制造裝備數(shù)字化技術(shù)及發(fā)展趨勢詳解

（優(yōu)選）制造裝備數(shù)字化技術(shù)及發(fā)展趨勢ppt當(dāng)前第1頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

Ⅰ、數(shù)字化制造——當(dāng)代制造業(yè)標(biāo)志

Ⅱ、裝備數(shù)字化——裝備控制技術(shù)的趨勢目錄當(dāng)前第2頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

機(jī)床是裝備制造業(yè)工作母機(jī)，實(shí)現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化，取決于我國機(jī)床發(fā)展水平。振興裝備制造業(yè)，首先要振興機(jī)床工業(yè)，我們要大力發(fā)展國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床。當(dāng)前第3頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫Ⅰ、數(shù)字化制造——當(dāng)代制造業(yè)標(biāo)志當(dāng)前第4頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

1.現(xiàn)代制造：已成為包括社會、經(jīng)濟(jì)、人文等多種綜合因素共同作用的制造行為，現(xiàn)代制造分為狹義與廣義制造狹義制造：產(chǎn)品的機(jī)械工藝過程或機(jī)械加工過程中國科學(xué)院院士：熊有倫

廣義制造：

（1）在領(lǐng)域方面：將可用資源（包括物質(zhì)，能源等）轉(zhuǎn)化為可使用的工業(yè)品和生活消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)；

（2）在過程方面：從單純的機(jī)械加工過程擴(kuò)展到了市場分析，產(chǎn)品設(shè)計(jì)，生產(chǎn)計(jì)劃，物料采購，物料加工，裝配檢驗(yàn)，質(zhì)量保證，市場銷售和服務(wù)等產(chǎn)品整個生命周期過程。一、現(xiàn)代制造—數(shù)字制造

當(dāng)前第5頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)機(jī)械制造領(lǐng)域食品化工家具軍工服裝產(chǎn)品銷售市場營銷制造過程采購供應(yīng)電子生產(chǎn)計(jì)劃輕工產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù)支持裝配經(jīng)驗(yàn)加工處理（a）制造領(lǐng)域b)制造過程

圖1制造定義當(dāng)前第6頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫

2.數(shù)字制造定義：以制造為對象，以現(xiàn)代制造科學(xué)和技術(shù)為基礎(chǔ)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)對制造所涉及的所有對象和活動進(jìn)行表達(dá)，處理和控制，具有信息化網(wǎng)絡(luò)化智能化集成化自動化和可視化等特征。數(shù)控機(jī)床的誕生和不斷發(fā)展構(gòu)成了制造業(yè)造數(shù)字化的一個十分重要的基礎(chǔ)，數(shù)字制造的概念就是從數(shù)字控制機(jī)床衍生而來。當(dāng)前第7頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫數(shù)字設(shè)計(jì)管理與營銷監(jiān)控與維護(hù)數(shù)據(jù)庫仿真元數(shù)據(jù)制造過程全球制造業(yè)制造行業(yè)制造企業(yè)數(shù)字產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字制造關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)械其他國防輕工化工電子基礎(chǔ)理論與科學(xué)問題產(chǎn)品描述建模理論控制科學(xué)制造信息管理科學(xué)信息科學(xué)計(jì)算制造制造智能學(xué)圖2數(shù)字制造的體系結(jié)構(gòu)3.數(shù)字制造體系結(jié)構(gòu)當(dāng)前第8頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

管理數(shù)字化：實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)外部管理數(shù)字化和最優(yōu)化，提高企業(yè)管理水平。

設(shè)計(jì)數(shù)字化：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段與設(shè)計(jì)過程的數(shù)字化和智能化，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新能力。二、數(shù)字制造技術(shù)的五個主要方向

當(dāng)前第9頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

制造裝備數(shù)字化：實(shí)現(xiàn)制造裝備的數(shù)字化、自動化和精密化，提高產(chǎn)品的精度和加工裝配效率。工業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)字化：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制的數(shù)字化、自動化和智能化，提高生產(chǎn)過程自動化水平。

