本文摘自郎利輝教授2014年3月21日在北京航空航天大學(xué)召開的鍛壓裝備信息化推進委員會第二次執(zhí)委會發(fā)言的PPT，供業(yè)內(nèi)人士參考。

中國鍛壓裝備智能制造目前狀況及發(fā)展展望

裝備智商項目的提出

》產(chǎn)品性能的完善化、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、功能的多樣化

》產(chǎn)品所包含的設(shè)計、工藝、制造和管理信息量劇增

》能量驅(qū)動型轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔Ⅱ?qū)動型

》柔性+智能

》集成傳統(tǒng)制造技術(shù)+計算機技術(shù)+人工智能

》智能制造

高端裝備制造業(yè)：航空裝備、衛(wèi)星及其應(yīng)用產(chǎn)業(yè)、軌道交通裝備、海洋工程裝備、智能制造裝備

特點：技術(shù)密集、附加值高、帶動作用強

智能制造裝備是具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，它是先進制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合。

包括：高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備，自動化成套生產(chǎn)線，智能控制系統(tǒng)，精密和智能儀器儀表與試驗設(shè)備，關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件、元器件及通用部件，智能專用裝備的發(fā)展，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、智能化、精密化、綠色化，帶動工業(yè)整體技術(shù)水平的提升

?  國家戰(zhàn)略：智能制造裝備將成為我國高端裝備制造業(yè)的重點方向之一。《國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中明確提出，“十二五”期間，要實現(xiàn)重點領(lǐng)域制造過程智能化水平顯著提升，智能制造裝備國內(nèi)市場占有率達到30%。

?  據(jù)工信部不完全統(tǒng)計，2009年我國智能制造裝備產(chǎn)業(yè)銷售產(chǎn)值達3000億元以上。而據(jù)銀河證券等機構(gòu)預(yù)計，“十二五”期間智能裝備年均增長率將超過25%，未來5-10年智能裝備行業(yè)將迎來高速增長，預(yù)計2015年智能裝備市場規(guī)模將超過一萬億元。“十二五”期間智能裝備要突破新型傳感器與儀器儀表、工業(yè)機器人等核心關(guān)鍵技術(shù)，推進制造、生產(chǎn)過程的智能化和綠色化，支撐國防、交通、能源、環(huán)保與資源綜合利用等國民經(jīng)濟重點領(lǐng)域的發(fā)展和升級。

智能制造技術(shù)的主要任務(wù)，包括:智能制造的基礎(chǔ)理論研究；功能安全與及安全認證體系研究；智能化設(shè)計與管理技術(shù)；新一代網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；自動化成套生產(chǎn)線及工業(yè)機器人；傳感器等關(guān)鍵零部件及通用部件；智能儀器儀表及執(zhí)行機構(gòu)；流程工業(yè)協(xié)同智能化制造技術(shù)；離散制造過程柔性化、智能化制造技術(shù)等。

綜合特征：

?自律能力

　即搜集與理解環(huán)境信息和自身的信息，并進行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。具有自律能力的設(shè)備稱為“智能機器”，“智能機器”在一定程度上表現(xiàn)出獨立性、自主性和個性，甚至相互間還能協(xié)調(diào)運作與競爭。強有力的知識庫和基于知識的模型是自律能力的基礎(chǔ)。

?人機一體化

想以人工智能全面取代制造過程中人類專家的智能，獨立承擔起分析、判斷、決策等任務(wù)是不現(xiàn)實的。人機一體化一方面突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位，同時在智能機器的配合下，更好地發(fā)揮出人的潛能，使人機之間表現(xiàn)出一種平等共事、相互“理解”、相互協(xié)作的關(guān)系，使二者在不同的層次上各顯其能，相輔相成。

?虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是以計算機為基礎(chǔ)，融信號處理、動畫技術(shù)、智能推理、預(yù)測、仿真和多媒體技術(shù)為一體；借助各種音像和傳感裝置，虛擬展示現(xiàn)實生活中的各種過程、物件等，因而也能擬實制造過程和未來的產(chǎn)品，從感官和視覺上使人獲得完全如同真實的感受。但其特點是可以按照人們的意愿任意變化，這種人機結(jié)合的新一代智能界面，是智能制造的一個顯著特征。

