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6智能制造概

論劉 強

編著珠穆朗瑪峰By

漫步天涯1【內容簡介】2本書首先介紹制造技術和智能制造的發(fā)展歷程，討論了智能制造的內涵與特征、構成要素和參考架構模型等智能制造技術基礎，介紹了智能感知、工業(yè)互聯網、工業(yè)大數據、云計算和邊緣計算、虛擬現實/增強現實、人工智能和數字孿生等新一代智能制造支撐技術；以智能工廠和智能生產為主題，并結合實際案例，討論了橫向集成、縱向集成和端到端集成等3大集成技術，以及動態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行4項功能應用使能技術；最后闡述了推進和實施智能制造的基本原則、發(fā)展階段、演進范式和具體步驟，展望了智能制造的未來。【本書特點】3本書以作者多年研究構建的“智能制造理論體系架構”為指導[參見：劉強.智能制造理論體系架構研究(J).

中國機械工程，2000.31(1):24-36]，內容系統(tǒng)、視角獨特、圖例豐富但又深入淺出。各章內容有機地參考和融合了作者及其研究團隊、國內外學者發(fā)表的著作、論文和研究成果，并通過實例、圖例和應用案例等多種形式呈現，具有新穎性、可讀性和指導性。本書主要讀者對象為智能制造工程、機械工程及其相關專業(yè)本科生等，可用作智能制造概論、智能制造導論以及智能制造工程基礎等課程的教材，也可用作為其它有關智能制造的教學和培訓參考書。通過課程學習，學生將了解智能制造發(fā)展的歷程，理解和掌握智能制造的基礎理論和關鍵技術，了解智能工廠和智能生產的構建及實現場景，并探討智能制造的未來發(fā)展方向和技術路線。【作者簡介】”4劉強，

1963

年3

月生于湖南，

工學博士，

現任北京航空航天大學二級教授、北航江西研究院院長、高效數控加工技術創(chuàng)新中心主任；

2000

年~2007

年任機械工程及自動化學院院長。兼任全國數控系統(tǒng)技術標委會副主任委員、全國金屬切削機床標委會智能化數控機床創(chuàng)新工作組首席專家、《機械工程學報》、《計算機集成制造》、《中國機械工程》編委等，還曾兼任“863計劃”先進制造技術主題專家、04

重大科技專項監(jiān)督評估組專家、“

科技創(chuàng)新-2030智能制造與機器人重大項目總體組專家、中國機械工程學會機械工業(yè)自動化分會/中國自動化學會制造技術專委會主任委員等。研究方向為智能加工與先進數控技術。主持包括04重大專項、國家重點研發(fā)計劃、NSFC等各類科研項目和課題30

余項，

發(fā)表論文150

余篇，

獲專利和軟件著作權60余項，出版著作4

部。主講機電控制工程基礎、智能制造工程基礎、智能加工與先進數控技術、機電系統(tǒng)建模及智能控制等課程，已培養(yǎng)博士/碩士研究生100余名。獲中國機械工業(yè)科學技術獎特等獎、國防科學技術獎二等獎等獎勵，獲機械工業(yè)科技創(chuàng)新領軍人才、智造名家、泰山學者、北京市優(yōu)秀教師、北航十佳教師等稱號。【E-mail】qliusmea@第1章

概述【導讀】本章概要介紹了制造技術發(fā)展歷史，分析了從工業(yè)1.0到工業(yè)4.0不同發(fā)展階段之間制造技術變遷的特點，提出制造業(yè)在工業(yè)4.0時代“優(yōu)質、高效、低耗、綠色、安全”

的總體目標及其新的內涵，

介紹了智能制造不同階段的發(fā)展特點和主要工業(yè)發(fā)達國家關于智能制造發(fā)展的國家戰(zhàn)略，

闡述了現代意義上的“

制造”

