大数据驱动的智能制造

数据是未来制造业的核心要素,工业大数据分析是赋予制造"智能"的关键。系统分析了大数据驱动的智能制造的科学范式、理论方法与使能技术,阐述了应用方向与工业实践;根据"第四范式:数据密集型科学发现",提出了"关联-预测-调控"的大数据驱动智能制造科学范式;根据数据处理流程,总结了融合处理、关联分析、性能预测与优化决策四位一体的方法体系。围绕边缘层、平台层和应用层设计大数据平台,介绍了大数据驱动智能制造的使能技术;从智能设计、计划调度、质量优化、设备运维四个角度,综述工业大数据驱动的智能制造应用现状。     

[学科发展]大数据驱动的智能制造

数据是未来制造业的核心要素,工业大数据分析是赋予制造“智能”的关键。系统分析了大数据驱动的智能制造的科学范式、理论方法与使能技术,阐述了应用方向与工业实践;根据“第四范式：数据密集型科学发现”,提出了“关联-预测-调控”的大数据驱动智能制造科学范式;根据数据处理流程,总结了融合处理、关联分析、性能预测与优化决策四位一体的方法体系。围绕边缘层、平台层和应用层设计大数据平台,介绍了大数据驱动智能制造的使能技术;从智能设计、计划调度、质量优化、设备运维四个角度,综述工业大数据驱动的智能制造应用现状。     

轻装配智能制造系统框架及管控模式

为了给工业自动化和制造智能化提供解决方案,构建了一种物理信息融合系统和云制造技术的轻装配智能制造系统框架,描述了框架中各层次的功能和关系,并对物理信息系统、云制造和大数据的作用进行了分析。对轻装配智能制造系统中的制造资源、服务模式和运行体系进行了定义和描述,提出了智能管控的关键概念——优态,给出了5类智能管控方法。通过对中空玻璃生产线的智能管控问题和关键使能技术的分析,验证了所提架构和智能管控方法的有效性。     

[制造前沿]智能制造理论体系架构研究

从制造技术的发展变迁和面临的新挑战出发，分析了针对智能制造内涵及特征的认知发展过程，给出了对工业4.0时代智能制造的新认识，进而提出了智能制造理论体系总体架构，该体系架构由8个模块构成：理论基础、技术基础、支撑技术、使能技术、核心主题、发展模式、实施途径和总体目标。分别阐述了体系架构中的总体目标、核心主题、支撑技术和使能技术四大模块的具体内容，讨论了推进和实施智能制造的基本原则和技术路线，展望了未来制造的新形态和新特征。     

U-制造的概念、特性、主要优势和关键技术

随着物联网技术的飞速发展,以及制造企业精细化管理、实时化控制的需求,一种新兴的制造物联新模式——基于泛在计算的智能制造(U-制造)应运而生。对U-制造进行综合论述:回顾和总结国内外相关研究现状;给出U-制造的概念,通过与云制造、网络化制造等已有制造范式的比较,明确其主要特性;简要分析U-制造的主要优势;列举并阐述U-制造实际应用过程中涉及的若干关键技术。     

精益智造模式驱动制造型企业高质量发展研究

以实施精益智造模式为路径,以提升制造型企业价值创造能力为导向,将智能制造技术精准应用于制造型企业的各个核心价值创造环节,充分发挥智能制造技术对制造型企业价值创造能力提升的使能作用,促进制造型企业生产效率水平提升、经营效益水平提升、产品质量水平提升和绿色制造水平提升,为制造型企业高质量发展提供新的方法支持。     

基于工业互联网的智能装配生产线软件架构设计与研究

工业互联网技术是智能制造系统的重要基础,是实现智能制造的核心,在智能制造生产体系中有着重要的作用,其快速的发展,有效促进了设备间数据的传递、共享与分析,满足了企业智能化生产方面的需求,使企业的生产组织更加优化、高效。该文以智能装配生产线为平台,设计了智能装配生产线控制系统的总体软件架构,将工业机器人技术、PLC技术、视觉检测技术、人机界面技术及RFID技术通过工业互联网有效结合,完成了企业产品的智能化装配生产过程。     

创新·强基·智能——建设制造强国

世界工业发达国家美、德、英等国"重振制造业"的发展战略均将智能制造作为发展趋势。我国制造业总体而言,大而不强。我国已是世界制造第一大国,但创新能力弱、缺乏关键核心及共性技术。我国《制造强国发展战略》聚焦"五大工程",其中将智能制造作为主攻方向,而"五大工程"是相互联系和相互支持的。数字化设计与制造是智能制造关键共性技术,而建模与仿真是数字化设计与制造的科学基础。要全面实施智能制造,建成制造强国,任重而道远。     