企業(yè)數(shù)字化：實(shí)現(xiàn)全球化環(huán)境下企業(yè)內(nèi)外部資源的集成和最佳利用，促進(jìn)業(yè)務(wù)過程、組織結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，提高企業(yè)、區(qū)域和行業(yè)的競爭力。中國科學(xué)院院士：熊有倫當(dāng)前第10頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫Ⅱ、裝備數(shù)字化——裝備控制技術(shù)的趨勢當(dāng)前第11頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫

一、制造裝備的應(yīng)用及需求

第一方面應(yīng)用重點(diǎn)：航空、航天、發(fā)電、船舶、冶金、重型行業(yè)需要的高精尖、大型專用設(shè)備。這些設(shè)備往往單價較高，要求特殊，難度較大。但從全國需求總量來看，具有很大的優(yōu)勢，占機(jī)床市場的三分之一以上。特別是數(shù)控龍門銑、數(shù)控落地鏜、大型五面加工設(shè)備需求量較大。

當(dāng)前第12頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)制造軍用機(jī),民用機(jī),直升機(jī)，需要重型機(jī)床：

當(dāng)前第13頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)用于飛機(jī)制造數(shù)控重型機(jī)床飛機(jī)制造：需要多坐標(biāo)、高速、剛性好、功率大的數(shù)控龍門銑、床身式立銑、用來加工整體構(gòu)件（如大型整體壁板、整體框等）、鈦合金、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件以及其它高強(qiáng)度合金鋼的梁、肋。

需要數(shù)控立式車床和立式車削中心、立式銑削加工中心、立臥轉(zhuǎn)換加工中心、數(shù)控鏜銑床、高效專用葉片加工中心、用于發(fā)動機(jī)整體機(jī)匣、整體葉輪和葉盤等結(jié)構(gòu)件和各種復(fù)雜型面的葉片的加工。當(dāng)前第14頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)當(dāng)前第15頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)當(dāng)前第16頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)龍門移動式數(shù)控動梁龍門鏜銑床（橋式龍門銑）

當(dāng)前第17頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)數(shù)控動梁龍門鏜銑床當(dāng)前第18頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)制造大型水力發(fā)電機(jī)組需要數(shù)控立式車床

（含數(shù)控立式車銑床、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。）數(shù)控立式車床是加工業(yè)的重要加工工藝設(shè)備，使用范圍非常廣泛，是重型機(jī)械制造，航空、航天、能源、造船、冶金等行業(yè)不可缺少的加工工藝裝備。尤其是大直徑回轉(zhuǎn)體，如水力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)輪體和機(jī)座體的加工，立車具有獨(dú)特功能，其他加工設(shè)備所不能替代。數(shù)控雙柱立式車床系列：加工直徑一般在Ф3000－Ф14000mm，其中多數(shù)在Ф10000以下；數(shù)控超重型單柱移動立式車床系列：加工直徑一般在Ф6300－Ф20000mm之間，我國武重廠已經(jīng)生產(chǎn)了五臺數(shù)控16米立車，其中有3臺已經(jīng)實(shí)現(xiàn)車銑復(fù)合加工，其水平已達(dá)到當(dāng)代世界技術(shù)水平。有的已經(jīng)為我國三峽水電站、隔合巖水電站發(fā)電機(jī)組加工作出貢獻(xiàn)。當(dāng)前第19頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)數(shù)控雙柱立式車床系列當(dāng)前第20頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

立車/車削鏜銑中心(雙工作臺式)當(dāng)前第21頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)加工螺旋漿葉面需要數(shù)控銑鏜床

