項目三智能制造關(guān)鍵技術(shù)智能制造概論項目導讀智能制造關(guān)鍵技術(shù)共分為工業(yè)制造技術(shù)、工業(yè)識別技術(shù)和新信息技術(shù)三大類，只有將各類智能制造技術(shù)進行深度融合，才能構(gòu)造出智能制造系統(tǒng)。同時，制造裝備的智能化也離不開智能制造技術(shù)。因此，智能制造技術(shù)對實現(xiàn)智能制造至關(guān)重要。項目目標1.掌握工業(yè)機器人的組成、特點、分類與關(guān)鍵技術(shù)2.掌握3D打印技術(shù)的概念、原理與應用3.掌握機器視覺技術(shù)的概念、組成與應用4.了解射頻識別技術(shù)的特征、原理、組成與應用5.了解物聯(lián)網(wǎng)的概念、組成與應用項目目標6.了解人工智能技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展與應用7.了解工業(yè)大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、意義、架構(gòu)與應用8.了解云計算技術(shù)的概念、特點、架構(gòu)與應用9.了解數(shù)字孿生技術(shù)與數(shù)字孿生體1工業(yè)制造技術(shù)2工業(yè)識別技術(shù)3新信息技術(shù)目錄CONTENTS

第一部分

工業(yè)制造技術(shù)PART0101導入

當你走進智能工廠，會發(fā)現(xiàn)工業(yè)機器人隨處可見，如點焊機器人、碼垛機器人、搬運機器人等。這種在制造生產(chǎn)中應用工業(yè)機器人代替人類工作的技術(shù)稱為工業(yè)機器人技術(shù)。工業(yè)機器人技術(shù)是工業(yè)制造技術(shù)的一種，而工業(yè)制造技術(shù)還有很多。那么，還有哪些技術(shù)屬于工業(yè)制造技術(shù)呢？它們又是如何應用的呢？工業(yè)機器人技術(shù)01工業(yè)機器人