一詞的定義和智能制造的基本概念，

對德國、美國、日本和中國在智能制造發(fā)展方面的特點和優(yōu)勢進行了分析比較，

最后介紹了本課程的教學目標與主要教學內容安排。5第1章

概述671.1.1

人類文明、工業(yè)革命與制造技術直立行走+使用火+制造和使用工具，南方古猿>>能人>>直立人>>智人人類文明的進程，與制造密不而分。8工業(yè)1.0工具時代鉆木取火原始狩獵打制石器原始工具吳王夫差劍司母戊鼎農業(yè)時代鐵制農具/武器工業(yè)時代蒸汽機發(fā)明與應用電力發(fā)明與應用信息技術出現與應用智能時代CPS/IoT/I-Internet工業(yè)2.0工業(yè)3.0工業(yè)4.0工業(yè)革命與制造技術發(fā)展息息相關！9制造活動——人類生存、進化、生活和生產活動中一個永恒的主題工業(yè)x.0 ——機械化、電氣化、信息化、智能化第1次工業(yè)革命(

工業(yè)1.0)——蒸汽機時代1785年瓦特對蒸汽機進行重大改良，投入使用并迅速推廣應用。以蒸汽機的問世為標志，以紡織機械的革新為起點，實現了從采用手工工具的生產到機械化大生產的轉變，出現了大工業(yè)生產，引領了人類社會的工業(yè)文明。1019世紀紡織生產車間19世紀機械加工車間[來源：圖片來自網絡]第一次工業(yè)革命后，產生了現代意義的“制造” 概念現代意義上的“

制造(Manufacturing)”

是指通過機器進行制作或生產產品，特別是大批量地制作或生產產品。1120世紀初福特T型車生產線21世紀現代化汽車生產線[來源：圖片來自網絡]第2次工業(yè)革命(

工業(yè)2.0)——電氣時代19世紀后半葉和20世紀初，發(fā)電、照明、通訊等新發(fā)現、新技術、新發(fā)明層出不窮。電力技術主導的產業(yè)革命，以基于電力驅動為代表的自動化為特征，全面推動了化工、鋼鐵和冶金、內燃機等技術發(fā)展，使汽車、機車、艦船、飛機制造等迅速興起，極大地提高了生產力并改變了人類的生活方式。1219世紀的發(fā)電機自動車床[來源：圖片來自網絡]第3次工業(yè)革命(

工業(yè)3.0)——信息化時代起始于20世紀40年代并持續(xù)影響至今，以核能、空間、計算機等技術應用為代表，給信息技術、新能源、新材料、生物、空間和海洋等領域帶來了全新的發(fā)展。核心是以數字化為基礎的信息技術(Information Technology，

IT)，典型應用實例：柔性制造系統(tǒng)FMS、計算機集成制造系統(tǒng)CIMS。不僅帶來了生產和經濟領域的變革，也引起了人類生活方式和思維方式的重大變化。13柔性制造系統(tǒng)圖計算機集成制造系統(tǒng)[來源：圖片來自網絡]第4次工業(yè)革命(

工業(yè)4.0)——智能化時代以新一代信息技術、人工智能技術融合應用于制造業(yè)而引發(fā)新的工業(yè)革命。生產中的“人-

機-

物”互聯互通，機器、存儲系統(tǒng)和生產設施將能夠感知、處理、共享和交換信息，進行自主決策，對設備、生產過程實現最優(yōu)化控制或管控。人工智能(AI)

和新一代信息通信技術(ICT)

與制造技術高度融合，

構建數字孿生和賽博物理系統(tǒng)CPS，形成“智能化”特征、虛實結合的全新生產方式。14工業(yè)4.0的生產場景數字孿生和CPS[來源：圖片來自網絡]1.1.2

制造技術的發(fā)展變遷15工業(yè)x.0時代劃分主要標志生產模式制造技術特點制造裝備及系統(tǒng)工業(yè)1.0蒸汽時代蒸汽機動力應用單件小批量機械化集中動力源的機床工業(yè)2.0電氣時代電能和電力驅動大規(guī)模生產標準化剛性自動化普通機床組合機床剛性生產線工業(yè)3.0信息化時代數字化信息技術柔性化生產柔性自動化數字化網絡化數控機床、復合機床FMS、CIMS工業(yè)4.0智能化時代新一代信息技術(I-Internet,IoT,

