《智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用》課件 第一章 緒論

智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用第2版“十三五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材

第一章緒論一、智能制造的概述二、工業(yè)4.0三、智能制造技術(shù)認(rèn)知一、智能制造的概述

智能制造概念一、智能制造概述

智能制造（IntelligentManufacture,IM）是指由具有人工智能的機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能制造系統(tǒng)。理論上講智能制造系統(tǒng)在制造過程中可以進(jìn)行智能活動，諸如交互體驗(yàn)、自我分析、自我判斷、自我決策、自我執(zhí)行、自我適應(yīng)等，就如同制造過程有了“大腦”指揮系統(tǒng)。

二、智能制造的顯著特征1狀態(tài)感知2實(shí)時分析3精準(zhǔn)執(zhí)行4自主決策5自我適應(yīng)與人機(jī)交互智能制造概述智能制造領(lǐng)域也已成為全球經(jīng)濟(jì)增長的新熱點(diǎn)，當(dāng)傳統(tǒng)的規(guī)?；a(chǎn)模式在勞動力成本上升、能源需求、市場個性化剛性約束下，如何走出一條集約化、綠色化、智慧化的可持續(xù)發(fā)展之路是世界各國企業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)，與此同時，隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)的出現(xiàn)為傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造到智能制造的跨越創(chuàng)造了條件。我國【2016-2020年】智能制造發(fā)展規(guī)劃綱要已經(jīng)明確指出：“智能制造在全球范圍內(nèi)的快速發(fā)展，已經(jīng)成為制造業(yè)重要發(fā)展趨勢，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展和分工格局帶來深刻影響?！敝悄苤圃焓侨碌摹⒖缃绲?、也是全球的。三、智能制造是全新制造系統(tǒng)智能制造概述四、智能制造是全新制造系統(tǒng)制造現(xiàn)代化是一個發(fā)展的動態(tài)進(jìn)程，由一種技術(shù)取代另一種，推動工業(yè)制造不斷迭代。因此，只有從動態(tài)的視角、發(fā)展的眼光來審視智能制造才能科學(xué)的學(xué)習(xí)和掌握其形成的規(guī)律、特點(diǎn)、本質(zhì)。智能制造是信息化與工業(yè)化高度融合的新一代制造系統(tǒng)，是將傳統(tǒng)的制造主體、制造技術(shù)、制造裝備與現(xiàn)代信息化技術(shù)有機(jī)融合并將機(jī)器賦予智能與人類智慧融為一體而誕生的全新制造系統(tǒng)。智能制造主要包括：信息物理系統(tǒng)CPS、高精度感知控制、虛擬設(shè)備集成、云計算、大數(shù)據(jù)和新型人機(jī)交互等多項(xiàng)核心技術(shù)。智能制造概述五、智能制造解決的問題1）全面改變設(shè)計與制造關(guān)系，讓設(shè)計與制造之間“互認(rèn)互聯(lián)互通”，實(shí)現(xiàn)在線設(shè)計與在線制造的“無縫對接”。2）減少制造成本和生產(chǎn)周期。

通過數(shù)據(jù)集成和大數(shù)據(jù)分析，形成最優(yōu)制造策略，達(dá)到優(yōu)化配置生產(chǎn)要素的目的，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本、提高生產(chǎn)效率的管理目標(biāo)。傳統(tǒng)自動化生產(chǎn)布局是層級式，而智能制造是網(wǎng)絡(luò)式，它實(shí)現(xiàn)自我組織的產(chǎn)線平臺，最大限度提高生產(chǎn)效率，同時保證設(shè)備的健康安全。智能制造是基于CPS（信息物理系統(tǒng)）自動化智能制造概述3）提供快速、有效、批量個性化的產(chǎn)品和服務(wù)?；ヂ?lián)網(wǎng)使用戶可以在線參與體驗(yàn)設(shè)計過程，實(shí)現(xiàn)個性化的需求接受，而制造的智能化過程可以實(shí)現(xiàn)“批量的個性化定制生產(chǎn)”，這個批量不僅僅是“數(shù)量”的概念，而是快速生產(chǎn)的效率含義。以往，企業(yè)最不愿意做的業(yè)務(wù)就是”小批量多品種“，而智能制造就是要解決這個問題，從而提高了企業(yè)的競爭力。智能制造概述（1）生產(chǎn)設(shè)備的智能化升級（2）建立統(tǒng)一的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)（3）構(gòu)建資源共享的信息化平臺（4）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程的自動監(jiān)控和產(chǎn)品數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)（5）基于互聯(lián)網(wǎng)的支撐協(xié)同研發(fā)平臺六、實(shí)現(xiàn)智能制造過程企業(yè)完成基本任務(wù)智能制造概述智能制造概述七、智能化制造的特征

