智能制造概論-配套課件

《智能制造概論》

配套課件2

目錄

第一章智能制造及發(fā)展

第二章先進(jìn)制造技術(shù)

第三章智能制造系統(tǒng)

第四章智能制造自動(dòng)化

第五章智能制造關(guān)鍵技術(shù)

3第一章智能制造及發(fā)展一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)二、智能制造內(nèi)涵三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革四、中國(guó)制造2025五、美國(guó)、德國(guó)和中國(guó)制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略比較4一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)—幾個(gè)概念

制造

狹義制造指的是機(jī)械加工和裝配。廣義制造指的是機(jī)電產(chǎn)品壽命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，涉及制造業(yè)中產(chǎn)品設(shè)計(jì)、物料選擇、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)過(guò)程、質(zhì)量保證、經(jīng)營(yíng)管理、市場(chǎng)銷(xiāo)售和服務(wù)的一系列相關(guān)活動(dòng)和工作的總稱(chēng)。人類(lèi)通過(guò)制造，將材料、能源、設(shè)備、工具、技術(shù)、信息、資金和人力等各類(lèi)資源，轉(zhuǎn)化為可供人類(lèi)使用和利用的各種工業(yè)品和生活消耗品。5一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)-幾個(gè)概念制造技術(shù)

是指根據(jù)人們所需的產(chǎn)品，運(yùn)用知識(shí)和技能，利用工具將原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品過(guò)程中所需的一切技術(shù)手段的總和；是將研發(fā)、發(fā)明與發(fā)現(xiàn)等成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的接口和橋梁，是提高企業(yè)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的根本保證。制造技術(shù)已逐漸朝著精密化、柔性化、集成化、綠色化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展6一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)-幾個(gè)概念制造系統(tǒng)

制造系統(tǒng)是在制造過(guò)程中所涉及的硬件以及軟件所組成的具有特定功能的有機(jī)整體。硬件包括人員、生產(chǎn)設(shè)備、工具和材料、能源及各種輔助裝置；軟件包括制造理論、制造工藝和方法、各種制造信息等。制造系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、發(fā)運(yùn)和銷(xiāo)售的一體化功能7一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)-制造業(yè)的發(fā)展制造業(yè)內(nèi)涵

制造業(yè)定義：是指制造資源（物料、能源、設(shè)備、工具、信息、資金、人力等）利用制造技術(shù)，通過(guò)制造過(guò)程，轉(zhuǎn)化為供人們使用或利用的工業(yè)品或生活消費(fèi)品的行業(yè)。制造業(yè)分類(lèi)：裝備制造業(yè)，加工制造業(yè)。裝備制造業(yè)是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全提供技術(shù)裝備的制造業(yè)的總稱(chēng)；加工制造業(yè)是自行采購(gòu)原材料（或按委托人提供的材料）進(jìn)行大批量、標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)線(xiàn)式的加工。8一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)-制造業(yè)的發(fā)展制造業(yè)發(fā)展階段

機(jī)器代替手工，從作坊形成工廠(chǎng)；從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式；柔性化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的現(xiàn)代制造技術(shù)。制造技術(shù)的生產(chǎn)模式沿著“手工-機(jī)械化-單機(jī)自動(dòng)化-剛性流水自動(dòng)化-柔性自動(dòng)化-智能自動(dòng)化”的方向發(fā)展9一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)-先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)是在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)上不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料和現(xiàn)代管理科學(xué)等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于制造業(yè)中產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、管理、銷(xiāo)售、使用、服務(wù)的制造全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變的產(chǎn)品市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力的制造技術(shù)總稱(chēng)，也是取得理想經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合效果的制造技術(shù)的總稱(chēng)。先進(jìn)制造技術(shù)朝著集成化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、虛擬化、智能化、綠色化、制造全球化等方向發(fā)展10二、智能制造內(nèi)涵

定義

按照國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)戰(zhàn)略咨詢(xún)委員會(huì)、中國(guó)工程院戰(zhàn)略咨詢(xún)中心編著的《智能制造》一書(shū)，對(duì)智能制造的定義如下：面向產(chǎn)品的全生命周期，以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以制造系統(tǒng)為載體，在其關(guān)鍵環(huán)節(jié)或過(guò)程，具有一定自主性的感知、學(xué)習(xí)、分析、決策、通信與協(xié)調(diào)控制能力，能動(dòng)態(tài)地適應(yīng)制造環(huán)境的變化，從而實(shí)現(xiàn)某些優(yōu)化目標(biāo)。11二、智能制造內(nèi)涵

目標(biāo)

1.滿(mǎn)足客戶(hù)的個(gè)性化定制需求在家電、3C（計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品）等行業(yè)，產(chǎn)品的個(gè)性化來(lái)源于客戶(hù)多樣化與動(dòng)態(tài)變化的定制需求，企業(yè)必須具備提供個(gè)性化產(chǎn)品的能力，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中生存下來(lái)。智能制造技術(shù)可以從多方面為個(gè)性化產(chǎn)品的快速推出提供支持，例如通過(guò)智能設(shè)計(jì)縮短產(chǎn)品的研制周期，通過(guò)智能制造裝備提高生產(chǎn)的柔性，滿(mǎn)足客戶(hù)的個(gè)性化定制。12二、智能制造內(nèi)涵

目標(biāo)

2.實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的高品質(zhì)制造在航空航天、船舶、汽車(chē)等行業(yè)，存在許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工質(zhì)量要求非常高的零件。采用傳統(tǒng)方法加工，在加工變形、質(zhì)量一致性等方面難以控制和保證，通過(guò)采用智能制造技術(shù)，實(shí)時(shí)掌握工況、及時(shí)決策和調(diào)整，使制造裝備自我調(diào)整運(yùn)行，可以顯著提升零部件的制造質(zhì)量。13二、智能制造內(nèi)涵

目標(biāo)

3.保證高效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)制造制造業(yè)能耗占全球能耗的33%、CO2排放的38%，因此可持續(xù)制造首要考慮的是能源及原材料的消耗。采用智能制造技術(shù)能夠有力的支持可持續(xù)制造與發(fā)展。通過(guò)傳感器等手段可實(shí)時(shí)掌握能源使用情況；通過(guò)能耗和效率的指標(biāo)比對(duì)和優(yōu)化處理，可獲得生產(chǎn)方案內(nèi)工藝及設(shè)備的優(yōu)化、調(diào)整和調(diào)度，提高能源的利用效率；通過(guò)改善和優(yōu)化制造生態(tài)環(huán)境實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。14二、智能制造內(nèi)涵

目標(biāo)

4.創(chuàng)造產(chǎn)品新價(jià)值，拓展價(jià)值鏈產(chǎn)品的價(jià)值體現(xiàn)在產(chǎn)品全生命周期的每一個(gè)環(huán)節(jié)。其中，研發(fā)與服務(wù)階段升值空間較大。采用智能制造技術(shù)，有助于企業(yè)拓展價(jià)值空間。通過(guò)產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)技術(shù)和產(chǎn)品智能化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，提升產(chǎn)品價(jià)值；通過(guò)產(chǎn)品個(gè)性化定制、遠(yuǎn)程故障診斷及產(chǎn)品信息跟蹤記錄等智能服務(wù)手段，創(chuàng)造產(chǎn)品新價(jià)值，拓展價(jià)值鏈。15三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

產(chǎn)生背景1）美國(guó)制造業(yè)內(nèi)部空心化、全球市場(chǎng)份額丟失。2）2011年美國(guó)通用電氣公司（GE）總裁伊梅爾特提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念。3）2012年美國(guó)國(guó)家科學(xué)和技術(shù)委員會(huì)發(fā)布了《先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》報(bào)告，包含兩條主線(xiàn)，一是調(diào)整和提升傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)構(gòu)及競(jìng)爭(zhēng)力；二是發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。16三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

2.美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容三大要素：智能機(jī)器、高級(jí)分析、工作人員智能機(jī)器是現(xiàn)實(shí)世界中的機(jī)器、設(shè)備、設(shè)施、系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)連接、集成構(gòu)成系統(tǒng)；高級(jí)分析是使用基于物理的分析法、預(yù)測(cè)算法、關(guān)鍵學(xué)科積累的專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)理解機(jī)器和大型系統(tǒng)運(yùn)作方式的一種方法；并通過(guò)建立各種工作場(chǎng)所人員之間的實(shí)時(shí)連接，為更加智能的設(shè)計(jì)、操作、維護(hù)以及高質(zhì)量的服務(wù)提供支持與安全保障。17三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國(guó)工業(yè)4.0

產(chǎn)生背景1）鞏固其全球領(lǐng)先地位，在2011年的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式提出了“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。2）在2013年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，由德國(guó)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(huì)(VDMA)、德國(guó)電氣和電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)(ZVEI)以及德國(guó)信息技術(shù)、通訊、新媒體協(xié)會(huì)(BITKOM)三個(gè)專(zhuān)業(yè)協(xié)會(huì)共同建立的工業(yè)4.0平臺(tái)正式成立。18三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國(guó)工業(yè)4.0

