智能识别感知技术与应用

智能识别感知技术与应用尹周平华中科技大学机械科学与工程学院数字制造装备与技术国家重点实验室contents一、智能制造产业背景二、智能识别感知技术三、研究展望：柔性电子制造技术的发展需求与趋势制造技术发展趋势个性化绿色化制造需求：多品种多批量、高质量低成本、柔性制造快速响应、节能减排环境友好等产品全生命周期（设计、制造、运作等）满足客户个性化需求全价值链端到端系统工程提高能源利用效率，实现工业生产“绿色环保”绿色制造柔性化生产线实现多品种产品生产的动态配置资源定制化3制造业核心竞争力正在发生深刻变化1•能源和资源利用效率是竞争力的决定性因素•更短的创新周期•更为复杂的产品•更大的数据量•个性化大规模生产•快速变化的市场•更高的生产效率提升效率提升竞争力制造业变化的速度比以往更快23缩短生产周期提高柔性42015年中国长三角地区的制造成本仅比美国低5%全球制造产业正在发生深刻变化5中国制造业挑战与机遇产业升级压力劳动力成本上升中国制造业机遇：发展先进制造技术，实现产业升级能耗排放压力哥本哈根中国减排目标低附加值高附加值6制造业成为全球经济持续发展的发动机美国德国中国“再工业化”•国家制造技术创新联盟•使用本国页岩气和石油保持工业领先地位•持续创新机制•高出口量•工业4.0为新的指导原则发展高端技术实现产品升级•工资上涨•质量驱动的自动化需求•节能立法7制造技术发展：第三次浪潮（美国）第一次浪潮工业革命机器和工厂出现推动规模经济和经济领域扩展第二次浪潮互联网革命计算机技术和分布式信息网络的崛起第三次浪潮工业互联网基于机器的分析：物理分析、重点学科的深厚专业知识、自动化、预测8第一次工业革命蒸汽动力机械设备应用于生产第二次工业革命电机发明和电能使用，大规模流水线生产第三次工业革命应用IT技术（PLC、NC等）实现自动化生产第四次工业革命制造技术发展：第四次工业革命（德国）应用虚拟—物理系统（CPS）实现智能化生产910制造技术发展：中国制造2025李克强总理：2015年政府工作报告“促进工业化和信息化深度融合，开发利用网络化、数字化、智能化等技术，着力在一些关键领域抢占先机、取得突破。””制定“互联网+”行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合”；《中国制造2025》强调要顺应“互联网+”发展趋势，以信息化和工业化深度融合为主线，推进10大领域智能制造和绿色制造，打造中国制造业升级版。contents一、智能制造产业背景二、智能识别感知技术三、研究展望：柔性电子智能制造：科学内涵智能制造旨在将人类智慧物化在制造活动中并组成人机合作系统，使得制造装备能进行感知、推理、决策和学习等智能活动，通过人与智能机器的合作共事，扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，提高制造装备和系统的适应性与自治性。智能制造=人工智能+机器人+数字制造12智能制造：研究范围工况感知与识别智能制造图形化建模与仿真智能人机交互自动工艺决策与NC编程智能化功能部件工艺知识与智能控制如同人脑如同人感官如同人四肢装备系统13智能制造关键技术：智能识别感知14智能识别感知技术：RFID适应复杂工况：防雨水、抗污渍、抗油污、可喷涂读写方便快捷：可读可写，“盲视”“透视”扫描批量操作：批量读/写、远距离读写现场即验即写：对着实物直接写入信息，码物一一对应读识性能可靠：一次性“盲扫”，识别可靠性达99.8%以上RFID（RadioFrequencyIdentification）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID系统组成RFID工作原理电子标签读写器天线射频信号企业业务应用RFID中间件读写器读写器天线扩展企业网络15RFID在制造业中应用RFID技术智能家电车间物流工程机械物流园供应链智能维护辅具控制混流制造16关键技术挑战挑战1：复杂、多变环境下高性能RFID标签设计强金属、油污、切屑液等以及多变环境对RFID产生致命影响挑战2：制造性能一致性控制，抑制性能漂移70%的RFID失效是由键合界面接触电阻失稳引起•芯片：3ppmm/℃•基板：60ppmm/℃•柔性基板弯翘•键合界面分层•接触电阻失稳•谐振频率漂移异质结构CTE严重失配调控不当出现界面分层RFID标签性能漂移17主要研究进展：电小天线设计建立了基于端部介质加载的高带宽电小天线设计方法，天线辐射效率趋近理论值，突破了RFID小型化设计RFID阻抗匹配模型RFID阻抗分析与计算RFID天线设计实例1112122inloopStripstripcZjfLNYjfC0ReRe4aderaderTagChipPRGGP18主要研究进展：电小天线设计建立了基于“电容耦合+窄传输线阻抗匹配”策略的偶极子馈电谐振腔微带天线设计方法，解决了金属平面尺寸变化和金属嵌套环境对RFID标签性能的影响金属环境影响19主要研究进展：键合性能精确调控建立了RFID键合界面接触电阻精确建模与计算方法，为提高制造性能一致性提供理论依据+'0(,)(cos)bAllllURUdSUrarP21()llRdLSL改进计算准确性提高38.9%粒子变形+接触斑点产生附加电阻粒子变形导致接触电阻变化XYZ9194XYZ9194发现了RFID导电胶倒装键合中接触电阻“弯曲效应”20主要研究进展：键合性能精确调控建立了RFID键合性能定量评价与在线调控方法，解决了制造工艺导致的不确定性影响。21(())tmtMTTFQQTtTdt键合性能定量评价指标键合工艺参数调控规律键合性能在线调控21主要研究进展：RFID产品研发针对制造等领域应用，研制了低频、高频、超高频系列化的抗金属、耐高温RFID标签产品性能达到国际同类产品(如：德国巴鲁夫公司)指标刀具22主要研究进展：智能刀具研发将RFID与传感器相结合，开展航空发动机关键件加工过程中力-热-变形智能感知技术研究。带温度、位移感知的智能刀具感知对象•几何量:工件变形刀具磨损•物理量:力、热、应变主轴和装备振动•对象复杂:强时空变化强耦合•工况恶劣:异型结构强干扰(碎屑、噪声)复杂环境23应用案例：三一重工数字化车间实施效果：通过RFID智能小车，RFID智能托盘、自动立库等智能部件，实现配送过程透明化和智能引导，提高了物料配送效率12%，生产计划执行率98%。三一重工18号工厂车载泵、拖泵、泵车等生产线过程管控系统三一重工股份有限公司：世界500强企业（中国工程机械行业首家），中国最大、全球第六的工程机械制造商24智能车辆物流及卸货：美的微波炉马龙基地是亚洲最大的微波炉生产基地，年产量亚洲第一应用案例：美的供应链智能管控实施效果：实现物料拉动式送货机制，对厂区车辆和卸货资源统一调配和引导，提高厂区物流资源使用率30%以上，提高送货准确性15%以上。25