智能制造与数字孪生技术

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1. 天津大学 TianjinUniversity 智能制造与数字李生技术面向可持续制造方向发展

2. 提纲天津大学 Tianjin University 一、新一代智能制造模式下的思考智能制造与数字李生技术三、新一代智能制造高端人才培养

3. 天津大学 TianjinUniversity 一、新一代智能制造模式下的思考

4. 天大精益智能可重构数控系统第4页

5. 一、新一代智能制造模式下的思考天津大学 TianjinUniversity 1.1当代智能制造的发展阶段 1.2智能制造时代企业如何生存和发展 1.3未来智能制造新业态的核心技术

6. 天津大学 1.1当代智能制造的发展阶段 Tianjin University >智能制造定义智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式[1]。---《国家智能制造标准体系建设指南》2015 工业4.0 工业3.0 工业2.0 将人类带入分工明确、工业1.0 大批量生产的流水线模创造机器工厂的式和“电气时代” “蒸汽时代” 应用电子信息技术进一步提高生产白动化水平开始应用信息物理融合人机接口系统（CPS) 信息物联系统复杂性大脑控制器自动化、信息化电力广泛应用触觉感知蒸汽机智能视觉感知【力传感器视觉传感器体能 18世纪末 20世纪初 1970年代初今天时间轴智能机器人

7. 1.1当代智能制造的发展阶段天津大学使能技术是驱动力 Tianjin University >智能制造使能技术 IMS ：主要性能特征 AI技术智能制造，趋势预测- 自推理以至于寿命预测、故障溯源增强感知控制增强专家知识 IMS 物联网网络制造一深层迭代，自学习、完备数据库大数据数字化制造综合决策— 实时性、准确性、多源（维）重现，多维仿真，深度推演以至于数字李生，多目标优化超前调整处理未来事件推演最优决策以至于协调或干预 X 智能制造是基于新一代信息通信技术 S 先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式[1]。

8. 1.1当代智能制造的发展阶段天津大学赋能技术是关键 Tianjin University >当前智能制造关键是赋能 AI技术智能制造增强感增强专知控制物联网网络制造家知识完备数产品规划需求工程产品设计智能制造将使能技术在生产诸环节快速原型制造生产使用与维护报废与回收赋能是关键大数据数字化制造 Al 装备智能化智能制造是基于新一代信息通信技术 Al 生产智能化 Al 制造智能化先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式[1]。

9. 天津大学 1.1当代智能制造的发展阶段 Tianjin University >数字化是基础、网络化是关键、智能化是趋势智工业4.0 开始应用信息物理融合工业3.0 应用电子信息技术进工业2.0 将人类带入分工明确、工业1.0 创造机器工厂的大批量生产的流水线模步提高生产自动化水平式和“电气时代” 系统(CPS) 信息物联系统复杂性能升 HCPS1.5 级自动化、信息化电力广泛应用 “蒸汽时代” HCPS2.0 HCPS1.0 蒸汽机数字化制造智能化体能 18世纪末 20世纪初 1970年代初今天时间轴智能制造是科技发展的必然阶段智能制造时代已来，势不可挡！网络化数字化数字化网络化制造智能化网络化数字化新一代智能制造智能化网络化数字化范式演进数字化网络化 A 智能化

10. 1.2智能制造时代企业如何生存和发展天津大学可持续性是方向 Tianjin University 口把握本质积极应对口选择核心技术高质量落实先进制造技术新一代信息技术口面向未来趋势，把我发展方向造 >什么是好的智能制造系统？奔物 √是满足客户个性定制生产需求的目标下，对生产过程者环节进行精准测、规划并对制造过程的长期健康高效运行进行精益控制和维护维控成术制造前消费者保证二努材势成本再设材料加环境社会经济可持续的生态环境智能制造的最终标准是“人-制造-环境 https://www.sohu.com/a/156820371_658106 整体质量最优的和谐发展即可持续制造。使用后

11. 天津大学 1.3未来智能制造新业态的核心技术 TianjinUniversity 口装备智能化 AI 口生产智能化无线局域网持卖时通口服务智能化新一代信息技术控制产品规划需求工程产品设计快速原型制造外脑功能系统复现的关键技术 https://www.sohu.com/a/156820371_658106 生产使用报废与维护与回收数字李生（DigitalTwin）先进制造技术