是當(dāng)代重大型工件，特別是能源、冶金、交通、工程機(jī)械、國防重大型工件加工非常重要的工藝裝備，配備多座標(biāo)銑頭等功能部件，可完成加工空間曲面的5軸聯(lián)動工序，如螺旋漿葉面加工。數(shù)控臥式鏜床:主軸直徑在Φ90-120mm之間。數(shù)控刨臺式銑鏜床:主軸直徑一般在Ф130－160mm之間，是中小型殼體工件加工的重要工藝裝備數(shù)控落地銑鏜床:鏜軸直徑一般在Ф130－Ф260mm之間，最大規(guī)格發(fā)展到Ф320mm，但目前主要是在Ф260mm以下，可根據(jù)不同的工藝要求，向市場提供各種柔性化成套裝備。當(dāng)前第22頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

加工長軸類零件加工需要數(shù)控重型臥式車床

數(shù)控重型臥式車床：基型產(chǎn)品主參數(shù)加工直徑為Ф1000mm－Ф4200mm之間，變型品種如加工帶葉片的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子圍帶，直徑可達(dá)Ф6000mm以上，能源工業(yè)的火電、核電設(shè)備中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加工；冶金、化工以及軍工行業(yè)的長軸類零件加工所必須工藝設(shè)備。Ф2000mm以上的數(shù)控重車，頂尖間負(fù)重可達(dá)160－320t。當(dāng)前第23頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)DL系列重型數(shù)控臥車當(dāng)前第24頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)4.2米DL210型重型數(shù)控臥車當(dāng)前第25頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)數(shù)控導(dǎo)軌磨床當(dāng)前第26頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)重型立式滾齒機(jī)當(dāng)前第27頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫第二方面應(yīng)用：多坐標(biāo)、高精度、復(fù)雜形面的加工設(shè)備。這些設(shè)備主要是四坐標(biāo)聯(lián)動以上的加工中心、車削中心、仿形銑等。這些設(shè)備的特點(diǎn)是軟件功能特殊，配套技術(shù)復(fù)雜，往往影響整機(jī)的水平。當(dāng)前第28頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)臥式鏜/銑加工中心

當(dāng)前第29頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)落地式臥式鏜/銑床

當(dāng)前第30頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫第三方面應(yīng)用：汽車行業(yè)：機(jī)床消費(fèi)量50%份額為汽車工業(yè)占有、要求數(shù)控設(shè)備高效，可靠，配套完整，柔性，適應(yīng)多品種加工和產(chǎn)品換型的要求。當(dāng)前第31頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫1，高效、精密、可靠、成套、實(shí)用、柔性、環(huán)保的加工中心，齒輪加工機(jī)床，2，數(shù)控機(jī)床組成的柔性生產(chǎn)線將成為重點(diǎn)。這些生產(chǎn)線的特點(diǎn)：①高速，主軸轉(zhuǎn)速為8000-12000r/min，進(jìn)給速度為40-60m/min，換刀為2-3秒②可靠性高，MTBF為500-600小時③成套性好，配備夾具、刀具，工藝軟件和控制軟件；④要求精度高，產(chǎn)品加工的一致性好。當(dāng)前第32頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)汽車制造工業(yè)需要大量的數(shù)字化設(shè)備當(dāng)前第33頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)東風(fēng)小霸王1.5T輕型車駕駛室總成焊裝自動線全長58米，10個工位，6臺焊接機(jī)器人

汽車制造工業(yè)需要大量的數(shù)字化設(shè)備當(dāng)前第34頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

缸蓋柔性加工線當(dāng)前第35頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)發(fā)動機(jī)缸蓋精加工自動線當(dāng)前第36頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

零件的精密、超精密加工需要精密數(shù)控機(jī)床。各種殼體、閥體、液壓偶件、液壓平板閥、光管等小尺寸、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件的精密、超精密加工要求：精密數(shù)控鏜銑床和加工中心、精密數(shù)控車床和車削中心、精密數(shù)控萬能外圓磨床、數(shù)控電火花機(jī)床和線切割機(jī)床等。當(dāng)前第37頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)桂林機(jī)床廠：XK716-5五坐標(biāo)數(shù)控銑床當(dāng)前第38頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)THMA6350精密臥式加工中心當(dāng)前第39頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)CHD-20車銑復(fù)合加工中心

