对智能制造发展的思考和认识-北航刘强

对智能制造发展的思考和认识刘强LIUQiang北京航空航天大学机械工程及自动化学院国防科技工业高效数控加工技术研究应用中心北京市高效绿色数控加工工艺技术与装备工程技术研究中心Tel:010-82316699，13901163932E-mail:[e-mail]全国离散制造业信息技术应用服务联盟2014年年会2014.11.20北京刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心提要制造业发展面临的挑战“中国制造2025”——中国制造升级版先进制造高端制造智能制造小结与展望刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心现代制造业的特点一代产品一代材料一代工艺材料与结构融合工艺与装备融合优质/高效/低耗/绿色是永恒的主题制造技术和生产方式创新引发新技术革命发达国家制造业在做什么？AmericanMakes——美国人具体在做什么？Industry4.0——德国人具体在做什么？其他有关国家和地区1.制造业发展面临的挑战刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心制造业特点一：一代产品一代材料一代制造技术一代产品一代结构和材料一代制造技术刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心——制造技术和加工效率发展刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心——加工方法和加工精度发展刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心制造业特点二：材料与结构融合工艺与装备融合航空：大客、军机航天：卫星、运载火箭两机：航发和燃机能源：核电和风机面向产品应用的制造装备与工艺技术结构工艺装备低成本复合材料构件材料结构一体化成套制造装备与工艺耐高温复合材料高效复合加工装备与工艺难加工金属材料与结构复合制造技术与装备综合效能最优的先进装备材料结构一体化设计制造材料一体化成形构件制造材料刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心工艺与装备融合智能化制造装备和生产系统刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心航空发动机零件Aero-engineParts特点三：优质/高效/低耗/绿色是永恒的主题飞机结构件AircraftStructuralParts航天器关键结构件AerospaceParts刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心18世纪末20世纪初70年代初至今第一次工业革命机械化生产蒸汽驱动第二次工业革命批量流水线生产电力驱动第三次工业革命高自动化柔性生产计算机信息技术驱动第四次工业革命智能化工厂智能装备及信息通信敏捷制造智能制造特点四：制造技术和生产方式创新引发新技术革命刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心1894年：代替英国成为世界制造业中心，并于一战后逐渐掌握了世界经济霸权1970年后：新兴经济体打破其制造业垄断优势，美国制造业产品垄断地位衰落，并于1971年和2007年发生大规模经济危机2008年：奥巴马上台后，出台大规模制造业重振计划，美国经济形势得到好转并领跑全球经济复苏AmericaMakes——美国人具体在做什么？刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心AmericaMakes——美国人具体在做什么？《国家制造创新网络(NNMI)：初步设计》政府报告，2013.01发展愿景——填平研发活动与推广应用鸿沟，推动美国本土制造发展4大可能的焦点领域制造工艺技术——增材制造、先进连接、聚合物加工智能制造使能技术——以构建智能制造框架和全数字化工厂的大数据流进而提高生产率、优化供应链、降低成本、节能降耗为重点产业应用与发展——以医疗设备或生物材料制造工艺改进、下一代车辆或航空航天制造工艺研发为重点先进材料开发——低成本碳纤维复合材料、能提高太阳能动力或下一代IC可制造性的新材料刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心AmericaMakes——美国人具体在做什么？新建立一批制造创新机构(2012～2014)国家增材制造创新(NAMII)机构(更名为AmericaMakes,2012年)数字化制造和设计创新(DMDI)机构(国防部，2013年)——实现敏捷的美国工业基础，快速响应市场需求。基于模型新设计方法、虚拟制造工具、基于制造网络的传感器和机器人技术轻质及现代金属制造创新(LM3I)机构(陆军、海军，2013年)——大幅降低制造和能源成本，提升美国产品竞争力。先进轻质金属开发、轻型结构生产技术、高强重比合金产品的研制与应用下一代电力电子器件制造创新机构(能源部，2013年)——重点关注硅基设备以外的下一代主要平台基于宽禁带半导体的电力电子器件制造技术复合材料制造业创新机构(能源部，2014年)——突破成本、节能、循环利用问题。树脂基碳纤维复合材料制造技术刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心AmericaMakes——美国人具体在做什么？热点追踪——增材制造领域近2年在做什么？