2.工業(yè)4.0內(nèi)容建設(shè)1個(gè)網(wǎng)絡(luò)、研究2大主題、實(shí)現(xiàn)3項(xiàng)集成和實(shí)施8項(xiàng)計(jì)劃1個(gè)網(wǎng)絡(luò)，是指建設(shè)信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（CPS），是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。將物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界的融合。19三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國(guó)工業(yè)4.0

2.工業(yè)4.0內(nèi)容建設(shè)1個(gè)網(wǎng)絡(luò)、研究2大主題、實(shí)現(xiàn)3項(xiàng)集成和實(shí)施8項(xiàng)計(jì)劃研究2大主題，研究智能工廠(chǎng)和智能生產(chǎn)。智能工廠(chǎng)重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程以及網(wǎng)絡(luò)化分布生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)，是智能基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分；智能生產(chǎn)研究將人機(jī)互動(dòng)、智能物流管理、3D打印等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，從而形成高度靈活、個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)業(yè)鏈，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的關(guān)鍵。20三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國(guó)工業(yè)4.0

2.工業(yè)4.0內(nèi)容實(shí)現(xiàn)3項(xiàng)集成，縱向集成、端對(duì)端集成及橫向集成。1）縱向集成，針對(duì)生產(chǎn)中的機(jī)器，關(guān)注產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，力求在智能工廠(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，為智能工廠(chǎng)中網(wǎng)絡(luò)化制造、個(gè)性化定制、數(shù)字化生產(chǎn)提供支撐。2）端對(duì)端集成，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)終端，關(guān)注產(chǎn)品整個(gè)生命周期的不同階段，包括研發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期的所有工程活動(dòng)，將全價(jià)值鏈上的、為客戶(hù)需求而協(xié)作的不同公司等進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)各個(gè)不同階段之間的信息共享。21三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國(guó)工業(yè)4.0

2.工業(yè)4.0內(nèi)容實(shí)現(xiàn)3項(xiàng)集成，縱向集成、端對(duì)端集成及橫向集成。3）橫向集成，針對(duì)各類(lèi)應(yīng)用軟件，將各種處于不同制造階段和進(jìn)行不同商業(yè)計(jì)劃的信息技術(shù)系統(tǒng)集成在一起，以供應(yīng)鏈為主線(xiàn)，將企業(yè)間的物流、能源流、信息流結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)社會(huì)化的協(xié)同生產(chǎn)。22三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國(guó)工業(yè)4.0

2.工業(yè)4.0內(nèi)容實(shí)施8項(xiàng)計(jì)劃，包括：實(shí)現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的參考體系、建立模型來(lái)管理復(fù)雜的系統(tǒng)、提供一套綜合的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施、建立安全保障機(jī)制、創(chuàng)新工作的組織和設(shè)計(jì)方式、注重培訓(xùn)和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展、健全規(guī)章制度和提升資源效率。23三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國(guó)工業(yè)4.0

3.工業(yè)4.0戰(zhàn)略核心通過(guò)CPS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的實(shí)時(shí)連通、相互識(shí)別和有效交流，從而構(gòu)建一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的智能制造模式。在這種模式下，生產(chǎn)由集中向分散轉(zhuǎn)變、產(chǎn)品由趨同向個(gè)性轉(zhuǎn)變、用戶(hù)由部分參與向全程參與轉(zhuǎn)變。24四、中國(guó)制造2025

指導(dǎo)思想

全面貫徹黨的十八大和十八屆二中、三中、四中全會(huì)精神，堅(jiān)持走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路，以促進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展為主題，以提質(zhì)增效為中心，以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線(xiàn)，以推進(jìn)智能制造為主攻方向，以滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)對(duì)重大技術(shù)裝備的需求為目標(biāo)，強(qiáng)化工業(yè)基礎(chǔ)能力，提高綜合集成水平，完善多層次多類(lèi)型人才培養(yǎng)體系，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，培育有中國(guó)特色的制造文化，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)由大變強(qiáng)的歷史跨越。25四、中國(guó)制造2025

戰(zhàn)略?xún)?nèi)容

一個(gè)目標(biāo)、兩化融合、三步走戰(zhàn)略、四項(xiàng)基本原則、五大指導(dǎo)方針、五大工程、九大任務(wù)和十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域26四、中國(guó)制造2025

三步走戰(zhàn)略

1）第一步：力爭(zhēng)用十年時(shí)間，邁入制造強(qiáng)國(guó)行列。2）第二步：到2035年，我國(guó)制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國(guó)陣營(yíng)中等水平。3）第三步：新中國(guó)成立一百年時(shí)，制造業(yè)大國(guó)地位更加鞏固，綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)前列。27五、美國(guó)、德國(guó)和中國(guó)制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略比較

從本質(zhì)上和目標(biāo)上都是注重CPS技術(shù)在未來(lái)工業(yè)發(fā)展中的核心地位，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)和智能制造等相關(guān)技術(shù)推進(jìn)工業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)新的產(chǎn)業(yè)革命，以重塑或提升自己國(guó)家在制造業(yè)的地位。28思考與練習(xí)1.制造業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？2.什么是智能制造？實(shí)施智能制造的目標(biāo)是什么？3.美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)包括哪幾個(gè)要素？各有什么含義？4.德國(guó)工業(yè)4.0研究的內(nèi)容是什么？5.縱向集成包含哪些內(nèi)容？橫向集成包含哪些內(nèi)容？6.中國(guó)制造“三步走戰(zhàn)略”目標(biāo)是什么？7.中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)智能制造發(fā)展戰(zhàn)略有什么異同？29第二章先進(jìn)制造技術(shù)一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)30一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段的特點(diǎn):1）設(shè)計(jì)是基于知識(shí)的設(shè)計(jì)；2）設(shè)計(jì)中除了考慮產(chǎn)品本身以外，還要考慮對(duì)系統(tǒng)和環(huán)境、人機(jī)

工效的影響；3）不僅要考慮技術(shù)領(lǐng)域，還要考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益；4）不僅考慮當(dāng)前，還需考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。31一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法32一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的特點(diǎn)1）程式性:即研究設(shè)計(jì)的全過(guò)程，要求設(shè)計(jì)者從產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)到試驗(yàn)、試制進(jìn)行全面考慮，按步驟有計(jì)劃地進(jìn)行設(shè)計(jì)。2）創(chuàng)造性:突出人的創(chuàng)造性，發(fā)揮集體智慧，力求探尋更多突破性方案，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品。

3）最優(yōu)性:設(shè)計(jì)的目的是得到功能全、性能好、成本低的價(jià)值最優(yōu)的產(chǎn)品參數(shù)及性能，更重要的是爭(zhēng)取產(chǎn)品的技術(shù)系統(tǒng)整體最優(yōu)。33一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

CAD的含義有狹義和廣義之分。狹義的CAD就是單純的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；廣義的CAD是CAD、CAE、CAPP、CAM的高度集成系統(tǒng)，即CAD/CAM技術(shù)。CAE（ComputerAidedEngineering），即計(jì)算機(jī)輔助工程。CAPP（ComputerAidedProcessPlanning），即計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)。CAM（ComputerAidedManufacturing），即計(jì)算機(jī)輔助制造。34一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

并行設(shè)計(jì)

概念：是一種對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程（包括設(shè)計(jì)制造過(guò)程和相關(guān)的支持過(guò)程）進(jìn)行并行和集成設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化工作模式。并行設(shè)計(jì)時(shí)，每一個(gè)設(shè)計(jì)步驟都可以在前面的步驟完成之前就開(kāi)始進(jìn)行，盡管這時(shí)所得到的信息并不完備，但相互之間的設(shè)計(jì)輸出與傳送是持續(xù)的。設(shè)計(jì)的每一階段完成后，就將信息輸出給下一個(gè)階段，使得設(shè)計(jì)在全過(guò)程中逐步得到完善，以避免或減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到后期才發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，再返回到設(shè)計(jì)初期進(jìn)行修改。35一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

并行設(shè)計(jì)

關(guān)鍵技術(shù)：主要包括過(guò)程建模、多功能團(tuán)隊(duì)的協(xié)同工作和集成化的產(chǎn)品模型。1）過(guò)程建模并行設(shè)計(jì)的過(guò)程建模是描述產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)過(guò)程以及這些活動(dòng)涉及到的產(chǎn)品、資源、組織情況和它們之間的聯(lián)系，是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的抽象，也是實(shí)施并行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。36一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

并行設(shè)計(jì)