12. 天津大学 Tianjin University 二.智能制造与数字李生技术

13. 天津大学 2.1数字李生的概念 Tianjin University Services AI技术 AI 大数据技术 CNISD: 信息管理执行 connection between servicesandaata 2 信息监测预测 Digitaltwin 硬件关键技术 data 软件关键技术 CN_PV:connection between physical entities andvirtual models Physicalentities JCheng, H Zhang, Fei Tao*, et al. DT-II: Digital twin enhanced Industrial Internet reference framework towards smart manufacturing[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2020, 62: 101881. Virtualmodels

14. 2.1数字李生技术天津大学智能机床 TianjinUniversity X 智能机床是对其加工制造过程能够进行自动感知、智能辅助决策、智能监测、智能调节和智能维护的机床，实现加工制造过程的高速、高精、高可靠性和低功耗。学习与建模感知与连接算法库知识优化与决策数据库脑力替代与增强 OTHINGS 控制与执行优化更准确决策更及时 NCUC2.0.总线深度学习

15. 2.1数字李生技术天津大学智能机床 Tianjin University V 数控机床与互联网+机床信息系统拼主动机床零件工作食口数控机床是"人-信息-机系统（human-cyber-physical 手动机床(manually operated machine tool MOMT）是机床的最初形态，它是人和机床物理系统的融合。操作者通过人脑的感知和决策，用双手操控机床，完成零件加工。 systems，HCPS），即在"人"（human）和"机"（physical）之间增加了一个信息系统（cyber system）。口随着"互联网+"技术的不断推进，互联网、物联网、智能传感技术开始应用到数控机床的远程服务、状态监控、故障诊断、维护管理等方面。

16. 天津大学智能机床 2.1数字李生技术 TianjinUniversity 机床空间结构模型机床热误差模型其他智能机床的控制策略与知识大数据平台数字李生机床运动学模型数控加工控制机床儿何误差模型机床工艺系统模型（VNC）自主感知与连接自主学习与建模 AI 机器学习、深度学习强化学习、迁移学习自主优化与决策自主控制与执行模型机床动力学机床全生命周期大数据模型数控机床编码器、电流、温度传感器决策与优化主轴电机伺服PID 1.质量提升实时调节 NC-LINK 2.工艺优化 3.健康保障 4.生产管理大数据管理人员加工零件操作人员产生数据外部传感器数据内部 Secure Network WebCamera 感知、分析决策、认知零件电控实时数据 CNC PID 实时 CAD/CAM 工作台伺服双码联控编码器、传感器进给电机螺母 Robot 智能控制代码 Sensors (Wire&Wireless) 自主感知与连接、自主学习与建模、自主优化与决策、自主控制与执行新一代人工智能技术融入数控机床，赋予机床学习的能力，可生成并积累知识。人的知识学习型脑力劳动交由数控系统完成。

17. 天津大学智能生产规划 2.2数字李生技术 Tianjin University 数字李生系统物理世界 PHYSICAL 信息世界虚拟数字车间物理车间 DIGITAL 需求产品工程规划关联共生企业联盟层能界有究实时交互 X 实时交互服平台生产管控制执数据工业网络理层理层车间能耗管理车间物理数据企业管驱动行层物理实现层产品设计企业总体规划快速原型制造生产研究所供应商供应链管理电子采购和制造能力企业资源计划制造厂规划基于模型的制造运行管理生产线布设备布局局规划集盛建造数字李生是在虚拟空间中创建物理对象的高保真虚拟模型，以模拟其在现实世界中的行为并提供反馈，反映了双向动态映射过程开辟了物理活动与虚拟世界同步的新途径打破了产品生命周期的隔离，提供了完整的产品数字足迹能够更快、更准确地预测和检测物理问题，优化制造流程，提高产品质量报废与回收处置协同设计与制造基于模型的工艺、检测生产线与维护制造厂制造厂生产能力顶层规划使用重构

