智能制造與機器人應(yīng)用技術(shù)第1章緒論第2章智能制造概述第3章智能制造內(nèi)涵第4章智能制造關(guān)鍵技術(shù)第5章智能制造與工業(yè)機器人第6章工業(yè)機器人行業(yè)應(yīng)用第7章工業(yè)機器人視覺技術(shù)及應(yīng)用第8章智能移動機器人第9章智能制造虛擬仿真技術(shù)第1章緒論1.1國外智能制造國家戰(zhàn)略1.1國外智能制造國家戰(zhàn)略1.1.1德國“工業(yè)4.0”1.背景（1）工業(yè)1.018世紀60年代，隨著蒸汽機的誕生，英國發(fā)起第一次工業(yè)革命，開創(chuàng)了以機器代替手工勞動的時代，蒸汽機帶動機械化生產(chǎn)，紡織、冶鐵、交通運輸?shù)刃袠I(yè)快速發(fā)展，人類社會進入工業(yè)1.0時代，即“機械化”時代，如圖1-1所示。1.1國外智能制造國家戰(zhàn)略（2）工業(yè)2.019世紀六七十年代起，電燈、電報、電話、發(fā)電機、內(nèi)燃機等一系列電氣發(fā)明相繼問世，電氣動力帶動自動化生產(chǎn)，出現(xiàn)第二次工業(yè)革命，汽車、石油、鋼鐵等重化工行業(yè)得到迅速發(fā)展。1.1國外智能制造國家戰(zhàn)略（3）工業(yè)3.020世紀四五十年代以來，在原子能、電子計算機、空間技術(shù)和生物工程等領(lǐng)域的重大突破，標志著第三次工業(yè)革命的到來。1.1國外智能制造國家戰(zhàn)略（4）工業(yè)4.0在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部正式推出以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，即“工業(yè)4.0”，并將其納入國家戰(zhàn)略。1.1國外智能制造國家戰(zhàn)略2.概念1.1國外智能制造國家戰(zhàn)略3.四大主題（1）智能工廠智能工廠重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)。（2）智能生產(chǎn)智能生產(chǎn)主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。（3）智能物流智能物流主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)來整合物流資源，充分提高現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率，而需求方則能夠快速獲得服務(wù)匹配，得到物流支持。（4）智能服務(wù)智能服務(wù)是應(yīng)用多方面信息技術(shù)，以客戶需求目的跨平臺、多元化的集成服務(wù)。4.三大集成（1）縱向集成縱向集成關(guān)注產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，力求在智能工廠內(nèi)通過互聯(lián)網(wǎng)建成生產(chǎn)的縱向集成。（2）數(shù)字化集成數(shù)字化集成關(guān)注產(chǎn)品整個生命周期的不同階段，包括設(shè)計與開發(fā)、安排生產(chǎn)計劃、管控生產(chǎn)過程以及產(chǎn)品的售后維護等，實現(xiàn)各個階段之間的信息共享，從而達成工程的數(shù)字化集成。1.1國外智能制造國家戰(zhàn)略（3）橫向集成橫向集成關(guān)注全社會價值網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)，從產(chǎn)品的研究、開發(fā)與應(yīng)用拓展至建立標準化策略、提高社會分工合作的有效性、探索新的商業(yè)模式以及考慮社會的可持續(xù)發(fā)展等，從而達成德國制造業(yè)的橫向集成。1.1.2其他各國智能制造戰(zhàn)略1.美國“振興美國先進制造業(yè)”（1）背景20世紀80年代以來，隨著經(jīng)濟全球化、國際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移及虛擬經(jīng)濟的不斷深化，美國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻的變化，制造業(yè)日益衰退，“去工業(yè)化”趨勢明顯，雖然美國制造業(yè)的增加值逐年提高，但制造業(yè)的增加值占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比重卻在逐年下降。（2）內(nèi)容《振興美國先進制造業(yè)》指出，加快技術(shù)創(chuàng)新、確保人才輸送、改善商業(yè)環(huán)境是振興美國制造業(yè)的三大支柱，具體內(nèi)容見表1-3。1.1國外智能制造國家戰(zhàn)略1.1國外智能制造國家戰(zhàn)略2.法國“新工業(yè)法國”（1）背景根據(jù)法國國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)，自20世紀80年代開始，法國開始進入“去工業(yè)化”時代，制造業(yè)就業(yè)崗位從1980年的510萬下降到2013年的290萬，制造業(yè)增加值占GDP比重從20.6%下降到10%。（2）內(nèi)容調(diào)整后的“新工業(yè)法國”總體布局為“一個核心，九大支點”，如圖1-6所示。3.英國“英國工業(yè)2050戰(zhàn)略”（1）背景英國是工業(yè)革命的發(fā)生地，現(xiàn)代工業(yè)的搖籃。（2）內(nèi)容“英國工業(yè)2050戰(zhàn)略”展望了2050年制造業(yè)的發(fā)展狀況，并據(jù)此分析了英國制造業(yè)的機遇和挑戰(zhàn)。1.1國外智能制造國家戰(zhàn)略1.1國外智能制造國家戰(zhàn)略4.印度“印度制造計劃”（1）背景自20世紀90年代初推行市場化改革以來，印度經(jīng)濟走出了一條不同于傳統(tǒng)工業(yè)化的發(fā)展道路，以新興的軟件、信息技術(shù)等服務(wù)業(yè)為增長主引擎，而制造業(yè)對國民經(jīng)濟的貢獻有限。（2）內(nèi)容“印度制造計劃”是以對外開放、自由化、市場化為指導(dǎo)思想，旨在推動本國制造業(yè)快速增長的經(jīng)濟計劃。5.日本“機器人新戰(zhàn)略”（1）背景日本制造業(yè)在第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展迅猛，20世紀60年代的工業(yè)年均增長率高達13%。（2）政策支持日本是全球工業(yè)機器人裝機數(shù)量最多的國家，其機器人產(chǎn)業(yè)也極具競爭力。1.2中國制造20251.2.1背景1.2.2主要內(nèi)容1.“三步走”戰(zhàn)略2.基本原則和方針1.2中國制造20251.2中國制造20253.五項重點工程（1）國家制造業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)工程重點開展行業(yè)基礎(chǔ)和共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、成果產(chǎn)業(yè)化、人才培訓(xùn)等工作；2015年建成15家，2020年建成40家制造業(yè)創(chuàng)新中心。