智能制造信息（大數(shù)據(jù)）集成是智能制造技術(shù)的應(yīng)用核心，根據(jù)阿什比理論，“應(yīng)對生態(tài)的多樣性，只有通過生產(chǎn)組織的復(fù)雜體系才能適應(yīng)”。它具有以下六個基本特征：主動適應(yīng)環(huán)境變化，與環(huán)境要求適度交互匹配；制造過程中數(shù)據(jù)代替人工而減少直接干預(yù)，而多用智能設(shè)備替代；人員單一管理生產(chǎn)或設(shè)備向系統(tǒng)智能管理進(jìn)化；對生產(chǎn)過程進(jìn)行再設(shè)計，智能系統(tǒng)再優(yōu)化和系統(tǒng)再創(chuàng)造；對外部參數(shù)及系統(tǒng)的及時反饋與智能響應(yīng)；虛擬制造技術(shù)與現(xiàn)實(shí)制造有機(jī)結(jié)合結(jié)合；智能制造概述八、智能制造核心特征智能制造的核心特征是三個集成：一是企業(yè)內(nèi)部的縱向集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)到管理的信息共享和優(yōu)化管理。二是企業(yè)外部的橫向集成，實(shí)現(xiàn)外部供應(yīng)鏈的信息共享和管理優(yōu)化。三是產(chǎn)品端到端的集成，實(shí)現(xiàn)客戶個性化批量定制。

第二節(jié)工業(yè)4.0一、工業(yè)4.0概述工業(yè)4.0背景

工業(yè)化始于18世紀(jì)末機(jī)械制造設(shè)備的引進(jìn)，那時像紡織機(jī)這樣的機(jī)器徹底改變了貨物的生產(chǎn)方式。

繼第一次工業(yè)革命后的第二次工業(yè)革命大約開始于20世紀(jì)之交，在勞動分工的基礎(chǔ)上，采用電力驅(qū)動產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。

20世紀(jì)70年代初，第三次工業(yè)革命又取代了第二次工業(yè)革命，并一直延續(xù)到現(xiàn)在。第三次工業(yè)革命引入了電子與信息技術(shù)（IT），從而使制造過程不斷實(shí)現(xiàn)自動化，機(jī)器不僅接管了相當(dāng)比例的“體力勞動”，而且還接管了一些“腦力勞動”。

德國將機(jī)械化、電力化和計算機(jī)技術(shù)分別定性為工業(yè)1.0，2.0，3.0.工業(yè)4.0工業(yè)4.0背景

現(xiàn)在將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云服務(wù)等新一代信息技術(shù)應(yīng)用到制造業(yè)正在引發(fā)第四次工業(yè)革命即工業(yè)4.0。因此，工業(yè)4.0是整個科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天的產(chǎn)物，也是一個逐漸演變的過程。如圖1-3（由智慧工廠到智能生產(chǎn)看工業(yè)4.0）二、工業(yè)4.0的任務(wù)

（1）標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)（2）管理復(fù)雜系統(tǒng)（3）為工業(yè)建立全面寬頻的基礎(chǔ)設(shè)施（4）安全和保障（5）工作的組織和設(shè)計（6）培訓(xùn)和持續(xù)的專業(yè)發(fā)展（7）監(jiān)管框架（7）資源利用效率

