A篇智能制造系統(tǒng)概論智能制造系統(tǒng)目錄contents智能制造的概念一二智能制造技術(shù)三智能制造系統(tǒng)

了解智能制造的概念。了解智能制造涉及的關(guān)鍵技術(shù)。了解智能制造系統(tǒng)及其應(yīng)用?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】

一、智能制造系統(tǒng)的概念

1、智能制造的興起

工業(yè)1.0是機(jī)械制造時(shí)代，從18世紀(jì)60年代至19世紀(jì)中期。是引入機(jī)械設(shè)備制造的時(shí)代。通過水力和蒸汽機(jī)實(shí)現(xiàn)工廠機(jī)械化。這次工業(yè)革命的結(jié)果是機(jī)械生產(chǎn)代替了手工勞動(dòng)，經(jīng)濟(jì)社會從以農(nóng)業(yè)、手工業(yè)為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)型到以工業(yè)、機(jī)械制造帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新模式。

工業(yè)2.0是電氣化與自動(dòng)化時(shí)代，從19世紀(jì)后半期至20世紀(jì)。是在勞動(dòng)分工基礎(chǔ)上采用電力驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)代。是進(jìn)入了由繼電器、電氣自動(dòng)化控制機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的年代。這次工業(yè)革命，通過零部件生產(chǎn)與產(chǎn)品裝配的成功分離，開創(chuàng)了產(chǎn)品批量生產(chǎn)的高效模式。

工業(yè)3.0是電子信息化時(shí)代，從20世紀(jì)70年代開始一直延續(xù)至21世紀(jì)。工業(yè)3.0是在升級工業(yè)2.0的基礎(chǔ)上，廣泛應(yīng)用電子與信息技術(shù)，使制造過程自動(dòng)化控制程度再進(jìn)一步大幅度提高。生產(chǎn)效率、良品率、分工合作、機(jī)械設(shè)備壽命都得到了前所未有的提高。在此階段，工廠大量采用由PC、PLC/單片機(jī)等真正電子、信息技術(shù)自動(dòng)化控制的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。自此，機(jī)器能夠逐步替代人類作業(yè)，不僅接管了相當(dāng)比例的“體力勞動(dòng)”，還接管了一些“腦力勞動(dòng)”。

工業(yè)4.0概念是德國政府2013年《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項(xiàng)目之一，并已上升為國家戰(zhàn)略，工業(yè)4.0是實(shí)體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界融合的時(shí)代，即指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)(Cyber—PhysicalSystem簡稱CPS)將生產(chǎn)中的供應(yīng)，制造，銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速，有效，個(gè)性化的產(chǎn)品供應(yīng)。

《中國制造2025》工作報(bào)告提出堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，加快從制造業(yè)大國轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國。其主線是信息化和工業(yè)化深度融合，主攻方向是推進(jìn)智能制造，互聯(lián)網(wǎng)+是重要的實(shí)現(xiàn)路徑。

智能制造是基于新一代信息技術(shù)，貫穿設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。是以智能工廠為載體，以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)、以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為支撐等特征，可以縮短產(chǎn)品研制周期、降低資源能源消耗、降低運(yùn)營成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量。2、智能制造的概念和特征二、智能制造技術(shù)

1、智能制造技術(shù)何為智能制造技術(shù)？智能制造技術(shù)是指在制造生產(chǎn)加工的各個(gè)工序，以一種高度集成與高度柔性的方式使用計(jì)算機(jī)來對人類的制造智能進(jìn)行模擬的先進(jìn)制造技術(shù)。2、智能制造涉及的關(guān)鍵技術(shù)（1）工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)工業(yè)機(jī)器人是由機(jī)械本體、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳感裝置構(gòu)成的一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化設(shè)備，特別適合于多品種、變批量的彈性制造系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人可直接接受人類指令，也可以執(zhí)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。

（1）工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)圖2－1上下料機(jī)器人

圖2－2碼垛機(jī)器人

（1）工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)圖2－3AGV小車圖2－4AGV小車的基本組成

（1）工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)圖2－5點(diǎn)焊機(jī)器人

圖2－6弧焊機(jī)器人

（1）工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)圖2－7激光切割機(jī)器人圖2－8真空機(jī)器人

2、智能制造涉及的關(guān)鍵技術(shù)（2）３Ｄ打印技術(shù)3D打印是快速成形技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，早期應(yīng)用在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工(AEC)、汽車、航空航天、醫(yī)療、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

（2）３Ｄ打印技術(shù)圖2－103D打印的飾品

圖2－113D打印的假支

（2）３Ｄ打印技術(shù)圖2－123D打印的手槍

2－133D打印的零件

2、智能制造涉及的關(guān)鍵技術(shù)（3）射頻和實(shí)時(shí)定位技術(shù)

射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID），又稱無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電信號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。它的基本原理是：利用射頻信號和空間耦合或雷達(dá)反射的傳輸特性，從一個(gè)貼在商品或者物品上的叫作電子標(biāo)簽（電子標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)可以加密，存儲數(shù)據(jù)容量大，存儲信息容易更改）或者RFID標(biāo)簽中讀取數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對物品或者商品的自動(dòng)識別。RFID讀寫器也分移動(dòng)式和固定式兩種，目前RFID技術(shù)應(yīng)用很廣，如圖書館、門禁系統(tǒng)和食品安全溯源等。

