從數(shù)字化到智能制造

1、EScrrc設(shè)計(jì)文件名稱編號(hào)版本版權(quán)專有違者必究中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司標(biāo)準(zhǔn)模板：Q/TEG41.23-2010/ZS-0S-TP-042/V6.1cnncxxxxxxxxxx編制工藝校核標(biāo)準(zhǔn)化審核批準(zhǔn)版本號(hào)更改人更改日期更改說明變更編號(hào)目次1 目的及意義12 從數(shù)字化工廠到智能工廠再到智能制造12.1 數(shù)字化工廠12.2智能工廠22.3智能制造23 從數(shù)字?jǐn)?shù)字化開發(fā)到智能制造的關(guān)鍵技術(shù)途徑33.1 從數(shù)字制造到智能制造的發(fā)展模式33.2 從數(shù)字制造到智能制造的具體途徑44 典型行業(yè)智能制造發(fā)展技術(shù)路線圖5II中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司1 目的及意義隨著城市配電網(wǎng)的不斷發(fā)展,配電網(wǎng)的

2、結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,網(wǎng)絡(luò)供電方式和手拉手供電方式成為城市配電網(wǎng)的主要供電方式。與此同時(shí),隨著電力供需矛盾的緩和,廣大電力用戶對(duì)電力供應(yīng)的需求不斷提高,電力系統(tǒng)配電生產(chǎn)管理人員的工作量與日俱增,配電網(wǎng)的重要性日益突出。原有的人工粗放型的管理方式和工作流程已不能適應(yīng)新的要求,亟待建立新型的技術(shù)管理模式。作為“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃的重要組成部分，從數(shù)字制造到智能制造的轉(zhuǎn)型升級(jí)，已成為各行各業(yè)以及高端裝備制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是促進(jìn)我國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的必然之路。近年來，我國(guó)在數(shù)字制造技術(shù)研究與應(yīng)用方面取得了重要的進(jìn)展與突破，數(shù)字制造技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，并成為解決高、精、尖復(fù)雜裝備制造難

3、題的核心技術(shù)之一；智能制造技術(shù)研究與應(yīng)用也初現(xiàn)端倪，部分制造企業(yè)集團(tuán)積極采用智能制造技術(shù)提升產(chǎn)品的智能化水平，智能化生產(chǎn)線、智能化車間、智能化工廠不斷涌現(xiàn)。但就我國(guó)從數(shù)字制造到智能制造的發(fā)展水平而言，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在很大差距。德勤有限公司與中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)2015年對(duì)上百家制造業(yè)企業(yè)智能制造與信息化情況開展調(diào)研，報(bào)告顯示中國(guó)智能制造尚處于初級(jí)發(fā)展階段，僅23%的企業(yè)進(jìn)入智能制造廣泛應(yīng)用階段；除在汽車及零部件行業(yè)智能設(shè)備應(yīng)用程度超過90%外，其他行業(yè)尤其是機(jī)械加工制造行業(yè)的智能設(shè)備應(yīng)用程度均較低(如圖所示)。造成上述差距的根源，主要是缺乏從數(shù)字制造到智能制造發(fā)展的具體技術(shù)途徑指引，導(dǎo)致

4、我國(guó)智能制造應(yīng)用推廣進(jìn)展緩慢。尚耒血用；已鏡應(yīng)用為此我們提出利用數(shù)字化技術(shù)、智能化技術(shù),通過圖形與數(shù)據(jù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行管理與輔助決策管理,實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)調(diào)度、生產(chǎn)、運(yùn)行、檢修、管理的科學(xué)性和數(shù)字化,進(jìn)一步改善服務(wù)質(zhì)量,提高供電可靠性,提高供電企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。為了建成上述的一體化2 從數(shù)字化工廠到智能工廠再到智能制造2.1數(shù)字化工廠對(duì)于數(shù)字化工廠，德國(guó)工程師協(xié)會(huì)的定義是：數(shù)字化工廠(DF)是由數(shù)字化模型、方法和工具構(gòu)成的綜合網(wǎng)絡(luò)，包含仿真和3D/虛擬現(xiàn)實(shí)可視化，通過連續(xù)的沒有中斷的數(shù)據(jù)管理集成在一起。數(shù)字化工廠集成了產(chǎn)品、過程和工廠模型數(shù)據(jù)庫(kù)，通過先進(jìn)的可視化、仿真和文檔管理，以提高產(chǎn)