（2）智能制造工程開展新一代信息技術(shù)與制造裝備融合的集成創(chuàng)新和工程應(yīng)用；建立智能制造標準體系和信息安全保障系統(tǒng)等。（3）工業(yè)強基工程以關(guān)鍵基礎(chǔ)材料、核心基礎(chǔ)零部件（元器件）、先進基礎(chǔ)工藝、產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)為發(fā)展重點。（4）綠色制造工程組織實施傳統(tǒng)制造業(yè)能效提升、清潔生產(chǎn)、節(jié)水治污等專項技術(shù)改造；制定綠色產(chǎn)品、綠色工廠、綠色企業(yè)標準體系。1.2中國制造2025（5）高端裝備創(chuàng)新工程組織實施大型飛機、航空發(fā)動機、智能電網(wǎng)、高端診療設(shè)備等一批創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化專項、重大工程。4.十大重點領(lǐng)域（1）新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)1）集成電路及專用裝備：著力提升集成電路的設(shè)計水平，不斷豐富知識產(chǎn)權(quán)（IP）和設(shè)計工具，提升國產(chǎn)芯片的應(yīng)用適配能力。2）信息通信設(shè)備：掌握新型計算、高速互聯(lián)、先進存儲、體系化安全保障等核心技術(shù)，推動核心信息通信設(shè)備的體系化發(fā)展與規(guī)?；瘧?yīng)用。1.2中國制造20253）操作系統(tǒng)及工業(yè)軟件：開發(fā)安全領(lǐng)域操作系統(tǒng)等工業(yè)基礎(chǔ)軟件，推進自主工業(yè)軟件的體系化發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。（2）高檔數(shù)控機床和機器人1）高檔數(shù)控機床：開發(fā)一批數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備及集成制造系統(tǒng)，加快高檔數(shù)控機床、增材制造等前沿技術(shù)和裝備的研發(fā)。2）機器人：圍繞汽車、機械、電子、危險品制造、國防軍工、化工、輕工等工業(yè)機器人、特種機器人，以及醫(yī)療健康、家庭服務(wù)、教育娛樂等服務(wù)機器人的應(yīng)用需求，積極研發(fā)新產(chǎn)品，促進機器人向標準化、模塊化方向發(fā)展，擴大市場應(yīng)用。1.2中國制造2025（3）航空航天裝備加快大型飛機的研制，建立發(fā)動機自主發(fā)展工業(yè)體系，開發(fā)先進機載設(shè)備及系統(tǒng)，形成自主完整的航空產(chǎn)業(yè)鏈。（4）海洋工程裝備及高技術(shù)船舶大力發(fā)展深海探測、資源開發(fā)利用、海上作業(yè)保障裝備及其關(guān)鍵系統(tǒng)和專用設(shè)備，掌握重點配套設(shè)備設(shè)計制造核心技術(shù)。（5）先進軌道交通裝備加快新材料、新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用，研制先進可靠適用的產(chǎn)品，建立世界領(lǐng)先的現(xiàn)代軌道交通產(chǎn)業(yè)體系。（6）節(jié)能與新能源汽車繼續(xù)支持電動汽車、燃料電池汽車的發(fā)展，掌握汽車核心技術(shù)，形成從關(guān)鍵零部件到整車的完整工業(yè)體系和創(chuàng)新體系。（7）電力裝備推進新能源和可再生能源裝備的發(fā)展，突破關(guān)鍵元器件和材料的制造及應(yīng)用技術(shù)，形成產(chǎn)業(yè)化能力。（8）農(nóng)機裝備重點發(fā)展糧食和戰(zhàn)略性經(jīng)濟作物主要生產(chǎn)過程使用的先進農(nóng)機裝備，推進形成面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化整體解決方案。1.2中國制造2025（9）新材料以先進復(fù)合材料為發(fā)展重點，加快研發(fā)新材料制備關(guān)鍵技術(shù)和裝備。（10）生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械發(fā)展藥物新產(chǎn)品，提高醫(yī)療器械的創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)化水平。重點發(fā)展影像設(shè)備、高性能診療設(shè)備、移動醫(yī)療產(chǎn)品，實現(xiàn)新技術(shù)的突破和應(yīng)用。1.2.3中國制造2025與德國工業(yè)4.01.區(qū)別1.2中國制造20252.聯(lián)系1.3智能制造的提出及建設(shè)意義1.3.1智能制造的提出1.3智能制造的提出及建設(shè)意義1.3.2智能制造的建設(shè)意義1.推動制造業(yè)升級2.重塑制造業(yè)新優(yōu)勢1.3.3智能制造的人才培養(yǎng)第2章智能制造概述2.1智能制造的定義與特點1.智能制造的定義2.智能制造的主要特點（1）自組織能力IMS中的各種組成單元能夠根據(jù)工作任務(wù)的需要自行集結(jié)成一種超柔性最佳結(jié)構(gòu)，并按照最優(yōu)的方式運行。（2）自律能力IMS具有搜集與理解環(huán)境信息及自身信息，并進行分析判斷和規(guī)劃自身行的能力。（3）自學(xué)習(xí)和自維護能力IMS能以原有的專家知識為基礎(chǔ)，在實踐中不斷進行學(xué)習(xí)，完善系統(tǒng)的知識庫，并刪除庫中不適用的知識，使知識庫更趨合理；同時，還能對系統(tǒng)故障進行自我診斷、排除及修復(fù)。2.1智能制造的定義與特點（4）智能集成整個制造系統(tǒng)的智能集成IMS在強調(diào)各個子系統(tǒng)智能化的同時，更注重整個制造系統(tǒng)的智能集成。（5）人機一體化智能系統(tǒng)IMS不單純是“人工智能”系統(tǒng)，而是人機一體化智能系統(tǒng)，是一種混合智能。（6）虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實是實現(xiàn)虛擬制造的支持技術(shù)，也是實現(xiàn)高水平人機一體化的關(guān)鍵技術(shù)之一。2.2智能制造技術(shù)體系2.2智能制造技術(shù)體系1.商業(yè)模式創(chuàng)新（1）開發(fā)智能產(chǎn)品智能產(chǎn)品通常包括機械元件、電氣元件和嵌入式軟件，具有記憶、感知、計算和傳輸功能。2.2智能制造技術(shù)體系2.生產(chǎn)模式創(chuàng)新（1）應(yīng)用智能裝備智能裝備具有檢測功能，可以實現(xiàn)在線檢測，從而補償加工誤差，提高加工精度，還可以對熱變形進行補償。（2）建立智能生產(chǎn)線鋼鐵、化工、制藥、食品飲料、煙草、芯片制造、電子組裝、汽車、軸承等行業(yè)的企業(yè)高度依賴自動化生產(chǎn)線，以實現(xiàn)自動化的加工、裝配和檢測。2.2智能制造技術(shù)體系（3）構(gòu)建智能車間要實現(xiàn)車間的智能化，需要對生產(chǎn)狀況、設(shè)備狀態(tài)、能源消耗、生產(chǎn)質(zhì)量、物料消耗等信息進行實時采集和分析，從而進行高效排產(chǎn)和合理排班，以顯著提高設(shè)備利用率。