AI,BD,CC,

etc.)網絡化協(xié)同大規(guī)模個性化定制人-機-物互聯自感知、自分析自決策、自執(zhí)行智能化裝備、增材制造混合制造、云制造賽博物理生產系統(tǒng)1.1.2

制造技術的發(fā)展變遷16制造技術特點制造裝備及系統(tǒng)機械化集中動力源的機床工業(yè)2.0電氣時代電能和電力驅動大規(guī)模生產標準化剛性自動化普通機床組合機床剛性生產線柔性自動化數字化網絡化數控機床、復合機床FMS、CIMS定制人-機-物互聯自感知、自分析自決策、自執(zhí)行智能化裝備、增材制造混合制造、云制造賽博物理生產系統(tǒng)從作坊式機械化生產，走向標準化和自動化。工業(yè)x.

0標準時化代—劃—分零件設計的主標要準標化志、制造步驟生的產模式標準化、檢驗和質量控制的標準化等；工業(yè)1.

0剛性蒸自汽動時化代——提高蒸制汽造機過動程力速應度用、可重單復件小批量性。高級自動化——追求效率/質量/柔性，以合理的工業(yè)3.0

響應信能息力化和時精代度質量，數適字應化產信品息多技樣術性和批柔量性波化生產動(變批量柔性化制造)；數字化設計制造——各種CAX應用，各種傳感器和儀表采集數據用于新監(jiān)一測代、信控息制技和術管理；網絡化協(xié)同工業(yè)4

.0

網絡智化能支化持時—代—機-機(I-、In車ter間ne-車t,

I間oT、,

A企I業(yè), -企大業(yè)規(guī)之模個性化間能夠聯網通信，數據B和D信,

C息C交,

e互tc和.)

共享。從工業(yè)3.0到工業(yè)4.0，制造技術發(fā)展將面臨的4個新的轉變17未來制造四大新的轉變轉變一——從相對單一的制造環(huán)境到復雜混合制造環(huán)境18零件材料——金屬材料與復合材料混合對象尺度——宏觀與微納混合加工工藝——增材與減材混合轉變二——從基于經驗的決策到基于證據的決策工作方式——機器人與人類融合變量形式——數字過程與模擬過程混合虛實結合——賽博空間與物理實體融合轉變三——從解決可見的問題到避免不可見的問題傳統(tǒng)制造系統(tǒng)管理嚴重依賴經驗豐富的人員，需要智能分析系統(tǒng)來將原來基于經驗的知識轉化為可持續(xù)運行的基于證據的決策。轉變四——從基于控制的機器學習到基于豐富數據的深度學習通過對相互關聯的多維系統(tǒng)的智能分析，可對相關性和因果函數的進行建模，獲得對運行過程不可見的問題的有意義的、可行的分析預測結果，給出預警和控制，避免不良的后果。復雜系統(tǒng)需要在一些未知條件下保持模型的魯棒性，賽博制造應使用戶能夠理解不可見的因果關系并作出優(yōu)化的決策。工業(yè)4.0的制造技術將呈現出新的技術特征一是基于先驗知識和歷史數據的傳統(tǒng)優(yōu)化將發(fā)展到基于數據分析、人工智能、深度學習的具有預測和適應未知場景能力的智能優(yōu)化；二是面向設備、過程控制的局部或內部的閉環(huán)將擴展為基于泛在感知、物聯網、工業(yè)互聯網、云計算的大制造閉環(huán)；三是大制造閉環(huán)系統(tǒng)中的數據處理不僅限于結構化數據，

而且包括大量非結構化數據處理，如圖像、自然語言，甚至社交媒體中的信息等；四是基于設定數據的虛擬仿真、按給定指令計劃進行的物理生產過程，

將轉向以不同層級的數字孿生、賽博物理生產系統(tǒng)的形式將虛擬仿真和物理生產過程深度融合，

從而形成虛實交互融合、數據信息共享、實時優(yōu)化決策、精準控制執(zhí)行的生產系統(tǒng)和生產過程，

使之不僅滿足工業(yè)3.0時代的性能指標(

如生產率、質量、可重復性、成本和風險)，

并且進一步滿足諸如靈活性、適應性和從失敗或人為干預中學習的能力等新指標。19未來制造技術發(fā)展的必然趨勢——智能制造

20 具有預測和適應未知場景能力的智能優(yōu)化自感知、自學習、自組織、自適應的大制造閉環(huán)結構化數據+非結構化數據處理不同層級CPS、DT將虛擬仿真和物理生產過程深度融合智能制造是制造技術發(fā)展的必然趨勢！通過機器進行制作或生產產品，