關(guān)鍵技術(shù)：主要包括過(guò)程建模、多功能團(tuán)隊(duì)的協(xié)同工作和集成化的產(chǎn)品模型。2）多功能團(tuán)隊(duì)的協(xié)同工作產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)需要由分布在不同部門(mén)或不同場(chǎng)所的、具有不同領(lǐng)域知識(shí)的專(zhuān)家組成的多功能型團(tuán)隊(duì)協(xié)同配合工作，團(tuán)隊(duì)成員包括來(lái)自市場(chǎng)、設(shè)計(jì)、工藝、制造、采購(gòu)、銷(xiāo)售、維護(hù)等與產(chǎn)品全生命周期相關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)的部門(mén)人員，團(tuán)隊(duì)統(tǒng)一規(guī)劃和組織整個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程。37一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

并行設(shè)計(jì)

關(guān)鍵技術(shù)：主要包括過(guò)程建模、多功能團(tuán)隊(duì)的協(xié)同工作和集成化的產(chǎn)品模型。3）集成化產(chǎn)品模型并行設(shè)計(jì)中的產(chǎn)品信息不僅包括靜態(tài)數(shù)據(jù)還包括動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以適應(yīng)并行設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)修改、交換和共享的需求，為此需要建立集成化的產(chǎn)品模型。集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型涉及產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等技術(shù)。38一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

虛擬設(shè)計(jì)

概念：虛擬設(shè)計(jì)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）理念和技術(shù)手段的設(shè)計(jì)，是在由高性能計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的虛擬空間中通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、專(zhuān)家系統(tǒng)的輔助進(jìn)行產(chǎn)品研制的設(shè)計(jì)過(guò)程。39一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

虛擬設(shè)計(jì)

內(nèi)容：1）全息產(chǎn)品的建模理論與方法。2）基于知識(shí)的設(shè)計(jì)。3）設(shè)計(jì)過(guò)程的規(guī)劃、集成與優(yōu)化。4）虛擬環(huán)境中的人機(jī)互動(dòng)工程學(xué)。5）虛擬過(guò)程與設(shè)計(jì)過(guò)程的相互聯(lián)系。6）產(chǎn)生虛擬環(huán)境的工具集。40一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

綠色設(shè)計(jì)

概念：一種概念設(shè)計(jì)，也可稱(chēng)為生態(tài)設(shè)計(jì)、面向環(huán)境的設(shè)計(jì)，是在產(chǎn)品及其壽命的全過(guò)程設(shè)計(jì)中充分考慮了對(duì)環(huán)境和資源的影響，在充分考慮產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、開(kāi)發(fā)周期和成本的同時(shí)，優(yōu)化各種相關(guān)因素，使得產(chǎn)品及其制造過(guò)程對(duì)環(huán)境的總體負(fù)影響最小，使產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)符合綠色環(huán)保要求。綠色設(shè)計(jì)包括產(chǎn)品的材料選擇與管理、產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的成本分析等內(nèi)容，其最終體現(xiàn)是綠色產(chǎn)品。41一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

綠色設(shè)計(jì)

關(guān)鍵技術(shù)：1）面向環(huán)境的設(shè)計(jì)技術(shù)。其研究?jī)?nèi)容為：綠色產(chǎn)品的描述與建模、適合綠色設(shè)計(jì)的環(huán)境指標(biāo)建立及其規(guī)則化和量化、可拆卸結(jié)構(gòu)的模塊劃分和接口設(shè)計(jì)、面向回收的產(chǎn)品可拆卸性設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)、可回收零件及材料的識(shí)別與分類(lèi)系統(tǒng)、綠色產(chǎn)品評(píng)價(jià)體系和方法研究、綠色產(chǎn)品集成設(shè)計(jì)理論與方法研究、開(kāi)發(fā)針對(duì)綠色產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具平臺(tái)及綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的材料數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫(kù)的建立等技術(shù)。42一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

綠色設(shè)計(jì)

關(guān)鍵技術(shù)：2）面向能源的設(shè)計(jì)技術(shù)。其研究?jī)?nèi)容為：以對(duì)環(huán)境影響最小和資源消耗最少的能源供給方式支持產(chǎn)品的全生命周期，以最高的性?xún)r(jià)比獲得能量的可靠回收和重新利用，從而全面指導(dǎo)、優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程。43一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

綠色設(shè)計(jì)

關(guān)鍵技術(shù)：3）面向材料的設(shè)計(jì)技術(shù)。其研究?jī)?nèi)容為：以材料為對(duì)象，在產(chǎn)品的全生命周期中的每一階段，以材料對(duì)環(huán)境的影響和有效利用作為控制目標(biāo)，在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能和使用壽命的同時(shí)，盡量選用可再生、可回收、低能耗、少污染的材料設(shè)計(jì)，形成有效使用資源的良性循環(huán)。44一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

可重構(gòu)制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)

概念：由美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)的YKoren教授等人于20世紀(jì)末提出的概念，通常是指為迅速響應(yīng)市場(chǎng)不規(guī)則需求變化，系統(tǒng)具有快速重組或更新制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成單元的能力，以便及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)功能和生產(chǎn)能力。45一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

可重構(gòu)制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)

特點(diǎn)：可重構(gòu)性是RMS最基本的特點(diǎn)，它是指RMS由一種需求期轉(zhuǎn)向另一種需求時(shí)、在所需要完成的任務(wù)集發(fā)生變化時(shí)，按照變化了的要求，準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地由一種構(gòu)形向另一種構(gòu)形轉(zhuǎn)換的能力，以快速響應(yīng)市場(chǎng)變化。46一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

可重構(gòu)制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵技術(shù)：局規(guī)劃與優(yōu)化技術(shù)、系統(tǒng)建模技術(shù)、可重組機(jī)床設(shè)計(jì)技術(shù)、模塊化控制器技術(shù)、可拼接物流技術(shù)、構(gòu)件集成和整合技術(shù)、系統(tǒng)快速可診斷技術(shù)，等等。47二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

工藝技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展

先進(jìn)制造工藝是在不斷變化和發(fā)展的傳統(tǒng)機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)上逐步形成的一種制造工藝技術(shù)，是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和傳統(tǒng)工藝高新技術(shù)化的結(jié)果，具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、潔凈和靈活的特點(diǎn)。其發(fā)展體現(xiàn)在：制造加工精度不斷提高；切削加工速度不斷提高；應(yīng)用新型工程材料，推動(dòng)制造工藝的進(jìn)步和變革；推動(dòng)自動(dòng)化和數(shù)字化工藝設(shè)備的發(fā)展，提高機(jī)械加工的效率；零件毛坯成形技術(shù)在向少、無(wú)余量方向發(fā)展；優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)的形成和不斷發(fā)展。48二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

超高速加工技術(shù)

內(nèi)涵：采用超硬材料的刀具和磨具，利用能可靠實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的高精度、高自動(dòng)化和高柔性的制造設(shè)備，以提高切削速度來(lái)達(dá)到提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的先進(jìn)加工技術(shù)。超硬材料工具是實(shí)現(xiàn)超高速加工的前提和先決條件，超高速切削、磨削技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超高速加工的工藝方法，高速數(shù)控機(jī)床和加工中心是實(shí)現(xiàn)超高速加工的關(guān)鍵設(shè)備。49二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

超高速加工技術(shù)

優(yōu)勢(shì)：1）提高了加工效率和設(shè)備利用率，縮短了生產(chǎn)周期；2）減少工件的熱變形和內(nèi)應(yīng)力，提高工件的加工精度；3）提高了加工工件的表面質(zhì)量；4）省去傳統(tǒng)的放電加工和磨削加工，降低加工能耗、節(jié)省制造資源。50二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

精密與超精密加工技術(shù)

概念：精密與超精密加工技術(shù)是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。精密加工是指在一定的發(fā)展時(shí)期內(nèi)，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到較高程度的加工工藝；而超精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到極高程度的精密加工工藝。51二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

精密與超精密加工技術(shù)

特點(diǎn)：機(jī)床剛性好、精度高，機(jī)床具有精確的微量進(jìn)給裝置，機(jī)床工作臺(tái)低速運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好以及工藝系統(tǒng)抗振性好，除此之外，還具有：進(jìn)化加工原則、微量切削機(jī)理、特種加工方法和復(fù)合加工方法越來(lái)越多及與自動(dòng)化技術(shù)精密聯(lián)系，加工檢測(cè)一體化。52二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)

概念：微細(xì)加工技術(shù)是指加工微小零件的生產(chǎn)加工技術(shù)，是精密加工技術(shù)的一個(gè)分支。微細(xì)加工通常指1mm以下微細(xì)尺寸零件的加工，其加工誤差為10～0.1um；超微細(xì)加工通常指1um以下超微細(xì)尺寸零件的加工，其誤差為0.1～0.01um。目前微細(xì)與超微細(xì)加工的精度已達(dá)到納米級(jí)（100nm～0.1nm）。53二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)