2.2智能制造技術(shù)體系（4）打造智能工廠智能工廠不僅生產(chǎn)過程應(yīng)實現(xiàn)自動化、透明化、可視化、精益化，產(chǎn)品檢測、質(zhì)量檢驗和分析、生產(chǎn)物流也應(yīng)當與生產(chǎn)過程實現(xiàn)閉環(huán)集成，也要實現(xiàn)信息共享、準時配送、協(xié)同作業(yè)。2.2智能制造技術(shù)體系3.運營模式創(chuàng)新（1）踐行智能研發(fā)離散制造企業(yè)在產(chǎn)品智能研發(fā)方面，應(yīng)用了計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助工藝過程設(shè)計（CAPP）、電子設(shè)計自動化（EDA）等工具軟件和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、產(chǎn)品周期管理（PLM）系統(tǒng)。（2）形成智能物流和供應(yīng)鏈體系制造企業(yè)越來越重視物流自動化，自動化立體倉庫、無人引導(dǎo)小車（AGV）、智能吊掛系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，智能分揀系統(tǒng)、堆垛機器人、自動輥道系統(tǒng)的應(yīng)用日趨普及。（3）開展智能管理實現(xiàn)智能管理的前提條件是，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確性和主要信息系統(tǒng)的無縫集成。4.決策模式創(chuàng)新2.3智能制造與數(shù)字制造2.3.1數(shù)字制造的定義與分類1.數(shù)字制造的定義2.數(shù)字制造的分類（1）以控制為中心的數(shù)字制造以數(shù)字量實現(xiàn)加工過程的物料流、加工流和控制流的表征、存儲與控制，就形成了以控制為中心的數(shù)字制造。（2）以設(shè)計為中心的數(shù)字制造將制造、檢測、裝配等方面的所有規(guī)劃以及產(chǎn)品設(shè)計、制造、工藝、管理、成本核算等所有信息數(shù)字化，并被制造過程的全階段所共享，就形成了以產(chǎn)品設(shè)計為中心的數(shù)字制造。2.3智能制造與數(shù)字制造（3）以管理中心的數(shù)字制造為了使制造企業(yè)經(jīng)營生產(chǎn)過程能隨市場需求快速的重構(gòu)和集成，出現(xiàn)了能覆蓋整個企業(yè)從產(chǎn)品的市場需求、研究開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、工程制造、銷售、服務(wù)、維護等生命周期中信息的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM），從而實現(xiàn)以“產(chǎn)品”和“供需鏈”為核心的過程集成，這就是以管理為中心的數(shù)字制造。2.3智能制造與數(shù)字制造3.數(shù)字孿生（1）概念數(shù)字李生是一種擬人化的說法，是指利用數(shù)字化技術(shù)營造的與現(xiàn)實世界對稱的數(shù)字化鏡像，可以理解成在虛擬的數(shù)字世界里按照真實的物理產(chǎn)品建立的一套對應(yīng)的數(shù)字化表達。2.3智能制造與數(shù)字制造（2）組成數(shù)字孿生涵蓋了產(chǎn)品數(shù)字孿生、生產(chǎn)工藝流程數(shù)字孿生和設(shè)備數(shù)字李生三個部分。1）產(chǎn)品數(shù)字孿生：在產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域，可以建立虛擬的數(shù)字化產(chǎn)品模型，如包含工藝信息的三維CAD模型，然后對其進行仿真測試和驗證，以更低的成本做更多的樣品。2）生產(chǎn)工藝流程數(shù)字李生：在生產(chǎn)管理領(lǐng)域，可將數(shù)字化模型構(gòu)建在生產(chǎn)管理體系中，在運營和生產(chǎn)管理的平臺上對生產(chǎn)進行調(diào)度、調(diào)整和優(yōu)化。3）設(shè)備數(shù)字李生：在設(shè)備管理領(lǐng)域，可以通過模型來模擬設(shè)備的運動和工作狀態(tài)，實現(xiàn)機械和電氣設(shè)備的聯(lián)動。2.3智能制造與數(shù)字制造2.3.2數(shù)字制造與智能制造的聯(lián)系2.3智能制造與數(shù)字制造2.3.3從數(shù)字制造到智能制造1.制造環(huán)節(jié)智能化2.3智能制造與數(shù)字制造2.流水線作業(yè)智能化3.機器人智能化2.4智能制造的發(fā)展趨勢1.計算機建模與仿真技術(shù)2.機器人和柔性化生產(chǎn)2.4智能制造的發(fā)展趨勢3.物聯(lián)網(wǎng)和務(wù)聯(lián)網(wǎng)4.供應(yīng)鏈動態(tài)管理、整合與優(yōu)化5.增材制造技術(shù)第3章智能制造內(nèi)涵第3章智能制造內(nèi)涵3.1智能工廠3.1.1智能工廠的內(nèi)涵與特征1.智能工廠的內(nèi)涵2.智能工廠的主要特征3.1智能工廠（1）設(shè)備互聯(lián)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)，通過與設(shè)備控制系統(tǒng)集成，以及外接傳感器等方式，由SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）實時采集設(shè)備的狀態(tài)、生產(chǎn)完工的信息、質(zhì)量信息，并通過應(yīng)用RFID（無線射頻技術(shù)）、條碼（一維和二維）等技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的可追溯，如圖3-3所示。（2）廣泛應(yīng)用工業(yè)軟件廣泛應(yīng)用MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、APS（先進生產(chǎn)排程）、能源管理、質(zhì)量管理等工業(yè)軟件，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的可視化和透明化。（3）結(jié)合精益生產(chǎn)理念充分體現(xiàn)工業(yè)3.1智能工廠工程和精益生產(chǎn)的理念，能夠?qū)崿F(xiàn)按訂單驅(qū)動拉動式生產(chǎn)，盡量減少在制品的庫存，消除浪費。（4）實現(xiàn)柔性自動化結(jié)合企業(yè)的產(chǎn)品和生產(chǎn)特點，持續(xù)提升生產(chǎn)、檢測和工廠物流的自動化程度。（5）注重環(huán)境友好，實現(xiàn)綠色制造能夠及時采集設(shè)備和生產(chǎn)線的能源消耗，實現(xiàn)能源的高效利用。在危險和存在污染的環(huán)節(jié)，優(yōu)先用機器人替代人工，能夠?qū)崿F(xiàn)廢料的回收和再利用。（6）實現(xiàn)實時洞察從生產(chǎn)排產(chǎn)指令的下達到完工信息的反饋，實現(xiàn)閉環(huán)。3.1智能工廠3.1.2智能工廠的組成與建設(shè)模式1.智能工廠的組成3.1智能工廠（1）企業(yè)資源計劃企業(yè)資源計劃（EnterpriseResourcePlanning,ERP）是一種主要面向制造行業(yè)進行物質(zhì)資源、資金資源和信息資源集成一體化管理的企業(yè)信息管理系統(tǒng)。3.1智能工廠（2）制造執(zhí)行系統(tǒng)制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem,MES）是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。（3）過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)（Process

