中国国际金属成形展览会 MetalForm China

本文摘自郎利辉教授2014年3月21日在北京航空航天大学召开的锻压装备信息化推进委员会第二次执委会发言的PPT，供业内人士参考。

中国锻压装备智能制造目前状况及发展展望

装备智商项目的提出

》产品性能的完善化、结构的复杂化、功能的多样化

》产品所包含的设计、工艺、制造和管理信息量剧增

》能量驱动型转变为信息驱动型

》柔性+智能

》集成传统制造技术+计算机技术+人工智能

》智能制造

高端装备制造业：航空装备、卫星及其应用产业、轨道交通装备、海洋工程装备、智能制造装备

特点：技术密集、附加值高、带动作用强

智能制造装备是具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备，它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。

包括：高档数控机床与基础制造装备，自动化成套生产线，智能控制系统，精密和智能仪器仪表与试验设备，关键基础零部件、元器件及通用部件，智能专用装备的发展，实现生产过程自动化、智能化、精密化、绿色化，带动工业整体技术水平的提升

•  国家战略：智能制造装备将成为我国高端装备制造业的重点方向之一。《国家战略性新兴产业发展“十二五”规划》中明确提出，“十二五”期间，要实现重点领域制造过程智能化水平显著提升，智能制造装备国内市场占有率达到30%。

•  据工信部不完全统计，2009年我国智能制造装备产业销售产值达3000亿元以上。而据银河证券等机构预计，“十二五”期间智能装备年均增长率将超过25%，未来5-10年智能装备行业将迎来高速增长，预计2015年智能装备市场规模将超过一万亿元。“十二五”期间智能装备要突破新型传感器与仪器仪表、工业机器人等核心关键技术，推进制造、生产过程的智能化和绿色化，支撑国防、交通、能源、环保与资源综合利用等国民经济重点领域的发展和升级。

智能制造技术的主要任务，包括:智能制造的基础理论研究；功能安全与及安全认证体系研究；智能化设计与管理技术；新一代网络控制系统；自动化成套生产线及工业机器人；传感器等关键零部件及通用部件；智能仪器仪表及执行机构；流程工业协同智能化制造技术；离散制造过程柔性化、智能化制造技术等。

综合特征：

•自律能力

　即搜集与理解环境信息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。具有自律能力的设备称为“智能机器”，“智能机器”在一定程度上表现出独立性、自主性和个性，甚至相互间还能协调运作与竞争。强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。

•人机一体化

想以人工智能全面取代制造过程中人类专家的智能，独立承担起分析、判断、决策等任务是不现实的。人机一体化一方面突出人在制造系统中的核心地位，同时在智能机器的配合下，更好地发挥出人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相互“理解”、相互协作的关系，使二者在不同的层次上各显其能，相辅相成。

•虚拟现实（VirtualReality）技术

虚拟现实技术是以计算机为基础，融信号处理、动画技术、智能推理、预测、仿真和多媒体技术为一体；借助各种音像和传感装置，虚拟展示现实生活中的各种过程、物件等，因而也能拟实制造过程和未来的产品，从感官和视觉上使人获得完全如同真实的感受。但其特点是可以按照人们的意愿任意变化，这种人机结合的新一代智能界面，是智能制造的一个显著特征。

•自组织与超柔性

智能制造系统中的各组成单元能够依据工作任务的需要，自行组成一种最佳结构，其柔性不仅表现在运行方式上，而且表现在结构形式上，所以称这种柔性为超柔性，如同一群人类专家组成的群体，具有生物特征。

•学习能力与自我维护能力

智能制造系统能够在实践中不断地充实知识库，具有自学习功能。同时，在运行过程中自行故障诊断，并具备对故障自行排除、自行维护的能力。这种特征使智能制造系统能够自我优化并适应各种复杂的环境。

近期发展趋势：

当前,国际智能化制造业采用或准备采用的先进制造技术主要体现在:

•  新型(非常规)加工方法的发展,如包括轻量化制造技术、粉末成形、物理场影响加工技术、特种材料成形加工技术及两种以上加工方法复合应用等；

•  专业、学科间交叉融合,冷热加工、加工过程、检测过程、物流过程、设计、材料应用、制造等方面,界限逐渐淡化；

•  工艺研究由经验走向定量分析；

•  高新技术与传统工艺紧密结合,使传统工艺产生显著的、本质的变化，极大地提高生产效率和产品质量；

•  常规制造工艺的优化，以形成优质高效、低耗、少污染的制造技术为主要目标；

•  以计算机与网络技术为核心。

1、我国锻压装备的现状与发展

•  1.1锻压装备现状

•  锻压装备是国家重器：世界锻压工业的柔性自动化发展不断加快。锻压设备广泛应用于汽车、航空、电子、家电等工业领域，其中，作为衡量一个国家工业水平的标志之一的汽车工业，被当今世界主要工业发达国家和新兴工业国家列为国民经济支柱产业，其发展主导了锻压技术及装备的发展，锻压技术的发展和进步基本围绕汽车工业的发展而进行。

•  柔性化的需求：激烈的市场竞争促使汽车更新换代的速度明显加快，产品的市场寿命周期进一步缩短；与此同时，汽车变型品种日益增多，现代汽车工业生产日益呈现生产规模化、车型个性化，车型批量小、车型变化快、多车型共线生产、车身覆盖件大型化一体化的特征。传统的加工单一品种的刚性生产线显然已不适应这种特征和市场形势发展的要求，其升级换代产品具有高柔性和高效率的自动化锻压设备，成为世界锻压技术及装备发展的主要潮流。

•  1.2锻压装备发展趋势

•  美国、德国、日本的汽车工业如此发达，得益于其锻压技术及装备的领先地位。当前的世界锻压技术及装备向以下几个方面发展：

1）锻压设备自动化、智能化；

2）高速化复合化相结合，提高生产效率；

3）锻压设备控制系统集成化；

4）注重环境保护；

5）提高工艺模具技术；

•  1.3我国锻压技术不足及发展

1）冷冲压方面。

•  大型多工位压力机缺乏，使冲压线效率低，占地面积大，工作环境差，智能化控制水平低是我国冲压行业与发达国家主要差距之在。

2）热锻方面。

•  大型自由锻造的设备能力过剩，设备布局分散，利用率极低，机械化、自动化、智能化程度低，锻件加工余量大，工人劳动条件差，劳动强度大。

•  随着我国工业技术水平的发展，特别是以轿车为代表的汽车工业快速发展，带动汽车零件的产量和质量不断提高。但必须清醒地认识到，中国与国际先进水平仍有很大差距，而且随着加入WTO国际大汽车公司必然严重冲击中国汽车工业，国内同行之间的竞争也将日趋激烈。中国汽车工业的发展，离不开装备工业的大力支撑，锻压设备制造业必须满足汽车工业大批量生产的要求，向自动化、智能化、高效率方向发展。

•  汽车车身覆盖件冲压向单机联线自动化特别是大型多工位压力机方向发展。

•  大型自由锻造向数控化、高精度化、专业化发展，用精锻和冷温挤压逐步代替中小自由锻件。

•  大力发展压力机热模锻自动线技术。

2、智能制造及在锻压装备上的应用

•  2.1智能制造装备的内涵和特征

•  内涵：智能制造装备是具有感知、决策、执行功能的制造装备，它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。智能制造装备是实现智能、绿色制造的必要保障条件。

•  特征：对制造过程状况（工况或环境）实时感知、处理和分析能力；实时辩识和预测制造过程状况变化的能力；根据制造过程状况变化的自适应规划、控制和动态补偿能力；对自身故障自诊断、自修复能力；对自身性能劣化的主动分析和维护能力；具有参与网络集成和网络协同的能力。

