智能制造與數(shù)字孿生技術(shù)——面向可持續(xù)制造方向發(fā)展一、新一代智能制造模式下的思考二、智能制造與數(shù)字孿生技術(shù)三、新一代智能制造高端人才培養(yǎng)2第2頁第3頁第3頁智能可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)天津大學(xué)一、新一代智能制造模式下的思考天津大學(xué)1.1當(dāng)代智能制造的發(fā)展階段1.1當(dāng)代智能制造的發(fā)展階段1.2智能制造時代企業(yè)如何生存和發(fā)展1.2智能制造時代企業(yè)如何生存和發(fā)展1.3未來智能制造新業(yè)態(tài)的核心技術(shù)1.3未來智能制造新業(yè)態(tài)的核心技術(shù)>智能制造定義智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式[1]。---《國家智能制造標(biāo)準體系建設(shè)指南》2015復(fù)雜性工業(yè)4.0復(fù)雜性工業(yè)3.0工業(yè)2.0應(yīng)用電子信息技術(shù)進一將人類帶入分工明確、工業(yè)3.0工業(yè)2.0應(yīng)用電子信息技術(shù)進一將人類帶入分工明確、步提高生產(chǎn)自動化水平人機接口大腦信息物聯(lián)系統(tǒng)大腦控制器工業(yè)1.0控制器工業(yè)1.0“蒸汽時代”式和“電氣時代”自動化、信息化電力廣泛應(yīng)用觸覺感知蒸汽機智能體能智能機器人18世紀末20世紀初1970年代初今天時間軸第6頁第6頁智能制造增強感知控制物聯(lián)網(wǎng)增強感知控制物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)制造增強專增強專家知識完備數(shù)大數(shù)據(jù)據(jù)庫數(shù)字化制造·綜合決策——實時性、準確性、多源(維)重現(xiàn)，多維仿真，深度推演以至于數(shù)字孿生，多目標(biāo)優(yōu)化·超前調(diào)整——處理未來事件推演最優(yōu)決策以至于協(xié)調(diào)或干預(yù)智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式1。第7頁第7頁TianjinUniversity報廢使用與維護快速需求工程產(chǎn)品使用與維護快速需求工程產(chǎn)品規(guī)劃產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)Al技術(shù)智能制造增強專增強專家知識大數(shù)據(jù)數(shù)字化制造完備數(shù)據(jù)庫大數(shù)據(jù)數(shù)字化制造完備數(shù)據(jù)庫裝備智能化生產(chǎn)智能化制造智能化智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造第8頁第8頁天津大學(xué)天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化范式演進HCPS10數(shù)字化制造智能化數(shù)字化智能升級工業(yè)4.0開始應(yīng)用信息物理融合信息物聯(lián)系統(tǒng)自動化、信息化智能體能18世紀末20世紀初1970年代初今天時間軸將人類帶入分工明確、大批量生產(chǎn)的流水線模式和“電氣時代”應(yīng)用電子信息技術(shù)進一步提高生產(chǎn)自動化水平創(chuàng)造機器工廠的“蒸汽時代”數(shù)字化數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化第9頁第9頁新一代信息技術(shù)口把握本質(zhì)積極應(yīng)對新一代信息技術(shù)口選擇核心技術(shù)高質(zhì)量落實口面向未來趨勢，把我發(fā)展方向-生產(chǎn)能源-生產(chǎn)成本-有害廢棄物一包裝制造前-運輸-工人倫理-工作安全-勞動力成本二手奔婪塞-人體工程學(xué)-材料獲取-面向環(huán)境的設(shè)計-材料加工-可再制造性-再設(shè)計-填埋-產(chǎn)品定價-人的安全-可升級性-投訴-原材料成本-人體工程學(xué)-排放-功能-危險廢棄物-回收成本-拆卸成木-再制造成本-處置成本>什么是好的智能制造系統(tǒng)?√是滿足客戶個性定制生產(chǎn)需求的目標(biāo)下，對生產(chǎn)過程諸環(huán)節(jié)進行精準顧測、規(guī)劃。并對制造過程的長期健康高效運行進行精益控制和維護。智能制造的最終標(biāo)準是“人-制造-環(huán)境”整體質(zhì)量最優(yōu)的和諧發(fā)展即可持續(xù)制造。