ControlSystem,PCS）有時稱為“工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS）”，可收集制造過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，并返回數(shù)據(jù)，以進行狀態(tài)監(jiān)控和故障排除。（4）產(chǎn)品生命周期管理產(chǎn)品生命周期管理（ProductLifecycleManagement,PLM），是對產(chǎn)品的整個生命周期（包括投入期、成長期、成熟期、衰退期、結(jié)束期）進行全面管理，通過投入期的研發(fā)成本最小化和成長期至結(jié)束期的企業(yè)利潤最大化來達到降低成本和增加利潤的3.1智能工廠目標，如圖3-8所示。（5）供應(yīng)鏈管理供應(yīng)鏈管理（SupplyChainManagement,SCM）主要通過信息手段對供應(yīng)鏈（圖3-9）的各個環(huán)節(jié)中的各種物料、資金、信息等資源進行計劃、調(diào)度、調(diào)配、控制與利用，形成用戶、銷售商、分銷商、制造商、原材料供應(yīng)商的全部供應(yīng)過程的功能整體。3.1智能工廠（6）客戶關(guān)系管理客戶關(guān)系管理（CustomerRelationshipManagement,CRM），作一種新型管理機制，CRM極大地改善了企業(yè)與客戶之間的關(guān)系，實施于企業(yè)的市場營銷、產(chǎn)品銷售、服務(wù)與技術(shù)支持等與客戶相關(guān)的領(lǐng)域。3.1智能工廠2.智能工廠的建設(shè)模式（1）從數(shù)字工廠到智能工廠在石化、鋼鐵、治金、建材、紡織、造紙、醫(yī)藥、食品等流程制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的內(nèi)在動力在于產(chǎn)品品質(zhì)可控，側(cè)重從生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)起步，基于品控需求從產(chǎn)品末端控制向全流程控制轉(zhuǎn)變。3.1智能工廠（2）從智能生產(chǎn)單元到智能工廠在機械、汽車、航空、船舶、輕工、家用電器和電子信息等離散制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的核心目的是拓展產(chǎn)品的價值空間，側(cè)重從單臺設(shè)備自動化和產(chǎn)品智能化入手，基于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品效能的提升實現(xiàn)價值增長。（3）從個性化定制到智能工廠在家電、服裝、家居等距離用戶最近的消費品制造領(lǐng)域中，企業(yè)發(fā)展智能制造的重點在于充分滿足消費者多元化需求的同時實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)，側(cè)重通過互聯(lián)網(wǎng)平臺開展大規(guī)模個性定制模式創(chuàng)新。3.1智能工廠3.1.3案例分析3.2智能生產(chǎn)3.2智能生產(chǎn)3.2.1智能生產(chǎn)的設(shè)計目標1.裝備數(shù)字化智能化2.倉儲物流智能化3.生產(chǎn)執(zhí)行管理智能化4.效益目標3.2智能生產(chǎn)3.2.2智能生產(chǎn)的總體框架1.智能裝備與控制系統(tǒng)3.2智能生產(chǎn)（1）柔性制造系統(tǒng)的特點（圖3-17）1）機器柔性：機器設(shè)備具有隨產(chǎn)品的變化而加工不同零件的能力。3.2智能生產(chǎn)2）工藝柔性：能夠根據(jù)加工對象的變化或原材料的變化而確定相應(yīng)的工藝流程。3）生產(chǎn)能力柔性：當生產(chǎn)量改變時，系統(tǒng)能及時做出反應(yīng)而經(jīng)濟地運行。4）維護柔性：系統(tǒng)能采用在線監(jiān)控方式、故障診斷技術(shù)，保障設(shè)備正常進行。5）擴展柔性：當生產(chǎn)需要的時候，可以很容易地擴展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、增加模塊，構(gòu)成一個更大的制造系統(tǒng)。6）運行柔性：利用不同的機器、材料、工藝流程來生產(chǎn)一系列產(chǎn)品的能力。（2）柔性制造系統(tǒng)的主要功能1）能自動管理零件的生產(chǎn)過程，自感知加工狀態(tài)，自適應(yīng)控制，自動控制制造質(zhì)量，自動進行故障診斷與處理，自動進行信息收集與傳輸。2）簡單地改變加工工藝過程，就能制造出某一零件族的多種零件。3）在柔性制造系統(tǒng)的線邊，設(shè)有物料儲存和運輸系統(tǒng)，對零件的毛坯、隨行夾具、刀具，零件進行存儲，并按照系統(tǒng)指令將這些物料自動化傳送。3.2智能生產(chǎn)4）能解決多機床條件下零件的混流加工問題，且無需額外增加費用。5）具有優(yōu)化調(diào)度管理功能，能實現(xiàn)無人化或少人化加工。2.智能倉儲和物流系統(tǒng)3.智能制造執(zhí)行系統(tǒng)3.2智能生產(chǎn)3.3智能物流3.3.1智能物流的定義與特點1.智能物流的定義3.3智能物流2.智能物流的特點（1）智能化運用數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析，對物流具有一定反應(yīng)機理，可以做出相應(yīng)措施，使物流系統(tǒng)智能化。（2）一體化和層次化以物流管理為中心，實現(xiàn)物流過程中運輸、存儲、包裝、裝卸等環(huán)節(jié)的一體化和智能物流系統(tǒng)的層次化。（3）柔性化由于電子商務(wù)的發(fā)展，使以前以生產(chǎn)商為中心的商業(yè)模式轉(zhuǎn)力以消費者為中心的商業(yè)模式，根據(jù)消費者需求來調(diào)節(jié)生產(chǎn)工藝，從而實現(xiàn)物流系統(tǒng)的柔性化。3.3智能物流（4）社會化智能物流的發(fā)展會帶動區(qū)域經(jīng)濟和互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的高速發(fā)展，從而在某些方面改變?nèi)藗兊纳罘绞剑瑥亩鴮崿F(xiàn)社會化。3.3.2核心技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀1.集成化的物流規(guī)劃設(shè)計仿真技術(shù)2.物流實時跟蹤技術(shù)3.網(wǎng)絡(luò)化分布式倉儲管理及庫存控制技術(shù)4.