在智能制造过程中,设备可以进行自我感知、自我分析、自我决策等智能活动,减少设备响应问题的时间,实时反馈和优化生产物流信息,提高企业生产效率。
智能制造可以分为三个层次:
一是智能制造装备,这离不开智能装备的支撑,包括先进的数控机床和配备新型传感器的智能化。机器人、智能化成套生产线等。,以实现生产过程的自动化、智能化和高效化;
二是智能制造系统,是由智能设备和人类专家结合物理信息技术构建的智能生产系统,能够随着技术进步和工业实践不断学习和优化自我,动态发展;
三是智能制造服务。结合物联网的智能制造过程覆盖了产品设计、生产、管理、服务的全生命周期,可以根据用户需求定制产品,最终形成全生产服务生态链。
智能制造企业控制着产品从生产到运营的全生命周期。通过整合生产流程、供应链物流和企业商业模式,将业务和制造流程有效串联,最终使工厂运行在一个灵活、敏捷、智能的制造环境中,极大地优化了生产效率和稳定性。
随着互联网技术和信息数字化技术的快速进步,大规模普及智能制造成为可能。经过十余年的技术积累,在21世纪的第二个十年,智能制造在全球范围内迅速发展,制造强国不断推出新的措施,通过政府、行业组织和企业推动智能制造的发展。工业制造实力,培育行业竞争优势。2011年,美国实施“先进制造业伙伴计划”战略,2013年,德国提出“工业4.0”计划,2014年英国推出“高价值制造”战略,2015年日本颁布“机器人新战略”,2016年,欧盟颁布“数字欧洲”工业计划”。智能制造产业的升级在世界范围内逐渐扩大和出现, 而中国的智能制造也应运而生。2015年5月,我国发布《中国制造2025》文件,也指出要把智能制造作为制造业发展的主攻方向,构建以智能制造为重点的新型制造体系。这些战略表明,智能制造已成为制造业的重要发展趋势,推动新的生产管理方式、商业运营模式和产业发展模式的形成将对全世界具有重要意义工业产业结构影响显著,进而导致第四次。工业革命。
装备制造业是制造业的核心和支柱,是社会经济发展的基础产业,是各行业产业升级和技术进步的基础条件。高度发达的装备制造业是实现工业智力的必要条件也是一个国家技术水平和综合国力的集中体现。经过几十年的发展,我国装备制造业已经形成门类齐全、产业规模巨大的产业集群,少数产品达到世界领先水平,取得了良好的成绩。但仍要认识到,我国传统装备制造业仍面临高端核心技术依赖国外进口、技术创新体系不完善、产品产能过剩等问题。
如今,智能制造在中国的快速发展为传统制造业的升级提供了良好的机遇。加快装备制造业的智能化,建立完整的智能制造装备产业体系,是实施工业信息化与信息化深度融合战略的重要举措。智能制造可以推动装备制造业的智能化升级,进而通过装备制造业的智能化改造,推动智能制造在全行业的普及,可以更好地实现中国的制造强国梦。
智能制造发展的主要领域
通过分析智能制造的发展现状可以知道,智能制造的集成创新和应用示范主要集中在感知、控制、决策和执行等核心关键环节。通过推进产学研联合创新,攻克关键技术,提高质量和可靠性;通过集成开发一批重大成套设备,推动工程应用和产业化。以下六个领域是智能制造的重点研发方向。
工业机器人
工业机器人工业机器人(IndustrialRobot)是集计算机技术、制造技术和自动控制技术于一体,配有传感器和人工智能系统的智能生产设备。其主体由机体、控制器、伺服驱动系统和检测传感器装置组成,具有拟人化、自控、可重复编程的特点。随着人工智能技术、多功能传感技术和信息采集、传输、分析技术的快速突破和推广,配备了传感器、机器视觉和智能控制系统。工业机器人逐渐呈现智能化、服务化、标准化的发展趋势。智能制造工业机器人根据对环境变化的感知,通过物联网,我们可以在机器和设备之间、人和机器之间进行交互, 并对环境做出独立的判断和决策,从而减少生产过程对人的依赖;服务需要未来机器人与互联网结合,在线下的基础上,实现线上主动服务;标准化指的是机器工业机器人的各种组件和部件被模块化,通用改变,制造工业机器人使用更加方便,降低了制造成本。
智能数控机床
智能数控机床是数控机床的高级形式,它结合了先进制造技术、信息技术和智能技术,具有自学习能力,能够利用历史数据预测自身的加工能力,估计设备零件的使用寿命。能够感知自己的加工状态,监控、诊断和纠正偏差;智能评估加工工件的质量;通过各种功能模块,可以实现多种加工工艺,提高加工效率和控制程度。其发展方向是智能化、多功能化和控制系统小型化。
3D打印(添加制造)
3D打印技术以数字模型文件为基础,使用粘合材料,逐层添加材料,生成三维实体。因此,它也被称为附加制造(AM)。它是集数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学、化学于一体的尖端综合应用技术,能够很好地控制个性化、小批量产品的成本。预计未来还会有更多。此外,为了节省支撑材料带来的打印成本,未来3D打印会向无支撑的研究方向发展,比如现在已经成熟的悬浮式3D打印和高速激光烧结(HSS)。
智能传感器
