智能制造技術(shù)概述課件

智能制造技術(shù)研究生講座主要內(nèi)容1什么是智能制造？2智能制造與制造智能3智能制造裝備4智能制造系統(tǒng)5智能制造服務(wù)6智能制造路線圖7智能制造與我們1什么是智能制造？1.1智能制造的定義

智能制造是研究制造活動中的信息感知與分析、知識表達與學(xué)習(xí)、智能決策與執(zhí)行的一門綜合交叉技術(shù)，是實現(xiàn)知識屬性和功能的必然手段。智能制造是人類的智慧向制造裝備轉(zhuǎn)移的過程。？1.2智能制造的技術(shù)體系制造智能：感知與測控網(wǎng)絡(luò)機器學(xué)習(xí)與制造知識發(fā)現(xiàn)面向制造的綜合推理圖形化建模與仿真智能全息人機交互智能制造設(shè)備：工況感知與智能識別性能預(yù)測與智能維護智能規(guī)劃與智能編程智能數(shù)控與伺服驅(qū)動智能制造系統(tǒng)：系統(tǒng)建模與自組織智能制造執(zhí)行系統(tǒng)智能企業(yè)管控智能供應(yīng)鏈管理流程智能控制智能制造服務(wù)：服務(wù)感知與控制的互聯(lián)工業(yè)產(chǎn)品智能服務(wù)服務(wù)過程的智能運控制造物聯(lián)網(wǎng)與物流智能服務(wù)制造與服務(wù)的集成共享與協(xié)同1.3智能制造的支持技術(shù)數(shù)字制造技術(shù)：CNC/CAD、CAM、CAE、CIMS；傳感與控制技術(shù)：新型光機電傳感系統(tǒng)、嵌入式控制系統(tǒng)等；人工智能技術(shù)：知識表示、機器學(xué)習(xí)、自動推理、智能計算；互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)及射頻識別技術(shù)（RFID，電子標(biāo)簽）數(shù)學(xué)：數(shù)理邏輯、數(shù)學(xué)機械化、隨機過程與統(tǒng)計分析、運籌與決策分析、計算幾何、非線性系統(tǒng)動力學(xué)等無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機械或光學(xué)接觸1.4智能制造是制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢知識經(jīng)濟時代的必然選擇與設(shè)備、資本投入作為經(jīng)濟增長模式不同，知識含量起著越來越重要的因素。市場的必然選擇可以提高能源和原材料的利用率，降低污染排放水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量。是先進生產(chǎn)力的重要體現(xiàn)科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，而智能制造技術(shù)是先進科學(xué)技術(shù)在制造領(lǐng)域的集中體現(xiàn)。

2智能制造與制造智能2.1制造智能的涵義

制造智能指制造過程中的知識、知識的發(fā)現(xiàn)和推理能力、智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)演化能力。是智能制造的基礎(chǔ)和共性技術(shù)，包括以下關(guān)鍵技術(shù)：

感知與測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；

機器學(xué)習(xí)與制造知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)；

面向制造的綜合推理技術(shù)；

圖形化建模與仿真技術(shù)；

智能全息人機交互技術(shù)。2.2制造智能的關(guān)鍵技術(shù)2.2.1感知與測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)感知：各種智能傳感器，智能儀表

測控網(wǎng)絡(luò)：通過計算機實時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)感知到的信息的收集、傳輸、管理、使用的技術(shù)。

研究目標(biāo)：研究微型多功能集成智能傳感器與傳輸技術(shù)，RFID和物聯(lián)網(wǎng)智能終端技術(shù)；開發(fā)基于工業(yè)總線的即插即用技術(shù)和實時網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，開發(fā)基于M2M和制造物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、管理和服務(wù)技術(shù)。2.2.2機器學(xué)習(xí)與制造知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)機器學(xué)習(xí)：把人類的知識教給計算機