特點(diǎn)：1）精度的表示方法一般加工尺寸精度常用相對(duì)精度表示，而微小尺寸加工時(shí)，由于加工尺寸很小，精度就用尺寸的絕對(duì)值來(lái)表示，即用取出的一塊材料的大小表示，稱(chēng)為加工單位。2）加工機(jī)理一般加工時(shí)，吃刀量較大，可以忽略晶粒的大小，而微細(xì)加工由于單位的極小化產(chǎn)生了微動(dòng)力學(xué)、微流體學(xué)等方面的微觀(guān)機(jī)理，兩者加工機(jī)理存在差異。3）加工特征一般加工都是以尺寸、形狀、位置精度為特征，而微細(xì)加工和超微細(xì)系加工以分離或結(jié)合原子、分子為加工對(duì)象。54二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

快速成型技術(shù)

概念：快速成型是一種基于離散堆積成形思想的新型制造技術(shù)，是由三維CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的總稱(chēng)，它集成了計(jì)算機(jī)、數(shù)控、激光和新材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，又稱(chēng)快速原型制造技術(shù)。55二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

快速成型技術(shù)

特點(diǎn)：1）制造原型所用材料不受限制，金屬、非金屬材料均可使用；2）從電子模型直接制造零件，將三維實(shí)體進(jìn)行離散處理，可制造任意復(fù)雜的三維實(shí)體；3）技術(shù)集成度高，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造的一體化；4）從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到成型，周期短、速度快，可節(jié)約大量時(shí)間。56二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

特種加工技術(shù)

概念：特種加工技術(shù)是直接借助電能、熱能、聲能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能及特殊機(jī)械能等多種能量或?qū)⑵鋸?fù)合施加在工件的被加工部位上，以實(shí)現(xiàn)材料切除的加工方法，從而實(shí)現(xiàn)材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等的非傳統(tǒng)加工方法的統(tǒng)稱(chēng)。57二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

特種加工技術(shù)

分類(lèi)：電火花加工、電化學(xué)加工、高能束流加工、超聲波加工58二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

表面工程技術(shù)

概念：表面工程是經(jīng)過(guò)表面預(yù)處理后，通過(guò)表面改性、表面涂覆或多種表面技術(shù)復(fù)合處理，改變固體金屬或非金屬表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀況，以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。59二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)

表面工程技術(shù)

特點(diǎn)：1）獲得優(yōu)良的表面力學(xué)性能，例如耐磨、抗疲勞、抗沖蝕、低摩察系數(shù)等；2）獲得優(yōu)良的表面物理功能，例如電磁屏蔽、導(dǎo)波、超波、低膨脹系數(shù)等；3）獲得優(yōu)良的表面化學(xué)性能，例如防銹、殺菌、耐蝕、自潔凈等；4）獲得優(yōu)良的表面熱性能，例如耐熱、導(dǎo)熱、阻熱、熱反射等；5）可節(jié)省大量昂貴稀缺的材料資源、降低產(chǎn)品造價(jià)。60三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)

現(xiàn)代生產(chǎn)管理特點(diǎn)

1）重視人的作用；2）重視發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用；3）強(qiáng)調(diào)技術(shù)、組織、信息與管理的集成與配套；4）重視企業(yè)生產(chǎn)組織新模式；5）強(qiáng)調(diào)柔性化生產(chǎn)；6）強(qiáng)調(diào)以顧客為中心。61三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)

企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）

ERP基于供應(yīng)鏈管理思想，以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為平臺(tái)，將供應(yīng)鏈上合作伙伴之間的物流、資金流、信息流進(jìn)行全面集成的管理系統(tǒng)。特點(diǎn)為：1）面向供應(yīng)鏈的管理、面向流程的信息集成；2）采用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；3）支持企業(yè)業(yè)務(wù)流程重組。62三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）

按照美國(guó)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)的定義，MES能通過(guò)信息的傳遞對(duì)從訂單下達(dá)開(kāi)始到產(chǎn)品完成的整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理，對(duì)工廠(chǎng)發(fā)生的實(shí)時(shí)事件，及時(shí)做出相應(yīng)的反應(yīng)和報(bào)告，并用當(dāng)前準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)對(duì)它們進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)和處理。MES系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管控、產(chǎn)品信息追蹤追溯、支持專(zhuān)業(yè)條碼、流程和規(guī)則配置靈活及對(duì)外接口標(biāo)準(zhǔn)化等特點(diǎn)。63三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)

供應(yīng)鏈管理（SCM）

供應(yīng)鏈（SupplyChain）是圍繞核心企業(yè)，通過(guò)對(duì)信息流、物流、資金流的控制，從采購(gòu)原材料開(kāi)始，制成中間產(chǎn)品以及最終產(chǎn)品，最后由銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)把產(chǎn)品送到消費(fèi)者手中的將供應(yīng)商、制造商、分銷(xiāo)商、零售商直到最終用戶(hù)連成一個(gè)整體的功能網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)。64三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)

客戶(hù)關(guān)系管理（CRM）

CRM的核心是“以客戶(hù)為中心”，實(shí)施的重要手段是信息技術(shù)；它不僅是一種管理軟件，更是一種管理理念，是一種把客戶(hù)信息轉(zhuǎn)化成良好的客戶(hù)關(guān)系的可重復(fù)性過(guò)程。65三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）

PDM定義為是一種以軟件技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)、過(guò)程、資源一體化集成管理的技術(shù)，它面向產(chǎn)品全生命周期，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造建立一個(gè)并行化的協(xié)作環(huán)境。66三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)

產(chǎn)品生命周期管理（PLM）

PLM是一種理念，即對(duì)產(chǎn)品從創(chuàng)建到使用、到最終報(bào)廢等全生命周期的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理的理念。在PLM理念產(chǎn)生之前，PDM主要是針對(duì)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的數(shù)據(jù)和過(guò)程的管理；而在PLM理念之下，PDM的概念得到延伸，成為cPDM，即基于協(xié)同的PDM，可以實(shí)現(xiàn)研發(fā)部門(mén)、企業(yè)各相關(guān)部門(mén)，甚至不同企業(yè)間對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的協(xié)同應(yīng)用。軟件廠(chǎng)商推出的PLM軟件是PLM第三個(gè)層次的概念。這些軟件部分地覆蓋了CIMDATA公司定義中cPDM應(yīng)包含的功能，即不僅針對(duì)研發(fā)過(guò)程中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，同時(shí)也包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)在生產(chǎn)、營(yíng)銷(xiāo)、采購(gòu)、服務(wù)、維修等部門(mén)的應(yīng)用。67思考與練習(xí)1.采用并行設(shè)計(jì)有什么優(yōu)點(diǎn)？涉及哪些關(guān)鍵技術(shù)？2.采用虛擬設(shè)計(jì)有什么優(yōu)點(diǎn)？涉及哪些關(guān)鍵技術(shù)？3.采用綠色設(shè)計(jì)有什么優(yōu)點(diǎn)？包括哪些內(nèi)容？4.什么是可重構(gòu)制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)？有什么特點(diǎn)？5.ERP、SCM及CRM有什么關(guān)系？6.什么是PDM？什么是PLM？7.PDM與PLM有什么不同？8.PLM與ERP有什么不同？68第三章智能制造系統(tǒng)一、智能制造系統(tǒng)特征及架構(gòu)二、智能制造核心技術(shù)CPS三、智能制造三個(gè)范式四、智能制造系統(tǒng)集成69一、智能制造系統(tǒng)特征及架構(gòu)

系統(tǒng)特征

1）人機(jī)一體化在智能機(jī)器的配合下可以更好地發(fā)揮人的潛能，使人-機(jī)系統(tǒng)之間達(dá)到互相理解、互相協(xié)作的平等共事關(guān)系。隨著人機(jī)協(xié)作機(jī)器人、可穿戴設(shè)備的發(fā)展，機(jī)器成為人的感官、體力和腦力的延伸，人機(jī)融合在制造系統(tǒng)中會(huì)有越來(lái)越多的體現(xiàn)。70一、智能制造系統(tǒng)特征及架構(gòu)

系統(tǒng)特征

2）虛擬現(xiàn)實(shí)智能制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)是CPS系統(tǒng)，它包含了由機(jī)器實(shí)體和人員組成的物理世界和由數(shù)字模型、狀態(tài)信息、控制信息構(gòu)成的虛擬世界，制造系統(tǒng)采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，一方面，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與工藝在實(shí)際執(zhí)行之前，可以在虛擬世界中進(jìn)行驗(yàn)證；另一方面，生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)際物理世界的狀態(tài)可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、逼真的呈現(xiàn)。71一、智能制造系統(tǒng)特征及架構(gòu)

系統(tǒng)特征

3）自律能力即系統(tǒng)能夠感知與理解環(huán)境信息和自身的信息，并根據(jù)這些信息進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。強(qiáng)大的知識(shí)庫(kù)和基于知識(shí)的模型是自律能力的基礎(chǔ)，使整個(gè)制造系統(tǒng)具備抗干擾、自適應(yīng)和容錯(cuò)等能力。72一、智能制造系統(tǒng)特征及架構(gòu)