工業(yè)機器人是指應用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的現(xiàn)代化裝備。它能靠自身動力和控制能力來自動執(zhí)行工作，即可以在接受人的指令后，按照設定的程序執(zhí)行運動路徑和作業(yè)。工業(yè)機器人組成一臺完整的工業(yè)機器人包括操作機、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和可更換的末端執(zhí)行器四個部分工業(yè)機器人技術(shù)01控制系統(tǒng)末端執(zhí)行器驅(qū)動系統(tǒng)操作機即工業(yè)機器人的機械本體，是用來完成各種作業(yè)的執(zhí)行機械。工業(yè)機器人的驅(qū)動系統(tǒng)用來驅(qū)動操作機運動?？刂葡到y(tǒng)是工業(yè)機器人的核心，決定了工業(yè)機器人的功能和技術(shù)水平。工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器是直接用于作業(yè)的機構(gòu)，連接在操作機腕部的機械接口上。工業(yè)機器人技術(shù)012513可重復編程擬人化通用性好工業(yè)機器人的特點工業(yè)機器人技術(shù)01按作業(yè)用途分類工業(yè)機器人按作業(yè)用途的不同，可分為點焊機器人、搬運機器人、噴漆機器人、涂膠機器人和裝配機器人等。按操作機的坐標形式分類工業(yè)機器人按操作機坐標形式的不同，可分為直角坐標機器人、圓柱坐標機器人、球坐標機器人和關(guān)節(jié)機器人工業(yè)機器人的分類工業(yè)機器人技術(shù)01按控制方式分類按編程方式分類工業(yè)機器人的分類工業(yè)機器人按控制方式的不同，可分為點位控制機器人、連續(xù)軌跡控制機器人、力（力矩）控制機器人和智能控制機器人。工業(yè)機器人按控制系統(tǒng)編程方式的不同，可分為直接示教機器人和離線示教（或離線編程）機器人。工業(yè)機器人技術(shù)01工業(yè)機器人的應用1）惡劣、危險的工作場合有些領(lǐng)域的工作場合不安全因素很多，有害于身體健康甚至危及生命2）特殊工作場合在某些特殊工作場合中，人無法工作，只有機器人才能工作。3）高復雜性、高強度、高精度的工作場合在某些高復雜性、高強度、高精度的工作場合，需要實現(xiàn)自動化且全年無休的生產(chǎn)工業(yè)機器人技術(shù)01靈活操作技術(shù)自主導航技術(shù)環(huán)境感知與傳感技術(shù)人機交互技術(shù)工業(yè)機器人的研究方向工業(yè)機器人技術(shù)013D打印技術(shù)023D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)（additivemanufacturing，AM），是相對于傳統(tǒng)機械加工的減材制造而言的。該技術(shù)是基于三維數(shù)據(jù)模型，通過增加材料逐層制造的方式，來直接制造三維實體模型的一種制造方法。3D打印技術(shù)023D打印技術(shù)的原理3D打印技術(shù)基于離散-堆積原理，將復雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加。自由成形制作過程快數(shù)字化驅(qū)動累加式的成型方式無須使用刀具、模具就能制造零部件制造工藝流程短、全自動，并可實現(xiàn)現(xiàn)場制造無論是哪種增材制造工藝，都是由三維數(shù)據(jù)直接或間接地驅(qū)動設備進行加工的具有較高的復制性和互換性3D打印技術(shù)023D打印技術(shù)的優(yōu)勢3D打印技術(shù)023D打印材料材料是3D打印技術(shù)發(fā)展的核心之一，目前常使用的3D打印材料有金屬粉末、光敏樹脂、熱塑性塑料、高分子聚合物、石膏、紙、生物活性高分子等。而隨著科學技術(shù)的進步，復合材料、功能梯度材料、智能材料、納米材料等新型材料已經(jīng)成為目前3D打印材料研究的熱點。3D打印設備光固化打印機采用紫外光在液態(tài)光敏樹脂表面進行掃描選擇性激光燒結(jié)打印機采用高功率的激光，把粉末加熱燒結(jié)在一起形成零件熔融沉積打印機采用熱融噴頭，使塑性纖維材料經(jīng)熔化后從噴頭內(nèi)擠壓而出，并沉積在指定位置后固化成形黏結(jié)劑噴射打印機采用類似噴墨打印機噴頭的工作方式3D打印技術(shù)023D打印技術(shù)023D打印技術(shù)的應用1）設計方案評審2）制造工藝與裝配檢驗3）功能樣件制造4）模具的快速制造5）建筑總體布局、裝修方案的展示和評價6）科學計算數(shù)據(jù)實體可視化3D打印技術(shù)023D打印技術(shù)的應用7）醫(yī)學與醫(yī)療工程8）首飾和工藝品的快速開發(fā)與個性化定制9）動漫造型設計的指導和評價10）電子器件和光學器件的設計制作任務實施–辯論比賽03以“3D打印技術(shù)是否能全面取代傳統(tǒng)制造技術(shù)”為題進行辯論比賽，流程如下。①將全班學生分為兩組，每組選出四名代表，并確定好一辯、二辯、三辯和四辯，其余學生為觀眾。②每組派代表抽簽確定正反方。③按照表3-1的流程進行辯論，各方辯手要注意計時員的提醒，注意言行舉止，做到文明禮貌。④辯論結(jié)束后觀眾進行提問，正反方各回答觀眾提出的兩個問題，除雙方四辯外，任意辯手作答。⑤觀眾根據(jù)辯手的辯風、臺風、整體配合、語言運用、臨場反應等，對各個辯手進行投票，票數(shù)最高的為最佳辯手。任務實施–辯論比賽03序號程序時間1正方一辯發(fā)言2分30秒2反方一辯發(fā)言2分30秒3正方二辯發(fā)言1分30秒4反方二辯發(fā)言1分30秒5正方三辯發(fā)言1分30秒6反方三辯發(fā)言1分30秒7正方一辯進行小結(jié)1分30秒8反方一辯進行小結(jié)1分30秒9自由辯論（正方先開始）10分鐘（雙方各5分鐘）10反方四辯總結(jié)陳詞3分鐘11正方四辯總結(jié)陳詞3分鐘辯論流程

第二部分

PART0202工業(yè)識別技術(shù)導入在生活中，付款時使用二維碼支付、坐地鐵時刷卡進出站、坐火車時刷證刷臉進站等都已經(jīng)司空見慣，而這些都需要工業(yè)識別技術(shù)的支持。智能制造時代必然也離不開工業(yè)識別技術(shù)，如數(shù)據(jù)讀取、圖形采集和工件定位等工作，都需要一些工業(yè)識別技術(shù)才能實現(xiàn)。那么，工業(yè)識別技術(shù)都包括哪些呢？機器視覺技術(shù)01