/a/156820371658106第10頁第10頁超使口超使口生產(chǎn)智能化無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)覆蓋全企業(yè)決策認知先進制造技術(shù)先進制造技術(shù)口服務(wù)智能化口服務(wù)智能化制造執(zhí)行系統(tǒng)信息控制級疆控制級設(shè)備控制數(shù)據(jù)(信號數(shù)據(jù)(信號)物流保養(yǎng)維修物流保養(yǎng)維修快速快速原型制造報廢與回收使用與維護需求工程產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)品規(guī)劃生產(chǎn)外腦功能系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)——數(shù)字孿生(DigitalTwin)天津大學(xué)第12頁第12頁Al技術(shù)CNISD:之言。DigitaltwinCN_PV:connectionbe信息監(jiān)測預(yù)測軟件關(guān)鍵技術(shù)JCheng,HZhang,FeiTao*,etal.DT-II:DigitaltwinenhancedIndustrialInternetreferenceframeworktowardssmartmanufacturing[J].RoboticsandComputer-IntegratedManufacturing,2020,62:101881.第13頁第13頁※智能機床是對其加工制造過程能夠進行自動感知、智能輔助決策、智能監(jiān)測、智能調(diào)節(jié)和智能維護的機床，實現(xiàn)加工制造過程的高速、高精、高可靠性和低功耗。學(xué)習(xí)與建模模型更精確適應(yīng)性更強優(yōu)化與決策優(yōu)化更準確決策更及時感知與連接數(shù)據(jù)更多匯聚更快算法庫數(shù)據(jù)庫腦力替代與增強NC-Link數(shù)數(shù)控機床1控制與執(zhí)行控制更精執(zhí)行更快LocalNC售數(shù)數(shù)控機床。深度學(xué)習(xí)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)庫工業(yè)機器人工業(yè)機器人智能模塊智能模塊溫度信號振動信號0車小v0車小v第14頁第14頁>數(shù)控機床與互聯(lián)網(wǎng)+機床信息系統(tǒng)CyberSystem信息系統(tǒng)CyberSystem物理系統(tǒng)PhysicalSystemHmaPhysicalSystemHma智能控制控制四肢，語言控制四肢，語言分析決策大腦機器人機接口機器人機接口動力裝置執(zhí)行機構(gòu)傳感裝置決策、認知手動機床工作臺智能分析決策手動機床工作臺智能分析決策優(yōu)化學(xué)習(xí)認知大腦專家知識和大數(shù)據(jù)大腦大粉接大腦手柄螺每軸承手柄螺每軸承軸-承視覺、聽覺、軸-承視覺、聽覺、與處理視覺、觸覺與處理觸覺……口數(shù)控機床是“人-信息-機系統(tǒng)”(human-cyber-physicalMOMT)是機床的最初形態(tài)，它是人和機床物理系統(tǒng)的融合。操作者通過人腦的感知和決策，用雙手操控機床，完成零件加工。第15頁口隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的不斷推進，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感技術(shù)開始應(yīng)用到數(shù)控機床的遠程服務(wù)、狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、維護管理等方面。第15頁第16頁第16頁大數(shù)據(jù)平臺大數(shù)據(jù)平臺AI機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)強化學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)其他智能機床的控制策略與知識機床全生命周期編碼器、電流、溫度傳感器決策與優(yōu)化1.質(zhì)量提升3.健康保障4.生產(chǎn)管理人感知、分析決策、認知零件雙碼聯(lián)控CAD/CAM智能控制i代碼模型模型自主感知與連接自主學(xué)習(xí)與建模自主優(yōu)化與決策自主控制與執(zhí)行實時調(diào)節(jié)外部傳感器數(shù)據(jù)機床空間結(jié)構(gòu)模型機床熱誤差模型模型傳感器電機伺服PID調(diào)節(jié)NC-LINK指令域插補實時數(shù)據(jù)CNC插補控制內(nèi)部電控實時數(shù)據(jù)軸承數(shù)控機床數(shù)字孿生G代碼主軸工作臺中-Security/Firewall-LiveMonitoring-EasyforNetworkConnection(Wire&Wireless)理人員自主感知與連接、自主學(xué)習(xí)與建模、自主優(yōu)化與決策、自主控制與執(zhí)行新一代人工智能技術(shù)融入數(shù)控機床，賦予機床學(xué)習(xí)的能力，可生成并積累知識。