系統(tǒng)特征

4）自組織能力智能制造系統(tǒng)中的各組成單元能夠根據(jù)工作任務(wù)的需要，可自行組成一種最佳組織結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)運(yùn)行方式，因此其柔性不僅表現(xiàn)在在結(jié)構(gòu)形式上，也表現(xiàn)在運(yùn)行方式上，所以這種自組織帶來(lái)的生產(chǎn)柔性也稱(chēng)為超柔性，對(duì)于快速變化的市場(chǎng)及變化的制造要求有很強(qiáng)的適應(yīng)性。73一、智能制造系統(tǒng)特征及架構(gòu)

系統(tǒng)特征

5）自學(xué)習(xí)和自維護(hù)能力智能制造系統(tǒng)能夠以原有的專(zhuān)家知識(shí)為基礎(chǔ)，在實(shí)踐中不斷地充實(shí)知識(shí)庫(kù)，完成自我學(xué)習(xí)功能；同時(shí)運(yùn)行中能進(jìn)行故障診斷，對(duì)故障進(jìn)行排除、自行恢復(fù)，根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)及走勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)和健康診斷等。74一、智能制造系統(tǒng)特征及架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)

75一、智能制造系統(tǒng)特征及架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)

1）生命周期生命周期是指從產(chǎn)品原型研發(fā)開(kāi)始到產(chǎn)品回收再制造的各個(gè)階段，包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷(xiāo)售、服務(wù)等一系列相互聯(lián)系的價(jià)值創(chuàng)造活動(dòng)。生命周期的各項(xiàng)活動(dòng)可進(jìn)行迭代優(yōu)化，具有可持續(xù)性發(fā)展等特點(diǎn)，不同行業(yè)的生命周期構(gòu)成不盡相同。76一、智能制造系統(tǒng)特征及架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)

2）系統(tǒng)層級(jí)系統(tǒng)層級(jí)是指與企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)的層級(jí)劃分，包括設(shè)備層、單元層、車(chē)間層、企業(yè)層和協(xié)同層。其中，企業(yè)層是實(shí)現(xiàn)面向企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的層級(jí)，例如ERP、SCM等。協(xié)同層是企業(yè)實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部和外部信息互聯(lián)和共享過(guò)程的層級(jí)。77一、智能制造系統(tǒng)特征及架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)

3）智能特征智能特征是指基于新一代信息通信技術(shù)使制造活動(dòng)具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等一個(gè)或多個(gè)功能的層級(jí)劃分，包括資源要素、互聯(lián)互通、融合共享、系統(tǒng)集成、新興業(yè)態(tài)等智能化要求。78二、智能制造核心技術(shù)CPS

CPS及體系結(jié)構(gòu)

1）CPS內(nèi)涵CPS將數(shù)字系統(tǒng)與物理系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信與物理系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)信息世界和物理世界的深度融合，讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等功能。79二、智能制造核心技術(shù)CPS

CPS及體系結(jié)構(gòu)

2）CPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)80二、智能制造核心技術(shù)CPS

CPS及體系結(jié)構(gòu)

3）CPS的物理組件81二、智能制造核心技術(shù)CPS

CPS及體系結(jié)構(gòu)

4）CPS的特征①信息世界與物理世界的交互協(xié)同、深度集成；②系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)具有開(kāi)放性、動(dòng)態(tài)性和多維度的異構(gòu)性；③存在時(shí)間、空間方面的約束，在時(shí)空層次上具備高度的復(fù)雜性；④自主適應(yīng)物理環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，具備適應(yīng)、重配置的能力；⑤信息世界與物理世界間存在反饋閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)智能控制和提供高質(zhì)量的服務(wù)；⑥具有實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性方面的要求。82二、智能制造核心技術(shù)CPS

CPS與智能制造

CPS是實(shí)現(xiàn)智能制造的綜合技術(shù)支撐體系，通過(guò)關(guān)聯(lián)和打通兩大空間，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。83三、智能制造三個(gè)范式數(shù)字化制造1）實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的對(duì)象用數(shù)據(jù)來(lái)表述。包括產(chǎn)品和工藝的數(shù)字化，制造裝備或設(shè)備的數(shù)字化，材料、元器件、被加工的零部件、磨具/卡具/刀具等物的數(shù)字化以及人的數(shù)字化。2）數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。包括網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)構(gòu)建，不同來(lái)源的異構(gòu)數(shù)據(jù)格式以及數(shù)據(jù)語(yǔ)義的統(tǒng)一。3）信息集成。數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的目的是要利用數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過(guò)程各環(huán)節(jié)的協(xié)同。

84三、智能制造三個(gè)范式網(wǎng)絡(luò)化制造1）在產(chǎn)品方面：充分了解用戶(hù)產(chǎn)品需求，并使企業(yè)從以產(chǎn)品為中心向以用戶(hù)為中心轉(zhuǎn)型。2）在制造方面：優(yōu)化配置社會(huì)資源，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈上企業(yè)與企業(yè)之間的協(xié)同。

3）在服務(wù)方面：為用戶(hù)提供個(gè)性化定制、遠(yuǎn)程運(yùn)維等增值服務(wù)，使企業(yè)從傳統(tǒng)的生產(chǎn)型向生產(chǎn)服務(wù)型轉(zhuǎn)型。

85三、智能制造三個(gè)范式智能化制造86四、智能制造系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成內(nèi)涵系統(tǒng)集成可以理解為按系統(tǒng)整體性原則，將原來(lái)沒(méi)有聯(lián)系或聯(lián)系不緊密的元素或單元組合起來(lái)，成為具有一定功能的、滿(mǎn)足一定目標(biāo)的、相互聯(lián)系、彼此協(xié)調(diào)工作的新系統(tǒng)的過(guò)程。通過(guò)系統(tǒng)集成，可實(shí)現(xiàn)最大限度地提高系統(tǒng)的效率、完整性、靈活性，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，同時(shí)簡(jiǎn)化系統(tǒng)的復(fù)雜性，并最終為企業(yè)提供一套切實(shí)可行的完整的解決方案。

87四、智能制造系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成技術(shù)88思考與練習(xí)1.智能制造系統(tǒng)主要特征表現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？2.按照《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，智能制造系統(tǒng)架構(gòu)包含哪三個(gè)維度？3.智能特征包含哪些內(nèi)容？4.CPS的網(wǎng)絡(luò)層具有什么作用？5.CPS具有哪些特征？6.試闡述智能制造三個(gè)范式的關(guān)系？89第四章智能制造自動(dòng)化一、智能制造裝備及發(fā)展二、傳感器及儀器儀表三、人機(jī)交互系統(tǒng)四、控制系統(tǒng)五、數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心六、增材制造設(shè)備七、工業(yè)機(jī)器人90一、智能制造裝備及發(fā)展

智能制造裝備內(nèi)涵

1）對(duì)制造工況或環(huán)境實(shí)時(shí)感知、處理和分析的能力；2）實(shí)時(shí)辨識(shí)和預(yù)測(cè)制造過(guò)程狀況變化的能力；3）自適應(yīng)狀態(tài)變化、控制和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)哪芰Γ惶岢?）對(duì)自身故障自診斷、自修復(fù)的能力及參與網(wǎng)絡(luò)集成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的能力。91一、智能制造裝備及發(fā)展

智能制造裝備發(fā)展趨勢(shì)