•  2.2智能制造发展重点

•  9大关键智能基础共性技术

•  围绕感知、决策和执行等智能功能的实现，针对测控装置、部件和重大智能制造成套装备的开发和应用，重点突破九大共性、基础关键智能技术。

•  主要包括：

1）新型传感技术

2）模块化、嵌入式控制系统设计技术

3）先进控制与优化技术

4）系统协同技术

5）故障诊断与健康维护技术

6）高可靠实时通信网络技术

7）功能安全技术

8）特种工艺与精密制造技术

9）识别技术

•  8大核心智能测控装置与部件

•  围绕重大智能制造成套装备研发以及智能制造技术的推广应用，开发机器人、感知系统、智能仪表等典型的智能测控装置和部件并实现产业化。

•  1）新型传感器及其系统

•  新原理、新效应传感器，新材料传感器，微型化、智能化、低功耗传感器，集成化传感器（如单传感器阵列集成和多传感器集成）和无线传感器网络。

•  2）智能控制系统

•  现场总线分散型控制系统（FCS）、大规模联合网络控制系统、高端可编程控制系统（PLC）、面向装备的嵌入式控制系统、功能安全监控系统。

•  3）智能仪表

•  智能化温度、压力、流量、物位、热量、工业在线分析仪表、智能变频电动执行机构、智能阀门定位器和高可靠执行器。

•  4）精密仪器

•  在线质谱/激光气体/紫外光谱/紫外荧光/近红外光谱分析系统、板材加工智能板形仪、高速自动化超声无损探伤检测仪、特种环境下蠕变疲劳性能检测设备等产品。

•  5）工业机器人与专用机器人

•  焊接、涂装、搬运、装配等工业机器人及安防、危险作业、救援等专用机器人。

•  6）精密传动装置

•  高速精密重载轴承，高速精密齿轮传动装置，高精度高可靠性制动装置，大型电液动力换档变速器，高速、高刚度、大功率电主轴，直线电机、丝杠、导轨。

•  7）伺服控制机构

•  高性能变频调速装置、数位伺服控制系统、网络分布式伺服系统等产品，提升重点领域电气传动和执行的自动化水平，提高运行稳定性。

•  8）液气密元件及系统

•  高压大流量液压元件和液压系统、高转速大功率液力偶合器调速装置、智能润滑系统、智能化阀岛、智能定位气动执行系统、高性能密封装置。

•  2.3我国智能制造发展应用现状

成就:

•  1）产业规模发展迅速；

•  2）重点产品有所突破；

•  3）形成一批具有国际竞争力的企业；

•  4）产业资本体系多元化。

不足：

•  1）对外依赖度高；

•  2）创新能力不足；

•  3）产业基础薄弱。

3、锻压装备智能制造发展展望

•  智能锻压设备属于高端制造装备，主要针对锻压设备设计制造和使用过程，利用信息感知、决策判断、安全执行等先进智能技术，形成人类专家与智能机器共同组成的人机系统，实现产品、工具、环境和工人等资源的最佳组织与优化配置，扩大、延伸和部分取代人类在锻压成形制造过程中的体力与脑力劳动。

•  智能制造锻压装备呈现出自动化、集成化、信息化、绿色化的发展趋势。

•  1）自动化

•  自动化和智能化是智能制造装备的重要发展趋势，主要表现在装备能根据用户要求完成制造过程的自动化，并对制造对象和制造环境具有高度适应性，实现制造过程的优化。

•  2）信息化

•  信息技术与先进制造技术的融合，带来巨大的、

甚至是革命性的变化。将传感技术、计算机技术、软件技术“嵌入”装备中，实现装备的性能提升和“智能”。设计及制造过程的数字化、信息化与智能化的最终目标不仅是要快速开发出产品或装备，而且要努力实现大型复杂产品一次开发成功。

•  3）集成化

•  智能制造装备正向技术集、系统集成的方向发展，主要体现在生产工艺技术、硬件、软件与应用技术的集成及设备的成套，同时还体现在生物、纳米、新能源、新材料等跨学科高技术的集成，从而使装备得到不断提高和升级，甚至发生深刻变化。

•  4）绿色化

•  资源、能源的压力，使装备必须考虑从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的全生命周期中，对环境负面影响极小，资源利用率极高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。绿色制造是提高智能制造装备资源循环利用效率和降低环境排放的关键途径。