知識發(fā)現(xiàn)：計算機通過機器學(xué)習(xí)、知識發(fā)掘從數(shù)據(jù)和信息中自動提煉知識并升華為制造策略。研究目標(biāo)：解決異構(gòu)數(shù)據(jù)庫/知識庫間的沖突和一致性維護問題，實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫/知識庫間的透明訪問，針對特定的制造活動，開發(fā)工藝知識庫系統(tǒng)，研究高效、分布、異構(gòu)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)。2.2.3面向制造的綜合推理技術(shù)制造過程中的推理：制造過程中的推理是不確定、不精確、不完整的推理問題。研究目標(biāo)：建立不確定、不精確、非完整信息的分布/混合推理技術(shù)；研究抽象代數(shù)、計算幾何、微分幾何在數(shù)控加工、自動裝配、逆向工程、機器視覺、形位測量與誤差評定中的應(yīng)用。2.2.4圖形化建模與仿真技術(shù)圖形化建模與仿真：圖形操作代替符號、數(shù)字操作實現(xiàn)制造過程中的建模和仿真。研究目標(biāo)：建立制造資源不同屬性以及資源間互相作用/約束的抽象的統(tǒng)一描述方法，建立面向制造資源庫的圖形化建模、規(guī)劃、編程與仿真集成開發(fā)平臺。2.2.5智能全息人機交互技術(shù)目前交互方法：鍵盤、鼠標(biāo)、圖形、視頻、語音、觸摸屏、數(shù)據(jù)手套等。研究目標(biāo)：研究實時魯棒處理技術(shù)和基于機器視覺的剛/柔體空間狀態(tài)感知和運動識別技術(shù)；研究視網(wǎng)膜掃描、腦機接口、生機接口和生理信號識別技術(shù)；最終實現(xiàn)全浸入式的“人在場景中”智能人機交互系統(tǒng)3智能制造裝備

3.1智能制造裝備的涵義智能制造裝備具有感知、決策、執(zhí)行功能，其技術(shù)特征是：自行感知分析和處理運行環(huán)境；自行規(guī)劃、控制、決策，故障自行診斷和修復(fù)，主動分析自身性能力劣化和維護，能夠參與網(wǎng)絡(luò)集成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)。3.2未來市場需求及產(chǎn)品

智能機床智能成形制造設(shè)備特種智能制造設(shè)備智能機器人智能工程機械

3.3智能制造裝備的關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1裝備運行狀態(tài)和環(huán)境的感知與識別技術(shù)內(nèi)容：對于金屬切削機床指：加工精度、溫度、切削力、熱變形、應(yīng)力應(yīng)變、圖像信息等。研究目標(biāo)：新型傳感器技術(shù)：高靈敏、高可靠、高精度的檢測環(huán)境信息；感知系統(tǒng)的組網(wǎng)：高速、高精度數(shù)據(jù)傳輸、安全處理和容錯能力，異構(gòu)信息的無縫交換能力；基于機器視覺的多元環(huán)境建模和圖像理解能力。

3.3.2性能預(yù)測和智能維護技術(shù)內(nèi)容：刀具磨損情況、機床故障狀態(tài)、振動狀態(tài)、精度退化狀態(tài)等。研究目標(biāo)：建立狀態(tài)表征體系（振動、負(fù)載、熱變形、溫度、壓力等）與裝備性能表征指標(biāo)間的映射關(guān)系；研究損傷智能識別，自愈合和智能維護技術(shù)，完善損傷特征提取方法和實時處理技術(shù)，最終實現(xiàn)對故障自診斷和自修復(fù)；實現(xiàn)重大技術(shù)裝備的壽命測試和壽命預(yù)測，對可靠性和壽命精確評估。

3.3.3智能工藝規(guī)劃和智能編程技術(shù)問題：現(xiàn)有的工藝規(guī)劃基本是依靠經(jīng)驗的派生式，現(xiàn)有的編程系統(tǒng)主要是面向零件幾何的編程，沒有綜合考慮機床工裝和零件材料特性，智能工藝規(guī)劃和編程主要是由計算機模擬專家處理上述情況。研究目標(biāo)：研究工藝系統(tǒng)和子系統(tǒng)間的復(fù)雜界面行為和耦合關(guān)系，建立工藝系統(tǒng)和作業(yè)環(huán)境的集成數(shù)學(xué)模型和標(biāo)定方法；建立面向典型行業(yè)的工藝數(shù)據(jù)庫和工藝知識庫，完善機床、機器人、工程機械模型庫，實現(xiàn)多目標(biāo)工藝優(yōu)化；完善專家經(jīng)驗與計算智能的融合，建立規(guī)劃與編程的智能推理和決策方法。

