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中国制造2025：我国实现“制造强国”战略的必然选择
世界工厂：中国 中国制造 中国智造
2009年，中科院在“中国至2050年先进制造科技发展路线图”提出了 “基于泛在信息的智能制造系统”；
2010年中国机械工程学会启动“中国机械工程技术路线图”编制工作， 其中“智能制造技术路线图”是六大专题之一；
离线编程 改进软件功能：
• 磨抛软件界面； • RobotStudio； • 三维扫描仪配套软件
软件界面
RobotStudio: WDT
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关键技术5—叶片型面误差检测
技术需求：叶片在机器人磨抛（磨抛力不均）、强力锻造（锤击 力不均、模具磨损、热应力释放）过程发生变形，型面检测与变 形矫正技术是提高叶片制造精度的关键之一； 解决方案：系统研究磨抛型面误差（中弧线等）、锻造型面误差
特点：负载大，工作环境 恶劣，精度要求高
2012年开发了机器人叶片磨抛系统应用于无锡叶片厂
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典型案例：机器人磨抛技术
解决方案：开发叶片型面磨抛机器人“测量- 操作-加工”一体化 （3M）系统，实现大叶片的机器人磨抛批量化生产, 替代了传统 人工磨抛； 技术优势：视觉定位、柔性接触、宽行加工
原材料 信息
自主决策
关键技术：
• •
工况识别感知 控制算法及策略
产品全生命周期个性化定制与服务
自适应工况
关键技术：
• • • •
多功能感知 智能Agent 语音识别 信息融合
无人机
人机交互
无人驾驶汽车
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智能制造发展方向：装备智能化
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智能制造发展方向：车间智能化
22
智能制造发展方向：工厂智能化
9
中国制造2025：五大工程
1. 国家制造业创新中心建设工程 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
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中国制造2025：五项方针
创新驱动 质量为先 绿色发展
走创新驱动的发展道路 走以质取胜的发展道路 走生态文明的发展道路
结构优化 人才为本
走提质增效的发展道路 走人才引领的发展道路
中央控制室 智能化加工设备
现场Andon
现场监视装置 高级计划排程
智能化生产控制中心 智能加工中 心与生产线
智能化机械手
智能化工厂
智能化生产执 行过程管控
执行过程调度
智能化仓储/运输与物流
数字化物流管控
DNC
智能刀具管理
自动化立体仓库
AGV智能小车
公共资源定位系统
数字化质量检测
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智能制造发展方向：供应链智能化
（横行/纵向位移、最大厚度）的快速计算方法。
光学测量 锻造毛坯
中弧线误差
整体误差
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关键技术6—在线检测软件开发
技术需求：磨抛视觉定位、叶片检测、变形矫正面临共性问题：
商业化 Geomagic 软件不具备特定功能需求、需繁琐的人工交互、 与UG/ProE/Delcam等通用软件接口不统一；
解决方案：在VC++/OpenGL平台，开发具备光学扫描、点云精简
航空/核电叶片磨抛
舰船螺旋桨桨叶磨抛
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关键技术1—磨抛工艺机理
技术需求：磨削深度、砂轮半径、砂粒大小等对磨削力/温度影响 大（型面质量和表面损伤），缺乏理论模型和工艺优化方法； 解决方案：从恒力磨削和颤振抑制的角度，研究机器人-工艺交互 作用规律及磨抛深度、砂带转速等优化方法。
磨损砂带 120#砂带
y
Part 2 Part 1 6 S S S S i 1 i 1 ET ET BT BT iT iT
i 1
静坐标系
动坐标系
x
oT
z
T
x
S
oS
z
y
z
x
y
E
设计模型
匹配
实际测量叶 片局部轮廓
自适应距离ADF：描述移动点到不动点最近距离
激光扫描仪测量核电大叶片
d ADF 2 ( g,Q) n j T (pi q j ) t j T (pi q j )
2
2
法向距离
切向距离
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关键技术4—离线编程
技术需求：现有软件体系繁琐、复杂，接口不统一等问题； 解决方案：开发机器人离线编程软件，改进软件系统操作方便、 智能化，同等硬件配置下，加工周期由4.5小时提升到0.5小时。
x
激光扫描仪
oE
z
oB
y
B
标准球
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关键技术3—三维匹配与视觉定位
技术需求：大叶片型面复杂、安装位置具有任意性，传统匹配 方法（ICP）易陷入局部最优，无法保证磨抛余量均匀性； 解决方案：定义点-曲面最近距离的新度量 —自适应距离函数， 保证叶片点云匹配收敛速度和收敛稳定性的最优化，已成功应 用于机器人磨抛大叶片视觉定位与余量控制。
利用自组织网络，动态配 置资源，实现研究、设计、 生产和销售各种资源重组
数字化 CAD/CAE/CAPP/CAM/PD M/ERP/RE/RP