特別是大批量地制作或生產產品傳統(tǒng)制造技術與迅猛發(fā)展的以IT為代表的新技術結合，形成了先進制造技術。以智能化、綠色化和服務化為特征,重點實現從制造價值鏈低端邁向高端。第1章

概述21制造技術發(fā)展簡述制造的永恒主題智能制造的發(fā)展歷程關于智能制造發(fā)展的國家戰(zhàn)略本課程的目標與內容1.2.1

制造業(yè)的地位及作用制造業(yè)(ManufacturingIndustry)

是指對原材料（

采掘業(yè)的產品和農產品）

進行加工或再加工，以及對零部件進行裝配的工業(yè)部門的總稱。也可以說，

制造業(yè)是將可用資源（

包括能源）

通過制造過程，

轉化為可供使用和利用的工業(yè)品或生活消費品的產業(yè)。22傳統(tǒng)制造業(yè)現代制造業(yè)消費品制造業(yè)資本品制造業(yè)輕型制造業(yè)重型制造業(yè)一般制造業(yè)裝備制造業(yè)民用制造業(yè)軍工制造業(yè)按制造技術和模式分類按最終產品特點分類制造業(yè)創(chuàng)造物質財富的基礎國民經濟支柱產業(yè)高技術產業(yè)化創(chuàng)新主體綜合實力國際競爭力國家安全特別是國防安全的重要保障安全1.2.2

“優(yōu)質、高效、低耗、綠色、安全”的永恒主題23制造的永恒主題——一般意義制造的產品具有符合設計要求的優(yōu)良質量，

或提供優(yōu)良的制造服務，

或使制造產品和制造服務的質量優(yōu)化24優(yōu)質在保證質量的前提下，

在盡可能短的時間內，

以高的工作效率和快的工作節(jié)拍完成生產，向用戶提供產品和制造服務，快捷地響應市場的需求。高效以盡可能低的經濟成本和資源消耗，

制造產品或提供制造服務。其目標是綜合制造成本最低，或制造能效比最優(yōu)。低耗，綜合考慮環(huán)境影響和資源效益的制造。其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品全生命周期中，

對環(huán)境的影響最小資源利用率最高，并使企業(yè)經濟效益和社會效益協(xié)調優(yōu)化。綠色在生產過程中，

通過“人、機、物(

料)、環(huán)(

境)、(

方)

法”等方面的協(xié)同運作，保證生產者、技術裝備和生產設施(包括軟硬件資源)以及生產活動的安全性。安全1.

概述25制造技術發(fā)展簡述制造的永恒主題智能制造的發(fā)展歷程關于智能制造發(fā)展的國家戰(zhàn)略本課程的目標與內容1.3.1

早期的研究與認識261989年，Kusiak首次明確提出了“智能制造系統(tǒng)”(Intelligent

Manufacturing

System

，IMS)一詞。早期智能制造的定義通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)和機器人控制來對制造技工們的技能與專家知識進行建模，以使智能機器可自主地進行小批量生產。早期智能制造概念的特點主要描述一種面向生產制造過程的工程技術。強調它是由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策，通過人與智能機器的合作共事，擴大、延伸和部分地取代人類專家制造過程中的腦力勞動。智能制造的內涵和特征(I)智能制造(Intelligent

Manufacturing)智能制造是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策，通過人與智能機器的合作共事，擴大、延伸和部分地取代人類專家