當(dāng)前第40頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

第四方面應(yīng)用：迅猛發(fā)展的IT制造業(yè)，需要大量的制造設(shè)備，包括高速、高精的數(shù)控機(jī)床，用于：小型精密塑料、沖壓模具制造IT產(chǎn)品上的精密機(jī)械零件加工

據(jù)預(yù)測，未來幾年IT加工設(shè)備的年增長率在50％以上當(dāng)前第41頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)筆記本電腦機(jī)殼當(dāng)前第42頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)手機(jī)機(jī)殼當(dāng)前第43頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)硬盤驅(qū)動器機(jī)殼當(dāng)前第44頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)當(dāng)前第45頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)IT行業(yè)適用的機(jī)械加工數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：精度高：微米、亞微米級，全閉環(huán)控制規(guī)格小型化:工作臺小于400×800毫米多坐標(biāo)數(shù)字控制：3－5軸聯(lián)動數(shù)控速度高：主軸速度30000轉(zhuǎn)/分;

進(jìn)給速度60米/分自動化程度高：換刀機(jī)械手、自動上料系統(tǒng)生產(chǎn)效率高：以秒為單位計(jì)算生產(chǎn)節(jié)拍當(dāng)前第46頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

Roku公司：立式銑床主軸轉(zhuǎn)速36000rpm精度1μm之內(nèi)定位精度±0.4μm。當(dāng)進(jìn)給速度8米/分、最小刀具半徑0.2mm，加工手提電話的模具電極，不需人工打磨，能直接達(dá)到高精度和高光潔度的模具要求。410X330X200mm當(dāng)前第47頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

日本大隈:MB-46VA高速加工中心，定位精度為±1μm,重復(fù)精度為±0.2μm，其溫度穩(wěn)定系統(tǒng)能系統(tǒng)的熱誤差實(shí)時補(bǔ)償。該機(jī)床用于加工大型液晶顯示器部件，平直度達(dá)到6μm/800mm

。560X460X450當(dāng)前第48頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

Fanuc:為信息產(chǎn)業(yè)開發(fā)FS16I納米加工數(shù)控系統(tǒng)，最小增量1nm。D系列鉆銑加工中心，適合于IT行業(yè)的深孔零件加工，深孔的長度與直徑比可達(dá)30以上。加工的硬盤框架和鋼件

當(dāng)前第49頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫結(jié)論：

制造裝備作用顯著、總的發(fā)展趨勢是：高精化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并注重工藝適用性和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前第50頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫

二、制造裝備應(yīng)有的功能1、高效、柔性、高精：速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)床的高速主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)10萬轉(zhuǎn)／分，進(jìn)給快速運(yùn)動速度已達(dá)80米／分、精度0.5微米。數(shù)控機(jī)床機(jī)械加工精度將從現(xiàn)在的道級（0.01mm）提升到微米級（0.001mm）。超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工精度可穩(wěn)定達(dá)0.05μm左右，形狀精度可達(dá)0.01μm左右。當(dāng)前第51頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫2、復(fù)合化、多功能化：

