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智能制造及其应用

发布时间:2017-10-01 作者:e-works整理  来源:e-works
2017年9月22日,以“智能制造,点亮中国制造业转型的明灯”为主题的“2017(第三届)智能制造国际论坛”在武汉洲际酒店隆重召开。千人计划专家,南方科技大学融亦鸣教授在论坛上发表了题为《智能制造及其应用》的演讲,本文根据演讲内容整理而成。
    2017年9月22日,以“智能制造,点亮中国制造业转型的明灯”为主题的“2017(第三届)智能制造国际论坛”在武汉洲际酒店隆重召开。千人计划专家,南方科技大学融亦鸣教授在论坛上发表了题为《智能制造及其应用》的演讲,本文根据演讲内容整理而成。
 
 
 千人计划专家,南方科技大学融亦鸣教授
 
    千人计划专家,南方科技大学融亦鸣教授
 
    大家好!很荣幸与大家分享《智能制造及其应用》的报告,报告的内容主要包括南方科技大学介绍、制造工业的发展、相关工作和增材制造带来的挑战四个方面。
 
    一、南方科技大学介绍
 
    南方科技大学(简称南科大)是深圳在中国高等教育改革发展的宏观背景下,举全市之力创建的一所高起点、高定位的公办创新型大学,它肩负着为我国高等教育改革发挥先导和示范作用的使命,并致力于服务创新型国家建设和深圳创新型城市建设。
 
 
  南方科技大学全景
 
    南方科技大学全景
 
    其中,机械与能源工程系成立于2016年1月,现有全职教学科研系列教授13人,计划2020年达到30人,学生人数是15级本科生30人,16、17级研究生34人。机械系设有机器人与自动化,创新设计与先进制造,能源工程三个发展方向;重点发展智能制造、成形与增材制造、精密加工技术、机器人及自动化、能源工程五个实验室。
 
    二、制造工业的发展
 
    提到智能制造,就不得不提美国制造工业技术的发展史。上世纪70年代是以数控机床的普及应用为标志,80年代以工艺数据库的广泛应用为标志,90年代以信息集成技术的发展应用为标志。到了21世纪,信息化的发展面临很大挑战,产生了基于供应链的制造工业,包括大批量定制技术、供应链管理、虚拟制造、精细化管理等很多新的发展方向。2010年开始以基于物联网的智能制造为标志,究竟这个蓝图是什么样的?答案仍然在探索之中。
 
    基于信息集成的数字化制造技术内涵非常丰富,涵盖CAD和CAM技术的应用,CAD-CAM技术的集成,MRP、ERP、PDM、PLM等制造信息集成,基于供应链的制造工业信息管理,数字化、虚拟制造等内容。个人认为,数字化、虚拟制造是服务于产品与生产系统的并行开发,以物理过程建模仿真为基础的制造技术,所以我在这两个方面做了一些研究工作。
 
    三、相关工作
 
    1、计算机辅助夹具设计与分析
 
    本人最早从事于计算机辅助夹具设计,因为夹具设计是制造业中的关键链条之一,需要消耗大量的时间,同时工装的质量控制也是非常突出的问题,对数字化设计与分析工具都提出了需求。我们将夹具设计分为装夹规划、夹具结构设计、夹具设计校验三个阶段。
 
 
 变异式(成组)夹具设计
 
    变异式(成组)夹具设计 
 
    其中,夹具设计校验需要完成几何模型、力学模型、定位完整性校验、装夹可及性校验、装夹引起的加工误差分析、夹具设计公差分配、夹具刚度分析、装夹稳定性分析、夹具-工件几何干涉检查及其夹具设计等工作。
 
  模块化组合夹具结构设计的实例
 
    模块化组合夹具结构设计的实例 
 
    此外,夹具设计还需要完成工艺性分析,例如工件装卸可行性分析、预定位需求分析、夹紧力保证定位接触、切屑留存问题、容错分析、夹紧顺序、装夹过程仿真等工作。
 
    2、数字化生产规划
 
    我们做的第二个工作,是有关数字化的生产规划。数字化生产规划从工厂层次、工艺层次和不足三个方面的规划。工厂层次的规划又分为工厂规划与分析、数字化支撑环境两个方面;工艺层次则包括切削工艺分析、焊接工艺分析、装配工艺等内容;不足主要是考虑到制造工艺开发中生产线层次的分析与仿真,覆盖制造工艺详情的复合制造工艺链的分析两方面因素的分析。
   
   模块化组合夹具结构设计的实例
 
    设计工作需要考虑很多标准性,那么一个零部件的设计发生变化的时候,相应的生产系统需要发生什么样的变化呢?我们希望生产系统也能够做一些相当于参数化设计的理念,研发了相应的一个系统。
 
 Unigraphics软件
 
    Unigraphics软件
 
    3、制造工艺过程的数字化建模仿真
 
    制造过程仿真的特点可以概括为:基于物理模型再现(研究、优化)制造过程;多尺度、多物理场、多工艺过程;精密切削加工过程模拟仿真;热处理过程建模仿真。
 
 
 数值仿真的数字化系统集成特点
 
    数值仿真的数字化系统集成特点
 
    数字仿真有助于刀具的精准设计,刃具微观结构对高精度要求的已加工表面质量和加工效率有很大影响,数字化测量及其特征信息的提取是切削性能表征和在线监测的重要基础。此外,制造工艺过程的数字化建模仿真的还包括弱刚度零件铣削过程工艺优化、材料热处理工艺集成建模仿真、冷却工艺建模与应用、化学处理工艺机理与模型、渗碳工艺模型等应用。
 
  冷却工艺建模与应用
 
    冷却工艺建模与应用
 
    未来,造工艺过程的数字化建模仿真发展趋势是工艺多物理场集成建模,包括多物理场耦合建模和多工艺全流程系统集成建模两个方面。其中,从冶炼、锻造、热处理到疲劳寿命预测的全流程建模与仿真,属于国际前沿的技术。
 
    4、制造过程的智能监控与价值链拓展
 
    随着制造业行业竞争从单一环节竞争转向产业链条竞争,制造环节所占比重下降,但是,制造环节作为基础能力,其地位不可替代。无论从制造、供应链、产业链提升的角度,还是从产品设计、产品品牌提升等角度,都可以感受到制造业在价值链条中的基础作用不可替代。
 
 磨削机床的四个状态
 
    磨削机床的四个状态
 
    精密加工智能化是磨削技术的发展趋势之一,磨削智能化将提升磨削加工产业链的整体水平,而智能化磨削的核心是监控、诊断等使能技术。这方面的案例有磨削状态显示与分析、成套复杂工艺辅助开发、轻工行业及其对智能制造的需求等。
 
    四、材制造带来的挑战
 
 增材制造实现过程
 
    增材制造实现过程
 
    数字化制造与增材制造解决了几何复杂性问题,是微观和宏观相结合的方法。增材制造带来的挑战主要表现在两个方面,一个是对设计流程、方法的冲击;另一个是对生产规划的缺失。目前我们在增材制造的研究领域主要有四个方向,一是需求开发,二是设计-分析-优化,三是制造技术,四是评估与规范化。
 
    以上就是我要与大家分享的内容,谢谢大家!
 
    本文根据千人计划专家,南方科技大学融亦鸣教授在2017(第三届)智能制造国际论坛上的发言整理而成,已经本人确认。
 
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