智能制造与中国制造2025

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。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》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。数字化数字化机械化 机械化 电气化 制造业革命智能制造产品智能制造产品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。远程监测监控系统智能工艺装备D激光加工系统工业机器人远程监测监控系统智能工艺装备D激光加工系统工业机器人机器视觉数控机床控制系统伺服系统电子标签执行系统光电器件激光器传感系统物料运送仓储设备感知感知化物联化城市智能化智慧城市核心理念城市智能化智慧城市核心理念……自控技术是关键自控技术是关键应用层应用层应急指挥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城市数据中心CT城市数据中心CT能力IT能力感知层手机视频电话呼叫中心无线网关云计算PCinternet摄像头感知层手机视频电话呼叫中心无线网关云计算PCinternet摄像头RFID传感器网络通信网互联网主要包括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 机床信息化，具有语音、文本和视联网，实时反映机床工作状态和加工操作权限指纹确认。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。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。u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。u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。u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控控mmmm智能温度控制--ITCu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。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。远距通知系统--RNSu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。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。MikronHSM400机床2016年2月21日14343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“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教学机器人医用机器人排险救灾机器人特种机器人国际标准化（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”。20公斤点焊机器人6公斤弧焊机器人点焊机器人在工作中弧焊机器人在工作中国际发达国家工业机器人的发展历程起步期起步期第二代机器人：视觉机器人第三代机器人：智能机器人第二代机器人：视觉机器人第三代机器人：智能机器人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工业机器人产业链分析传统材料：铸铁、铝合金、不锈钢等。新材料：碳纤维、尼龙、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。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。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。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。汽车金属加工食品橡胶及塑料其他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、上海汽车金属加工食品橡胶及塑料其他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。销售需求营销及渠道推广货源需求承担工业机器人品牌的代理、分销等工作。国内：天津洛博特、东莞元一、上海北科良辰采购需求产品及维护负责工业机器人的使用/维护/教育培训等工作国内：上海电气网络、达内、深圳连硕等。中国工业机器人市场PEST分析国家政策保障宏观经济促进•2012年3月至4月，科技部相继发布《智能制造科技发展“十二五”专项规划》和《服务机器人科技发展•2012年7月，国务院发布《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》，提出要大力推进自动控制系统、工业机器人、关键零部件等装置的开发和产业化。•2015年5月19日，中国国务院印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略。其中高档数控机床和机器人是重点发展的十大领域之一。