復(fù)合化包括工序復(fù)合（可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體零件的車、鉆、鉸、攻螺紋、銑削等多種工序復(fù)合加工的車削中心，并可銑端面凸輪或端面曲線槽等）；不同工藝復(fù)合（集車、銑、滾齒、磨、淬火等不同工藝的復(fù)合加工機(jī)床可對大直徑、短長度回轉(zhuǎn)體類零件進(jìn)行復(fù)合加工）；切削與非切削工序復(fù)合（如銑削與激光淬火裝置的復(fù)合、沖壓與激光切割的復(fù)合、金屬燒結(jié)與鏡面切削的復(fù)合、加工與清洗融于一臺機(jī)床上的復(fù)合等）；多功能化，如數(shù)控車床由單主軸、單刀架,功能擴(kuò)展為雙主軸、雙刀架結(jié)構(gòu)，形成臥式平行雙主軸、對置雙主軸或立式雙主軸結(jié)構(gòu)等。當(dāng)前第52頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫3、數(shù)字化和智能化：信息技術(shù)的發(fā)展及其與傳統(tǒng)工作母機(jī)的相融合，使工作母機(jī)正朝著數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控加工要求機(jī)床能夠根據(jù)切削條件的變化，自動調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。采用智能技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多信息融合下的重構(gòu)優(yōu)化的智能決策、過程適應(yīng)控制、誤差補(bǔ)償智能控制、故障自診斷和智能維護(hù)等功能，將大大提高成形和加工精度、提高制造效率當(dāng)前第53頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫4、集成化：

隨著制造過程自動化程度的提高，要求數(shù)控機(jī)床不僅能完成通常的加工功能，而且還具備自動測量、自動上下料、自動換刀、自動誤差補(bǔ)償、自動診斷、進(jìn)線和聯(lián)網(wǎng)等功能，形成包括工業(yè)機(jī)器人、物流系統(tǒng)組成的數(shù)字化、智能化制造系統(tǒng)。當(dāng)前第54頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫5、可靠性最大化：數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)。6、控制系統(tǒng)小型化：數(shù)控系統(tǒng)小型化便于將機(jī)、電裝置結(jié)合為一體。當(dāng)前第55頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫1、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)開放式—當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

—中國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的出路以PC為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供機(jī)遇。從專用、自封閉的控制體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向開放，使得數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、個性化。開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)是世界數(shù)控技術(shù)的發(fā)展潮流。三、制造裝備數(shù)字化若干關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)前第56頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)2.高速高精控制技術(shù)高速、高精、高效、復(fù)合化

—新世紀(jì)制造裝備主流主軸:15000~100000r/min快移:60~120m/min進(jìn)給:60m/min換刀（刀—刀）1.5~3.5s(0.8~0.9s)當(dāng)前第57頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)精度從微米到亞微米及至納米主軸回轉(zhuǎn)精度達(dá):0.01~0.05μm加工園度:0.1μm加工表面粗度(Ra):0.003μm高精當(dāng)前第58頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)高速切削發(fā)展趨勢和未來研究方向

1）新一代高速大功率機(jī)床的開發(fā)與研制；

2）高速切削動態(tài)特性及穩(wěn)定性的研究；

3）高速切削機(jī)理的深入研究；高速切削機(jī)理的研究主要包括高速切削過程中的切屑成形機(jī)理、切削力、切削熱變化規(guī)律及刀具磨損機(jī)理對加工效率、加工精度和加工表面完整性的影響規(guī)律

4）新一代抗熱振性好、耐磨性好、壽命長的刀具材料的研制及適宜于高速切削的刀具結(jié)構(gòu)的研究；當(dāng)前第59頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

5）工件的材料特性對加工方法的影響和進(jìn)一步拓寬高速切削工件材料及其高速切削工藝范圍

6）開發(fā)適用于高速切削加工狀態(tài)的監(jiān)控技術(shù)

7）建立高速切削數(shù)據(jù)庫，開發(fā)適于高速切削加工的編程技術(shù)以進(jìn)一步推廣高速切削加工技術(shù)

8）基于高速切削工藝，開發(fā)推廣干式（準(zhǔn)干式）切削綠色制造技術(shù)

9）基于高速切削，開發(fā)推廣高能加工技術(shù)。當(dāng)前第60頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)3、智能控制技術(shù)