人的知識學(xué)習(xí)型腦力勞動交由數(shù)控系統(tǒng)完成。2.2數(shù)字孿生技術(shù)——智能生產(chǎn)規(guī)劃天津大學(xué)>數(shù)字孿生系統(tǒng)SourceDeloitteUniversiryPress.車間物理數(shù)據(jù)H|關(guān)聯(lián)共生數(shù)據(jù)多狀態(tài)感知路0轉(zhuǎn)蘭評零轉(zhuǎn)蘭評零車間李生數(shù)據(jù)車間李生數(shù)據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)品規(guī)劃研究所制造廠服務(wù)計劃生產(chǎn)能力電子采購協(xié)同設(shè)計與制造制造廠頂層規(guī)劃基于模型的工藝、檢測企業(yè)資源計劃和制造能力規(guī)劃辭局規(guī)劃設(shè)備布局基于模型的制造運行管理報廢處置使用與維護集成測試產(chǎn)品生產(chǎn)線布供應(yīng)鏈管理重構(gòu)數(shù)字孿生是在虛擬空間中創(chuàng)建物理對象的高保真虛擬模型，以模擬其在現(xiàn)實世界中的行為并提供反饋，反映了雙向動態(tài)映射過程。·能夠更快、更準確地預(yù)測和檢測物理問題，優(yōu)化制造流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量第17頁2.2數(shù)字孿生技術(shù)——智能生產(chǎn)規(guī)劃天津大學(xué)PhysicalworldDigitalanocyberwori>>數(shù)字孿生核心技術(shù)模型、行為模型、算法模型時間、溫度、電信號、振動信號等的實時交互全要素仿真物理實體在信息空間中的全要素仿真數(shù)據(jù)分析和人工智能算法，實現(xiàn)對物理實體的迭代優(yōu)化與實時決策給定目標(biāo)下的分析與決策法給出綜合性分析與動態(tài)評價監(jiān)測監(jiān)測OPC-UA、TCP/IP等接口信號接口、數(shù)據(jù)接模型口、控制接口等行為響應(yīng)機制、演變規(guī)產(chǎn)品/物料設(shè)計階段模型、工藝等記錄等質(zhì)量等運維階段實時狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)、維修診斷預(yù)測調(diào)度控制智能制造系統(tǒng)物理實體數(shù)字孿生模型實時交互與更新多源異構(gòu)信息指令、反饋天津大學(xué)2.2數(shù)字孿生技術(shù)——智能生產(chǎn)規(guī)劃天津大學(xué)>需求工程產(chǎn)品需求工程產(chǎn)品設(shè)計企業(yè)聯(lián)盟層企業(yè)管企業(yè)聯(lián)盟層企業(yè)管理層生產(chǎn)管理層總體規(guī)劃產(chǎn)品和報廢報廢與回收處置使用生產(chǎn)制造廠生產(chǎn)制造廠>設(shè)備生產(chǎn)過程實時反饋>設(shè)備生產(chǎn)過程實時反饋研究所電子采購協(xié)同設(shè)計與制造重構(gòu)重構(gòu)>生產(chǎn)過程執(zhí)行與管理頂層規(guī)劃基于模型的工藝、檢測企業(yè)資源>生產(chǎn)過程執(zhí)行與管理需求運行維護運行維護制造廠基于模型的制造運行管理規(guī)劃工藝生產(chǎn)線布局規(guī)劃設(shè)備布局建造集成生產(chǎn)線布局規(guī)劃設(shè)備布局建造集成測試>設(shè)備協(xié)調(diào)維護物理實>設(shè)備協(xié)調(diào)維護第19頁第19頁智能制造系統(tǒng)數(shù)字孿生模型庫動態(tài)更新動態(tài)更新動態(tài)更新動態(tài)更新物理模型、控制模型、行為模型、算法模型智能制造裝備、倉儲物流設(shè)備、產(chǎn)品/物料、人員物理模型、控制模型、行為模型、算法模型實時交互動態(tài)檢索與調(diào)用運維數(shù)據(jù)排加工特征約束分析排加工特征約束分析加工工序制造需求-零件族可適應(yīng)工藝規(guī)劃與產(chǎn)線布局設(shè)備選型在線監(jiān)控與智能維護幾何、物理、控制、在線監(jiān)控與智能維護幾何、物理、控制、行為、算法等數(shù)據(jù)快速可重構(gòu)快速可重構(gòu)EL□U口智能制造系統(tǒng)物理實體全要素仿真客戶交互仿真結(jié)果分析全要素仿真2.2數(shù)字孿生技術(