18. 2.2数字李生技术一名天津大学智能生产规划 Tianjin University 数字李生核心技术 Data Material model 数字李生模型 Data analysis 包括结构模型、物理模型、控制模型、数据接口 Apps and services 模型、行为模型、算法模型 X 多源异构信息实时交互 Geometry model Physical entity Feedback Physical world Digital and cyber woride 预测通过OPC-UA、TCP/IP、HTTP等协议实现空间、控制时间、温度、电信号、振动信号等的实时交互 X 全要素仿真将数字李生模型与多源异构信息深度融合，实现物理实体在信息空间中的全要素仿真全生命周期的忠实映射基于对物理实体全生命周期的实时映射，利用大指令、反馈数控机床物理静力学、动力学、热力学等模型工业机器人全生命周期选代与优化物流设备 X 给定目标下的分析与决策面向不同需求，选择不同分析工具，结合智能算法给出综合性分析与动态评价控制PID、滑膜控制、模型鲁棒控制等 OPC-UA、TCP/IP等仓储设备质检设备产品/物料智能制造系统物理实体模型、控制接口等实时交互与更新数字李生模型多源异构信息数据分析和人工智能算法，实现对物理实体的迭代优化与实时决策结构三维结构、装配关模型系、运动关系设计阶段覆述、婚等生产阶段质量等行为响应机制、演变规模型律、更新模式等算法机器学习、智能调模型度等人工智能算法运维阶段实时状态、历史数据、维修记录等全要素仿真与全生命周期忠实映射

19. 天津大学 2.2数字李生技术一智能生产规划 Tianjin University 快速可适应规划技术 >实例1一智能制造系统快速可重构设计需求产品规划企业联盟层工程企业总体规划产品和快速产品设计原型制造研究所供应商供应链管理电子采购生产使用与维护制造厂报废与回收处置设备生产过程实时反馈协同设计与制造服务计划企业管理层生产能力顶层规划制造厂工艺基于模型的工艺、和制造能力需求生产管理层控制执行层物理实现层生产线规划检测重构企业资源计划运行维护制造厂工艺设计基于模型的制造运行管理生产线布设备布局局规划建造生产过程执行与管理集成测试设备协调维护

20. 天津大学智能生产规划 2.2数字李生技术 Tianjin University 智能制造系统数字李生模型库动态更新智能制造装备、仓储物流设备、产品/物料、人员物理模型、控制模型、行为模型、算法模型实时交互运维数据 50G0GI 动态检索与调用1 加工特征工艺流程约束分析加工工序可适应工艺规划与产线布局制造需求-零件族在线监控与智能维护动态更新设备选型多源异构何信息几何、物理、控制、行为、算法等数据快速可重构智能制造系统物理实体客户交互仿真结果分析全生命周期忠实映射与送代优化全要素仿真

21. VE 天津大学智能生产规划 2.2数字李生技术 Tianjin University 智能制造系统快速可重构可适应工艺规划设备快速选型布局场景构建生产调度与优化数控机床加工仿真 CAM仿真 NC数据快速生成动态加工仿真智能制造系统可视化仿真高度逼真的染效果摄像头仿真 VR虚拟现实手机APP 项目交付项 2D、3D图生成生成标准化项目文件导出4K高清图像、3DPDF文件智能制造装备网络模型库丰富的模型种类与数量（2400+）权限开放与动态更新支持多种格式二维图纸和三维模型导入机器人示教仿真基本机器人功能机器人圆弧示教工具机器人轨迹创建机器人喷涂可视化智能制造系统数字李生仿真支持OPC-UA、TCP/IP等多种通讯协议 PLC交互（虚拟调试）虚实同步仿真支持虚拟调试、测试、维护统计和报告支持动态生产仿真数据可视化支持导出PDF和XLS等格式的生产仿真数据支持大数据分析