智能化

—當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)志當(dāng)前第61頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)4)作業(yè)規(guī)劃智能化技術(shù)2)加工過程的智能控制技術(shù)3)智能化誤差補(bǔ)償技術(shù)智能化關(guān)鍵技術(shù)1)加工過程的智能感知技術(shù)當(dāng)前第62頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)9)智能4M數(shù)控系統(tǒng)8)智能數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)6)智能化操作、編程技術(shù)7)智能化自修復(fù)技術(shù)智能化關(guān)鍵技術(shù)5)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)當(dāng)前第63頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

4、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)化

——當(dāng)代數(shù)字化制造基礎(chǔ)

制造裝備的網(wǎng)絡(luò)化(1)開放式網(wǎng)絡(luò)控制平臺與協(xié)議技術(shù)：特別是支持網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下異構(gòu)數(shù)字化制造設(shè)備和單元的遠(yuǎn)程交互平臺。網(wǎng)絡(luò)安全問題。(2)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接技術(shù)內(nèi)部：實(shí)時控制的現(xiàn)場總線技術(shù)外部：非實(shí)時控制的網(wǎng)絡(luò)，如企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)、國際互聯(lián)網(wǎng)等(3)基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化制造裝備遠(yuǎn)程控制、診斷、監(jiān)控、自修復(fù)技術(shù)當(dāng)前第64頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字控制技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)資源共享遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)程故障診斷網(wǎng)絡(luò)制造…………NT、Internet網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前第65頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)數(shù)控就是通過網(wǎng)絡(luò)、Internet/Intranet將制造單元和控制部件相連，或?qū)⒅圃爝^程所需資源（如加工程序、機(jī)床、刀具、檢測監(jiān)控儀器等）共享。網(wǎng)絡(luò)化包括兩個方面：內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)）和外部網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前第66頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

CAD/CAPP/CAM終端訂單計(jì)劃、生產(chǎn)物料管理終端防火墻服務(wù)器Internet圖形工作站MRP服務(wù)器Internet服務(wù)器檢測終端CNC車床1CNC車床21CNC車床3CNC車床10CNC臥式加工中心CNC高速高精立式銑床一個開放式CNC構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)當(dāng)前第67頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)當(dāng)前第68頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)當(dāng)前第69頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)常柴總廠CAD中心常柴北廠模具車間

CAD/CAM服務(wù)器NT網(wǎng)Internet5公里當(dāng)前第70頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)當(dāng)前第71頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)當(dāng)前第72頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

5、極限控制技術(shù)

極端制造的若干技術(shù)特征制造對象極端化：尺寸極大、極小系統(tǒng)極為復(fù)雜功能極端強(qiáng)大、精確、豐富服役條件極端苛刻制造條件極端化：制造能量外場極強(qiáng)制造功率密度極高制造時空極小當(dāng)前第73頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫制造過程成形成性：極強(qiáng)關(guān)聯(lián)

材料成性與構(gòu)/零件成形同步

材料制造與器件制造高精度協(xié)同

制造——結(jié)構(gòu)制造，性能制造精度——裝備在宏、微觀尺度上同時保證

當(dāng)前第74頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫制造技術(shù)與科學(xué)高密度滲透制造技術(shù)與裝備精確保證產(chǎn)品形成每一個物理、化學(xué)過程在宏、微觀尺度上物質(zhì)的精確演變。當(dāng)前第75頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫制造技術(shù)表征參數(shù)國際中國競爭影響力芯片存儲密度8GB基本引進(jìn)

已成為世界主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，2010年我國微電子產(chǎn)業(yè)將達(dá)6萬億元，美國國情咨詢：“美國在電子制造的壟斷力來自于裝備制造能力”特征線寬0.1μm

0.18μm（試生產(chǎn)）光刻運(yùn)動定位精度10nm刻蝕深度0.5μm

50μm封裝起停頻率

20次/秒

5次/秒封裝加速度

10g

8g計(jì)算機(jī)核心頻率4GHz

500MHz磁盤表面粗糙度2?