5、品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程所涉及的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)性能。在國(guó)內(nèi)，對(duì)于數(shù)字化工廠接受度最高的定義是：數(shù)字化工廠是在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。是現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，主要作為溝通產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造之間的橋梁。從定義中可以得出一個(gè)結(jié)論，數(shù)字化工廠的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)信息的集成。2.2智能工廠智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理服務(wù)，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，以及合理計(jì)劃排程。同時(shí)，集初步智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。智能工廠

6、已經(jīng)具有了自主能力，可采集、分析、判斷、規(guī)劃;通過整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測(cè)，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴(kuò)增展示設(shè)計(jì)與制造過程。系統(tǒng)中各組成部分可自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具備協(xié)調(diào)、重組及擴(kuò)充特性。已系統(tǒng)具備了自我學(xué)習(xí)、自行維護(hù)能力。因此，智能工廠實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器的相互協(xié)調(diào)合作，其本質(zhì)是人機(jī)交互。2.3智能制造智能工廠是在數(shù)字化工廠基礎(chǔ)上的升級(jí)版，但是與智能制造還有很大差距。智能制造系統(tǒng)在制造過程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機(jī)器的合作，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代技術(shù)專家在制造過程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造系統(tǒng)不只是“人工

7、智能系統(tǒng)，而是人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，是混合智能。系統(tǒng)可獨(dú)立承擔(dān)分析、判斷、決策等任務(wù)，突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位，同時(shí)在智能機(jī)器配合下，更好發(fā)揮人的潛能。機(jī)器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。本質(zhì)是人機(jī)一體化。數(shù)憩闔T秒睫(VirtualCNC)7士口引T徑】燒刀觀帥圾巴(CNCEditnf生嚴(yán)設(shè)曹和王位材皚化戟冋teJEft(DNC)*心0*y燉(=41劇降文植_-_2*潦用營(yíng)垂豳n&r(ncCnt)制誼過程數(shù)腿宜檔背理套貌江位-智能制造，是智能技術(shù)與制造技術(shù)的融合，是用智能技術(shù)解決制造的問題，是指對(duì)產(chǎn)品全生命周期中設(shè)計(jì)、加工、裝配等環(huán)節(jié)的制造活動(dòng)進(jìn)行知識(shí)表達(dá)與學(xué)習(xí)、信息感

8、知與分析、智能決策與執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)制造過程、制造系統(tǒng)與制造裝備的知識(shí)推理、動(dòng)態(tài)傳感與自主決策。智能制造是涉及產(chǎn)品全生命周期中各環(huán)節(jié)的制造活動(dòng)，包括智能設(shè)計(jì)、智能加工、智能裝配三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)。智能制造的實(shí)現(xiàn)可以分為三個(gè)不同的層面，即制造對(duì)象或產(chǎn)品的智能化、制造過程的智能化、制造工具的智能化；而知識(shí)庫(kù)/知識(shí)工程、動(dòng)態(tài)傳感與自主決策，構(gòu)成了智能制造的三大核心。智能制造是在數(shù)字制造的基礎(chǔ)上發(fā)展的更前沿階段，其實(shí)現(xiàn)離不開數(shù)字制造的基礎(chǔ)，因此數(shù)字制造技術(shù)，包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、快速成型技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)等，均為智能制造的基礎(chǔ)技術(shù)。但是，智能制造過程以知識(shí)和推理為核心，數(shù)字制造過

