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1、从数字化制造到智能制造从数字化制造到智能制造吴明晖吴明晖 博士博士 浙江大学城市学院计算机系浙江大学城市学院计算机系2015.5.21 2015.5.21 芜湖芜湖1报告提纲报告提纲- 1 -一、为什么要发展智能制造？一、为什么要发展智能制造？二、智能制造与工业4.0二、智能制造与工业4.0三、数字化制造及其研究进展三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望四、智能制造技术及应用展望一、为什么要发展智能制造？一、为什么要发展智能制造？二、工业4.0与智能制造二、工业4.0与智能制造三、数字化制造及其研究进展三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望四、智能制造技术及应用展望
2、2- 2 - 改革开放改革开放30多年来，科技进步在制造领域发挥 了重要作用，多年来，科技进步在制造领域发挥 了重要作用，“人口红利人口红利” 与与“政策红利政策红利”相辅相成， 显著提高了相辅相成， 显著提高了“中国制造中国制造”产品的市场竞争力。产品的市场竞争力。1.“中国制造”改变着整个世界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1.“中国制造”改变着整个世界中国制造中国制造日本制造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 极可能成为中国已经成为全球第二大经济体。中国 极可能成为“第
3、五个第五个”世界制造中心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 。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。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欧美采取贸易保护反制- 4 -1.“中国制造”改变着整个世界1.“中国制造”改变着整个世界- 5 -2.美国对“中
4、国制造”的忧虑2.美国对“中国制造”的忧虑美国奇点大学著名教授瓦德瓦美国奇点大学著名教授瓦德瓦 2012年年1月月11日在华盛顿邮报认为：我们将日在华盛顿邮报认为：我们将人工智能、机器人和数字制造人工智能、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。中国还如何能与我们竞争？ 很快就轮到中国担忧了。? 寻求技术跨越寻求技术跨越6- 6 -3.德国制造业面临的压力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
5、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4.“中国制造”亟待技术跨越? 产品质量有待提高产品质量有待提高?在产业链的下游：核心技术亟待加强在产业链的下游：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从价格优势到技术优势转变?成本上升（人力、土地、能源）成本上升（人力、土地、
6、能源） ?用工荒（技术工人不足）用工荒（技术工人不足） ?国家出口退税政策变化国家出口退税政策变化国内国内：?周边国家新制造工厂的兴起周边国家新制造工厂的兴起 ?越南越南 ?印度印度国外国外：4.“中国制造”亟待技术跨越4.“中国制造”亟待技术跨越9报告提纲报告提纲- 9 -一、为什么要发展智能制造？一、为什么要发展智能制造？二、工业4.0与智能制造二、工业4.0与智能制造三、数字化制造及其研究进展三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望四、智能制造技术及应用展望101.工业革命发展历程1.工业革命发展历程- 10 -18世纪末20世纪初70年代初至今18世纪末20世纪初70年代初
7、至今第一次工业革命 机械化生产 蒸汽驱动机械化生产 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加工装备 + + 电动机电动机 = = 电气化电气化机床机床 + + 电脑电脑 = = 按编程操作 适应能力低按编程操作 适应能力低数控机床数控机床 + + 智能控制智能控制 = = 工艺优化 提升30%-3倍工艺优化 提升30%-3倍- 11 -1.工业革命发展历程1.工
8、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1.工业革命发展历程工业 2 2.01.工业革命发展历程1.工业革命发展历程工业 3 3.02.数字化制造的特征2.数字化制造的特征镗拉机床铣削机床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。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