3.3.4智能數(shù)控系統(tǒng)與智能數(shù)控驅(qū)動技術(shù)內(nèi)容：數(shù)控功能的提高，如視覺伺服功能、力反饋與力/位反饋混合控制功能、振動控制功能、負(fù)荷控制功能、質(zhì)量調(diào)控功能、伺服參數(shù)和插補參數(shù)自調(diào)整功能、各種誤差補償功能等。研究目標(biāo)：完善伺服控制技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)自動識別、控制參數(shù)自動配置、多軸參數(shù)的自動優(yōu)化、振動主動控制；完善基于視覺感知的伺服控制，實現(xiàn)防碰撞技術(shù)，實現(xiàn)自律運動、無人駕駛和靈巧操作；運用虛擬現(xiàn)實和人工智能技術(shù)，實現(xiàn)語音控制和基于虛擬現(xiàn)實環(huán)境的操作，發(fā)展智能化人機交互技術(shù)。

4智能制造系統(tǒng)

5智能制造服務(wù)6智能制造路線圖

6.1制造智能技術(shù)

制造智能技術(shù)目標(biāo)：智能感知、學(xué)習(xí)、推理、決策、執(zhí)行智能終端技術(shù)、機器學(xué)習(xí)/數(shù)據(jù)挖掘/知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)、綜合推理/決策支持技術(shù)智能人機交互技術(shù)、圖形化建模與仿真技術(shù)目標(biāo)：即插即用即插即用技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)、實時網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)技術(shù)、M2M(Machine-to-Machine/Man)制造物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2010年2020年2030年6.2智能制造裝備技術(shù)

智能制造裝備技術(shù)目標(biāo)：智能感知、智能決策、智能執(zhí)行工況感知技術(shù)、智能維護技術(shù)、智能工藝規(guī)劃技術(shù)智能伺服驅(qū)動技術(shù)目標(biāo)：學(xué)習(xí)、推理、自律智能編程技術(shù)、智能數(shù)控技術(shù)2010年2020年2030年6.3智能制造系統(tǒng)技術(shù)

智能制造系統(tǒng)技術(shù)目標(biāo)：智能決策、智能調(diào)度、智能管控智能制造執(zhí)行技術(shù)、企業(yè)智能管控技術(shù)、智能儀表/執(zhí)行器技術(shù)FCS與智能控制技術(shù)目標(biāo)：可重構(gòu)、自組織、協(xié)調(diào)優(yōu)化建模與自組織技術(shù)、智能供應(yīng)鏈管理、全生產(chǎn)線的在線協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)2010年2020年2030年6.4智能制造服務(wù)技術(shù)

智能制造服務(wù)技術(shù)目標(biāo)：智能感知與智能服務(wù)服務(wù)狀態(tài)感知技術(shù)、產(chǎn)品智能服務(wù)技術(shù)、生產(chǎn)智能服務(wù)技術(shù)目標(biāo)：制造物聯(lián)網(wǎng)制造物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能物流技術(shù)、制造與服務(wù)智能集成與共享2010年2020年2030年7智能制造與我們磨削力適應(yīng)控制基于計算機視覺的凸輪磨削自動定位基于計算機視覺的數(shù)控加工技術(shù)磨削力適應(yīng)控制凸輪自動定位基于計算機視覺的數(shù)控加工謝謝！本PPT為可編輯版本，您看到以下內(nèi)容請刪除后使用，謝謝您的理解【解析】【解答】（1）氯化鈉是由鈉離子和氯離子構(gòu)成的；金剛石是由碳原子構(gòu)成的；干冰是由二氧化碳分子構(gòu)成的；（2）質(zhì)子數(shù)為11的是鈉元素，鈉元素原子的最外層電子數(shù)1，在化學(xué)反應(yīng)中容易失去一個電子形成陽離子；（3）化學(xué)變化是生成新分子的變化，其實質(zhì)是分子分解成原子，原子重新組合形成新的分子，故該反應(yīng)中沒有變的是碳原子和氧原子。

故答案為：氯化鈉；失去；D。

【分析】物質(zhì)有微粒構(gòu)成，構(gòu)成物質(zhì)的微粒有原子、分子、離子是那種，金屬、稀有氣體由原子構(gòu)成；常見氣體由分子構(gòu)成；堿和鹽由離子構(gòu)成。在化學(xué)變化中，原子種類、質(zhì)量、數(shù)目保持不變。26.用微粒的觀點解釋下列現(xiàn)象：

（1）今年我國要求“公共場所全面禁煙”．非吸煙者往往因別人吸煙而造成被動吸煙。

（2）夏天鋼軌間的縫隙變小。

【答案】（1）分子是在不斷的運動的.