国家增材制造创新机构(NAMII)美国制造创新机构(AmericaMakes)关键技术应用开发第一轮(2012)复杂复合材料加工的熔融沉积成形用于增材制造工艺监测和控制的热成像系统熔融沉积成形零件制造高温选择性激光烧结第二轮(2013)建模和仿真工具支持的复杂且可复制的增材制造可持续循环利用的增材制造材料和梯度材料/定制材料下一代增材制造设备(提高效率/分辨率/批产能力,能源自监测,多重材料加工)复杂几何体无损检测增材制造工艺与材料知识库刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心INDUSTRIE4.0——德国人具体在做什么？从工业1.0到工业4.02010年德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一德国工业4.0在2013年4月的汉诺威工业博览会上被正式推出目标：推动德国工业生产制造向智能化和网络化方向升级四次工业革命分别源于机械化、电力化、信息化和信息物理系统刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心德国工业4.0——德国人具体在做什么？从CPS到CPPS信息物理融合系统——CyberPhysicalSystems(CPS)信息物理融合式生产系统——CyberPhysicalProductionSystems(CPPS)，由智能化的机械、存储系统和生产手段构成，并应用于智能工厂。两个目的：提高效率巩固制造地位；开发新产品形成出口新模式聚集“智能工厂”和“智能生产”智能工厂——重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现智能生产——主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心德国工业4.0的愿景产品包含生产所需的全部信息自组织集成化生产设施灵活制定生产工艺刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心欧盟第七框架计划TheSeventhFrameworkProgramme刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心重点研究创新领域先进制造工艺过程高度适应的智能制造系统数字化、虚拟化和资源高效利用工厂工厂网络化和动态产业供应链制造过程人性化按需生产制造挑战和机遇制造业产品的未来经济社会环境可持续发展关键推动技术先进制造工艺先进制造系统机电一体化信息和通讯技术制造战略建模、数字模拟和预测工具知识型员工欧盟地平线2020Horizon2020刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心分析与思考云计算、大数据、移动互联网、物联网、人工智能等新兴信息技术新的科技革命和产业革命。制造业智能化、服务化、绿色化趋势明显。[美国]智能机器、3D打印制造、数字化制造技术智能制造技术再工业化[德国]信息物理系统CPS、工业物联网、工业互联网工业4.0挑战美中制造大国强国地位刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心“制造强国”发展战略“制造强国”发展方针创新驱动质量为先绿色发展结构优化2.中国制造2025——中国制造升级版刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心“制造强国”发展战略中国已成为制造大国根据《制造业领域评估报告》企业成为制造业科研投入的主体，2006年中长期科技发展纲要实施以来企业共投入1868.6亿，占总投入的80%，中央财政投入166.4亿，占7.1%。装备制造业领域：国家工程技术研究中心51个，占全国总量的22%；国家级企业技术中心241个，占全国总量的36.5%。2012年装备制造业领域发明专利申请数占全国总量的43.82%。创新了产学研合作机制。建立制造业领域XXX个国家产业技术创新战略联盟。刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心★环渤海地区建立重要的高端装备研发、设计和制造基地23珠三角为国内重要的高端装备制造业开发和生产基地中西部地区形成了以株洲和太原为中心的我国轨道交通装备的重要制造基地北京重点发展重型/精密高端数控机床制造和航天产品制造基地.上海为国内民用航空装备科研和制造重点基地江苏以海洋装备工业为主我国装备制造业布局东北是大型发电、核电、燃汽轮机装备、机床制造基地刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心中国制造业大而不强IC芯片80%依靠进口高端装备进口2,553亿美元/年苹果手机分成：日本34%/德国17%/韩国13%/中国3.6%($6.5/台)自主创新能力不强国家抽查产品质量不合格率10%制造业每年直接质量损失超过2000亿元，间接损失超过万亿元缺乏“中国制造”世界知名品牌产品质量问题突出刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心2010年国内生产总值(GDP)约占世界7.5%，但能源消耗占世界19.6%单位国内生产总值(GDP)能耗约为世界平均水平的2.6倍，日本的4倍资源利用效率偏低资源密集型产业比重过大，技术密集型产业和生产性服务业比重偏低；空间布局与资源分布不协调，地区产业结构趋同部分行业重复建设和产能过剩严重产业结构不尽合理仍处于以初级或局部应用为主的阶段不同地区、行业及不同规模企业间信息化水平差距明显信息化水平不高刘强教授Prof.QiangLIU机械工程及自动化学院北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心实施”中国制造2025”,打造中国制造升级版制造强国四个特征雄厚的产业规模优化的产业结构良好的质量效益持续的发展潜力刘强教授Prof.Qian