[制造前沿]创新·强基·智能——建设制造强国

世界工业发达国家美、德、英等国“重振制造业”的发展战略均将智能制造作为发展趋势。我国制造业总体而言,大而不强。我国已是世界制造第一大国,但创新能力弱、缺乏关键核心及共性技术。我国《制造强国发展战略》聚焦“五大工程”,其中将智能制造作为主攻方向,而“五大工程”是相互联系和相互支持的。数字化设计与制造是智能制造关键共性技术,而建模与仿真是数字化设计与制造的科学基础。要全面实施智能制造,建成制造强国,任重而道远。     

面向2035的智能制造技术预见和路线图研究

近年来,我国围绕智能制造技术及其应用开展了大量研究工作,面对智能制造不断涌现的新技术、新理念、新模式,为更好推动后续智能制造技术相关研究的有序开展,对智能制造中的智能产品、离散型制造、流程型制造、新模式新业态、工业智联网、智能制造云等六个方向,分别通过技术体系构建与技术态势扫描、技术清单制定、问卷调查与专家研讨等方法与过程,从目标层、实施层、保障层等三个层次绘制面向2035年的智能制造技术路线图,并指出目前智能制造需要集中力量攻克的关键技术清单,以期为未来智能制造技术发展的政策制定、价值评价、竞争力评价、战略管理和科学研究等提供参考。     

[制造前沿]工业人工智能——工业应用中的人工智能系统框架

人工智能正以超越人们想象的方式影响着工业生产和我们的生活。世界多国已启动的国家级人工智能计划均强调了人工智能在智能工业中的重要性和必要性。但与此同时,采用人工智能来实时解决生产的实际问题仍是当前必须面对且不能忽视的挑战。现在的最大挑战是找到可创造价值的具体应用来满足市场和资本不断增长的期望。为了给工业系统中的人工智能的发展与实施提供一个清晰的路线图,提出了工业人工智能的系统框架和使能技术。综述了智能工业中的工业人工智能的关键使能技术的重要性,阐述了如何系统地应用这些使能技术来创造产生新价值的机会并避免出现问题。     

Smart manufacturing systems for Industry 4.0: Conceptual framework,scenarios, and future perspectives

Information and communication technology is undergoing rapid development, and many disruptive technologies, such as cloud computing, Internet of Things, big data, and artificial intelligence, have emerged. These technologies are permeating the manufacturing industry and enable the fusion of physical and virtual worlds through cyber-physical systems (CPS), which mark the advent of the fourth stage of industrial production (i.e., Industry 4.0). The widespread application of CPS in manufacturing environments renders manufacturing systems increasingly smart. To advance research on the implementation of Industry 4.0, this study examines smart manufacturing systems for Industry 4.0. First, a conceptual framework of smart manufacturing systems for Industry 4.0 is presented. Second, demonstrative scenarios that pertain to smart design, smart machining, smart control, smart monitoring, and smart scheduling, are presented. Key technologies and their possible applications to Industry 4.0 smart manufacturing systems are reviewed based on these demonstrative scenarios. Finally, challenges and future perspectives are identified and discussed.     

网格化制造模式中面向联盟协同的安全体系及技术

安全网际协议、安全套接层协议、安全简单对象访问协议和记录级等多层次的安全通信协议及基于公钥基础设施，建立了网格化制造模式下面向联盟协同的安全体系架构。通过基于安全网际协议的虚拟专用网技术、安全的电子商务交易与协作、软件或单据的签名加密、安全电子邮件等实现技术与方法，为联盟企业合作伙伴开展网格化制造模式下的商务协同、设计协同、制造协同和供应链协同提供了全面的安全保障。     

Industrial Internet-enabled Resilient Manufacturing Strategy in the Wake of COVID-19 Pandemic:A Conceptual Framework and Implementations in China

COVID-19 pandemic has accelerated the re-shaping of globalized manufacturing industry.Achieving a high level of resilience is thereby a recognized,essential ability of future manufacturing systems with the advances in smart manufacturing and Industry 4.0.In this work,a conceptual framework for resilient manufacturing strategy enabled by Industrial Internet is proposed.It is elaborated as a four-phase,closed-loop process that centered on proactive industry assessment.Key enabling technologies for the proposed framework are outlined in data acquisition and management,big data analysis,intelligent services,and others.Industrial Internet-enabled implementations in China in response to COVID-19 have then been reviewed and discussed from 3Rs'perspective,i.e.manufacturer capacity Recovery,supply chain Resilience and emergency Response.It is suggested that an industry-specific and comprehen-sive selection coordinated with the guiding policy and supporting regulations should be performed at the national,at least regional level.     