•2013年，中国制造业就业人员平均工资达到4643•中国制造业快速发展，已具备规模优势和一定技术基础，随着我国人口红利逐渐衰退，企业用工成本大幅提升，迫切需要工业机器人替代人工生产。•2013年，中国工业机器人保有量超过13万台，但机器人密度约为26台/万人，不及世界平均水平。•中国经济保持发展迅速，城镇人均收入水平提高，对汽车、家电等产品的需求和购买力提升，推动汽车、电子电器等行业企业引用工业机器人提升产能。•2013年中国工业机器人市场规模超过260亿元，预计到2016年市场规模将突破600亿元，未来仍有较大成长空间。•随着工业机器人的关键零部件伺服机、控制器、减速机等逐渐国产化，工业机器人的使用门槛逐渐降低，为在更多行业中小企业的发展提供基础保障。•物联网、大数据、云计算等技术的快速发展，为智能机器人的落地提供技术支撑。现代集成制现代集成制2015年，中国已成为全球最大的工业机器人购买国，近6年的复合增长率高达36%，位居全球首位2010-2015年工业机器人中国销量2015年各国工业机器人销量份额中国工业机器人市场处于启动期，本土企业与国际厂商差距明显，原材料、关键零部件技术、人才缺失是主因市场渗透率市场渗透率中国工业机器人市场AMC模型DDII：2012年，中国出台《智能制造科技发IVIIIBAA•2015•2015年，国际工业机器人厂商在中国市场销量份额达到74%，远高于中国自主品牌。中国自主品牌的工业机器人销量超过9000台。国内厂商业务主要集中在系统集成方面，对机器人本体、核心零部件等附加值高的领域渗透率较低。•随着越来越多的中国企业进入机器人市场和国家政策的扶持，将逐渐打破国际厂商的技术壁垒，助力中国工业机器人自主品牌的发展。2015年中国市场工业机器人销量发展瓶颈2：减速器、伺服机等核心零部件缺失，国内厂商对国际厂商的依赖度非常高，采购溢价严重发展瓶颈3：国际厂商的技术壁垒及封闭态度发展瓶颈4：原材料缺失，导致企业生产成本上升新材料已开始逐渐取代铸铝、发展瓶颈5：缺少高端技术人才，与国际发达国家存在差距•中国工业机器人需求快速增长，国内企业纷纷投入工业机器人领域，国内工业机器人厂商的市场份额正在不断提升。•随着新松机器人、广州数控国内企业产量的提升，对计算机编程、自动化、人工智能等技术人才缺口逐渐显现，就业人员需求扩大。•工业机器人应用端企业的不断增加，对高端技术人员的需求也在扩大，引用技术人才可为企业节省大量示教成本。•根据工信部的战略规划，预计到2020年工业机器人的装机量达到100万台，相关从业人才缺口将达到20万人。中国工业机器人产业进入加速临界点，未来发展四步走机器人、物联网等技术应用引领智能制造4机器人、物联网等技术应用引领智能制造自主品牌工业机器人的快速普及3自主品牌工业机器人的快速普及及零部件自主研发水平提升2软件及系统建设的完备软件及一、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3D打印技术的起源u关于3D打印技术的理念，从历史上看，快速成型技术（3D打印技术）的核心思想最早起源于19世纪照相雕塑（Photosculpture）技术和地貌成形（Topography）技术。u虽然3D打印技术起源很早，但是受限于当时的材料技术与计算机技术等众多学科，因此并没有实现广泛应用与商业化，随后技术的正式研究开始于20世纪70年代，直到20世纪80年代技术才得到了实现。其学名为“快速成形”。3D打印综述u3D打印技术（3DPrinting）有很多个称呼，学术上称之为快速成型技术(RapidPrototypingManufacturing，简称RPM)，3D打印技术从制造工艺的技术上划分它叫做增材制造（AdditiveManufacturing，简称AM）。•SLA（立体光刻）•3D打印所用耗材•ABS、PLA、尼龙、橡胶、聚苯乙烯、ABS、聚碳酸、金属、陶瓷等众多材料。个人级3D打印机•国内各大电商网站上销售的个人3D打印机为例，大部分国产的3D打印机都是基于国外开源计术延伸的，由于采用了开源技术，技术成本得到了很大的压缩因此售价在3千至1万不等,十分有吸引力。国外进口的品牌个人3D打印机价格都在2万至4万之间。这类设备都属于熔丝堆积技术（FDM技术为代表），•设备打印材料都以ABS塑料或者PLA塑料为主。主要满足个人用户生活中的使用要求，因此各项技术指标都并不突出，优点在于体积小巧，性价比高。专业级3D打印机u专业级的3D打印机，可供选择的成型技术和耗材（塑料、尼龙、光敏树脂、高分子、金属粉末等）就要比个人3D打印机要丰富很多。设备结构和技术原理相比起来更先进自动化更高，应用软件的功能以及设备的稳定性也是个人3D打印机望尘莫及。这类设备售价都在十几万至上百万人民币。工业级3D打印机u工业级的设备除了要满足材料上面的特殊性，制造大尺寸的物件等要求。更关键是物品制造后它需要符合一些列的特殊应用的标准，因为这类设备制造出来的物体是直接应用的。u比如飞机制造中用到的钛合金材料，就需要对物件的刚性、任性、强度等等参数有一系列的要求。由于很多设备是根据需求定制的因此价格很难估量了。全彩色打印机这里说的彩色可不是几个简单的颜色没有过度混合起来。能否支持彩色打印还是需要看3D打印机所采用的技术是否在打印过程中给材料进行染色或者混色。•目前实现彩色打印主要两种方式•采用的3D打印技术是否有条件在打印过程中给材料染色。•采用的3D打印技术是否支持多种耗材，不同颜色的耗材在打印的时候进行混色。