應(yīng)用于黑燈工廠的數(shù)控動(dòng)柱立式機(jī)床智能裝備
數(shù)控立車切削加工作為制造技術(shù)的主要基礎(chǔ)工藝,隨著制造技術(shù)的發(fā)展,在 20 世紀(jì)末也取得了很大的進(jìn)步,進(jìn)入了以發(fā)展高速切削、開發(fā)新的切削工藝和加工方法、提供成套技術(shù)為特征的發(fā)展新階段。是制造業(yè)中重要工業(yè)領(lǐng)域,如汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、能源工業(yè)、軍事工業(yè)和新興的模具工業(yè)、電子工業(yè)等行業(yè)的主要加工技術(shù),也是這些工業(yè)領(lǐng)域迅速發(fā)展的重要因素。為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要,達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求,為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個(gè)性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求,最重要的發(fā)展趨勢是體系結(jié)構(gòu)的開放性,數(shù)控技術(shù)、制造過程技術(shù)在快速成型、并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床、機(jī)器人化機(jī)床、多功能機(jī)床等整機(jī)方面和高速電主軸、直線電機(jī)、軟件補(bǔ)償精度等單元技術(shù)方面先后有所突破。
黑燈工廠”是 Dark Factory 的直譯,即智慧工廠,因?yàn)閺脑牧系阶罱K成品,所有的加工、運(yùn)輸、檢測過程均在空無一人的“黑燈工廠”內(nèi)完成,無需人工操作,所以可以關(guān)燈運(yùn)行,故而得名。智能化才是支撐企業(yè)的核心,智慧工廠中員工對智能化設(shè)備的掌控能力的要求大大提高,由原來的純粹單一“操作為主,設(shè)備為輔”的角色演變?yōu)?ldquo;設(shè)備為主,操作為輔”,需要員工變身為具備全面技術(shù)能力的工程師。技術(shù)工程師不僅要保證智能化生產(chǎn)線的正常運(yùn)行,還要保證快速處理生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的異常等,而且成為了智慧工廠的“隱形人”,由其在綜合考慮效率、成本等因素的基礎(chǔ)上決定哪些工作由機(jī)器完成,哪些由人完成,實(shí)際的生產(chǎn)仍是一個(gè)人機(jī)協(xié)作的過程。基于數(shù)字孿生建模、分析、調(diào)試、決策和運(yùn)維等遠(yuǎn)程管控來實(shí)現(xiàn)和保障的。
本項(xiàng)成果的核心是黑燈模式下的動(dòng)柱式數(shù)控機(jī)床智能裝備及基于云控遠(yuǎn)程運(yùn)維平臺(tái)的加工產(chǎn)線的開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化,主要是開發(fā)中小型數(shù)控動(dòng)柱立式機(jī)床智造裝備、基于數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的云管控系統(tǒng)及 APP,研制低時(shí)延智能控制器并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的一體化設(shè)計(jì)、智能控制AI 算法及其控制器和基于物聯(lián)網(wǎng)的云控遠(yuǎn)程運(yùn)維技術(shù)。數(shù)控機(jī)床與智能數(shù)字化+物聯(lián)網(wǎng)+云平臺(tái)相結(jié)合,因此形成的本成果是特有的數(shù)字化智能裝備(數(shù)智裝備)。
技術(shù)先進(jìn)性和獨(dú)占性在于:
(1)基于數(shù)字孿生的動(dòng)柱式數(shù)控車床的設(shè)計(jì)制造方法及精密加工自動(dòng)化流程智能改進(jìn)技術(shù);
(2)基于數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的自感知、自決策、可預(yù)測性運(yùn)維等于一體的黑燈模式智慧工廠的云管控平臺(tái)及制造服務(wù) APP;
(3)全新的基于區(qū)域選擇性耦合控制的低時(shí)延智能控制技術(shù)的開發(fā)。創(chuàng)新點(diǎn)在于:
(1)基于數(shù)字孿生模型的動(dòng)柱式數(shù)控機(jī)床及其配套生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)制造方法創(chuàng)新;
(2)“倒立式五軸車銑中心”實(shí)現(xiàn) 5 面車銑復(fù)合加工;“動(dòng)柱式數(shù)控立車”技術(shù),X 軸主導(dǎo)軌、X 軸滾動(dòng)絲桿、X 軸副導(dǎo)軌三者來定位動(dòng)立柱技術(shù);8-12 工位伺服液壓刀塔,加工時(shí)換刀快、精度高、故障少;
(3)通過內(nèi)置 K210 智能芯片、SIM8200/8300 和智能傳感等核心模塊,實(shí)現(xiàn)了智能裝備間 NB-ioT 和 mMTC 等 5G 物聯(lián)通訊和人機(jī)交互;
(4)將多源數(shù)控機(jī)床運(yùn)行數(shù)據(jù)高效融合以及邊緣計(jì)算與云端一體化,開發(fā)制造服務(wù) APP 模塊,構(gòu)建面向制造服務(wù)生命周期的云網(wǎng)端管控平臺(tái);
(5)基于區(qū)域選擇性控制的低時(shí)延智能控制器實(shí)現(xiàn)了智能裝備之間的網(wǎng)格化耦合控制,結(jié)合云網(wǎng)端管控系統(tǒng)及深度學(xué)習(xí),構(gòu)成智能產(chǎn)線。
浙江大學(xué)
2021-05-10