面向智能制造的工业工程和精益管理

回顾了工业工程作为独立的一门工程学科诞生100多年来美日德等工业发达国家的发展路线,探讨了企业管理创新的规律性特征,得到智能制造同样需要工业工程/精益管理(IE/LM)提供管理支持的结论。按照智能制造项目周期,从基础准备、方案选择、融合发展等角度深入剖析了IE/LM在智能制造工程中的作用方式,给出了面向我国企业智能化转型的智能精益管理体系架构,结合案例阐释了智能精益融合的改善思路与方法。最后,结合我国的现实需求给出了面向中国企业转型升级的智能制造管理的关键技术。     

[数字孪生驱动的智能制造]数字孪生车间演化机理及运行机制

针对当前数字孪生车间演化机理不清楚造成其在制造领域技术路线图不明确的问题,从信息流、物料流、控制流三者的作用及关系剖析了当前生产车间所存在的问题和挑战,在总结数字孪生源起与发展现状后,提出从可视化、逻辑、数据三个维度构建可交互、可控制、可计算的虚拟车间,进而探讨从虚拟车间到数字模型车间、数字投影车间和数字孪生车间的演化机理。提出从数字化、智能化、智慧化三个阶段逐步构建数字孪生车间并阐述了各阶段的运行机制及使能技术,可为数字孪生车间在制造领域的推广与应用提供参考。     

Experimental characterization of consensus protocol for decentralized smart grid metering

The availability of intelligence at substation level, combined with the adoption of pervasive communication networks, offers technologies and opportunities to decentralized smart grid metering and control. In this domain self-organizing sensor networks equipped by distributed consensus protocols have been recognized as an effective enabling paradigm.The performance of these protocols is usually evaluated in simulation environments without considering the effects of real measurement transducers, data acquisition systems and communication systems. Attention is rarely paid to the influence of factors such as: the measurement uncertainty of the transducers, the effect of the limited bandwidth available on real radio systems, and the change of performance when real nodes enter and exit from the network during or among consensus procedure. The large scale deployment of this paradigm asks for comprehensive analysis aimed at assessing the impact of the non-idealities characterizing the real power system environment on the cooperative protocols performance. Armed with such a vision this paper aims at characterizing the performance of distributed consensus protocols in presence of uncertainty and non-ideality of the measurement instruments, of the measurement process and of the communication channel in a smart grid environment. Results obtained in simulation and real scenarios might be helpful hints in the implementation and use of this protocol in real networks.     

Smart Cutting Tools and Smart Machining: Development Approaches,and Their Implementation and Application Perspectives

Smart machining has tremendous potential and is becoming one of new generation high value precision manufacturing technologies in line with the advance of Industry 4.0 concepts. This paper presents some innovative design concepts and, in particular, the development of four types of smart cutting tools, including a force-based smart cutting tool, a temperature-based internally-cooled cutting tool, a fast tool servo (FTS) and smart collets for ultraprecision and micro manufacturing purposes. Implementation and application perspectives of these smart cutting tools are explored and discussed particularly for smart machining against a number of industrial application requirements. They are contamination-free machining, machining of tool-wear-prone Si-based infra-red devices and medical applications, high speed micro milling and micro drilling, etc. Furthermore, implementation techniques are presented focusing on: (a) plug-and-produce design principle and the associated smart control algorithms, (b) piezoelectric film and surface acoustic wave transducers to measure cutting forces in process, (c) critical cutting temperature control in real-time machining, (d) in-process calibration through machining trials, (e) FE-based design and analysis of smart cutting tools, and (f) application exemplars on adaptive smart machining.     

Training for smart manufacturing using a mobile robot-based production line

Frontiers of Mechanical Engineering - Practice experimentation that integrates the manufacturing processes and cutting-edge technologies of smart manufacturing (SM) is essential for future academic...     

面向产品快速开发的几何推理和虚拟原型

计算制造旨在解决制造系统和制造过程的计算复杂性问题，以实现产品快速开发，探讨了计算制造的基本概念、研究内容和典型问题，对计算制造的理论基础和体系结构进行了有益探索。详细讨论了支持产品快速开发的几个关键使能技术：几何推理、反求工程和虚拟原型，并扼要介绍了在这些方面的有关研究成果，为产品快速开发的研究提供了一些新的思路和方法。