（3）射頻和實(shí)時(shí)定位技術(shù)圖2-14所示為RFID系統(tǒng)的架構(gòu)圖2-15所示為RFID的技術(shù)原理

2、智能制造涉及的關(guān)鍵技術(shù)（4）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)是互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)延伸，互聯(lián)網(wǎng)的終端是計(jì)算機(jī)（ＰＣ、服務(wù)器），我們運(yùn)行的所有程序，都是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸，除了計(jì)算機(jī)外，沒有涉及任何其他的終端（硬件）。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)還是互聯(lián)網(wǎng)，只不過終端不再是計(jì)算機(jī)，而是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其配套的傳感器。如穿戴設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備等等。只要有硬件或產(chǎn)品連上網(wǎng)，發(fā)生數(shù)據(jù)交互，就叫物聯(lián)網(wǎng)。

（4）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)圖2－16物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)

2、智能制造涉及的關(guān)鍵技術(shù)（5）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)圖2－17虛擬現(xiàn)實(shí)在軍事中的應(yīng)用圖2－18虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，能夠使用戶沉浸到該環(huán)境中。

圖2－19基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智能工廠圖2－20基于建模和仿真的虛擬生產(chǎn)場景（5）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

（6）人工智能技術(shù)

人工智能(ArtificialIntelligence，AI)主要研究如何用人工的方法和技術(shù)，使用各種自動(dòng)化機(jī)器或智能機(jī)器（主要指計(jì)算機(jī)）模仿、延伸和擴(kuò)展人的智能，實(shí)現(xiàn)某些機(jī)器思維或腦力勞動(dòng)自動(dòng)化。

（7）云計(jì)算與大數(shù)據(jù)

云計(jì)算(CloudComputing)是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說法。過去在圖中往往用云來表示電信網(wǎng)，后來也用來表示互聯(lián)網(wǎng)和底層基礎(chǔ)設(shè)施的抽象。

大數(shù)據(jù)(BigData)是指無法在一定時(shí)間范圍內(nèi)用常規(guī)軟件工具進(jìn)行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合，是需要新處理模式才能具有更強(qiáng)的決策力、洞察力和流程優(yōu)化能力來適應(yīng)海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)。

（8）智能制造的信息安全技術(shù)

智能制造的本質(zhì)是工業(yè)化和信息化的融合，智能制造系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)是神經(jīng)，大數(shù)據(jù)是血脈，信息安全是保障。在智能制造背景下，世界變成了一個(gè)巨大的物聯(lián)網(wǎng)，形成了全覆蓋的云環(huán)境，人類生產(chǎn)過程、產(chǎn)品形態(tài)、流通渠道和服務(wù)對象呈現(xiàn)出一體化趨勢，產(chǎn)品與消費(fèi)者之間將達(dá)到空前的默契。三、智能制造系統(tǒng)

1、智能制造系統(tǒng)何為智能制造系統(tǒng)？智能制造系統(tǒng)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)一體化制造系統(tǒng)。在制造過程中可以進(jìn)行智能活動(dòng)，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。2、智能制造系統(tǒng)構(gòu)成在德國，智能制造的核心是智能工廠建設(shè)，實(shí)現(xiàn)單機(jī)智能設(shè)備互聯(lián)，不同設(shè)備的單機(jī)和設(shè)備互聯(lián)形成生產(chǎn)線，不同的智能生產(chǎn)線組合成智能車間，不同的智能車間組成智能工廠，不同地域、行業(yè)和企業(yè)的智能工廠的互聯(lián)形成一個(gè)制造能力無所不在的智能制造系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是廣泛的系統(tǒng)。將其按層級可劃分為５個(gè)層級。2、智能制造系統(tǒng)構(gòu)成圖3－1智能制造系統(tǒng)層級2、智能制造系統(tǒng)構(gòu)成在我國，智能制造的主線是工業(yè)化和信息化的融合，其實(shí)施主體是車間，智能制造系統(tǒng)是指由智能裝備、智能裝備構(gòu)建的智能生產(chǎn)線，以及多條不同的智能生產(chǎn)線構(gòu)建的智能車間。由制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）軟件上接ERP系統(tǒng)，下接硬件設(shè)備中樞，可以對車間的設(shè)備、人員、執(zhí)行過程、工具、量具、能源、生產(chǎn)計(jì)劃以及質(zhì)量等進(jìn)行統(tǒng)籌管理，有效地從執(zhí)行層面提升企業(yè)的制造實(shí)力，實(shí)現(xiàn)資源利用的最優(yōu)化、企業(yè)效益的最大化。3、智能制造系統(tǒng)應(yīng)用案例智能制造系統(tǒng)項(xiàng)目主要特征（1）生產(chǎn)過程數(shù)字化，實(shí)時(shí)采集產(chǎn)品的生產(chǎn)信息、設(shè)備信息、工藝信息、質(zhì)量信息等。（2）具備防錯(cuò)體系。以防發(fā)生重大故障時(shí)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)仍然得以保留。（4）具備生產(chǎn)現(xiàn)場管理體系。將生產(chǎn)進(jìn)度、狀態(tài)、報(bào)警、產(chǎn)品履歷、物料流動(dòng)等信息可視化。（5）具備人員、設(shè)備的績效體系。汽車生產(chǎn)線、各種產(chǎn)品生產(chǎn)線等3、智能制造系統(tǒng)應(yīng)用案例（6）可自動(dòng)排產(chǎn)?？蓪?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，并實(shí)時(shí)更新到生產(chǎn)線和管理看板。（7）標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量管理。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管控流程、分析失敗起因，實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)和