3?磁盤表面波紋度1.2?1）牽引世界經(jīng)濟(jì)的信息產(chǎn)業(yè)表1計(jì)算機(jī)制造參數(shù)的極端特征當(dāng)前第76頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫挑戰(zhàn)極端制造：制造尺寸向更小突破：特征線寬→0.022-0.045μm、飛行高度：<5nm、飛高精度：<0.9nm、表面膜厚度：<2nm、表面波紋度：<1、表面粗糙度：<0.5；裝備運(yùn)動參數(shù)向更高極限突破：運(yùn)動加速度→15g、定位精度→10nm。當(dāng)前第77頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫待突破的極端制造技術(shù)：量級粗糙度復(fù)雜表面的超精密研磨技術(shù)；微互連、微去除等過程的特殊外場設(shè)計(jì)與工藝裝備；實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍵長、鍵角調(diào)控的微流變技術(shù)；大行程、納米精度的運(yùn)動裝置與位置控制技術(shù)；近零摩擦的高加速運(yùn)動生成與控制。突破極限：搶占21世紀(jì)國家主導(dǎo)經(jīng)濟(jì)制高點(diǎn)當(dāng)前第78頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫制造技術(shù)表征參數(shù)國際中國競爭影響力飛行速度3-3.5馬赫2.5馬赫

國防安全的巨大威脅

推重比＞15接近20

≤8發(fā)動機(jī)工作壽命

20000-30000小時3000-5000小時

制導(dǎo)命中精度1m命中精度40m

航空模鍛件投影面積：5.53m2重量：3000kg模鍛壓力:7.5萬噸投影面積：1.2m2重量：845kg模鍛壓力:3萬噸

渦輪盤最大直徑:2400-3000mm重量:3910kg最大直徑:1200mm重量：<1000kg

2）保障國家安全的空天運(yùn)載、武器由極端制造創(chuàng)成當(dāng)前第79頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫挑戰(zhàn)極端制造：飛行速度向更快突破，→12馬赫；波音7E7鍛件制造（面積、重量、鍛造壓力等均大幅提升）；武器裝備減重50%以上；超級材料構(gòu)件制造(質(zhì)量減輕50%以上、抗拉強(qiáng)度高達(dá)2200Mpa,剛度達(dá)220Gpa、最高工作溫度1500℃以上、耐腐蝕、耐損傷)。當(dāng)前第80頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫待突破的極端制造技術(shù)：難變形超高強(qiáng)高溫合金精密模鍛工藝技術(shù)；超強(qiáng)功能材料與結(jié)構(gòu)一體化制造工藝；大規(guī)格、低殘余應(yīng)力構(gòu)件制造技術(shù)與成套裝備；低溫、高強(qiáng)度連接技術(shù)；復(fù)雜大系統(tǒng)的精確控制與高技術(shù)集成;特高功能單元技術(shù)(發(fā)動機(jī)、隱形技術(shù)等)。突破極限：搶占國家戰(zhàn)略安全制高點(diǎn)當(dāng)前第81頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫制造技術(shù)表征參數(shù)國際中國競爭影響力汽輪機(jī)（單機(jī)容量）150萬千瓦60萬千瓦（引進(jìn)制造技術(shù)）

生命線產(chǎn)業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展依賴他人核電站（單機(jī)容量）145萬千瓦106萬千瓦（引進(jìn)制造技）反應(yīng)堆壓力容器332噸322噸船用大馬力柴油機(jī)曲軸400噸＞50噸汽輪機(jī)葉片長度1430mm1050mm3）國家生命線產(chǎn)業(yè)滲透極端制造表3國家能源動力產(chǎn)業(yè)制造參數(shù)的極端特征當(dāng)前第82頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫挑戰(zhàn)極端制造：>170萬千瓦的超超臨界發(fā)電機(jī)組;特大尺寸、特高性能復(fù)雜零件(700-850℃、400t、端面和徑向跳動＜0.005mm）