機器視覺技術(shù)機器視覺技術(shù)是人工智能正在快速發(fā)展的一個分支。簡單說來，機器視覺技術(shù)就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺技術(shù)011圖像的獲取2圖像的處理和分析3圖像的輸出和顯示圖像的獲取可將被測物體的可視化圖像和內(nèi)在特征轉(zhuǎn)換成能被計算機處理的一系列數(shù)據(jù)主要是對獲取的視覺信息進行處理將圖像被處理分析的結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫或用戶指定的位置機器視覺系統(tǒng)的組成機器視覺技術(shù)01目前，機器視覺技術(shù)廣泛應用于食品加工、制藥、化工、金屬加工、電子制造、包裝、汽車制造等行業(yè)的各個方面，已成為現(xiàn)代加工制造業(yè)不可或缺的部分。機器視覺技術(shù)的應用射頻識別技術(shù)02射頻識別技術(shù)（radiofrequencyidentification，RFID）是一種無線通信技術(shù)，它能在RFID閱讀器與RFID標簽之間進行非接觸式的數(shù)據(jù)通信，以達到識別目標的目的。射頻識別技術(shù)的概念射頻識別技術(shù)02RFID標簽

為RFID標簽提供能量、進行讀寫操作的設備，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理的中心射頻識別技術(shù)的概念RFID閱讀器

為RFID標簽提供能量、進行讀寫操作的設備，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理的中心1）非接觸識別2）讀取速度快5）可重復使用7）數(shù)據(jù)的記憶容量大6）無屏障讀取射頻識別技術(shù)02射頻識別技術(shù)的特征3）體積小型化

形狀多樣化4）抗污染能力和耐久性強8）安全性高射頻識別技術(shù)023．射頻識別技術(shù)的應用RFID的數(shù)字化車間01基于RFID的智能PLM02基于RFID技術(shù)的制造物流智能化03物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)03物聯(lián)網(wǎng)（internetofthings，IOT）是指利用局部網(wǎng)絡或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)，把傳感器、控制器、機器、人和物等通過新的方式相互聯(lián)結(jié)在一起，實現(xiàn)信息化、遠程管理控制和智能化的網(wǎng)絡物聯(lián)網(wǎng)的概念物聯(lián)網(wǎng)特征全面感知是指物聯(lián)網(wǎng)能隨時隨地獲取物體的信息。智能處理是指物聯(lián)網(wǎng)利用智能計算技術(shù)，對數(shù)據(jù)進行分析和處理，最終實現(xiàn)智能化決策和控制?？煽總鬟f是指物聯(lián)網(wǎng)通過無線通信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)融合，能將獲取的物體信息實時、準確地傳遞出去。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)03物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)03物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢01020304（3）過程監(jiān)控與管理（4）物流管理（2）實時售后服務（1）產(chǎn)品智能化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)03物聯(lián)網(wǎng)的組成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)03物聯(lián)網(wǎng)的組成感知層位于最底層，是物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)的基礎(chǔ)和核心，是信息采集的關(guān)鍵部分。網(wǎng)絡層負責將感知層獲取的信息安全可靠地傳輸?shù)綉脤印脤游挥谧钌蠈?，它能夠通過云計算平臺對感知層采集的數(shù)據(jù)進行計算、處理和知識挖掘物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)031）供應鏈管理系統(tǒng)優(yōu)化2）生產(chǎn)工藝優(yōu)化3）產(chǎn)品設備監(jiān)控管理4）環(huán)保監(jiān)測及能源管理5）工業(yè)安全生產(chǎn)管理物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用任務實施-應用舉例04請全班學生在機器視覺技術(shù)、射頻識別技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中選擇一種技術(shù)進行應用舉例，并對列舉的應用案例進行分析，指出案例的應用技術(shù)、應用領(lǐng)域、具體實施過程等。

