 资料共享技术
• 远程诊断
• 制造系统建模
Βιβλιοθήκη Baidu
• 信息安全技术
• 智能维护
• 决策控制
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智能制造关键技术：机器人
全球年增长率9% 中国年增长率17%
美国 德国 中国
关键技术自给率 资源能源消耗（利用率）
同步发展战略 工业2.0：规模化 工业3.0：数字化 工业4.0：智能化
创新驱动发展 产品设计创新 制造技术创新 产业模式创新
3
制造业核心竞争力正在发生深刻变化
提升竞争力
1 提升效率
2 缩短生产周期
• 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
2015
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/PD M/ERP/RE/RP 2011
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智能制造发展方向：产品智能化
关键技术：
• 环境感知 • 路径规划 • 智能识别 • 自主决策
自主决策
关键技术：
• 工况识别感知 • 控制算法及策略
要求快速
平稳移动
负载大 环境恶劣
点
无严格
精度要求
定位精度
精度要求高
精度要求
较低
要求较高
(微米级)
(亚微米级)
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智能制造应用：机器人作业系统
工 业 机 器 人 作 业 系 统
防碰撞 传感器
内部 送丝机 IN 焊接电源 I/O 特殊
接口
机器人 伺服控 制单元
内部信号
伺服 驱动器
电机驱动电流 编码器脉冲
焊接、装配、喷漆、码垛、搬运
世界工业机器人安装总量
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
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智能制造关键技术：智能传感
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智能制造应用：机器人技术应用
人 工
搬运
喷涂
焊接
机加工
机 器 人
特
负载大
工作环境 恶劣
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。
智能制造=人工智能+机器人+数字制造
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智能制造：研究范围
如同人 脑
工艺知识与 智能控制
自动工艺决 策与NC编程
图形化建 模与仿真
如同人 感官
数字化智 能化制造
工况感知 与识别
如同人 四肢
智能化功 能部件
装备
智能人机 交互
系统
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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
中央控制室
现场Andon
现场监视装置
智能加工中 心与生产线
智能化生产控制中心
智能化工厂
智能化生产执 行过程管控
智能化仓储/运输与物流
高级计划排程 执行过程调度 数字化物流管控
智能刀具管理
自动化立体仓库
AGV智能小车
公共资源定位系统
数字化质量检测 20
智能制造发展方向：供应链智能化
主机厂与供应商：物理距离 与 信息距离
机器人 本体用 电机
I/O 内部总线
内部
PLC 接口
内部总线
MRCu 控制器
内部总线
外部轴 伺服 内部总线 控制单元
伺服 驱动器
电机驱动电流 编码器脉冲
变位机 翻转轴 电机
三色灯 限位开关 零位开关 I/O
等
操作 控制台
周边环境
I/O
EmCORE -i312
PCI04
伺服电机 控制 接口卡
位置脉冲指令＋控制信号 编码器脉冲
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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。
伺服驱 电机驱动电流
变位机 旋转轴
动单元 编码器脉冲
电机
I/O
S7-226 PLC
节线
节线
模块 CAN-BUS 模块
夹具气 动阀
I/O
机器人控制箱内部
变位夹紧系统
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智能制造应用：机器人作业系统
喷涂
焊接
磨抛加工
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
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智能制造应用：机器人作业系统
喷涂
焊接
磨抛加工
特点：要求快速平稳移动， 定位精度要求较高
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
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智能制造应用：机器人作业系统
喷涂
焊接
磨抛加工
特点：负载大，工作环境 恶劣，精度要求高
2012年开发了机器人叶片磨抛系统应用于无锡叶片厂
➢ 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。
焊接智能化
21世纪焊接技术展望：可持续发展的智能化焊接
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。
6
中国制造2025
7
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 质量为先 绿色发展 结构优化 人才为本
走创新驱动的发展道路 走以质取胜的发展道路 走生态文明的发展道路 走提质增效的发展道路 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2025 VS 德国工业4.0
12
中国制造2025以智能制造为主攻方向
智能制造与焊接智能化 智能化
智能制造技术背景
2
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
增加值率
创新能力
– 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
主要方向：以主机厂为核心的全产业链质量控制
仪表台总成 大灯总成
座椅 轮胎
动力总成
悬架总成
底盘
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智能制造关键技术：数字化制造
产品开发
数字控制
生产管理
企业协作
• 数字化建模 • 虚拟设计 • 创新设计 • 数字样机设计 • 面向制造DFM
3 提高柔性
• 个性化大规模生产 • 快速变化的市场 • 更高的生产效率
制造业变化的速度比以往更快
4
中国制造业挑战与机遇
低附加值 高附加值
哥本哈根中国减排目标
产业升级压力 劳动力成本上升 能耗排放压力
中国制造业机遇：发展先进制造技术，实现产业升级
5
中国制造2025：我国实现“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
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”；
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
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智能制造技术与应用
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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。