免費(fèi)下載 | 2025天津大學(xué):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)展展會(huì)快訊

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一、新一代智能制造模式下的思考

當(dāng)代智能制造的發(fā)展階段

工業(yè)1.0：大批量生產(chǎn)的流水線模式和“電氣時(shí)代”，以蒸汽機(jī)為代表。
工業(yè)2.0：應(yīng)用電子信息技術(shù)進(jìn)一步提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平。
工業(yè)3.0：開始應(yīng)用信息物理融合系統(tǒng)（CPS）。
工業(yè)4.0：以HCPS2.0為代表，進(jìn)入新一代智能制造階段，強(qiáng)調(diào)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

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(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)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。
工業(yè)發(fā)展歷程：
使能技術(shù)：智能制造的驅(qū)動(dòng)力，包括AI技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、完備數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)制造、數(shù)字化制造等，用于趨勢(shì)預(yù)測(cè)、自學(xué)習(xí)、自推理、壽命預(yù)測(cè)、故障溯源、多維仿真、深度推演、超前調(diào)整、最優(yōu)決策等。
賦能技術(shù)：智能制造的關(guān)鍵，將使能技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)裝備智能化、生產(chǎn)智能化、制造智能化。
數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的關(guān)系：數(shù)字化是基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)化是關(guān)鍵，智能化是趨勢(shì)。

智能制造時(shí)代企業(yè)如何生存和發(fā)展

把握本質(zhì)積極應(yīng)對(duì)：選擇核心技術(shù)高質(zhì)量落實(shí)，面向未來(lái)趨勢(shì)，把握發(fā)展方向。
好的智能制造系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：在滿足客戶個(gè)性定制生產(chǎn)需求的目標(biāo)下，對(duì)生產(chǎn)過程或環(huán)節(jié)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量、規(guī)劃，并對(duì)制造過程的長(zhǎng)期健康高效運(yùn)行進(jìn)行精益控制和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
可持續(xù)的生態(tài)環(huán)境：智能制造的最終標(biāo)準(zhǔn)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。

未來(lái)智能制造新業(yè)態(tài)的核心技術(shù)

裝備智能化：通過AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝備的智能化。
生產(chǎn)智能化：利用無(wú)線局域網(wǎng)等新一代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化。
服務(wù)智能化：通過控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的智能化。
數(shù)字孿生（Digital Twin）：作為外腦功能系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，是未來(lái)智能制造新業(yè)態(tài)的核心技術(shù)之一。

二、智能制造與數(shù)字孿生技術(shù)

數(shù)字孿生的概念

數(shù)字孿生通過AI技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息管理執(zhí)行等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體與虛擬模型之間的連接，包括信息監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)硬件關(guān)鍵技術(shù)、軟件關(guān)鍵技術(shù)等。

數(shù)字孿生技術(shù)在智能機(jī)床中的應(yīng)用

機(jī)床空間結(jié)構(gòu)模型、機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、機(jī)床幾何誤差模型、機(jī)床熱誤差模型等構(gòu)成數(shù)字孿生模型。
利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)等AI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)與建模、自主優(yōu)化與決策。
通過數(shù)控加工控制、機(jī)床工藝系統(tǒng)、自主控制與執(zhí)行等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量提升、工藝優(yōu)化、健康保障、生產(chǎn)管理等功能。

從手動(dòng)機(jī)床（HCPS）到數(shù)控機(jī)床（HCPS），增加了信息系統(tǒng)。
隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)推進(jìn)，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(jī)床的遠(yuǎn)程服務(wù)、狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、維護(hù)管理等方面。

智能機(jī)床特點(diǎn)：能夠自動(dòng)感知、智能輔助決策、智能監(jiān)測(cè)、智能調(diào)節(jié)和智能維護(hù)，實(shí)現(xiàn)加工制造過程的高速、高精、高可靠性和低功耗。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)：通過學(xué)習(xí)與建模、感知與連接、算法庫(kù)、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)、優(yōu)化與決策、控制與執(zhí)行等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)腦力替代與增強(qiáng)，優(yōu)化更準(zhǔn)確、決策更及時(shí)。
數(shù)控機(jī)床的發(fā)展：
數(shù)字孿生在智能機(jī)床中的具體應(yīng)用：