制造過程中的腦力勞動。智能制造包括智能制造技術和智能制造系統(tǒng)兩個方面。2728信

息通

信制 造 環(huán) 境傳感 儀器 控制 優(yōu)化 監(jiān)測能量生產率成本1.3.2

對智能制造內涵和特征認識的發(fā)展智能制造的內涵和特征(II)智能制造是先進傳感、儀器、監(jiān)測、控制和過程優(yōu)化的技術和實踐的組合，它們將信息和通信技術與制造環(huán)境融合在一起，實現工廠和企業(yè)中能量、生產率和成本的實時管理。

——美國智能制造創(chuàng)新研究院(2014)智能制造的內涵和特征(III)29在美國國家制造業(yè)創(chuàng)新網絡中，由能源部資助的清潔能源智能制造創(chuàng)新研究院(CESMII)發(fā)布的智能制造2017-2018路線圖(Roadmap 2017-2018)指出，智能制造是2030年左右可以實現的制造方式，并對智能制造定義如下：智能制造(SM：Smart Manufacturing)是一系列涉及商務、技術、基礎設施及勞動力的實踐活動，通過整合運營技術和信息技術(OT/IT)的工程系統(tǒng)，實現制造的持續(xù)優(yōu)化。該定義給出的四個維度——商務、技術、基礎設施、勞動力，并把“商務”放在第一位，把智能制造最終目的定位在持續(xù)優(yōu)化(optimizing)，強調了智能制造是為業(yè)務服務、智能化一定是和優(yōu)化同步并以此為目的的觀點。此外，該定義提到了“勞動力”的實踐活動，強調了人在智能制造中不可或缺的地位。智能制造的內涵和特征(IV)——中國制造2025智能制造的內涵智能制造是制造技術與數字技術、智能技術及新一代信息技術的融合，

是面向產品全生命周期的具有信息感知、優(yōu)化決策、執(zhí)行控制功能的制造系統(tǒng)，旨在高效、優(yōu)質、柔性、清潔、安全、敏捷地制造產品和服務用戶。30——引自：制造強國戰(zhàn)略研究項目組，制造強國戰(zhàn)略研究

智能制造專題卷.

北京：中國工信出版集團，電子工業(yè)出版社，2015.05智能制造的內容制造裝備的智能化設計過程的智能化加工工藝的優(yōu)化管理的信息化服務的敏捷化/遠程化智能制造的特征信息感知——智能制造需要大量的數據支持，通過有效利用高效、標準的方法實時進行信息采集、自動識別，并將信息傳輸到分析決策系統(tǒng)。優(yōu)化決策——通過面向產品全生命周期的信息挖掘提煉、計算分析、推理預測，形成優(yōu)化制造過程的決策指令。執(zhí)行控制——根據決策指令，通過執(zhí)行系統(tǒng)控制制造過程的狀態(tài)，實現穩(wěn)定、安全的運行。智能制造的內涵和特征(V)31工信部《智能制造發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》智能制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學習、自決策、自執(zhí)行、自適應等功能的新型生產方式。1.3.3

工業(yè)4.0時代智能制造的內涵32智能制造是先進制造技術與新一代信息技術、新一代人工智能等新技術深度融合形成的新型制造系統(tǒng)和制造技術，

它以產品全生命周期價值鏈的數字化、網絡化和智能化集成為主線，

以企業(yè)內部縱向管控集成和企業(yè)外部網絡化協(xié)同集成為支撐，

以實際生產系統(tǒng)及其對應的各層級數字孿生映射融合構建的賽博物理生產系統(tǒng)(CPPS)為核心，建立起具有動態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行功能的智能工廠，

進行虛實融合的智能生產，實現高效、優(yōu)質、低耗、綠色、安全的制造和服務。在工業(yè)4.0時代，“優(yōu)質、高效、低耗、綠色、安全”仍然是智能制造的主要目標，但對其內涵將賦予新的意義。第1章

概述331.4

關于智能制造發(fā)展的國家戰(zhàn)略34德國：工業(yè)4.0、國家工業(yè)戰(zhàn)略2030日本：工業(yè)價值鏈、超智能社會美國：工業(yè)互聯網、先進制造業(yè)領導力中國：中國制造2025、制造強國1.4.1

德國“工業(yè)4.0”和《國家工業(yè)戰(zhàn)略2030》2013年4月，德國在漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出了“工業(yè)4.0(Industrie