（2）夏天溫度高，鐵原子間的間隔變小.【考點】物質(zhì)的微粒性

【解析】【解答】（1）吸煙生成煙霧，煙霧分子因為運動，擴散到空氣中，使非吸煙者被動吸入煙霧分子，造成被動吸煙；

（2）鋼軌由鐵原子構(gòu)成.每兩根鋼軌間都有一定的間隙，夏天由于氣溫高，使得鋼軌中鐵原子的間隔變大，表現(xiàn)為鋼軌的體積膨脹，則鋼軌間的間隙變小.

故答案為：（1）分子是在不斷運動的；（2）夏天高溫，鐵原子間的間隔變小.

【分析】微粒觀點的主要內(nèi)容：物質(zhì)是由分子（或原子構(gòu)成），分子間有間隔，分子處于永停息的運動狀態(tài)中.（1）煙霧分子屬氣體分子，在空氣中擴散較快，使非吸煙者被動吸煙；

（2）鐵原子間有一定的間隔，溫度升高，則鐵原子間間隔變大，反之則變小，夏天高溫狀態(tài)下，鐵原子間間隔變大，使得鋼軌體積膨脹，則鋼軌間的縫隙變小.【考點】物質(zhì)的微粒性

【解析】【解答】（1）鐵屬于金屬單質(zhì)，是由鐵原子直接構(gòu)成；氯化鈉是由鈉離子和氯離子構(gòu)成的；二氧化碳是由二氧化碳分子構(gòu)成的．（2）①當(dāng)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)，為原子，a=2+8=10，該粒子是原子．原子序數(shù)=質(zhì)子數(shù)=10．②當(dāng)a=8時，質(zhì)子數(shù)=8，核外電子數(shù)=10，質(zhì)子數(shù)＜核外電子數(shù)，為陰離子。

故答案為：原子；離子；分子；10；10；陰離子。

【分析】物質(zhì)有微粒構(gòu)成，構(gòu)成物質(zhì)的微粒有原子、分子、離子是那種，金屬、稀有氣體由原子構(gòu)成；常見氣體由分子構(gòu)成；堿和鹽由離子構(gòu)成。當(dāng)核電荷數(shù)等于核外電子數(shù)，表示原子，小于時表示陰離子，大于時表示陽離子。25.初中化學(xué)學(xué)習(xí)中，我們初步認(rèn)識了物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。（3）升高溫度分子運動速度就加快，只要能說明溫度高了運動速度快了的例子都可以，例如陽光下或者溫度高衣服干得快，溫度高水蒸發(fā)的快，糖在熱水里比在冷水里溶解的快等；

（4）由于注射器裝入的藥品少，現(xiàn)象明顯，又是封閉狀態(tài)，所以可以控制體積節(jié)省藥品、可以減少氣體揮發(fā)造成的污染等．

故答案為：（1）固體；

（2）分子的質(zhì)量大小或者相對分子質(zhì)量大?。ê侠砑唇o分）；

（3）陽光下或者溫度高衣服干得快，溫度高水蒸發(fā)的快，糖在熱水里比在冷水里溶解的快等；

（4）可以控制體積節(jié)省藥品、可以減少氣體揮發(fā)造成的污染等

【分析】（1）根據(jù)實驗現(xiàn)象判斷氯化銨的狀態(tài)；（2）根據(jù)它們的相對分子質(zhì)量的區(qū)別考慮；（3）根據(jù)溫度與運動速度的關(guān)系考慮；（4）根據(jù)注射器的特點考慮．【解析】【解答】A、向一定質(zhì)量的鹽酸和氯化鈣的混合溶液中逐滴加入碳酸鈉溶液至過量的過程中，生成氯化鈉的質(zhì)量不斷增大，當(dāng)碳酸鈉與鹽酸和氯化鈣完全反應(yīng)時，氯化鈉的質(zhì)量不再增大，A符合題意；