物流運輸系統(tǒng)的調(diào)度優(yōu)化技術(shù)3.3.3智能物流的發(fā)展趨勢1.智能化物流系統(tǒng)2.智能物流裝備服務(wù)的市場化與專業(yè)化3.3智能物流3.智能物流倉儲系統(tǒng)4.云倉系統(tǒng)3.4智能服務(wù)3.4.1智能服務(wù)的定義與特點1.定義2.特點3.4智能服務(wù)3.生態(tài)結(jié)構(gòu)3.4智能服務(wù)3.4智能服務(wù)4.總體框架（1）通信連接服務(wù)要對所有產(chǎn)品提供在線服務(wù)，首先要將這些裝備產(chǎn)品連接起來，在裝備產(chǎn)品基本智能化的基礎(chǔ)上，通過傳感器、嵌入式系統(tǒng)來取裝備運行的參數(shù)。（2）在線云服務(wù)平臺在線云服務(wù)平臺由數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施、云計算平臺和應(yīng)用系統(tǒng)組成。1）設(shè)備及性能管理：設(shè)備資產(chǎn)性能管理是在線服務(wù)的核心，其功能包括設(shè)備（產(chǎn)品）技術(shù)檔案的創(chuàng)建、存儲、管理資產(chǎn)的屬性，如基于產(chǎn)品出廠編號的產(chǎn)品物料清單、質(zhì)量追溯記錄（零部件供應(yīng)商及質(zhì)量記錄）、產(chǎn)品全生命周期的維修3.4智能服務(wù)記錄、維修知識庫等。2）模型及數(shù)據(jù)分析：在線云服務(wù)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)與設(shè)備資產(chǎn)連接，來獲取大量設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù)，檢測設(shè)備的運行狀態(tài)，進行故障診斷，對運行狀態(tài)進行預(yù)測，在維修知識庫和專家系統(tǒng)的支持下做出維修決策。圖3-27所示為預(yù)測性維修所需的模型和分析方法。3）數(shù)據(jù)處理：通過傳感器、嵌入式系統(tǒng)來獲取設(shè)備的運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)；從企業(yè)的研發(fā)設(shè)計系統(tǒng)和企業(yè)經(jīng)營管理系統(tǒng)獲取產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量跟蹤數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、供應(yīng)商數(shù)據(jù)。4）執(zhí)行操作：在服務(wù)合同允許的條件下，根據(jù)運行狀態(tài)，經(jīng)過決策分析，可以對設(shè)備進行優(yōu)化控制；通過故障診斷，確定維修策略，派遣維修人員現(xiàn)場維修，或者提示用戶進行維修或保養(yǎng)。3.4智能服務(wù)3.4.2智能服務(wù)的發(fā)展現(xiàn)狀第4章智能制造關(guān)鍵技術(shù)第4章智能制造關(guān)鍵技術(shù)4.1機器人技術(shù)4.1.1概念及特點4.1機器人技術(shù)1.機器人術(shù)語的來歷2.機器人三原則（1）第一原則機器人必須不能傷害人類，也不允許見到人類將要受傷害而袖手旁觀。（2）第二原則機器人必須完全服從于人類的命令，但不能違反第一原則。（3）第三原則機器人應(yīng)保護自身的安全，但不能違反第一和第二原則。4.1機器人技術(shù)4.1.2技術(shù)及應(yīng)用4.1機器人技術(shù)1.工業(yè)機器人2.服務(wù)機器人（1）公共服務(wù)機器人公共服務(wù)機器人是指面向公眾或商業(yè)任務(wù)的服務(wù)機器人，包括迎賓機器人、餐廳服務(wù)機器人、酒店服務(wù)機器人、銀行服務(wù)機器人和場館服務(wù)機器人等，如圖4-4a所示。（2）個人/家用服務(wù)機器人個人/家用服務(wù)機器人是指在家庭以及類似環(huán)境中由非專業(yè)人士使用的服務(wù)機器人，包括家政、教育娛樂、養(yǎng)老助殘、家務(wù)機器人、個人運輸和安防監(jiān)控等類型的機器人，如圖4-4b所示。4.1機器人技術(shù)（3）特種機器人特種機器人是指由專業(yè)知識人士操縱的、面向國家、特種任務(wù)的服務(wù)機器人，包括國防/軍事機器人、航空航天機器人、搜救救援機器人、醫(yī)用機器人、水下作業(yè)機器人、空間探測機器人、農(nóng)場作業(yè)機器人、排爆機器人、管道檢測機器人和消防機器人等，如圖4-5所示。4.2人工智能技術(shù)4.2.1概念及特點1.概念4.2人工智能技術(shù)2.特點4.2人工智能技術(shù)4.2.2技術(shù)及應(yīng)用1.機器學(xué)習(xí)4.2人工智能技術(shù)4.2人工智能技術(shù)2.知識圖譜（1）實體在知識圖譜里，通常用“實體（Entity）”來表達圖里的節(jié)點，實體指的是現(xiàn)實世界中的事物，如人、地名、概念、藥物、公司等。（2）關(guān)系在知識圖譜中，用“關(guān)系（Relation）”來表達圖里的“邊”。4.2人工智能技術(shù)3.自然語言處理（1）語音識別將口語翻譯成文本。（2）自然語言理解計算機能理解自然語言文本的意義。（3）自然語言生成計算機能以自然語言文本來表達給定的意圖、思想等。4.人機交互（1）多通道交互多通道交互是一種使用多種通道與計算機通信的人機交互方式，如言語、眼神、臉部表情、唇動、手動、手勢、頭動、肢體姿勢、觸覺、嗅覺或味覺等。（2）虛擬現(xiàn)實和三維交互了達到三維效果和立體的沉浸感，人們先后發(fā)明了立體眼鏡、頭盔式顯示器、雙目全方位監(jiān)視器、墻式顯示屏的自動聲像虛擬環(huán)境CAVE（圖4-11）等。4.2人工智能技術(shù)4.2人工智能技術(shù)5.計算機視覺4.2人工智能技術(shù)6.生物特征識別4.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)4.3.1概念及特點（1）全面感知工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是利用了射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)、二維碼技術(shù)隨時獲取產(chǎn)品從生產(chǎn)過程直到銷售到終端用戶使用的各個階段信息數(shù)據(jù)。（2）互聯(lián)傳輸工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通過專用網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)相連的方式，實時將設(shè)備信息準確無誤地傳遞出去。（3）智能處理工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是利用云計算、云存儲、模糊識別及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能計算的技術(shù)，對數(shù)據(jù)和信息進行分析并處理，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，深挖數(shù)據(jù)的價值。