智能制造与中国制造2025.pptx

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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,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,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,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。

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,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,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,智能制造：

制造业第四次革命,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。

智能制造技术组成,智能制造产品,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。

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。

智能制造服务（案例：

智慧城市）,智能制造服务（案例：

智慧城市）,智能制造技术,新型传感技术模块化、嵌入式控制系统设计技术先进控制与优化技术系统协同技术故障诊断与健康维护技术高可靠实时通信网络技术功能安全技术特种工艺与精密制造技术识别技术,主要包括,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,关键支撑技术高档数控机床,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,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。

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,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,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,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,误差检测,补偿值处理,误差补偿,没有过程控制,采用VibroSet,加速度传感器,控制系统,优化目标：

2g,随时随地监控主轴工作状态保护主轴不受损,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。

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,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。

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,这仅仅是开始机床会越来越聪明,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,“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,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,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/T1264390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”。

6公斤弧焊机器人,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,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,I,II,III,I：

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,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,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,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、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。

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。

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、上海北科良辰等。

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。

采购需求产品及维护,中国工业机器人市场PEST分析,宏观经济促进,社会环境推动,技术发展支撑,2013年，中国制造业就业人员平均工资达到46431元。

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。

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。

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“十二五”专项规划。

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。

国家政策保障,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。

21,2015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,2010,2011,2012,2013,2014,2015,A,C,B,D,时间,II,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,中国是制造业大国，吸引国际知名机器人制造商的入驻。

国际厂商在工业制造方面具备先发优势，市场份额超过70%。

人口红利逐渐消失，用工成本上升，中国已成为全球工业机器人最具潜力的市场之一。

高档数控机床和机器人是中国制造2025重点发展的领域之一。

国家政策扶持及自主研发能力的提升为本土企业向产业链上游转型提供支撑。

II：

2012年，中国出台智能制造科技发展“十二五”专项规划和服务机器人科技发展“十二五”专项规划,I：

1996-1997年，发那科、安川电机等国际知名企业进入中国市场I,IVIV：

2025年，中国迈入制造业强国，工业机器人密度达到世界中等水平,本土企业依托政策、价格、渠道等优势，将打破国际厂商的行业垄断。

中国工业机器人市场AMC模型,探索期（1996-2014）,市场启动期（2015）,高速发展期（2016-2025）,成熟期（2026-）,III：

2015年，国务院出台中国制造2025，将加速中国工业机器人产业的发展,发展瓶颈1：

国际厂商先发优势，市场集中度