?自組織與超柔性

智能制造系統(tǒng)中的各組成單元能夠依據(jù)工作任務(wù)的需要，自行組成一種最佳結(jié)構(gòu)，其柔性不僅表現(xiàn)在運行方式上，而且表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式上，所以稱這種柔性為超柔性，如同一群人類專家組成的群體，具有生物特征。

?學(xué)習(xí)能力與自我維護能力

智能制造系統(tǒng)能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學(xué)習(xí)功能。同時，在運行過程中自行故障診斷，并具備對故障自行排除、自行維護的能力。這種特征使智能制造系統(tǒng)能夠自我優(yōu)化并適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境。

近期發(fā)展趨勢：

當前,國際智能化制造業(yè)采用或準備采用的先進制造技術(shù)主要體現(xiàn)在:

?  新型(非常規(guī))加工方法的發(fā)展,如包括輕量化制造技術(shù)、粉末成形、物理場影響加工技術(shù)、特種材料成形加工技術(shù)及兩種以上加工方法復(fù)合應(yīng)用等；

?  專業(yè)、學(xué)科間交叉融合,冷熱加工、加工過程、檢測過程、物流過程、設(shè)計、材料應(yīng)用、制造等方面,界限逐漸淡化；

?  工藝研究由經(jīng)驗走向定量分析；

?  高新技術(shù)與傳統(tǒng)工藝緊密結(jié)合,使傳統(tǒng)工藝產(chǎn)生顯著的、本質(zhì)的變化，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；

?  常規(guī)制造工藝的優(yōu)化，以形成優(yōu)質(zhì)高效、低耗、少污染的制造技術(shù)為主要目標；

?  以計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心。

1、我國鍛壓裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展

?  1.1鍛壓裝備現(xiàn)狀

?  鍛壓裝備是國家重器：世界鍛壓工業(yè)的柔性自動化發(fā)展不斷加快。鍛壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于汽車、航空、電子、家電等工業(yè)領(lǐng)域，其中，作為衡量一個國家工業(yè)水平的標志之一的汽車工業(yè)，被當今世界主要工業(yè)發(fā)達國家和新興工業(yè)國家列為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展主導(dǎo)了鍛壓技術(shù)及裝備的發(fā)展，鍛壓技術(shù)的發(fā)展和進步基本圍繞汽車工業(yè)的發(fā)展而進行。

?  柔性化的需求：激烈的市場競爭促使汽車更新?lián)Q代的速度明顯加快，產(chǎn)品的市場壽命周期進一步縮短；與此同時，汽車變型品種日益增多，現(xiàn)代汽車工業(yè)生產(chǎn)日益呈現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模化、車型個性化，車型批量小、車型變化快、多車型共線生產(chǎn)、車身覆蓋件大型化一體化的特征。傳統(tǒng)的加工單一品種的剛性生產(chǎn)線顯然已不適應(yīng)這種特征和市場形勢發(fā)展的要求，其升級換代產(chǎn)品具有高柔性和高效率的自動化鍛壓設(shè)備，成為世界鍛壓技術(shù)及裝備發(fā)展的主要潮流。

?  1.2鍛壓裝備發(fā)展趨勢

?  美國、德國、日本的汽車工業(yè)如此發(fā)達，得益于其鍛壓技術(shù)及裝備的領(lǐng)先地位。當前的世界鍛壓技術(shù)及裝備向以下幾個方面發(fā)展：