當(dāng)前第83頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫待突破的極端制造技術(shù)：大型流體機(jī)械的內(nèi)流控制技術(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高速大型超長軸系轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)自動平衡與狀態(tài)監(jiān)控及評估技術(shù)高溫材料及大型鑄鍛件制造技術(shù)復(fù)雜形狀長葉片精密制造技術(shù)突破極限：搶占經(jīng)濟(jì)安全的制高點(diǎn)當(dāng)前第84頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫制造技術(shù)表征參數(shù)美國日本法國俄國中國競爭影響力大型高速數(shù)控機(jī)床

6×104r/m(12×104r/m)2.5×104r/m

6000r/m基礎(chǔ)制造裝備能力差距巨大大型精密模鍛水壓機(jī)

4.5萬噸6.5萬噸7.5萬噸3萬噸大型厚鋁板軋機(jī)（飛機(jī)、坦克用）2.8米寬軋機(jī)，板寬×厚2500×80mm4.15米寬軋機(jī)2.8米寬軋機(jī)，板寬×厚2500×80mm導(dǎo)軌平行度

80mm長<0.044μm（國際）1m長<2μm（中國）

電主軸

功率：0.1-80KW，轉(zhuǎn)矩：0.02-318N·m，轉(zhuǎn)速：（小型：70000-120000轉(zhuǎn)/分；中型：36000-62000轉(zhuǎn)/分；大型：12000-30000轉(zhuǎn)/分）

功率：6.7-22KW，轉(zhuǎn)矩：9.5-129N·m，轉(zhuǎn)速：8000-30000轉(zhuǎn)/分

當(dāng)前第85頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫挑戰(zhàn)極端制造：極強(qiáng)的制造外場環(huán)境和能量傳遞高速、重載、高精度、柔性化、數(shù)字化待突破的極端制造技術(shù)復(fù)雜曲面零件的數(shù)字反演精密檢測與傳感大功率超高速電主軸單元低摩擦、高精度的直線導(dǎo)軌單元高速、高溫軸承技術(shù)突破極限：創(chuàng)造國力與安全的制造能力高平臺當(dāng)前第86頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)6、智能化驅(qū)動控制技術(shù)

驅(qū)動控制是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分.伺服技術(shù)的發(fā)展是建立在控制理論,電機(jī)驅(qū)動及電子等技術(shù)的基礎(chǔ)上.數(shù)控機(jī)床主要有兩種驅(qū)動裝置:進(jìn)給驅(qū)動裝置和主軸驅(qū)動裝置.這兩種驅(qū)動裝置在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能優(yōu)劣

當(dāng)前第87頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫

（1）全數(shù)字交流伺服驅(qū)動關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)高集成度、高可靠性、低成本、低功耗、小體積技術(shù)：可對系統(tǒng)任意組態(tài)技術(shù)：組成位置控制，速度控制或轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，可廣泛適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)和機(jī)器人操作控制；全數(shù)字通用硬件平臺的設(shè)計(jì)技術(shù)：采用DSP+FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）+IPM的硬件方案，采用可靠性高的四層電路板，控制板采用SMT設(shè)計(jì)，對硬件所要完成的功能進(jìn)行了合理的劃分,設(shè)計(jì)，提供靈活的接口。使系統(tǒng)的二次開發(fā)和功能擴(kuò)展更加便捷。當(dāng)前第88頁\共有100頁\編于星期六\22點(diǎn)

中國科學(xué)院院士：熊有倫

靈活、易維護(hù)、模塊化、實(shí)時控制軟件體系結(jié)構(gòu)及軟件模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)：在實(shí)時控制核心的調(diào)度下，采用模塊化編程技術(shù)將各個控制軟件模塊合理有序地組織起來，通過對各個控制模塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)實(shí)時的控制。實(shí)現(xiàn)多功能操技術(shù)：可編程I/O接口，利用有限的I/O接口，實(shí)現(xiàn)多功能操作；與多種類型交流伺服電機(jī)的自動適配的功能.實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)：基于CAN總線結(jié)構(gòu)的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口電路