9、向基于科学推理转变。生产 线系 统生产 线系 统材料毛坯实物产品材料毛坯实物产品冲压机床冲压机床焊接装备焊接装备?16数字化技术体系：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。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 数字化制造系统 数字化产品 数字化产品 数字化工艺 数字化工艺 数字化CAD:UG/Catia/PRO-E CAE:Nastran/AnsysCAD:UG/Catia/PRO-E CAE:Nastran/AnsysPDM: Team-Center ERP: SAP、EnoviaPDM: Team-Cente
10、r ERP: SAP、Enovia装备 数字化装备 数字化控制：控制：NC,CNC,DNC 系统：MC,FMC,FMSNC,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？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2.数字化制造的特征?17- 17 -2.数字化制造的特征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
11、 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3.智能化制造的特征报告提纲报告提纲- 19 -一、为什么要发展智能制造？一、为什么要发展智能制造？二、工业4.0与智能制造二、工业4.0与智能制造三、数字化制造及其研究进展三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望四、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1.数字化手段有效地提升了产品开发质量美国B777的应用效果美国B777的应用效果? 开发周期：9年4.5年开发周期：9年4.5年? 成本降低：25成本降低：25? 100整机数字化设计100整机数字化设计? 世界垄断与霸主地位世
12、界垄断与霸主地位? 飞机数字化开发飞机数字化开发（B777)（B777)Production Integration Center1.数字化手段有效地提升了产品开发质量1.数字化手段有效地提升了产品开发质量? 飞机数字化开发飞机数字化开发（B787)（B787)采购管理 人员采购管理 人员质量管控 人员质量管控 人员全球物流 专家全球物流 专家供应商 管理人员供应商 管理人员技术 工程师技术 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?车间车间装配现场装配现场 生产、装配现场生产、装配现场全球供应商工厂全球供应商工厂.高清视频、生 产信息、物流 信息等高清视频、生 产信息、物流
13、信息等技术 支持质量 管理技术 支持质量 管理物流 支持物流 支持采购 支持采购 支持环境信息 支持环境信息 支持生产管控 人员生产管控 人员1.数字化手段有效地提升了产品开发质量1.数字化手段有效地提升了产品开发质量? 飞机数字化开发飞机数字化开发（B787)（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1.数字化手段有效地提升了产品开发质量? 数控纺织机械数控纺织机械通用公司应用状况通用公司应用状况? 开发周期（48月24月12月）开发周期（48月24月12月）? 碰撞试验（100次50次
14、）碰撞试验（100次50次）? 个性化定单3小时个性化定单3小时? 通过在线采购降低成本10通过在线采购降低成本10产品概念设计产品概念设计产品详细设计产品详细设计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? 汽车数字化开发汽车数字化开发宏观制造过程宏观制造过程微观制造过程微观制造过程? 制造资源、环境的数字化制造资源、环境的数字化? 经营、维修、使用数字化经营、维修、使用数字化? 管理决策过程的数字化管理决策过程的数字化CAD/CAE/CAM CAPP/VA/DFX /加工过程仿真加工过程仿真NC/CNC/FMS /基于网络的制造基于网络的制造最 终 产 品
15、最 终 产 品数字化制造的支撑技术：数字化制造的支撑技术：IGES STEP PDM MIS ERP2.产品数字化制造的技术体系2.产品数字化制造的技术体系?汽车数字化开发汽车数字化开发-FORD C3P（CAD/CAE/CAM/PDM）以虚拟样机技术支持 自主车型整车开发全过程以虚拟样机技术支持 自主车型整车开发全过程概念 设计概念 设计结构 设计结构 设计工艺 设计工艺 设计虚拟 测试虚拟 测试2.汽车数字化制造的技术体系2.汽车数字化制造的技术体系实车制造实车制造iMan PDM概念概念概念概念验证与测试验证与测试验证与测试验证与测试验证与测试验证与测试验证与测试验证与测试控制设计控制设
16、计控制设计控制设计控制设计控制设计控制设计控制设计数据库数据库整车行驶性评价整车行驶性评价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碰撞安全分析碰撞安全分析振振振振噪分析噪分析噪分析噪分析振振振振噪分析噪分析噪分析噪分析结构设计结构设计结构设计结构设计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虚拟样机虚拟样机?汽车数字化开发汽车数字化开发虚拟样机虚拟样机2.汽车数字化制造的技术体系2.汽车数字化制造的技术体系汽车行业知识汽车