1）鍛壓設(shè)備自動化、智能化；

2）高速化復(fù)合化相結(jié)合，提高生產(chǎn)效率；

3）鍛壓設(shè)備控制系統(tǒng)集成化；

4）注重環(huán)境保護；

5）提高工藝模具技術(shù)；

?  1.3我國鍛壓技術(shù)不足及發(fā)展

1）冷沖壓方面。

?  大型多工位壓力機缺乏，使沖壓線效率低，占地面積大，工作環(huán)境差，智能化控制水平低是我國沖壓行業(yè)與發(fā)達國家主要差距之在。

2）熱鍛方面。

?  大型自由鍛造的設(shè)備能力過剩，設(shè)備布局分散，利用率極低，機械化、自動化、智能化程度低，鍛件加工余量大，工人勞動條件差，勞動強度大。

?  隨著我國工業(yè)技術(shù)水平的發(fā)展，特別是以轎車為代表的汽車工業(yè)快速發(fā)展，帶動汽車零件的產(chǎn)量和質(zhì)量不斷提高。但必須清醒地認識到，中國與國際先進水平仍有很大差距，而且隨著加入WTO國際大汽車公司必然嚴重沖擊中國汽車工業(yè)，國內(nèi)同行之間的競爭也將日趨激烈。中國汽車工業(yè)的發(fā)展，離不開裝備工業(yè)的大力支撐，鍛壓設(shè)備制造業(yè)必須滿足汽車工業(yè)大批量生產(chǎn)的要求，向自動化、智能化、高效率方向發(fā)展。

?  汽車車身覆蓋件沖壓向單機聯(lián)線自動化特別是大型多工位壓力機方向發(fā)展。

?  大型自由鍛造向數(shù)控化、高精度化、專業(yè)化發(fā)展，用精鍛和冷溫擠壓逐步代替中小自由鍛件。

?  大力發(fā)展壓力機熱模鍛自動線技術(shù)。

2、智能制造及在鍛壓裝備上的應(yīng)用

?  2.1智能制造裝備的內(nèi)涵和特征

?  內(nèi)涵：智能制造裝備是具有感知、決策、執(zhí)行功能的制造裝備，它是先進制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合。智能制造裝備是實現(xiàn)智能、綠色制造的必要保障條件。

?  特征：對制造過程狀況（工況或環(huán)境）實時感知、處理和分析能力；實時辯識和預(yù)測制造過程狀況變化的能力；根據(jù)制造過程狀況變化的自適應(yīng)規(guī)劃、控制和動態(tài)補償能力；對自身故障自診斷、自修復(fù)能力；對自身性能劣化的主動分析和維護能力；具有參與網(wǎng)絡(luò)集成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的能力。

?  2.2智能制造發(fā)展重點

?  9大關(guān)鍵智能基礎(chǔ)共性技術(shù)

?  圍繞感知、決策和執(zhí)行等智能功能的實現(xiàn)，針對測控裝置、部件和重大智能制造成套裝備的開發(fā)和應(yīng)用，重點突破九大共性、基礎(chǔ)關(guān)鍵智能技術(shù)。

?  主要包括：

1）新型傳感技術(shù)

2）模塊化、嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)

3）先進控制與優(yōu)化技術(shù)

4）系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)

5）故障診斷與健康維護技術(shù)

6）高可靠實時通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

7）功能安全技術(shù)

8）特種工藝與精密制造技術(shù)

9）識別技術(shù)

?  8大核心智能測控裝置與部件

?  圍繞重大智能制造成套裝備研發(fā)以及智能制造技術(shù)的推廣應(yīng)用，開發(fā)機器人、感知系統(tǒng)、智能儀表等典型的智能測控裝置和部件并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

?  1）新型傳感器及其系統(tǒng)

?  新原理、新效應(yīng)傳感器，新材料傳感器，微型化、智能化、低功耗傳感器，集成化傳感器（如單傳感器陣列集成和多傳感器集成）和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

?  2）智能控制系統(tǒng)

?  現(xiàn)場總線分散型控制系統(tǒng)（FCS）、大規(guī)模聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、高端可編程控制系統(tǒng)（PLC）、面向裝備的嵌入式控制系統(tǒng)、功能安全監(jiān)控系統(tǒng)。