1）自動(dòng)化：體現(xiàn)在裝備能根據(jù)用戶(hù)要求完成制造過(guò)程的自動(dòng)化，并對(duì)制造對(duì)象和制造環(huán)境具有高度適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的優(yōu)化；2）集成化：體現(xiàn)在生產(chǎn)工藝技術(shù)、硬件、軟件與應(yīng)用技術(shù)的集成，設(shè)備的成套及納米、新能源等跨學(xué)科高技術(shù)的集成，從而使設(shè)備不斷升級(jí)；3）信息化：體現(xiàn)在將傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)“嵌入”裝備中，實(shí)現(xiàn)裝備的性能提升和智能化；4）綠色化：體現(xiàn)在從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的全生命周期中，對(duì)環(huán)境負(fù)面影響極小、能量消耗最小，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)發(fā)展。92二、傳感器及儀器儀表產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀為在新一輪產(chǎn)業(yè)變革中繼續(xù)維持領(lǐng)先地位，美國(guó)、德國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家把傳感器及儀器儀表技術(shù)列為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。美國(guó)國(guó)防部將傳感器技術(shù)視為當(dāng)今20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，美國(guó)國(guó)家長(zhǎng)期安全和經(jīng)濟(jì)繁榮至關(guān)重要的24項(xiàng)技術(shù)中有6項(xiàng)與傳感器技術(shù)直接相關(guān)；德國(guó)視軍用傳感器為優(yōu)先發(fā)展技術(shù)，英、法等國(guó)對(duì)傳感器的開(kāi)發(fā)投資逐年升級(jí)；日本在《國(guó)家支柱技術(shù)10大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)（2005-2015）》中，有6項(xiàng)與傳感器及智能化儀器儀表技術(shù)有關(guān)，日本工商界人士甚至聲稱(chēng)“支配了傳感器技術(shù)就能夠支配新時(shí)代”。93二、傳感器及儀器儀表產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)處于國(guó)際中等水平，但具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)并不多，尤其高檔傳感器芯片缺少核心技術(shù)，因此在傳感器和儀器儀表方面的研究和發(fā)展國(guó)內(nèi)還有很長(zhǎng)的路要走。94二、傳感器及儀器儀表發(fā)展趨勢(shì)1）高性能傳感器及儀器儀表的高性能主要體現(xiàn)在產(chǎn)品測(cè)量精度高和產(chǎn)品功能豐富等方面。2）高可靠性工業(yè)自動(dòng)化儀表是大型化、多參數(shù)化、工況復(fù)雜化的現(xiàn)代工業(yè)重大設(shè)備的神經(jīng)中樞、運(yùn)行中心和安全保障，由于其在智能制造中日益提升的重要地位和作用，國(guó)外將該類(lèi)產(chǎn)品的高可靠性作為重要發(fā)展方向?，F(xiàn)場(chǎng)儀表復(fù)雜、易損、難以修復(fù)的狀況正在改變；國(guó)外領(lǐng)先企業(yè)開(kāi)始推出保修期長(zhǎng)達(dá)10年、使用期不需調(diào)整維修的產(chǎn)品。95二、傳感器及儀器儀表發(fā)展趨勢(shì)3）高適用性新原理、新技術(shù)、新材料的應(yīng)用使現(xiàn)場(chǎng)儀表顯著提高了對(duì)復(fù)雜工況和不良環(huán)境的適應(yīng)性。4）網(wǎng)絡(luò)化和智能化智能制造網(wǎng)絡(luò)化和智能化的實(shí)現(xiàn)使眾多測(cè)控設(shè)備通信方便，操作簡(jiǎn)化，功能設(shè)置靈活，并使測(cè)量控制系統(tǒng)與車(chē)間級(jí)管理、企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)緊密結(jié)合，形成管控一體化，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)從工藝流程的底層開(kāi)始到工業(yè)企業(yè)管理的信息化。96二、傳感器及儀器儀表智能傳感器97二、傳感器及儀器儀表智能傳感器2015年增設(shè)的全國(guó)高職高專(zhuān)工業(yè)機(jī)器人賽項(xiàng)98三、人機(jī)交互系統(tǒng)人機(jī)交互發(fā)展1）20世紀(jì)60年代--基于鍵盤(pán)和字符顯示器的交互階段；2）20世紀(jì)70年代--基于鼠標(biāo)和圖形顯示器的交互階段；3）20世紀(jì)80年代末--基于多媒體技術(shù)的交互階段；4）現(xiàn)在--人機(jī)自然交互階段。99三、人機(jī)交互系統(tǒng)人機(jī)交互技術(shù)1）非精確交互技術(shù)非精確的人機(jī)交互也稱(chēng)模糊控制，包括語(yǔ)音、視覺(jué)、手勢(shì)、頭部等信息來(lái)源。語(yǔ)音識(shí)別：以語(yǔ)音識(shí)別為基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)基于識(shí)別和理解過(guò)程把語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的文本文件或命令，常用于系統(tǒng)提示、引導(dǎo)式問(wèn)答等交互場(chǎng)合。眼動(dòng)跟蹤：是對(duì)眼睛運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行定位的交互方式。姿勢(shì)識(shí)別：利用數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)服裝等裝置，對(duì)手和身體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤，完成自然的人機(jī)交互。100三、人機(jī)交互系統(tǒng)人機(jī)交互技術(shù)2）多通道交互技術(shù)綜合采用語(yǔ)音、手勢(shì)、視線(xiàn)跟蹤、表情等交互通道，使用戶(hù)利用多個(gè)通道以自然、并行、協(xié)作的方式進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)，通過(guò)整合來(lái)自多個(gè)通道的、精確的、不精確的輸入來(lái)?yè)渥接脩?hù)的交互意圖，增大人機(jī)通訊信息量，以提高人機(jī)交互的自然性和有效性。101三、人機(jī)交互系統(tǒng)人機(jī)交互技術(shù)3）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過(guò)用戶(hù)的交互輸入來(lái)修改和運(yùn)行虛擬環(huán)境，使用戶(hù)在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)三個(gè)基本要素。計(jì)算機(jī)提供環(huán)境，操作者通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、力覺(jué)等傳感設(shè)備感知并融入“環(huán)境”，再通過(guò)自然的操作動(dòng)作改變環(huán)境。這種系統(tǒng)改變了由屏幕、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的人機(jī)交互方式，使操作者通過(guò)逼真的感知和自然的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)與環(huán)境直接進(jìn)行的交互。102三、人機(jī)交互系統(tǒng)人機(jī)交互技術(shù)3）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過(guò)用戶(hù)的交互輸入來(lái)修改和運(yùn)行虛擬環(huán)境，使用戶(hù)在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括操作者、人機(jī)接口和計(jì)算機(jī)三個(gè)基本要素。計(jì)算機(jī)提供環(huán)境，操作者通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、力覺(jué)等傳感設(shè)備感知并融入“環(huán)境”，再通過(guò)自然的操作動(dòng)作改變環(huán)境。這種系統(tǒng)改變了由屏幕、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的人機(jī)交互方式，使操作者通過(guò)逼真的感知和自然的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)與環(huán)境直接進(jìn)行的交互。103四、控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的發(fā)展1）基地式儀表控制系統(tǒng)2）模擬儀表控制系統(tǒng)3）直接式數(shù)字控制系統(tǒng)4）集散控制系統(tǒng)5）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)104四、控制系統(tǒng)PLC控制器1）抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高2）控制系統(tǒng)接線(xiàn)簡(jiǎn)單、使用方便3）功能強(qiáng)大、通用性好