（4）自組織與自維護一個功能完善的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)具有自組織與自維護的功能。4.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)4.3.2技術(shù)及應(yīng)用1.物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（1）感知層其主要功能是通過各種類型的傳感器對物質(zhì)屬性、環(huán)境狀態(tài)、行態(tài)勢等靜態(tài)/動態(tài)的信息進行大規(guī)模、分布式的信息獲取與狀態(tài)辨識。（2）傳輸層其主要功能是通過現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)（如GSM網(wǎng)、TD-SCDMA網(wǎng)）、無線接入網(wǎng)（如WiMAX）、無線局域網(wǎng)（WiFi）、衛(wèi)星網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施，將來自感知層的信息傳送到互聯(lián)網(wǎng)中。（3）應(yīng)用層其主要功能是集成系統(tǒng)底層的功能，構(gòu)建起面向各類行業(yè)的實際應(yīng)用。4.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2.應(yīng)用4.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（1）智能家居智能家居是以住宅為基礎(chǔ)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、語音視頻技術(shù)將與家居生活有關(guān)的設(shè)施進行高度信息化集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，以提升家居安全性、便利性、舒適性和藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境，如圖4-16所示。4.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（2）智能交通智能交通系統(tǒng)將先進的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計算機技術(shù)等，有效地集成運用于整個地面交通管理系統(tǒng)。（3）智能醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能醫(yī)療的應(yīng)用場景如圖4-18所示，聯(lián)網(wǎng)的便攜式醫(yī)療設(shè)備可對病人進行遠程監(jiān)護，可實現(xiàn)對人體生理參數(shù)和生活環(huán)境的遠程實時監(jiān)測與詳細記錄，便于醫(yī)務(wù)人員全面地了解病人的病歷和生活習(xí)慣，提前發(fā)現(xiàn)并預(yù)防潛在疾病。4.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)4.4大數(shù)據(jù)技術(shù)4.4.1概念及特點1.概念（1）工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備指的是工廠內(nèi)設(shè)備，主要可分為三類：專用采集設(shè)備，如傳感器、變送器；通用控制設(shè)備，如PLC、嵌入式系統(tǒng)；專用智能設(shè)備/裝備，如機器人、數(shù)控機床、AGV小車等。（2）工廠外智能產(chǎn)品/裝備通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對工廠外智能產(chǎn)品/裝備的遠程接入和數(shù)據(jù)采集，主要采集智能產(chǎn)品/裝備運行時的關(guān)鍵指標數(shù)據(jù)，如工作電流、電壓、功耗、電池電量、內(nèi)部資源消耗、通信狀態(tài)、通信流量等數(shù)據(jù)，主要用于實現(xiàn)智能產(chǎn)品/裝備的遠程監(jiān)控、健康狀態(tài)監(jiān)測和遠程維護等應(yīng)用。（3）EPR、MES等應(yīng)用系統(tǒng)通過接口和系統(tǒng)集成方式實現(xiàn)對SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、DCS分布式控制系統(tǒng)、MES生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)系統(tǒng)、ERP企業(yè)資源計劃系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。4.4大數(shù)據(jù)技術(shù)2.特點（1）數(shù)據(jù)量（Volumes）大計量單位從TB級上升到PB、EB、ZB、YB級及以上級別。（2）數(shù)據(jù)類別（Variety）大數(shù)據(jù)來自多種數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)的種類和格式日漸豐富，既包含生產(chǎn)日志、圖片、聲音，又包含動畫、視頻、位置等信息，已沖破了以前所限定的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)范疇，囊括了半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)處理速度（Velocity）快在數(shù)據(jù)量非常龐大的情況下，也能夠做到數(shù)據(jù)的實時處理。（4）價值密度（Value）低隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，信息感知無處不在，信息海量，但存在4.4大數(shù)據(jù)技術(shù)大量不相關(guān)的信息，因此需要對未來趨勢與模式進行可預(yù)測分析，利用機器學(xué)習(xí)、人工智能等進行深度復(fù)雜分析。（5）數(shù)據(jù)真實性（Veracity）高隨著社交數(shù)據(jù)、企業(yè)內(nèi)容、交易與應(yīng)用數(shù)據(jù)等新數(shù)據(jù)源的興起，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源的局限被打破，企業(yè)愈發(fā)需要有效的信息之力，以確保其真實性及安全性。4.4.2技術(shù)及應(yīng)用1.關(guān)鍵技術(shù)（1）大數(shù)據(jù)集成與清洗技術(shù)大數(shù)據(jù)集成是把不同來源、格式、特點性質(zhì)的數(shù)據(jù)有機集中。（2）大數(shù)據(jù)存儲與管理技術(shù)該技術(shù)是采用分布式存儲、云存儲等技術(shù)將數(shù)據(jù)進行經(jīng)濟、安全、可靠的存儲管理，并采用高吞吐量數(shù)據(jù)庫技術(shù)和非結(jié)構(gòu)化訪問技術(shù)支持云系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的高效快速訪問。