數(shù)字孿生技術(shù)在智能生產(chǎn)規(guī)劃中的應(yīng)用

包括智能制造裝備網(wǎng)絡(luò)模型庫(kù)、設(shè)備快速選型、布局場(chǎng)景構(gòu)建、生產(chǎn)調(diào)度與優(yōu)化、數(shù)控機(jī)床加工仿真、機(jī)器人示教仿真、CAM仿真、基本機(jī)器人功能、NC數(shù)據(jù)快速生成、機(jī)器人圓弧示教工具、機(jī)器人軌跡創(chuàng)建、機(jī)器人噴涂可視化等功能。
支持OPC-UA、TCP/IP等多種通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)同步仿真，支持虛擬調(diào)試、測(cè)試、維護(hù)。
項(xiàng)目交付項(xiàng)包括統(tǒng)計(jì)和報(bào)告、2D、3D圖生成、導(dǎo)出4K高清圖像、3DPDF文件、支持大數(shù)據(jù)分析等。

實(shí)現(xiàn)智能制造系統(tǒng)快速可重構(gòu)設(shè)計(jì)，包括設(shè)備生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)反饋、企業(yè)聯(lián)盟層、供應(yīng)鏈管理、協(xié)同設(shè)計(jì)與制造、生產(chǎn)過程執(zhí)行與管理等環(huán)節(jié)。
智能制造系統(tǒng)數(shù)字孿生模型庫(kù)動(dòng)態(tài)更新，支持多種格式二維圖紙和三維模型導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)快速可重構(gòu)。

數(shù)字孿生模型包括結(jié)構(gòu)模型、物理模型、控制模型、行為模型、算法模型等。
通過OPC-UA、TCP/IP、HTTP等協(xié)議實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)信息實(shí)時(shí)交互。
利用數(shù)據(jù)分析和人工智能算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的迭代優(yōu)化與實(shí)時(shí)決策。

數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)：物理世界與信息世界相互映射，包括物理車間、虛擬數(shù)字車間、產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)（需求、規(guī)劃、工程、設(shè)計(jì)、原型制造、使用、報(bào)廢、維護(hù)、回收等）。
數(shù)字孿生核心技術(shù)：
快速可適應(yīng)規(guī)劃技術(shù)：
智能制造系統(tǒng)可視化仿真：

數(shù)字孿生平臺(tái)支撐技術(shù)

自定義個(gè)性化模型庫(kù)，權(quán)限開放與動(dòng)態(tài)更新，已有2400+各種機(jī)床、機(jī)器人、倉(cāng)儲(chǔ)物流組件模型。
建模操作簡(jiǎn)單，模型功能屬性完善，支持所有CAD格式導(dǎo)入。
支持虛擬數(shù)控系統(tǒng)控制虛擬機(jī)床、讀取CAM刀位文件實(shí)現(xiàn)加工過程仿真、實(shí)際數(shù)控系統(tǒng)控制虛擬機(jī)床等功能。
支持機(jī)器人圓弧示教、機(jī)器人抓取示教、機(jī)器人焊接示教、機(jī)器人識(shí)別抓取等功能。
支持智能制造系統(tǒng)搭建可視化仿真、汽車裝配可視化仿真、機(jī)械手自動(dòng)上下料可視化仿真、智能物流可視化仿真等功能。
支持多種形式交互，包括CAD工程圖、3DPDF文件、4K高清動(dòng)畫視頻、VR等。

VE（Visual Engineering × Education）平臺(tái)：

三、新一代智能制造高端人才培養(yǎng)

實(shí)際工程案例

某工廠自動(dòng)化孵化車間改造。

教學(xué)案例設(shè)計(jì)

車銑雙工位環(huán)形智能制造單元：包括智能制造系統(tǒng)快速定制規(guī)劃流程、可適應(yīng)工藝規(guī)劃、生產(chǎn)調(diào)度、場(chǎng)景資源重用、制造資源三維模型檢索、數(shù)控設(shè)備資源、夾具設(shè)計(jì)與CAE、CAM仿真資源、加工仿真優(yōu)化、可視化仿真、互聯(lián)網(wǎng)更新、選配、客戶交互、智能信息管理系統(tǒng)、設(shè)備選型（互聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)）、虛擬調(diào)試等環(huán)節(jié)。
多模塊融合學(xué)習(xí)柔性智能制造與裝配單元：包括數(shù)字孿生模塊化智能制造系統(tǒng)、智能制造信息管理與執(zhí)行系統(tǒng)、生產(chǎn)信息統(tǒng)計(jì)與管理、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、機(jī)器人狀態(tài)監(jiān)測(cè)、機(jī)床狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。
梅花聯(lián)軸器柔性智能制造系統(tǒng)實(shí)物：展示了數(shù)字孿生技術(shù)在實(shí)際智能制造系統(tǒng)中的應(yīng)用。

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