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應用于黑燈工廠的數控動柱立式機床智能裝備

數控立車切削加工作為制造技術的主要基礎工藝，隨著制造技術的發展，在 20 世紀末也取得了很大的進步，進入了以發展高速切削、開發新的切削工藝和加工方法、提供成套技術為特征的發展新階段。是制造業中重要工業領域，如汽車工業、航空航天工業、能源工業、軍事工業和新興的模具工業、電子工業等行業的主要加工技術，也是這些工業領域迅速發展的重要因素。為了滿足市場和科學技術發展的需要，達到現代制造技術對數控技術提出的更高的要求,為適應數控進線、聯網、普及型個性化、多品種、小批量、柔性化及數控迅速發展的要求，最重要的發展趨勢是體系結構的開放性,數控技術、制造過程技術在快速成型、并聯機構機床、機器人化機床、多功能機床等整機方面和高速電主軸、直線電機、軟件補償精度等單元技術方面先后有所突破。黑燈工廠”是 Dark Factory 的直譯，即智慧工廠，因為從原材料到最終成品，所有的加工、運輸、檢測過程均在空無一人的“黑燈工廠”內完成，無需人工操作，所以可以關燈運行，故而得名。智能化才是支撐企業的核心，智慧工廠中員工對智能化設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，設備為輔”的角色演變為“設備為主，操作為輔”，需要員工變身為具備全面技術能力的工程師。技術工程師不僅要保證智能化生產線的正常運行，還要保證快速處理生產過程中產生的異常等，而且成為了智慧工廠的“隱形人”，由其在綜合考慮效率、成本等因素的基礎上決定哪些工作由機器完成，哪些由人完成，實際的生產仍是一個人機協作的過程。基于數字孿生建模、分析、調試、決策和運維等遠程管控來實現和保障的。本項成果的核心是黑燈模式下的動柱式數控機床智能裝備及基于云控遠程運維平臺的加工產線的開發及其產業化，主要是開發中小型數控動柱立式機床智造裝備、基于數字孿生驅動的云管控系統及 APP，研制低時延智能控制器并實現產業化。其關鍵技術是數字孿生驅動的一體化設計、智能控制AI 算法及其控制器和基于物聯網的云控遠程運維技術。數控機床與智能數字化+物聯網+云平臺相結合，因此形成的本成果是特有的數字化智能裝備（數智裝備）。技術先進性和獨占性在于：（1）基于數字孿生的動柱式數控車床的設計制造方法及精密加工自動化流程智能改進技術；（2）基于數字孿生驅動的自感知、自決策、可預測性運維等于一體的黑燈模式智慧工廠的云管控平臺及制造服務 APP；（3）全新的基于區域選擇性耦合控制的低時延智能控制技術的開發。創新點在于：（1）基于數字孿生模型的動柱式數控機床及其配套生產線的設計制造方法創新；（2）“倒立式五軸車銑中心”實現 5 面車銑復合加工；“動柱式數控立車”技術，X 軸主導軌、X 軸滾動絲桿、X 軸副導軌三者來定位動立柱技術；8-12 工位伺服液壓刀塔，加工時換刀快、精度高、故障少；（3）通過內置 K210 智能芯片、SIM8200/8300 和智能傳感等核心模塊，實現了智能裝備間 NB-ioT 和 mMTC 等 5G 物聯通訊和人機交互；（4）將多源數控機床運行數據高效融合以及邊緣計算與云端一體化，開發制造服務 APP 模塊，構建面向制造服務生命周期的云網端管控平臺；（5）基于區域選擇性控制的低時延智能控制器實現了智能裝備之間的網格化耦合控制，結合云網端管控系統及深度學習，構成智能產線。

浙江大學 2021-05-10

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