（3）大數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)該技術(shù)是從海量、不完全、有噪聲、模糊及隨機的大型數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)隱含在其中有價值的、潛在有用的信息和知識。4.4大數(shù)據(jù)技術(shù)（4）大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)該技術(shù)是利用包括二維綜合報表、VR/AR等計算機圖形圖像處理技術(shù)和可視化展示技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形、圖像并顯示在屏幕上，使數(shù)據(jù)變得直觀且易于理解。4.4大數(shù)據(jù)技術(shù)（5）大數(shù)據(jù)標準與質(zhì)量體系技術(shù)該技術(shù)包括了工業(yè)大數(shù)據(jù)通用技術(shù)、平臺、產(chǎn)品、行業(yè)、安全等方面的標準和規(guī)范。（6）大數(shù)據(jù)安全技術(shù)工業(yè)大數(shù)據(jù)涉及大量重要工業(yè)數(shù)據(jù)和用戶隱私信息，在傳輸和存儲時都會存在一定的數(shù)據(jù)安全隱患，也存在黑客竊取數(shù)據(jù)、攻擊企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的風險。2.應(yīng)用（1）生產(chǎn)工藝改進在生產(chǎn)過程中使用工業(yè)大數(shù)據(jù)，就能分析整個生產(chǎn)流程，了解每個環(huán)節(jié)是如何執(zhí)行的。（2）生產(chǎn)流程優(yōu)化利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，還可以對工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程建立虛擬模型，仿真并優(yōu)化生產(chǎn)流程。（3）能耗優(yōu)化在能耗分析方面，在設(shè)備生產(chǎn)過程中利用傳感器集中監(jiān)控所有的生產(chǎn)流程，能夠發(fā)現(xiàn)能耗的異?；蚍逯登樾?，由此便可在生產(chǎn)過程中優(yōu)化能源的消耗，對所有流程進行分析將會大大降低能耗，如圖4-21所示。4.4大數(shù)據(jù)技術(shù)4.5云計算技術(shù)4.5.1概念及特點1.概念4.5云計算技術(shù)2.特點（1）自助式服務(wù)消費者無需與服務(wù)提供商交互就可以得到自助的計算資源能力，如服務(wù)器的時間、網(wǎng)絡(luò)存儲等（資源的自助服務(wù)），如圖4-23所示。（2）無所不在的網(wǎng)絡(luò)訪問消費者可借助于不同的客戶端通過標準的應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)進行訪問，如圖4-24所示。4.5云計算技術(shù)（3）劃分獨立資源池根據(jù)消費者的需求來動態(tài)地劃分或釋放不同的物理和虛擬資源，這些池化的供應(yīng)商計算資源以多租戶的模式來提供服務(wù)。（4）快速彈性云計算系統(tǒng)能夠快速和彈性地提供資源并且快速和彈性地釋放資源。（5）服務(wù)可計量云系統(tǒng)對服務(wù)類型通過計量的方法來自動控制和優(yōu)化資源使用（如存儲、處理、寬帶及活動用戶數(shù)）。4.5云計算技術(shù)4.5.2技術(shù)及應(yīng)用1.服務(wù)模式（1）SaaSSaas就是軟件服務(wù)提供商了滿足用戶的需求提供的軟件的計算能力。（2）PaasPaas是一種分布式平臺服務(wù)，為用戶提供一個包括應(yīng)用設(shè)計、應(yīng)用開發(fā)、應(yīng)用測試及應(yīng)用托管的完整的計算機平臺，如圖4-26所示。4.5云計算技術(shù)4.5云計算技術(shù)（3）laaslaas是把計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)以及搭建應(yīng)用環(huán)境所需的一些工具當成服務(wù)提供給用戶，使得用戶能夠按需獲取IT基礎(chǔ)設(shè)施。4.5云計算技術(shù)2.部署模式（1）公有云公有云是一種對公眾開放的云服務(wù)，由云服務(wù)提供商運營，為最終用戶提供各種IT資源，可以支持大量用戶的并發(fā)請求。4.5云計算技術(shù)（2）私有云私有云指組織機構(gòu)建設(shè)專供自己使用的云平臺。（3）混合云混合云是由私有云及外部云提供商構(gòu)建的混合云計算模式。4.5云計算技術(shù)（4）社區(qū)云社區(qū)云服務(wù)的用戶是一個特定范圍的群體，它既不是一個單位內(nèi)部的，也不是一個完全公開的服務(wù)，而是介于兩者之間。3．應(yīng)用介紹（1）阿里巴巴一阿里云ET工業(yè)大腦平臺阿里云ET工業(yè)大腦平臺依托阿里云大數(shù)據(jù)平臺，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)與工業(yè)領(lǐng)域知識的結(jié)合實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)建模分析，有效地改善生產(chǎn)良率、優(yōu)化工藝參數(shù)、提高設(shè)備利用率、減少生產(chǎn)能耗，提升設(shè)備預(yù)測性維護能力。（2）航天云網(wǎng)一INDICS平臺INDICS平臺是由中國航天科工集團開發(fā)的云計算平臺。4.5云計算技術(shù)（3）華為—OceanConnectIoT平臺華為推出的OceanConnectIoT平臺在技術(shù)架構(gòu)上分3層，分別為連接管理層、設(shè)備管理層和應(yīng)用使能層。4.6虛擬現(xiàn)實技術(shù)4.6.1概念及特點1.概念2.特點（1）沉浸性指利用三維立體圖像，給人一種身臨其境的感覺。（2）交互性指利用一些傳感設(shè)備進行交互，使用戶感覺就像是在真實客觀世界中一樣。（3）想象性指使用戶沉浸其中并提高感性和理性認識，進而產(chǎn)生認知上的新意和構(gòu)想。4.6虛擬現(xiàn)實技術(shù)4.6.2技術(shù)及應(yīng)用1.系統(tǒng)組成4.6虛擬現(xiàn)實技術(shù)（1）專業(yè)圖形處理計算機計算機在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中處于核心地位，是系統(tǒng)的心臟，是VR的引擎，主要負責從輸人設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)、訪問與任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行任務(wù)要求的實時計算。（2）應(yīng)用軟件系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用軟件系統(tǒng)是實現(xiàn)VR技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，提供了工具包和場景圖，主要完成虛擬世界中對象的幾何模型、物理模型、行次模型的建立和管理；三維立體聲的生成、三維場景的實時繪制；虛擬世界數(shù)據(jù)庫的建立與管理等。