在制造業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)PLC的發(fā)展需求總體上漲，特別是隨著工業(yè)4.0及中國(guó)智能制造熱潮的不斷升溫，PLC市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)，PLC技術(shù)也朝著集成化、開(kāi)放性及安全性等方向發(fā)展。105四、控制系統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)106五、數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心數(shù)控機(jī)床及發(fā)展1）NC階段（1952～1970）1952年的第一代—電子管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)；1959年的第二代—晶體管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)；1965年的第三代—小規(guī)模的集成電路計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)。2）CNC階段（1970至今）1970年第四代—小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)；1974年第五代—微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng)；1990年第六代—基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。107五、數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心數(shù)控機(jī)床及發(fā)展3）幾個(gè)發(fā)展方向向著高速、高精度和高可靠性的方向發(fā)展向著多軸聯(lián)動(dòng)和復(fù)合加工的控制方向發(fā)展朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化和開(kāi)放性的方向發(fā)展加工過(guò)程朝著綠色化方向發(fā)展108五、數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心數(shù)控機(jī)床的組成、工作原理及分類(lèi)109五、數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心數(shù)控機(jī)床的組成、工作原理及分類(lèi)1）按運(yùn)動(dòng)方式分類(lèi)：點(diǎn)位控制、直線(xiàn)控制、輪廓控制。2）按伺服控制方式分類(lèi)：開(kāi)環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制。3）按工藝用途分類(lèi)：一般數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心等。110五、數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心數(shù)控加工中心數(shù)控加工中心是指帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。自動(dòng)換刀裝置用于交換主軸與刀庫(kù)中的刀具。刀庫(kù)主要有兩種，一種是盤(pán)式刀庫(kù)，一種是鏈?zhǔn)降稁?kù)。盤(pán)式刀庫(kù)容量相對(duì)較小，一般在1～24把刀具，主要適用于小型加工中心；鏈?zhǔn)降稁?kù)容量較大，一般在1～100把刀具，主要適用于大中型加工中心。111五、數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心數(shù)控加工中心①具有自動(dòng)換刀裝置，能自動(dòng)地更換刀具，在一次裝夾中完成鉆削、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、銑削等多種工序的加工，工序高度集中；②帶有自動(dòng)擺角的主軸或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的加工中心，在一次裝夾后，自動(dòng)完成多個(gè)面和多個(gè)角度的加工；③帶有可交換工作臺(tái)的加工中心，可同時(shí)進(jìn)行一個(gè)加工、一個(gè)裝夾工件，具有極高的加工效率。數(shù)控加工中心主要適用于加工形狀復(fù)雜、工序多且精度要求高的工件112五、數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心數(shù)控編程程序編制方法有兩種：手工編程與自動(dòng)編程手工編程適用于幾何形狀簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)便、加工程序不多的零件加工。自動(dòng)編程是指在計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)的支持下，自動(dòng)生成數(shù)控加工程序的過(guò)程。其特點(diǎn)是采用簡(jiǎn)單、習(xí)慣的語(yǔ)言對(duì)加工對(duì)象的幾何形狀、加工工藝、切削參數(shù)及輔助信息等內(nèi)容按規(guī)則進(jìn)行描述，再由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算、后置處理，生成零件加工程序單，并且對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行模擬。113六、增材制造裝備增材制造概念增材制造（AM）是一種與傳統(tǒng)材料“去除型”加工方法截然相反的制造方法；通過(guò)增加材料、基于三維數(shù)字模型數(shù)據(jù)，采用逐層制造方式，直接制造出與相應(yīng)數(shù)學(xué)模型完全一致的三維物理實(shí)體模型。該技術(shù)也稱(chēng)3D打印技術(shù)是快速成型技術(shù)的一種，是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)新興技術(shù)，被稱(chēng)為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”，其核心是數(shù)字化、智能化制造，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的隨時(shí)、隨地、按需生產(chǎn)。114六、增材制造裝備增材制造關(guān)鍵技術(shù)1）材料單元的控制技術(shù)增材單元的控制直接決定了制件的最小特征制造能力和制件精度。2）設(shè)備的再涂層技術(shù)再涂層的工藝方法決定了零件在累加方向的精度和表面粗糙度，因此，增材制造的自動(dòng)化涂層是材料累加的必要工序之一。115六、增材制造裝備增材制造關(guān)鍵技術(shù)1）材料單元的控制技術(shù)增材單元的控制直接決定了制件的最小特征制造能力和制件精度。2）設(shè)備的再涂層技術(shù)再涂層的工藝方法決定了零件在累加方向的精度和表面粗糙度，因此，增材制造的自動(dòng)化涂層是材料累加的必要工序之一。116六、增材制造裝備增材制造關(guān)鍵技術(shù)3）高效制造技術(shù)增材制造正在向大尺寸構(gòu)件制造技術(shù)發(fā)展，需要高效、高質(zhì)量的制造技術(shù)支撐。4）設(shè)備的再涂層技術(shù)現(xiàn)階段的增材制造主要是制造單一材料的零件，如單一高分子材料和單一金屬材料，目前正在向單一陶瓷材料發(fā)展。117七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)1）傳感器融合技術(shù)：通過(guò)單一傳感器獲取數(shù)據(jù)存在誤差大、使用范圍有限等缺點(diǎn)，難以保證機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性和可靠性；依托多傳感器信息融合技術(shù)，可獲得一系列機(jī)器人所需的信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精準(zhǔn)動(dòng)作。2）人機(jī)交互技術(shù)：依托人機(jī)交互技術(shù)可最大自由度操作機(jī)器，如同人與人之間交流一樣自然、高效和無(wú)障礙。118七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)3）系統(tǒng)集成技術(shù)：包括集成軟件開(kāi)發(fā)、數(shù)字化仿真集成開(kāi)發(fā)等技術(shù)，是機(jī)器人研究與開(kāi)發(fā)面臨的最大挑戰(zhàn)技術(shù)。4）導(dǎo)航定位技術(shù)：導(dǎo)航定位技術(shù)是移動(dòng)機(jī)器人研究的難點(diǎn)，解決好移動(dòng)機(jī)器人定位問(wèn)題對(duì)于提高機(jī)器人的自動(dòng)化水平具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。119七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式1）氣動(dòng)傳動(dòng)機(jī)器人：以壓縮空氣作為動(dòng)力源，高速輕載。2）液壓傳動(dòng)機(jī)器人：采用液壓驅(qū)動(dòng)，負(fù)載能力強(qiáng)、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。3）電力傳動(dòng)機(jī)器人：交直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、精度高。120七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)121七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)1）自由度也稱(chēng)坐標(biāo)軸數(shù)，是指獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)。自由度數(shù)越高，則完成的動(dòng)作越復(fù)雜、通用性越強(qiáng)、應(yīng)用范圍也越廣。但自由度越多，結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，對(duì)機(jī)器人的整體要求也就越高。122七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)2）工作精度影響定位精度的因素主要有：機(jī)械零件加工精度、定位傳感器分辨率、定位算法的選擇、原始數(shù)據(jù)處理誤差和不確定性誤差；影響重復(fù)定位精度的因素主要有：機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、機(jī)械零件加工精度、定位傳感器精度、定位算法精度的選擇、原始數(shù)據(jù)處理誤差和不確定性誤差。123七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)3）工作空間也稱(chēng)工作范圍、工作行程，是指機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)其手腕參考點(diǎn)或末端操作器安裝點(diǎn)（不包括末端操作器）所能到達(dá)的所有空間區(qū)域，一般不包括末端操作器本身能到達(dá)的區(qū)域，目前單體工業(yè)機(jī)器人的工作范圍可達(dá)3.5米左右。124七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)4）工作速度指機(jī)器人各個(gè)方向的移動(dòng)速度或轉(zhuǎn)動(dòng)速度，這些速度可以相同，也可以不同；最大工作速度通常指機(jī)器人手腕中心的最大速度。運(yùn)動(dòng)速度影響工作效率，與提取的重力和位置精度有關(guān)。5）承載能力指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿，且在正常操作的條件下，作用于機(jī)器人手腕末端，不會(huì)使機(jī)器人性能降低的最大載荷。125七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的編程技術(shù)1）示教編程示教編程是一種成熟的技術(shù)，是目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人的編程方式，采用這種方法時(shí)，程序編制是在機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的。示教編程可以在線(xiàn)示教，也可以離線(xiàn)示教，分為示教、存儲(chǔ)和再現(xiàn)三個(gè)步驟。126七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的編程技術(shù)2）機(jī)器人語(yǔ)言編程機(jī)器人語(yǔ)言可以按照作業(yè)描述水平的程度分為動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言、對(duì)象級(jí)編程語(yǔ)言和任務(wù)級(jí)編程語(yǔ)言三種。動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言是最低一級(jí)的機(jī)器人語(yǔ)言。它以機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)描述為主，通常一條指令對(duì)應(yīng)機(jī)器人的一個(gè)動(dòng)作，表示從機(jī)器人的一個(gè)位姿運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)位姿。127七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的編程技術(shù)2）機(jī)器人語(yǔ)言編程機(jī)器人語(yǔ)言可以按照作業(yè)描述水平的程度分為動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言、對(duì)象級(jí)編程語(yǔ)言和任務(wù)級(jí)編程語(yǔ)言三種。對(duì)象級(jí)編程語(yǔ)言是比動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言高一級(jí)的編程語(yǔ)言，它不需要描述機(jī)器人手爪的運(yùn)動(dòng)，只要由編程人員用程序的形式給出作業(yè)本身順序過(guò)程的描述和環(huán)境模型的描述，即描述操作物與操作物之間的關(guān)系。128七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的編程技術(shù)2）機(jī)器人語(yǔ)言編程任務(wù)級(jí)編程語(yǔ)言不需要用機(jī)器人的動(dòng)作來(lái)描述作業(yè)任務(wù)，也不需要描述機(jī)器人對(duì)象物的中間狀態(tài)過(guò)程，只需要按照某種規(guī)則描述機(jī)器人對(duì)象物的初始狀態(tài)和最終目標(biāo)狀態(tài)，機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)即可利用已有的環(huán)境信息和知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)進(jìn)行推理、計(jì)算，從而自動(dòng)生成機(jī)器人詳細(xì)的動(dòng)作、順序和數(shù)據(jù)。129七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的編程技術(shù)3）離線(xiàn)編程離線(xiàn)編程是在專(zhuān)門(mén)的軟件環(huán)境下，用專(zhuān)用或通用程序在離線(xiàn)情況下進(jìn)行機(jī)器人軌跡規(guī)劃編程的方法，是機(jī)器人編程技術(shù)的一種發(fā)展方向。130七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人的編程技術(shù)3）離線(xiàn)編程同在線(xiàn)示教編程相比，離線(xiàn)編程具有優(yōu)點(diǎn)如下：①減少機(jī)器人不工作時(shí)間。②使編程者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的編程環(huán)境。③使用范圍廣，可對(duì)機(jī)器人的各種工作對(duì)象進(jìn)行編程。④與CAD/CAM系統(tǒng)結(jié)合方便，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/Robotics一體化。⑤可使用高級(jí)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言對(duì)復(fù)雜任務(wù)進(jìn)行編程。⑥便于修改機(jī)器人程序。131七、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用132思考與練習(xí)1.智能傳感器由哪幾部分組成？各有什么作用？2.人機(jī)交互技術(shù)有哪些？3.控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾代？各有什么特點(diǎn)？4.增材制造有什么特點(diǎn)？其關(guān)鍵技術(shù)有哪些？5.工業(yè)機(jī)器人由哪幾部分組成？各起什么作用？6.影響工業(yè)機(jī)器人定位精度和重復(fù)定位精度的因素有哪些？133第五章智能制造關(guān)鍵技術(shù)一、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）二、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)四、人工智能五、虛擬制造與數(shù)字孿生技術(shù)六、信息安全技術(shù)134一、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID)RFID及技術(shù)特點(diǎn)