9、程以數(shù)據(jù)和信息處理為核心，兩者之間有著本質(zhì)的區(qū)別：（1）數(shù)字制造系統(tǒng)處理的對(duì)象是數(shù)據(jù)，而智能制造系統(tǒng)處理的對(duì)象是知識(shí)；（2）數(shù)字制造系統(tǒng)處理方法主要停留在數(shù)據(jù)處理層面，而智能制造系統(tǒng)處理方法基于新一代人工智能；（3）數(shù)字制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法是經(jīng)典數(shù)學(xué)（微積分）方法，智能制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法是非經(jīng)典數(shù)學(xué)（智能數(shù)學(xué)）方法；（4）數(shù)字制造系統(tǒng)的性能在使用中是不斷退化的，而智能制造系統(tǒng)具有自優(yōu)化功能，其性能在使用中可以不斷優(yōu)化；（5）數(shù)字制造系統(tǒng)在環(huán)境異?；蚴褂缅e(cuò)誤時(shí)無法正常工作，而智能制造系統(tǒng)則具有容錯(cuò)功能。智能制造是智能技術(shù)與制造技術(shù)不斷融合、發(fā)展和應(yīng)用的結(jié)果。數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)、神

10、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)視覺、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等智能方法與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品加工、產(chǎn)品裝配等制造技術(shù)融合，就形成了知識(shí)表達(dá)與建模技術(shù)、知識(shí)庫(kù)構(gòu)建與檢索技術(shù)、異構(gòu)知識(shí)傳遞與共享技術(shù)、實(shí)時(shí)定位技術(shù)、無線傳感技術(shù)、動(dòng)態(tài)導(dǎo)航技術(shù)、自主推理技術(shù)、自主補(bǔ)償技術(shù)、自主預(yù)警技術(shù)等各種形式的智能制造技術(shù)，如圖所示。習(xí)繪制造旨第技術(shù)制造技術(shù)知識(shí)庫(kù)F知識(shí)匸程款據(jù)挖擁與機(jī)器學(xué)勺專京盞統(tǒng)與進(jìn)性掛嚴(yán)團(tuán)崗遐惜與抻?jì)I網(wǎng)皓啟發(fā)搜索與聯(lián)想融計(jì)頼視覺技耒=砌肛同技術(shù)一舌什算披術(shù)系統(tǒng)工穆技黍-知識(shí)志達(dá)與壓賤技術(shù)知如庫(kù)構(gòu)建與糙秦技斗異構(gòu)知識(shí)傳逸與*卒技術(shù)胃主預(yù)警技術(shù)自主推理更術(shù)百E補(bǔ)意技術(shù)產(chǎn)胡設(shè)計(jì)技術(shù)&晶加工朮產(chǎn)品捷配技術(shù)制燈警理技術(shù)制造眼務(wù)掛術(shù)雪時(shí)

11、走也槍術(shù)無蛻傳感技術(shù)動(dòng)態(tài)導(dǎo)航扭術(shù)祈態(tài)皆感自主決菜3 從數(shù)字?jǐn)?shù)字化開發(fā)到智能制造的關(guān)鍵技術(shù)途徑3.1從數(shù)字制造到智能制造的發(fā)展模式針對(duì)不同行業(yè)和不同企業(yè)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)字制造到智能制造的發(fā)展模式可以分為以下三大類。1. 在通過數(shù)字制造實(shí)現(xiàn)數(shù)字工廠的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能工廠，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能制造。在通過數(shù)字制造實(shí)現(xiàn)數(shù)字工廠的基礎(chǔ)上，基于物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)加強(qiáng)產(chǎn)品制造過程的信息管理和服務(wù)，提高生產(chǎn)過程的可控性，并利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)加工與裝配過程的智能管理與決策，實(shí)現(xiàn)智能工廠與智能制造。具備較好數(shù)字制造基礎(chǔ)和較強(qiáng)信息集成能力的大型企業(yè)集團(tuán)，適合采用從數(shù)字工廠到智能工廠的發(fā)展途徑。通過對(duì)企業(yè)管理