shù)——智能生產(chǎn)規(guī)劃天津大學(xué)智能制造系統(tǒng)快速可重構(gòu)◆可適應(yīng)工藝規(guī)劃◆設(shè)備快速選型◆布局場景構(gòu)建·權(quán)限開放與動態(tài)更新·支持多種格式二維圖紙和三維模型導(dǎo)入面國面國數(shù)控機床加工仿真◆NC數(shù)據(jù)快速生成動態(tài)加工仿真機器人示教仿真基本機器人功能機器人圓弧示教工具機器人軌跡創(chuàng)建機器人噴涂可視化智能制造系統(tǒng)可視化仿真高度逼真的渲染效果VR虛擬現(xiàn)實手機APP智能制造系統(tǒng)數(shù)字孿生仿真支持OPC-UA、TCP/IP等多種通訊協(xié)議+PLC交互(虛擬調(diào)試)◆支持虛擬調(diào)試、測試、維護項目交付項2D、3D圖生成生成標(biāo)準化項目文件統(tǒng)計和報告·支持動態(tài)生產(chǎn)仿真數(shù)據(jù)可視化支持導(dǎo)出PDF和XLS等格式的生產(chǎn)仿真數(shù)據(jù)支持大數(shù)據(jù)分析/ens!N/ens!NVE2=VisualEngineering×Education工藝規(guī)劃制造資源選擇工序靜態(tài)調(diào)度定義屬性、行為、編號TSIM定義屬性、行為、編號工藝規(guī)劃制造資源選擇工序靜態(tài)調(diào)度定義屬性、行為、編號TSIM定義屬性、行為、編號DM定義屬性、行為，編號數(shù)控車床可適應(yīng)工藝規(guī)劃數(shù)控機床專用機床數(shù)控鉆孔機定義屬性、行為、編號專用機床數(shù)控鉆孔機定義屬性、行為、編號工裝夾具工裝夾具新松定義屬性、行為、編號定義屬性、行為、編號定義屬性、行為，編號本地資源循助零部件本地資源循助零部件無人機二三維掃描設(shè)備資源庫二仿真與快速響應(yīng)設(shè)計，還可廣泛應(yīng)用于教學(xué)與實訓(xùn)設(shè)備資源庫二紅紅天焊接車間場景權(quán)限開放與動態(tài)更新的智能制造裝備網(wǎng)絡(luò)模型庫(本地資源本地資源實訓(xùn)中心場景互聯(lián)網(wǎng)資源接口定義二實訓(xùn)中心場景互聯(lián)網(wǎng)資源接口定義二布局優(yōu)化與重構(gòu)仿真結(jié)果分析LOGO菜單欄/工具欄二其他功能按鈕二CAD設(shè)計設(shè)備和場景資源庫接口智能制造系統(tǒng)可適應(yīng)規(guī)劃仿真平臺場景資源庫結(jié)構(gòu)設(shè)計與NC數(shù)據(jù)生成平臺建模操作簡單，模型結(jié)構(gòu)設(shè)計與NC數(shù)據(jù)生成平臺格式導(dǎo)入系統(tǒng)可視化仿真支持OPC-UA等多種通訊協(xié)議，實現(xiàn)復(fù)雜智能系統(tǒng)可視化仿真系統(tǒng)界面制造系統(tǒng)數(shù)字孿生，實現(xiàn)虛擬裝調(diào)、測試與維護。VE2總體架構(gòu)仿真效果逼真，可導(dǎo)出4K高清圖像、3DVE2總體架構(gòu)第22頁天津大學(xué)VE2.3數(shù)字孿生平臺支撐技術(shù)天津大學(xué)機床庫機器人庫物流倉儲設(shè)備庫夾具庫心自定義模型行為、連接屬性必標(biāo)準CAD模型導(dǎo)入天津大學(xué)天津大學(xué)必機器人圓弧示教必機器人抓取示教必機器人焊接示教必機器人識別抓取第25頁第25頁?H0:00:00SinutureSimbbonvarisbk平×ConnectedVariablesSruchureSmation回ESeneLtadhReadyJNFeedsensorBooLNServertosimulationMainPusherControLOUTLilatchConboLOUTTunAsheContoLOUTPowerOnPoweCnvariatkadTPrepred回LatetvSenervariabieFALSEFASEFALSETRLETRLEOMinAusherfxtendedJNOLiHatchleadyJINDMinPsherfetracted,NDFeedSensorBootJNOpahenCosedOUTO.MinRusherContoLOUTOLHatchContiolOUTWDComePuheControLOUTO.PowerOnConweyorOUTOPowerOnCoeyornOUT第26頁第26頁天津大學(xué)2.3數(shù)字孿生平臺支撐技術(shù)天津大學(xué)2.3數(shù)字孿生平臺支撐技術(shù)2.3數(shù)字孿生平臺支撐技術(shù)TitleOf天津大學(xué)三.新一代智能制造高端人才培養(yǎng)第90頁第90頁必車銑雙工位環(huán)形智能制造單元(1/3)行為數(shù)據(jù)接口制造系統(tǒng)廣域資源制造系統(tǒng)廣域資源智