?  3）智能儀表

?  智能化溫度、壓力、流量、物位、熱量、工業(yè)在線分析儀表、智能變頻電動執(zhí)行機構(gòu)、智能閥門定位器和高可靠執(zhí)行器。

?  4）精密儀器

?  在線質(zhì)譜/激光氣體/紫外光譜/紫外熒光/近紅外光譜分析系統(tǒng)、板材加工智能板形儀、高速自動化超聲無損探傷檢測儀、特種環(huán)境下蠕變疲勞性能檢測設(shè)備等產(chǎn)品。

?  5）工業(yè)機器人與專用機器人

?  焊接、涂裝、搬運、裝配等工業(yè)機器人及安防、危險作業(yè)、救援等專用機器人。

?  6）精密傳動裝置

?  高速精密重載軸承，高速精密齒輪傳動裝置，高精度高可靠性制動裝置，大型電液動力換檔變速器，高速、高剛度、大功率電主軸，直線電機、絲杠、導(dǎo)軌。

?  7）伺服控制機構(gòu)

?  高性能變頻調(diào)速裝置、數(shù)位伺服控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)分布式伺服系統(tǒng)等產(chǎn)品，提升重點領(lǐng)域電氣傳動和執(zhí)行的自動化水平，提高運行穩(wěn)定性。

?  8）液氣密元件及系統(tǒng)

?  高壓大流量液壓元件和液壓系統(tǒng)、高轉(zhuǎn)速大功率液力偶合器調(diào)速裝置、智能潤滑系統(tǒng)、智能化閥島、智能定位氣動執(zhí)行系統(tǒng)、高性能密封裝置。

?  2.3我國智能制造發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

成就:

?  1）產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展迅速；

?  2）重點產(chǎn)品有所突破；

?  3）形成一批具有國際競爭力的企業(yè)；

?  4）產(chǎn)業(yè)資本體系多元化。

不足：

?  1）對外依賴度高；

?  2）創(chuàng)新能力不足；

?  3）產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱。

3、鍛壓裝備智能制造發(fā)展展望

?  智能鍛壓設(shè)備屬于高端制造裝備，主要針對鍛壓設(shè)備設(shè)計制造和使用過程，利用信息感知、決策判斷、安全執(zhí)行等先進智能技術(shù)，形成人類專家與智能機器共同組成的人機系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品、工具、環(huán)境和工人等資源的最佳組織與優(yōu)化配置，擴大、延伸和部分取代人類在鍛壓成形制造過程中的體力與腦力勞動。

?  智能制造鍛壓裝備呈現(xiàn)出自動化、集成化、信息化、綠色化的發(fā)展趨勢。

?  1）自動化

?  自動化和智能化是智能制造裝備的重要發(fā)展趨勢，主要表現(xiàn)在裝備能根據(jù)用戶要求完成制造過程的自動化，并對制造對象和制造環(huán)境具有高度適應(yīng)性，實現(xiàn)制造過程的優(yōu)化。

?  2）信息化

?  信息技術(shù)與先進制造技術(shù)的融合，帶來巨大的、

甚至是革命性的變化。將傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、軟件技術(shù)“嵌入”裝備中，實現(xiàn)裝備的性能提升和“智能”。設(shè)計及制造過程的數(shù)字化、信息化與智能化的最終目標不僅是要快速開發(fā)出產(chǎn)品或裝備，而且要努力實現(xiàn)大型復(fù)雜產(chǎn)品一次開發(fā)成功。

?  3）集成化

?  智能制造裝備正向技術(shù)集、系統(tǒng)集成的方向發(fā)展，主要體現(xiàn)在生產(chǎn)工藝技術(shù)、硬件、軟件與應(yīng)用技術(shù)的集成及設(shè)備的成套，同時還體現(xiàn)在生物、納米、新能源、新材料等跨學(xué)科高技術(shù)的集成，從而使裝備得到不斷提高和升級，甚至發(fā)生深刻變化。

?  4）綠色化

?  資源、能源的壓力，使裝備必須考慮從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的全生命周期中，對環(huán)境負面影響極小，資源利用率極高，并使企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。綠色制造是提高智能制造裝備資源循環(huán)利用效率和降低環(huán)境排放的關(guān)鍵途徑。