2011
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智能制造核心特征
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智能制造发展方向：产品智能化
关键技术：
• • • • 环境感知 路径规划 智能识别 自主决策
回收 信息 销售 信息 物流 信息 制造 信息 设计 信息
• • • 更短的创新周期 更为复杂的产品 更大的数据量
3
• • •
提高柔性
个性化大规模生产 快速变化的市场 更高的生产效率
制造业变化的速度比以往更快
4
中国制造业挑战与机遇
低附加值 高附加值
哥本哈根中国减排目标
产业升级压力 劳动力成本上升 能耗排放压力
中国制造业机遇：发展先进制造技术，实现产业升级
主机厂与供应商：物理距离 与 信息距离
– 以江淮汽车为例：
• 零部件供应巢建设项目现已有澳大利亚和台湾、香港等7省区在内的260家企业签约入驻 • 目前江淮已实施了物料拉动平台
主要方向：以主机厂为核心的全产业链质量控制
仪表台总成
座椅
大灯总成
轮胎
动力总成
悬架总成
底盘
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智能制造发展方向：智能制造模式
磨损形式
• 磨耗磨损 • 粘接磨损 • 氧化磨损
磨损影响
控制 策略
抛光带
进排气边型面精度
低 摩 擦 小 接 触 力 控 制
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关键技术2—“手—眼”标定
技术需求：现有方法通过激光跟踪仪进行系统参数标定，价格 昂贵（200万以上） 、操作过程复杂（现场操作）； 解决方案：建立了基于标准球的 30 维参数（ 24 个连杆运动参数 、6个位姿参数）标定数学模型，实现了机器人末端执行器（手 {E}）—激光扫描仪（眼{S}）的现场快速标定。
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智能制造关键技术：机器人
全球年增长率9% 中国年增长率17%
焊接、装配、喷漆、码垛、搬运
世界工业机器人安装总量
2012年中国工业机器人销量为2.7万台；我国达到世界水平时 将有380亿工业机器人本体市场空间，1140亿工业机器人系统 集成市场空间
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智能制造关键技术：智能传感
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智能制造应用：机器人技术应用 人 工
、三维匹配、色谱图显示、ASC/PLY/IGES输出等功能模块，成功 应用到机器人磨抛定位与叶片型面检测等。
iCloud3D的操作界面
点云精简、三维匹配及色谱图显示等
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机器人磨抛—与人工磨抛效果对比
机器人磨抛
600mm长某型钛合金模锻叶片磨抛对比： 手工磨抛 加工时间 型面精度 表面粗糙度 加工一致性 45min ±0.15mm Ra1.6 差 机器人磨抛 25min ±0.1mm <Ra0.8 好
全员劳动生产率
同步发展战略
创新能力
创新驱动发展 产品设计创新
增加值率
工业2.0：规模化
美国 德国 中国
工业3.0：数字化
工业4.0：智能化
制造技术创新
产业模式创新
关键技术自给率 资源能源消耗（利用率）
3
制造业核心竞争力正在发生深刻变化
提升竞争力
1
•
提升效率
能源和资源利用效率 是竞争力的决定性因素
2 缩短生产周期
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传统手工磨抛
提 纲
一． 产业与技术背景
二． 中国制造2025 三． 智能制造技术与应用
四． 创新载体建设
五． 结论
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华中科技大学无锡研究院：基本情况
四． 创新载体建设
五． 结论
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智能制造：科学内涵 智能制造旨在将人类智慧物化在制造活动中并组成 人机合作系统，使得制造装备能进行感知、推理、 决策和学习等智能活动，通过人与智能机器的合作 共事，扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过 程中的脑力劳动，提高制造装备和系统的适应性与 自治性。
智能制造=人工智能+机器人+数字制造
2011年国家发改委、财政部、工信部组织设立了“智能制造装备发展专 项”； 2015年国务院公布并推进实施“中国制造2025”规划，是实现制造业 升级和“制造强国”战略的必然选择。
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提 纲
一． 产业与技术背景
二． 中国制造2025 三． 智能制造技术
四． 创新载体建设与进展
五． 结论
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中国制造2025：三步走战略目标
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智能制造：研究范围
如同人 脑
自动工艺决 策与NC编程
工艺知识与 智能控制
如同人 四肢 智能化功 能部件 装备
数字化智 能化制造 图形化建 模与仿真 智能人机 交互