12、和生產(chǎn)運(yùn)行過程的持續(xù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化，全面提升制造的自動(dòng)化和智能化水平。2. 數(shù)字制造與智能制造并舉，實(shí)現(xiàn)信息化、數(shù)字化，并且實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳感、知識(shí)推理、智能控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能制造。數(shù)字制造與智能制造并舉，在利用數(shù)字制造先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推廣來實(shí)現(xiàn)制造信息化和數(shù)字化的同時(shí)，發(fā)展和應(yīng)用智能制造技術(shù)以實(shí)現(xiàn)制造裝備的實(shí)時(shí)傳感、知識(shí)推理、智能控制、自主決策。數(shù)控機(jī)床等基礎(chǔ)制造裝備行業(yè)，超精密加工、難加工材料加工、巨型零件加工、高能束加工、化學(xué)拋光加工等所需特種制造裝備行業(yè)，適合采用數(shù)字制造與智能制造并舉的發(fā)展途徑。3. 在單元技術(shù)、單元工藝、單元加工實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)單元制造智能化，一個(gè)單元、一個(gè)單元逐步

13、實(shí)現(xiàn)整機(jī)智能化制造，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)企業(yè)智能制造。對(duì)于高度復(fù)雜、超大型尺寸產(chǎn)品的制造行業(yè)，如大型艦船、大型商用飛機(jī)等，產(chǎn)品制造單元數(shù)量眾多，且需分布式協(xié)同制造，適合采用將制造單元逐個(gè)智能化的途徑以實(shí)現(xiàn)整機(jī)的智能制造。3.2 從數(shù)字制造到智能制造的具體途徑基于從數(shù)字制造到智能制造的三大發(fā)展模式，具體落實(shí)到不同行業(yè)的制造企業(yè)，均可以通過以下三條具體途徑實(shí)現(xiàn)從數(shù)字制造到智能制造的發(fā)展。1. 智能設(shè)計(jì)到智能加工、智能裝配、智能服務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能制造。從智能設(shè)計(jì)到智能加工、智能裝配、智能管理、智能服務(wù)，實(shí)現(xiàn)制造過程各環(huán)節(jié)的智能化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能制造，如圖所示。設(shè)計(jì)種能優(yōu)加匸智能化管理智能代旣務(wù)智能化工況感知寫自忙

14、決繚設(shè)計(jì)知識(shí)表達(dá)與知識(shí)庫(kù)構(gòu)建加工過程監(jiān)控巧誤差補(bǔ)樓數(shù)字化制造資源管理制適過程智能調(diào)試產(chǎn)品幾何建模與工程田檔I：成數(shù)控加匚編程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與共5頁第6頁中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司信息流、能量流和資金流的智能化。依托2. 通過機(jī)器人流水線作業(yè)智能化，實(shí)現(xiàn)制造過程物質(zhì)流、機(jī)器人流水線作業(yè)智能化，利用機(jī)器手、自動(dòng)化控制設(shè)備或自動(dòng)流水線推動(dòng)企業(yè)技術(shù)改造向機(jī)械化、自動(dòng)化、集成化、生態(tài)化、智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)制造過程物質(zhì)流、信息流、能量流和資金流的智能化。機(jī)器換人的實(shí)現(xiàn)可以分4個(gè)步驟進(jìn)行：機(jī)器換人工、自動(dòng)換機(jī)械、成套換單臺(tái)、智能換數(shù)字，如圖所示。機(jī)器換人工71A自動(dòng)化自動(dòng)換機(jī)械機(jī)械化集成化成賓換單伶智能換數(shù)字3