1）識(shí)別速度快，且可一次處理多個(gè)標(biāo)簽；2）識(shí)別距離遠(yuǎn)，可達(dá)幾十米；3）體積小且形狀多樣，可嵌入或附著在不同形狀及類(lèi)型的產(chǎn)品上；4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在芯片中，可工作在臟污或黑暗的環(huán)境中；135一、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID)RFID及技術(shù)特點(diǎn)

5）數(shù)據(jù)為電子格式，內(nèi)容可經(jīng)由密碼保護(hù)，不易被偽造，具有一定的安全性；6）標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以反復(fù)被覆寫(xiě)，可重復(fù)使用；7）RFID可穿透紙張、木材和塑料等非金屬或透明的材質(zhì)進(jìn)行通信，且無(wú)需光源；8）隨著記憶載體的發(fā)展，數(shù)據(jù)容量也在不斷擴(kuò)大。136一、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID)RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)

137一、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID)RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)

1）閱讀器將無(wú)線(xiàn)電載波信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射天線(xiàn)向外發(fā)射；2）當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后接收讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻信號(hào)，依托感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送存儲(chǔ)在RFID芯片中的產(chǎn)品信息（被動(dòng)標(biāo)簽或無(wú)源標(biāo)簽）；或者主動(dòng)發(fā)送信號(hào)（主動(dòng)標(biāo)簽或有源標(biāo)簽）。3）讀寫(xiě)器采集信息并解碼后，送至計(jì)算機(jī)等應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的處理。138一、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID)RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)

自動(dòng)識(shí)別技術(shù)性能比較139一、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID)RFID技術(shù)應(yīng)用

140二、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析概念1）云計(jì)算按照維基百科的定義，云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備；按照IBM的定義，云計(jì)算是一種共享的網(wǎng)絡(luò)交付信息服務(wù)的模式，云服務(wù)的使用者看到的只有服務(wù)本身，而不用關(guān)心相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的具體實(shí)現(xiàn)。141二、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析概念2）云制造按照李伯虎院士等專(zhuān)家的定義，云制造是一種面向服務(wù)、高效低耗和基于知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)化智能制造新模式，它融合現(xiàn)有信息化制造、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，能夠?yàn)橹圃烊芷谶^(guò)程提供可隨時(shí)獲取、按需使用、安全可靠、優(yōu)質(zhì)價(jià)廉的服務(wù)；按照中國(guó)航天科技集團(tuán)公司楊海成教授的定義，云制造是先進(jìn)的信息技術(shù)、制造技術(shù)以及新興技術(shù)等交叉融合的產(chǎn)品，是制造即服務(wù)理念的體現(xiàn)。142二、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析概念3）大數(shù)據(jù)根據(jù)維基百科的定義，大數(shù)據(jù)是由數(shù)量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類(lèi)型眾多的數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)集合，是基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用模式，通過(guò)數(shù)據(jù)的整合共享，交叉復(fù)用形成的智力資源和知識(shí)服務(wù)的能力；全球信息咨詢(xún)機(jī)構(gòu)國(guó)際數(shù)據(jù)公司(IDC)對(duì)大數(shù)據(jù)的技術(shù)定義是：通過(guò)高速捕捉、發(fā)現(xiàn)和分析，從大容量數(shù)據(jù)中獲取價(jià)值的一種新的架構(gòu)。143二、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析云計(jì)算系統(tǒng)結(jié)構(gòu)144二、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)1）虛擬化技術(shù)采用虛擬化技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的按需分配。虛擬化從本質(zhì)上來(lái)講是指從邏輯角度而不是物理角度來(lái)對(duì)資源進(jìn)行分配，是從單一的邏輯角度來(lái)看待不同的物理資源的一種方法。2）數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)技術(shù)云計(jì)算涉及海量數(shù)據(jù)。所謂海量數(shù)據(jù)是指數(shù)據(jù)量極大，往往是Terbyte（TB，1TB=1024GB）、Petabyte（PB，1PB=1024TB）甚至Exabyte（EB，1EB=1024PB）級(jí)的數(shù)據(jù)集合。145二、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)3）數(shù)據(jù)管理技術(shù)云計(jì)算技術(shù)中最關(guān)鍵也最根本的是云應(yīng)用環(huán)境中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)。云計(jì)算不僅要保證數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪(fǎng)問(wèn)，還要能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、檢索等，因此數(shù)據(jù)管理的手段和方法是云計(jì)算的重心。4）并行運(yùn)算技術(shù)云計(jì)算對(duì)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力提出了越來(lái)越高的要求，作為高性能計(jì)算和超級(jí)計(jì)算的核心技術(shù)，并行計(jì)算是充分利用資源加速計(jì)算和提高效率的主要途徑。146二、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用1）大數(shù)據(jù)的處理流程數(shù)據(jù)預(yù)處理、統(tǒng)計(jì)與分析、大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用2）大數(shù)據(jù)的分析方法描述型分析法、診斷型分析法、預(yù)測(cè)型分析法、指令型分析法3）大數(shù)據(jù)的應(yīng)用大數(shù)據(jù)可應(yīng)用于個(gè)性化服務(wù)、預(yù)測(cè)分析、產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)和優(yōu)化等領(lǐng)域，通過(guò)挖掘行業(yè)數(shù)據(jù)價(jià)值，優(yōu)化運(yùn)行服務(wù)和提供決策支持。147三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也稱(chēng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IndustrialInternetofThings，IIoT），是新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合所形成的新興業(yè)態(tài)和應(yīng)用模式，是互聯(lián)網(wǎng)從消費(fèi)領(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域、從虛擬經(jīng)濟(jì)向?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)拓展的核心載體，工業(yè)控制系統(tǒng)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通奠定了基礎(chǔ)，工業(yè)軟件為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了支撐。148三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵從智能制造的維度來(lái)看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)的工業(yè)系統(tǒng)；在企業(yè)內(nèi)部，是制造設(shè)備、制造系統(tǒng)的互聯(lián)，是控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的互聯(lián)；在企業(yè)之間，是產(chǎn)業(yè)鏈的上下游互聯(lián)；互聯(lián)的目的是為智能決策提供支撐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程的運(yùn)行優(yōu)化和協(xié)同制造。149三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)體系架構(gòu)150三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)1）數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術(shù)2）IaaS技術(shù)3）平臺(tái)使能技術(shù)4）數(shù)據(jù)管理技術(shù)5）應(yīng)用開(kāi)發(fā)和微服務(wù)技術(shù)6）工業(yè)數(shù)據(jù)建模與分析技術(shù)7）安全技術(shù)151三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用海爾COSMOPlat平臺(tái)152三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

MindSphere平臺(tái)應(yīng)用方案153四、人工智能概述人工智能正在成為新一輪技術(shù)變革的核心，而大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)的發(fā)展反過(guò)來(lái)也在不斷支撐人工智能在應(yīng)用領(lǐng)域的落地，為人工智能實(shí)施提供了信息支撐。人工智能系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)可分為基礎(chǔ)層、技術(shù)層和應(yīng)用層。154四、人工智能人工智能關(guān)鍵技術(shù)1）語(yǔ)音識(shí)別語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，是讓機(jī)器通過(guò)識(shí)別和理解過(guò)程把人類(lèi)的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的文本或命令的技術(shù)，即人與機(jī)器用語(yǔ)音交流，機(jī)器能明白人在說(shuō)什么。

2）自然語(yǔ)言處理自然語(yǔ)言處理，是研究實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間用自然語(yǔ)言進(jìn)行交流的各種理論和方法；目的是通過(guò)人機(jī)交流，獲得便捷而有效的信息處理，完成希望機(jī)器能完成的某些語(yǔ)言功能。155四、人工智能人工智能關(guān)鍵技術(shù)3）生物特征識(shí)別生物特征識(shí)別，是通過(guò)可測(cè)量的身體或行為等生物特征進(jìn)行身份認(rèn)證的一種技術(shù)。生物特征識(shí)別技術(shù)涉及內(nèi)容非常廣，包括指紋、臉型、虹膜、掌紋、DNA等身體特征和簽名、聲音、步態(tài)等行為特征。4）圖像識(shí)別圖像識(shí)別，是利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析和理解，以識(shí)別各種不同模式的目標(biāo)和對(duì)象的技術(shù)。156四、人工智能人工智能關(guān)鍵技術(shù)5）機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)，是專(zhuān)門(mén)研究計(jì)算機(jī)怎樣模擬或?qū)崿F(xiàn)人類(lèi)的學(xué)習(xí)行為，以獲取新的知識(shí)或技能，并具有不斷改善自身的性能。6）專(zhuān)家系統(tǒng)專(zhuān)家系統(tǒng)內(nèi)部含有大量的、某