（3）數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫用來存放整個虛擬世界中所有對象模型的相關(guān)信息。（4）輸入設(shè)備輸入設(shè)備是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的輸入接口。（5）輸出設(shè)備輸出設(shè)備是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的輸出接口，是對輸人的反饋。2.應(yīng)用分析（1）生產(chǎn)線設(shè)計虛擬現(xiàn)實技術(shù)借助計算機技術(shù)和仿真技術(shù)，從產(chǎn)品設(shè)計初期就可實時、并行地對產(chǎn)品制造過程進行建模和仿真，以檢查產(chǎn)品的可加工性和設(shè)計合理性，從而及時地修改設(shè)計，有效靈活地組織生產(chǎn)。4.6虛擬現(xiàn)實技術(shù)（2）自動化系統(tǒng)優(yōu)化利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以先在虛擬環(huán)境中調(diào)試自動化控制邏輯和PLC代碼，然后再將其下載到真實設(shè)備。4.6虛擬現(xiàn)實技術(shù)（3）生產(chǎn)過程仿真隨著生產(chǎn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，制造系統(tǒng)的自動化程度也越來越高，系統(tǒng)也越來越復(fù)雜。4.6虛擬現(xiàn)實技術(shù)（4）機器人的編程與仿真在智能制造中，大量的工業(yè)機器人被采用，用來代替人類執(zhí)行某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)。4.7

3D打印技術(shù)4.7.1概念及特點1.概念4.7

3D打印技術(shù)2.特點4.7.2技術(shù)及應(yīng)用1.關(guān)鍵技術(shù)（1）熔融沉積成形技術(shù)（FDM）FDM是現(xiàn)今使用最廣泛的一種快速造型技術(shù)，是將絲狀的熱熔性4.7

3D打印技術(shù)材料加熱熔化，機械噴頭通過程序控制將絲狀材料迅速地噴涂在工作板上，經(jīng)過快速冷卻之后形成熔融層。（2）光固化立體成形技術(shù)（SLA）SLA是最早商用化的打印技術(shù)，按照照射方式的不同，可分為直接光刻和掩膜光刻法。1）直接光刻法：直接光刻法基于直接光固化技術(shù)，如圖4-43a所示。2）掩膜光刻法：掩膜光刻法與直接光刻法的不同之處在于，激光路徑和承物臺的移動方向。4.7

3D打印技術(shù)（3）疊層實體制造技術(shù)（LOM）LOM技術(shù)由Helisys開發(fā)，這項技術(shù)基于一層一層材料的疊加而成型，材料包括塑料、紙、金屬等。1）優(yōu)點：①LOM技術(shù)獲得的原型零件精度較高，通常小于0.15mm。②制件能承受高達200°C的溫度，有較高的力學(xué)性能。③制件的尺寸大，可達1600mm。2）缺點：①成型過程中需要對承物臺和滾輪進行加熱，以確保層與層之間有良好的黏結(jié)性，加熱不均或不充分會導(dǎo)致層與層之間粘連不牢而起皮或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)破壞。②廢料難以剝離，不能循環(huán)利用。③所用材料必須能被制成薄膜，這也是IOM技術(shù)的另一缺點。4.7

3D打印技術(shù)（4）選擇性激光燒結(jié)/熔融技術(shù)（SLS/SLM）SIS技術(shù)誕生于20世紀80年代，它仍然是基于固體粉末材料的一項技術(shù)。4.7

3D打印技術(shù)2.應(yīng)用分析（1）汽車制造利用3D打印技術(shù)，可以在數(shù)小時或數(shù)天內(nèi)制作出概念模型，由于3D打印的快速成型特性，汽車廠商可以應(yīng)用于汽車外形設(shè)計的研發(fā)。4.7

3D打印技術(shù)4.7

3D打印技術(shù)（2）食品加工隨著人們對食品的要求越來越高，個性化的食品越來越受到人們的青睞。4.8無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4.8.1概念及特點1.概念2.特點（1）大規(guī)模包括兩方面的含義：一方面是傳感器節(jié)點分布在很大的地理區(qū)域內(nèi)，如在原始大森林采用傳感器網(wǎng)絡(luò)進行森林防火和環(huán)境監(jiān)測，需要部署大量的傳感器節(jié)點；另一方面，傳感器節(jié)點部署很密集，在面積較小的空間內(nèi)，密集部署了大量的傳感器節(jié)點。（2）自組織傳感器節(jié)點的放置位置不能預(yù)先精確設(shè)定，如通過飛機播撒大量傳感器節(jié)點到面積廣闊的原始森林中，這樣就要求傳感器節(jié)點具有自組織的能力，能夠自動進行配置和管理。（3）可靠性無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特別適合部署在惡劣環(huán)境或人類不宜到達的區(qū)域，節(jié)點可以工作在露天環(huán)境中，遭受日曬、風吹、雨淋，甚至遭到人或動物的破壞。（4）集成化傳感器節(jié)點的功耗低，體積小，價格便宜，實現(xiàn)了集成化。4.8無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4.8.2技術(shù)及應(yīng)用1.關(guān)鍵技術(shù)4.8無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（1）無線傳感器節(jié)點無線傳感器節(jié)點具有感知、計算和通信能力，它主要由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源組成，如圖4-52所示，完成對感知對象的信息采集、存儲和簡單的計算。（2）網(wǎng)關(guān)節(jié)點無線傳感器節(jié)點分布在需要監(jiān)測的區(qū)域，用來監(jiān)測特定的信息、物理參量等；網(wǎng)關(guān)節(jié)點將監(jiān)測現(xiàn)場中許多傳感器節(jié)點獲得的被監(jiān)測量數(shù)據(jù)收集匯聚后，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送到遠端的監(jiān)控中心。4.8無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（3）傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)為傳感器之間、傳感器與監(jiān)控中心之間提供通暢的通信，可以在傳感器與監(jiān)控終端之間建立通信路徑。（4）監(jiān)控中心針對不同的具體任務(wù)，監(jiān)控中心負責對無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的信息進行分析處理，并在需要的情況下向無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)布查詢和控制指令。2.應(yīng)用分析4.9射頻識別技術(shù)4.9