5-19. Digital intelligent manufacturing system of special steel for automobile based on material design

Mi Zhenli^1,2 Song Yong² Wang Min³ Zhang Cong ⁴ Su Lan⁴ Chen Yinli⁴

1. Beijing Advanced Innovation Center of Materials Genome Engineering;

2. Institute of Engineering Technology, University of Science and Technology Beijing;

3. State Key Laboratory of Advanced Metallurgy, University of Science and Technology Beijing;

4. Collaborative Innovation Center of Steel Technology, University of Science and Technology Beijing

Abstract：The traditional research and development of special steel rod and wire for automobile depends on empiric trial and error. Due to the lack of facilities of pilot scale test, new product can only be developed and trial-produced on the line. Composition and process make the properties of the product substandard, which requires repeated testing, and this will generate negative impacts in terms of product development cycle, efficiency and costs. This paper introduces the architecture of the digital intelligent manufacturing system for the line of special steel rod and wire for automobile based on material design. The corresponding relations among composition, microstructure, process and property are explored through this system, and the collaborative digital manufacturing of products, process and quality is realized.

Fig. 1. Architecture of digital intelligent manufacturing system for special steel in automobile

Keywords: digital; intelligent manufacturing; process simulation; material design; property prediction

基于材料设计的汽车用特殊钢数字化智能制造系统

米振莉^1,2 宋勇² 王敏³ 张聪⁴ 苏岚⁴ 陈银莉⁴

1．北京材料基因工程高精尖创新中心 2.北京科技大学工程技术研究院

3.北京科技大学钢铁冶金国家重点实验室 4.北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心

摘要：本文详细介绍了基于材料设计的汽车用特殊钢棒线材生产线数字化智能制造系统构架，并通过该系统探索成分、组织、工艺与性能的对应关系，实现相关产品、工艺及质量三位一体的协同数字化制造。

本系统包括三个层次的内容，首先进行系统平台的构建，将材料设计和工艺设计模型进行集成，建立全流程仿真平台，该平台针对全流程的装备、目标钢种、所有开发模型及数据库进行集成，实现流程标准化一体化的管理模式。第二层次是针对全流程所涉及的工艺模型进行搭建和优化，建立特殊钢棒线材所涉及的包括炼钢、精炼、连铸、加热、轧制、冷却等工序的机理模型，在此基础上通过实际生产数据进行参数优化，实现与生产工艺相一致的信息物理系统。第三层次是基于纳观、微观的全流程材料组织演变的过程进行模拟仿真，从材料设计的角度对材料成分、工艺、组织进行设计与优化，从而准确的预测材料最终的力学性能。该系统可实现全流程工艺及组织性能仿真的全自动运行模式，通过界面访问可直接完成后台计算与结果获取；系统还可直接获取现场生产的计划数据和历史数据，并分别进行事前和事后的仿真分析，从而为产线提供工艺指导和质量追踪。

系统以用户需求为牵引，采用材料逆向设计方法，基于材料机理模型和工业大数据分析技术，建立精准的数字化成分-工艺-组织仿真模型，实现材料性能预测预报。在新品种开发方面突破传统研发手段，作为高效的研发工具，使用该系统可节省30%以上的研发周期，达到低成本高效率的研发目标。该系统可为企业提供全流程的质量监控和工艺参数优化，为现有品种的质量提升和材料深层次开发提供可靠的理论与数据支撑，从而不断提高汽车用特殊钢制造水平和产品质量。

关键词：数字化；智能制造；工艺仿真；材料设计；性能预报