22. 智能制造系统可适应规划仿真平台 VE 天津大学 Tianjin University VE2 = Visual Engineering × Education 可适应工艺规划该平台为立足国际先进可视化仿真软件内核，自主二静态调度仓储物流设备定义属性、行为、编号该平台不仅适用于智能制造装备等工程过程的规划本地资源仿真与快速响应设计，还可广泛应用于教学与实训设备资源库互联网资源智能制造系统可适应规划仿真平台次开发的智能制造系统高级仿真软件权限开放与动态更新的智能制造装备网络模型库（涂车间场场景资源库已有2400+各种机床、机器人、仓储物流组件模型）建模操作简单，模型功能属性完善，支持所有CAD 立联网资源格式导入系统可视化仿真布局优化与重构仿真结果分析系统界面 LOGC 菜单栏/工具栏 VE2总体架构支持OP－UA等多种通讯协议，实现复杂智能制造系统数字李生，实现虚拟装调、测试与维护。仿真效果逼真，可导出4K高清图像、3DPDF文件。

23. VE 天津大学 2.3数字李生平台支撑技术 Tianjin University *自定义个性化模型库权限开放与动态更新的智能制造模型库（2400+） X 机床库 ?自定义模型行为、连接属性建模操作简单，模型功能属性完善机器人库物流仓储设备库 *标准CAD模型导入夹具库

24. 天津大学 2.3数字李生平台支撑技术 Tianjin University ?虚拟数控系统控制虚拟机床 ?读取CAM刀位文件实现加工过程仿真 ?实际数控系统控制虚拟机床 X 15.000 30.000 N 40.000 A C 10.000

25. 天津大学 2.3数字李生平台支撑技术 VE Tianjin University ?机器人圆弧示教 *机器人抓取示教心机器人焊接示教 *机器人识别抓取 VISUAL COMPONENTS

26. 天津大学 2.3数字李生平台支撑技术 Tianjin University Without PLCconnection （)0:00:00 With PLCconnection

27. 天津大学 2.3数字李生平台支撑技术 Tianjin University ?智能制造系统搭建可视化仿真 *汽车装配可视化仿真必机械手自动上下料可视化仿真 ?智能物流可视化仿真

28. 2.3数字李生平台支撑技术 >多种形式交互天津大学 Tianjin University *CAD工程图 *3DPDF文件 ?4K高清动画视频 *VR

29. 天津大学 TianjinUniversity 三.新一代智能制造高端人才培养

30. 3.1实际工程案例天津大学 Tianjin University ?某工厂自动化孵化车间改造

31. VE 3.1实际工程案例天津大学 TianjinUniversity *TSNC-MTD系列车削智能上下料系统

32. VE 天津大学 3.2教学案例设计 Tianjin University ?车铣双工位环形智能制造单元（1/3）行次警报制造需求场景资源域源生产调度重用制造资源三维模型造系可适应工艺规划数控设备资源检索物理/几何夹具设计与夹具设计与CAE CAE仿真资源布局优化 CAM仿真与 NC加工仿真资源加工仿真优化检索可视化仿真互联网更新选配智能制造系统快速定制规划流程设备选型智能信息管理系统智能制造系统客户交互（互联网、云平台）虚拟调试

33. VE 天津大学 3.2教学案例设计 Tianjin University *车铣双工位环形智能制造单元(2/3) 天大精益

34. VE 3.2教学案例设计天津大学 TianjinUniversity ?车铣双工位环形智能制造单元（3/3）

35. VE 3.3多模块融合学习柔性智能制造与装配单元天津大学 TianjinUniversity 天大精益数字李生模块化智能制造系统

36. VE 2.9数字李生技术*柔性智能制造与装配单元（3/3）天津大学 Tianjin University 天大精益语行状态：智能制造信息管理与执行系统

37. 2.9数字李生技术梅花联轴器柔性智能制造系统实物天津大学 Tianjin University

38. 天津大学 3.3多模块融合学习 Tianjin University 天大精益 H 智能制造信息管理与执行系统 VE 信息及统计仓储设备状态监测生产信息统计与管理智能制造信息管理与热行系统智能制造信息管理与执行系 VE 智能制造信息管理与热行系统 VE 机器人（工位2）机床状态监测机器人状态监测

39. 天津大学 3.3多模块融合学习 Tianjin University ★ g2b4847447.wicp.vip:59346/iotal/productionlinelist_1.aspx 天大精益智能制造信息管理与执行系统产线管理产线柔性可重构智能制造生产线