第三部分PART0303新信息技術(shù)導入除了人工智能技術(shù)，新信息技術(shù)還包括哪些技術(shù)呢？小愛、小度等智能音箱，是目前較受歡迎的家用智能電器。利用智能音箱，人們可以語音點播歌曲、上網(wǎng)購物，或了解天氣預報等，這一切都是基于人工智能技術(shù)實現(xiàn)的。而人工智能技術(shù)作為新信息技術(shù)的一種，是實現(xiàn)智能制造的重要技術(shù)。人工智能技術(shù)概念人工智能（artificialintelligence，AI）是計算機科學的一個分支，旨在使計算機技術(shù)朝著越來越智能的方向發(fā)展。人工智能技術(shù)01人工智能技術(shù)的產(chǎn)生人工智能技術(shù)011956年，在由達特茅斯學院舉辦的夏季研討會上，以約翰·麥卡錫為首的專家學者們首次提出了“人工智能”這一術(shù)語。后來，這被人們看作是人工智能正式誕生的標志，至此人工智能技術(shù)作為一門新興學科開始茁壯成長。人工智能技術(shù)01（1）推理搜索（2）知識庫系統(tǒng)建立（3）機器學習（4）深度學習人工智能技術(shù)的發(fā)展人工智能技術(shù)01人工智能技術(shù)的應用商品零售教育培訓醫(yī)療衛(wèi)生物流管理出版?zhèn)髅饺斯ぶ悄芗夹g(shù)的應用工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)02工業(yè)大數(shù)據(jù)的概念工業(yè)大數(shù)據(jù)是指在工業(yè)領(lǐng)域信息化應用中所產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，即圍繞典型智能制造模式，從客戶需求到計劃等產(chǎn)品制造各個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)、相關(guān)技術(shù)和應用的總稱。工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)02工業(yè)大數(shù)據(jù)的“4V”特點工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)02工業(yè)大數(shù)據(jù)的架構(gòu)主要包含了生命周期與價值流、企業(yè)縱向?qū)雍虸T價值鏈三個維度工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)02工業(yè)大數(shù)據(jù)的架構(gòu)生命周期與價值流維度涵蓋了研發(fā)與設計、生產(chǎn)、物流、銷售、運維與服務五個環(huán)節(jié)工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)02企業(yè)縱向?qū)影畔⑽锢硐到y(tǒng)（CPS）、管理信息系統(tǒng)（MIS）和互聯(lián)平臺系統(tǒng)（internet+），分別研究企業(yè)各層為實現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)應用及工業(yè)轉(zhuǎn)型所需要進行的工作。在IT價值鏈維度上，大數(shù)據(jù)的價值通過存放大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡、基礎(chǔ)設施、平臺、應用工具及其他服務來實現(xiàn)。工業(yè)大數(shù)據(jù)的架構(gòu)工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)02工業(yè)大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)1）大數(shù)據(jù)采集技術(shù)2）大數(shù)據(jù)預處理技術(shù)3）大數(shù)據(jù)存儲技術(shù)4）大數(shù)據(jù)分析技術(shù)工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)02大數(shù)據(jù)分析技術(shù)（1）可視化分析技術(shù)（2）數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)（3）預測分析與建模技術(shù)（4）語義引擎技術(shù)云計算技術(shù)03云計算的概念云計算（cloudcomputing）是分布式計算的一種，它是通過網(wǎng)絡將巨大的數(shù)據(jù)計算處理程序分解成無數(shù)個小程序，然后對這些小程序進行處理和分析，并將處理和分析結(jié)果返回給用戶。云計算技術(shù)的特點1）超大規(guī)模2）虛擬化4）高可擴展性

3）高可靠性5）極其廉價

云計算技術(shù)03云計算技術(shù)的特點云計算技術(shù)03云計算技術(shù)架構(gòu)主要分為云服務層和云管理層兩大部分。1）云服務層軟件即服務層平臺即服務層基礎(chǔ)設施即服務層云計算技術(shù)032）云管理層云管理層包括用戶層、機制層和檢測層三層。（1）用戶層

用戶層主要面向使用云計算的用戶，并通過多種功能來更好地為用戶服務，包括用戶管理、客戶支持、計費管理和服務管理四個模塊云計算技術(shù)032）云管理層-機制層（2）機制層機制層主要提供各種用于管理云的機制。通過這些機制，能讓云計算中心內(nèi)部的管理更自動化、更安全和更環(huán)保。機制層包括運維管理、資源管理、安全管理和容災支持四個模塊云計算技術(shù)032）云管理層-檢測層③在應用層面，檢測層主要記錄應用每次請求的響應時間和傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量。①在物理資源層面，檢測層主要監(jiān)控物理資源的運行狀況。②在虛擬資源層面，檢測層主要監(jiān)控虛擬機的CPU使用率和