15、. 通過機(jī)器人的應(yīng)用、推廣，提高機(jī)器人的智能性，使機(jī)器人不僅能夠替代人的體力勞動(dòng)，而且能夠替代人的一部分腦力勞動(dòng)。在工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)與關(guān)鍵零部件自主研制取得突破性進(jìn)展的基礎(chǔ)上，提高工業(yè)機(jī)器人的智能化水平，使機(jī)器人的操控越來越簡(jiǎn)單，不需要人示教，甚至不需要高級(jí)技術(shù)人員的操作即可完成作業(yè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)高層次的智能機(jī)器人，如圖所示。4 典型行業(yè)智能制造發(fā)展技術(shù)路線圖從數(shù)字制造到智能制造的發(fā)展，應(yīng)重點(diǎn)突破以下四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：（1）大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的制造知識(shí)發(fā)現(xiàn)與知識(shí)庫(kù)構(gòu)建技術(shù)。通過語義分析技術(shù)和元搜索引擎，對(duì)本行業(yè)產(chǎn)品大數(shù)據(jù)進(jìn)行深層分析挖掘，形成對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造有用的知識(shí)，并構(gòu)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造知識(shí)庫(kù)。（2）基于分布

16、式傳感的制造實(shí)時(shí)感知技術(shù)。將多種傳感器嵌入數(shù)控機(jī)床的主要部件中，以各傳感器的返回?cái)?shù)據(jù)作為判定基礎(chǔ)，以內(nèi)置智能判定算法為判定依據(jù)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)感知。（3）基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控加工系統(tǒng)智能控制技術(shù)。將多臺(tái)具有不同加工特性的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行信息關(guān)聯(lián)，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控加工智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的智能識(shí)別、定位、追蹤和管理，以及對(duì)制造系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能控制。（4）基于云平臺(tái)的制造資源自主決策技術(shù)。根據(jù)云平臺(tái)用戶的資源需求，將設(shè)計(jì)資源按相應(yīng)規(guī)則條件進(jìn)行匹配，并根據(jù)設(shè)計(jì)資源的實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)基于云平臺(tái)的制造資源的自主決策。基于云平臺(tái)的數(shù)控機(jī)床制造進(jìn)應(yīng)自匕決施目標(biāo)：賣現(xiàn)故控機(jī)庫(kù)制潔需源扶車目標(biāo)：寶現(xiàn)柚

17、按機(jī)床劇造資0EMM主決章敬控機(jī)味啊造資澹阿培祁異捏忒數(shù)控機(jī)床異拘劇造謙甌封養(yǎng)枝*數(shù)15機(jī)床利造資源示平合枸老數(shù)控機(jī)味IW世幣專與用盧需求的耦甘匹配H（*數(shù)梅機(jī)床制造幣S!云椎式疑捷咱應(yīng)與胡態(tài)乖組擅點(diǎn)川于瞥能什W前啊控機(jī)*利造詣源自主決館與個(gè)配技術(shù)y基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控加工垂統(tǒng)智能控制基于片布式傳感的數(shù)控機(jī)床工撫實(shí)時(shí)感知大數(shù)據(jù)胚動(dòng)的數(shù)控機(jī)睞制造知識(shí)報(bào)理目標(biāo)：赴柱加工迪程智皓批廳目標(biāo)：數(shù)柱加工弟域怦祇控制曾能柱控韋嫌與何膽宦動(dòng)枚術(shù)處柱企業(yè)智能怦控與智骼供理堆代理技術(shù)曾能工藝現(xiàn)劃與習(xí)袒編程拔術(shù)數(shù)控機(jī)床企業(yè)劇造與肌務(wù)集盛平合數(shù)控機(jī)床智怔明遺抄行宗堆技術(shù)y/Z數(shù)控機(jī)床隹業(yè)智淫拘帝平臺(tái)/目標(biāo)：拘理數(shù)控機(jī)床工況佰息說別系冼目標(biāo)：實(shí)