智能传感器(Intelligent Sensor)是一种将被感测和控制的参数量化,并将其集成到应用中的智能传感器。工业基于网络的新型传感器具有高性能、高可靠性、多功能等特点,配有微处理器系统,具有信息采集、诊断处理和交换的能力,是传感器集成和微处理器相结合的产物。未来,智能传感器将更多地与微处理器和新工艺材料相结合,如用于形成三维微机械结构的表面硅微加工和新型微立体光刻技术,以提高传感器的精度,增加其环境适应性。同时与物联网、互联网相结合,实现联网,可以实时采集和传输数据。除...之外工业制造业也可以广泛应用于生活服务。
智能物流仓储
存在工业在4.0的智能工厂框架中,智能物流仓储位于后端,是连接制造端和客户端的核心环节,由硬件(智能物流仓储设备)和软件(智能物流仓储系统)组成。其中,硬件主要包括自动化立体仓库、多层穿梭巴士、巷道堆垛机、自动分拣机器和自动导航搬运汽车(AGV)等。;该软件根据实际业务需求,对企业的人员、物资、信息进行协调管理,并对信息进行链接。工业物联网让整个生产高效运行。智能物流仓储在减少人力成本和空间占用,大大提高管理效率, 并且是降低企业仓储物流成本的最终解决方案。无人化是智能物流仓储的重要发展趋势。搬运设备根据系统给出的网络指令,准确定位并抓取货物。搬运到指定位置,以后普通轨道AGV就无轨了。搬运机器人替换。
智能检测和装配装备
随着智能传感器的不断发展,各种算法不断优化,智能检测和装配技术已广泛应用于航空航天、汽车零部件、半导体电子、医学和医疗等诸多领域。基于机器视觉的多功能智能自动检测设备能够准确分析目标物体中的各种缺陷和瑕疵,确定目标物体的整体尺寸和准确位置,并进行自动检测。装配实现产品质量的有效稳定控制,增加生产的灵活性和可靠性,提高产品的生产效率。数字智能装配系统可以根据产品的结构特点、加工工艺、交付周期进行全局规划,最大限度的提高。装配设备利用率。除了在航空航天和汽车领域的应用之外, 智能检测和装配设备在农产品分拣和环境保护领域将大有可为。
国内外发展现状及形势
制造强国的发展
在20世纪80年代,工业发达国家已经开始研究智能制造,并逐步提出智能制造系统和相关智能技术。21世纪,随着网络信息技术的快速发展,智能制造的条件逐渐成熟。国际金融危机后,虚拟经济出现泡沫,传统制造业大国开始将重心转回实体制造业,并出台了一系列发展智能制造的国家战略(表1),希望通过发展制造业拉动国内经济增长,巩固大国地位。
美国:先进制造业伙伴计划,重塑工业竞争力
美国通过先进制造伙伴计划重新规划了制造业发展战略,并投入超过20亿美元用于先进研究。工业材料、创新制造技术和首个基于移动互联网的技术三代工业机器人希望通过发展先进制造业,实现制造业的智能化升级,保持美国制造业价值链的高端地位和制造技术的全球领先地位。当前美国智能制造的重点研究领域和内容:
智力机器人:结合互联网技术,增加机器人互动能力;
物联网:将传感器和通信设备嵌入机器和生产线;
大数据和数据分析:开发能够解读和分析大量数据的软件和系统;
信息物理系统和系统集成:开发大型生产系统,实现高效、灵活的实时控制和定制;
可持续制造:通过绿色设计,使用环保材料,优化生产工艺,开发能够提高资源利用率,减少环境有害物质排放的生产系统;
增材制造:将3D打印技术应用于零部件和产品制造,以减少产品开发和制造的时间和成本。
欧盟:数字欧洲工业计划,推进工业数字化过程
随着智能制造的兴起,欧洲各国都提出了相应的战略规划。在整合各国战略的基础上,欧盟提出了数字欧洲。工业推广欧洲的计划工业的数字化进程。该计划主要通过三种技术来加强欧洲:物联网(IoT)、大数据(BigData)和人工智能(AI)。工业智力的程度;将5G、云计算、物联网、数据技术、网络安全等五个方面的标准化作为发展重点之一,以增强各国战略规划的协调性。同性;同时,投资5亿欧元建设数字区域网络,大力发展区域数字创新中心,实施大规模物联网和先进制造业试点项目, 并期望通过利用云计算和大数据技术提升大数据,将高性能计算与量子计算有效结合。工业智力上的竞争力。
德国:工业4.0,构建智能生产系统
2013年,德国正式发布《保障德国制造业的未来:关于实施》工业4.0“战略提案”和意愿工业4.0上升到国家战略,期望做到第四次。工业革命的领导者得到了各界的支持。该计划是一个全新的制造业升级计划,其模式是通过工业网络、多功能传感器和信息集成技术将被分散和结合。工业制造单元模块被构造成多功能、智能和高度灵活的。工业制造系统;将在生产设备、零配件、原材料上加载交互智能终端,借助物联网实现信息交互和实时交互,让机器自主决策,对生产进行个性化控制;与此同时, 新型智能工厂可以利用智能物流管理系统和社交网络整合物流资源信息,实现物料信息的快速匹配,改变传统制造业中人机与物料的被动控制关系,提高生产效率。
日本:创新工业规划和巩固自动化生产力量的地位
日本提出创新。工业规划并大力发展网络信息技术,以信息化带动制造业发展。通过加速协同发展机器人、多功能电子设备、嵌入式系统、智能机床和物联网等。,打造先进的无人智能工厂,提升国际竞争力。制造工厂非常重视自动化、信息化与传统制造业的融合发展,已经得到广泛普及。工业机器人通过信息技术与智能设备的结合,以及机器设备之间高效的信息交互,形成新的智能控制系统,大大提高了生产效率和稳定性。2016年,日本发布了工业价值链计划提出了“互联工厂”的概念 并联合100多家企业共同打造日本智能制造财团。与此同时,中小型工业以企业为突破口,探索企业间的合作方式,将物联网引入实验室,增加工业与其他领域的融合与创新。