B、向稀硫酸中加水，溶液的pH逐漸增大至接近于7，B不符合題意；

C、向一定質(zhì)量的稀硫酸中逐滴加入氫氧化鋇溶液至過量的過程中，氫氧化鋇不斷和硫酸反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀和水，溶質(zhì)的質(zhì)量減小，質(zhì)量分?jǐn)?shù)也減小，當(dāng)氫氧化鋇和稀硫酸完全反應(yīng)時，繼續(xù)滴加氫氧化鋇溶液時，質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)該由小變大，C不符合題意；

D、加熱高錳酸鉀時，當(dāng)溫度達到一定程度時，高錳酸鉀開始分解生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣，隨著反應(yīng)的進行，剩余固體的質(zhì)量不斷減少，當(dāng)高錳酸鉀完全反應(yīng)時，剩余固體的質(zhì)量不再變化，D符合題意?！窘馕觥俊窘獯稹緼、可燃物的在著火點是一定的，不會降低，故說法錯誤，可選；

B、爆炸是物質(zhì)在有限的空間內(nèi)，發(fā)生急劇燃燒，短時間內(nèi)聚集大量的熱，使周圍的氣體的體積膨脹造成的．可見爆炸需要氧氣的參與，可使燃燒處于暫時缺氧狀態(tài)，達到滅火的目的．故說法正確，不可選；【解析】【解答】燃燒需要同時滿足三個條件：一是要有可燃物，二是可燃物要與氧氣接觸，三是溫度要達到可燃物的著火點；以上三個條件都能滿足時，可燃物才能發(fā)生燃燒。滅火的原理就是破壞燃燒的條件。根據(jù)描述，自動滅火陶瓷磚會噴出氦氣和二氧化碳，故滅火的原理是隔絕氧氣?！窘馕觥俊窘獯稹拷猓篈、從題目中表格知，H2體積分?jǐn)?shù)為10%﹣﹣70%的H2和空氣混合氣體，點燃時會發(fā)生爆炸，故A正確；

B、收集的H2能安靜燃燒，說明H2的純度大于等于80%，故B項錯誤；

C、用向下排空氣法收集H2

，保持試管倒置移近火焰，如果沒有聽到任何聲音，表示收集的H2純度大于等于80%，故C項錯誤；

D、氫氣和空氣的混合氣體點燃不一定發(fā)生爆炸，只有在爆炸極限范圍內(nèi)才會發(fā)生爆炸，故D項錯誤．

故選A．

【分析】可燃物質(zhì)（可燃?xì)怏w、蒸氣和粉塵）與空氣（或氧氣）在一定的濃度范圍內(nèi)均勻混合，遇著火源可能會發(fā)生爆炸，這個濃度范圍稱為爆炸極限．可燃性混合物能夠發(fā)生爆炸的最低濃度和最高濃度，分別稱為爆炸下限和爆炸上限，在低于爆炸下限時不爆炸也不著火，在高于爆炸上限同樣不燃不爆．因此可燃性氣體在點燃前需要先檢驗氣體的純度，以防發(fā)生爆炸．【解析】【解答】A、通過實驗可以知道燒杯中的白磷沒有燃燒，說明燒杯中的白磷雖然溫度達到著火點，但沒有與氧氣接觸，所以不能燃燒，從而可以判斷燒杯中的熱水不僅僅是只起到加熱的作用，故A說法正確；

B、銅片上白磷燃燒是溫度達到了著火點且與氧氣接觸，滿足燃燒的條件，故B說法正確；

C、銅片上的紅磷沒有燃燒是溫度過低沒有達到其著火點，沒有滿足燃燒的條件，故C說法正確；

D、燒杯中的白磷通入空氣（氧氣）就會燃燒，出現(xiàn)“水火相容”的奇觀，故D說法錯誤．

故選D．24.能源、環(huán)境、安全已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題．

（1）三大化石燃料包括煤、________、天然氣等；它們都是________（填“可再生”或“不可再生”）能源．

（2）控制反應(yīng)的條件可使燃料充分燃燒．燃煤發(fā)電時，將煤塊粉碎成煤粉的目的是________（3）天然氣主要成分為甲烷，寫出甲烷充分燃燒的化學(xué)方程式________下列有關(guān)天然氣（或甲烷）的說法正確的是________（填字母）．

A．沼氣中的主要成分是甲烷

B．甲烷氣體不會產(chǎn)生溫室效應(yīng)

C．用天然氣代替煤作燃料，有利于減少酸雨形成YouandyourfriendsareleavingaconcertonaFridaynight.Whenyougetoutside,yourearsareringing.Youhavetos