三、工業(yè)4.0的特征及聚焦的重點(diǎn)

特征一：制造中采用物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)；基于物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)智慧工廠的架構(gòu)；工業(yè)4.0特征特征二：

滿足個性化的需求；面向客戶的APP商店；工業(yè)4.0特征特征三：智能制造的人機(jī)一體化協(xié)同創(chuàng)造.；

工業(yè)4.0特征特征四：工業(yè)4.0綜合創(chuàng)新中心工業(yè)4.0特征特征五：資源有效利用，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展工業(yè)4.0特征特征六：通過新的服務(wù)創(chuàng)造價值；

德國工業(yè)4.0特征特征七：人與制造系統(tǒng)之間的互動協(xié)作三、工業(yè)4.0的特征及聚焦的重點(diǎn)工業(yè)4.0將重點(diǎn)聚焦1）引領(lǐng)智能化機(jī)械和設(shè)備制造的的市場。2）全球矚目的IT集群地。3）嵌入式系統(tǒng)和自動化工程領(lǐng)域領(lǐng)先的創(chuàng)新者。4）高度熟練和高素質(zhì)的勞動者。5）供應(yīng)商和用戶間距離相近且在某些領(lǐng)域緊密的合作。6）先進(jìn)的研究基地和人才培訓(xùn)基地。7）通過價值網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的橫向集成。8）貫穿整個價值鏈端到端的工程數(shù)字化集成。9）垂直集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)。工業(yè)4.0未來發(fā)展領(lǐng)域1.智能工廠工業(yè)4.0未來發(fā)展領(lǐng)域2.智能化產(chǎn)品工業(yè)4.0未來發(fā)展領(lǐng)域3

、個性化定制產(chǎn)品工業(yè)4.0發(fā)展領(lǐng)域4，高度人性化（制造崗位的靈活設(shè)置）工業(yè)4.0未來發(fā)展領(lǐng)域5.基于信息安全下的云平臺工業(yè)4.0未來發(fā)展領(lǐng)域6、工業(yè)4.0將發(fā)展出全新的商業(yè)模式合作模式；工業(yè)4.0往往被冠以諸如“網(wǎng)絡(luò)化制造”、“自我組織適應(yīng)性強(qiáng)的物流”和“集成客戶的制造工程”等特征；它將產(chǎn)生新的組織系統(tǒng)及專業(yè)的供應(yīng)商；工業(yè)4.0總結(jié)工業(yè)4.0總結(jié)多品種小批量的定制化同時實(shí)現(xiàn)敏捷生產(chǎn)是工業(yè)4.0的目的；基于信息通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能工廠和綠色生產(chǎn)；信息物理系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)生大數(shù)據(jù)，通過集成處理大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化高效的制造；基于信息物理系統(tǒng)的工業(yè)輔助實(shí)現(xiàn)對智能制造的新一代工人的培養(yǎng)；概述第三節(jié)、智能制造技術(shù)認(rèn)知智能制造技術(shù)認(rèn)知

智能制造是從數(shù)字制造、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化制造和智能制造三個基本模式迭代而生產(chǎn)的。數(shù)字制造是智能制造的基礎(chǔ)，貫穿于三個基本模式，并不斷發(fā)展；數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化制造將數(shù)字化制造提高到一個新的水平，可實(shí)現(xiàn)各種資源的集成與協(xié)同優(yōu)化，重塑制造業(yè)的價值鏈；智能制造是在前兩種模式的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)制造技術(shù)與新一代信息技術(shù)融合所發(fā)揮的決策性作用，使得制造具有了真正意義上的智能價值，是新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù)。

智能制造說到底就是新的信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合。智能制造技術(shù)認(rèn)知智能制造技術(shù)認(rèn)知

（一）智能數(shù)控加工裝備

智能制造技術(shù)認(rèn)知（二）智能裝備自我決策智能制造系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)、虛擬仿真優(yōu)化等決策資源，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的可視化、數(shù)據(jù)信息的動態(tài)化和決策指令的自動閉環(huán)。以下列舉了智能決策的