3D打印的优势u与传统制造模式相比，它的优越性在于可以短时间内快速的完成用户需求的小批量定制化物件，降低新产品开发研制的成本和投资风险，缩短了新产品研制和投放市场的周期。u应用领域广泛，上至航天，下至民生3D打印相对传统工业的优势现代集成制造与数控装备研究所CIMS3D打印应用领域现代集成制造与数控装备研究所CIMS中国3d打印技术在国际的位置我国成为目前世界上唯一掌握飞机钛合金大型主承力结构件激光快速成形技术并实现装机应用的国家。3d打印技术多材料展示3D打印技术的发展动向一、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.基础部件及技术推动工业“四基”的发展工业和信息化部2月14日发布《关于加快推进工业强基的指导意见》，提出加快推进工业强基，提升发展水平，夯实工业发展基础，推进工业大国向工业强关键基础材料、核心基础零部件（元器件）依赖进口，关键技术受制于人，先进基础工艺研究少、推广应用程度不高，产业技术基础薄弱、服务体系不健全等问题依然突出。关键基础材料快推进科技含量高、市场前景广、带动作用强、保障程度低的关键基础材料产业化、规模化发展锆英砂特种合金锆英砂特种合金合金靶材硅酸锆合金靶材硅酸锆核心基础零部件(元器件)围绕重大装备、重点领域整机的配套需求，提高产品的性能、质量和可靠性，重点发展一批高性能、高可靠性、高强度、长寿命以及智能化的基础零部件先进基础工艺提高产品质量和生产效率、促进绿色发展为主攻方向，重点发展先进制造工艺：提高产品可靠性、性能一致性和稳定性的绿色制造工艺：资源能源高效开发利用、节能减排的智能制造工艺：有利于提升自动化、信息化、成套化水平的产业技术基础建设和完善一批专业水平高、支撑作用强、布局合理的骨干技术基础服务平台。推动建立市场化运作机制，完善技术基础公共服务体系，为区域和行业内企业提供优质、高效服务研发设计检验检测试验验证标准制修订技术成果转化共建平台共建平台开放性资源共享性现代集成制造与数控装备研究所CIMS提纲一、智能制造技术概况二、中国制造2025与互联网+三、CIMS研究所简介中国：完备的制造业+互联网的创新（互联网+制造）提出：中国制造20252015年03月06日智能制造作为国家战略是“十三五”规划重点内容李克强总理在今年的《政府工李克强总理在今年的《政府工作报告》中提出，要实施“中国制造2025”，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国。《中国制造2025》强调了信息技术和制造技术的深度融合是新一轮产业竞争的制高点，而智能制造则是抢占这一制高点的主攻方向。“双基工程”基础件基础件3D打印“机器换人”“互联网+”激光制造及3D打印激光制造及3D打印密切相关：智能制造家电、汽车、飞机等装备制造一步步走向高端。增加值占全国工业收入的86.7%，占出口总量的95.09%；制造业世界第一，占20%。产品中低端、低价位竞争。3.0信息化有成效，如甩图板工程、试点企业；信息化救活了Oracle，数控帮助了Fanuc的成长；未重视装备基础：数控机床、机器人成短板。高档数控系统及机床有重要突破；产业化尚需政策与市场倡导，04专项在调整。2025现代集成制造与数控装备研究所CIMS“中国制造2025”的指导思想是:坚持走中国特色新型工业化道路,以促进制造业创新发展为主题,以提质增效为中心,以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向,以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标,强化工业基础能力,提高综合集成水平,完善多层次多类型人才培养体系,促进产业转型升级,培育有中国特色的制造文化,实现制造业由大变强的历史跨越.战略举措之一:智能制造工程战略举措之二:制造业创新体系建设工程战略举措之三:工业强基工程战略举措之四:质量与品牌提升行动计划战略举措之五:绿色制造工程战略举措之六:高端装备创新工程战略举措之七:制造业服务化推进行动计划战略举措之八:现代企业建设行动计划《中国制造2025》1、制造业创新中心（工业技术研究基地）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（组织实施大型飞机、航空发动机及燃气轮机、民用航天、智能绿色列车、节能与新能源汽车、海洋工程装备及高技术船舶、智能电网成套装备、高档数控机床、核电装备、高端诊疗设备等一批创新和产业化专项、重大工程。）通过互联网与先进制造业和现代服务业的深度融合,可以使互联网最新的信息技术、方法论和商业模式深度融合于制造业和服务业的各个领域之中,极大地促进制造业提质增效、转型升级,促进服务型制造业和生产性服务业的发展.n新一轮科技革命大潮澎湃,新一轮工业革命蓬勃兴起驱动力之一:信息技术指数级增长驱动力之二:数字化网络化普及应用例3小米手机的“互联网开发”模式驱动力之三:集成式智能化创新例4苹果系列产品、特斯拉电动汽车例5Google无人驾驶汽车“中国制造2025”要以创新驱动发展为主题,以信息化与工业化深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向.制造业数字化网络化智能化是新一轮工业革命的核心技术,应该作为“中国制造2025”的制高点、突破口和主攻方向.例14飞机的全数字化设计例15波音公司:全方位、全周期生产管控例16慕尼黑宝马定制总部例19通用电气(GE)的生产服务模式例20陕鼓动力的服务模式(1)构建CP