4.0)”。“工業(yè)4.0”原本是一個由德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部聯合資助研究項目，由德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等聯合建議和推動形成，由德國電氣和電子工業(yè)聯合會ZVEI、機械設備制造業(yè)聯合會VDMA和信息、通信與新媒體協(xié)會BITKOM共同發(fā)布。“工業(yè)4.0”已上升成為德國的國家工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，其目的是提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領先機，以確保德國工業(yè)的未來。“工業(yè)4.0”得到了德國科研機構和產業(yè)界的廣泛認同，并在全球產生重大影響。35德國工業(yè)4.0核心內容363.全面寬頻的基礎設施7.規(guī)章制度1.標準化和參考架構8.資源利用效率4.安全和保障5.工作的組織和設計2.管理復雜系統(tǒng)6.培訓和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展垂直集成和網絡化制造通過價值網絡實現的橫向集成貫穿整個價值鏈的端到端工程數字化集成物聯網服務網一個核心賽博物理系統(tǒng)CPS智能生產兩大主題智能工廠智能物流智能服務八個領域三項集成德國：從“工業(yè)4.0”到“工業(yè)戰(zhàn)略2030”確保或重奪所有相關領域經濟技術實力、競爭力和工業(yè)領先地位。到2030年，將工業(yè)在德國和歐盟的增加值總額(GVA)中比重分別擴大到25%和20%。實現方式：市場經濟、私營部門等+國家行為(例外情況)。目標(摘要)德國已經或仍處于領先地位的關鍵工業(yè)領域鋼鐵、銅及鋁工業(yè)；化工產業(yè)；設備和機械制造；汽車產業(yè)；光學產業(yè)；醫(yī)學儀器產業(yè)；環(huán)保技術產業(yè)；國防工業(yè)；航空航天工業(yè)；增材制造。挑戰(zhàn)低工資、低生產成本；電信技術、計算機和消費電子(智能手機、平板電腦等)；創(chuàng)新型碳纖維材料；汽車(減排、替代性交通工具與電動汽車、自動駕駛、新營運模式)；平臺經濟互聯網；人工智能應用；新生物技術....擁有并掌握創(chuàng)新技術——數字化、人工智能、機器互聯(工業(yè)4.0)；納米技術和生物技術、新材料和輕量化建筑技術、量子計算保持閉環(huán)的工業(yè)增值鏈——材料生產、制造和加工、銷售、服務、研發(fā)來源：/dimern/translation371.4.2

美國工業(yè)互聯網和先進制造業(yè)領導力戰(zhàn)略38美國工業(yè)互聯網聯盟(IIC)工業(yè)互聯網是機器、物品、控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、人之間互聯的網絡，為智能制造提供信息感知、傳輸、分析、反饋、控制支撐。美國工業(yè)互聯網聯盟(IIC)——GE倡議，與AT&T、思科、IBM和Intel等于2014年3月發(fā)起。再工業(yè)化本土發(fā)明本土制造工業(yè)互聯網的關鍵元素39、智能機器以全新的方法將物理世界中的機器、設備團隊和網絡通過先進的傳感器、控制器和軟件應用程序連接起來。工作人員建立員工之間的實時連接，連接各種工作場所的人員，

以支持更為智能的設計、操作、維護以及高質量的服務與安全保障。高級分析使用基于物理的分析法、預測算法、自動化和材料科學、電氣工程及其他關鍵學科的專業(yè)知識來理解機器設備與大型系統(tǒng)的運作方式。“人-機-物”互聯數據流動(端到端、跨系統(tǒng))新模式和新業(yè)態(tài)從“國家制造創(chuàng)新網絡”到“先進制造業(yè)美國領導力戰(zhàn)略”40國家增材制造創(chuàng)新機構(NAMII)(更名為America

Makes,2012年)數字化制造和設計創(chuàng)新機構(DMDII)(國防部，兩家，2013年、2014年)輕質及現代金屬制造創(chuàng)新機構(LIFT)

(陸軍、海軍，2013年)下一代電力電子器件制造創(chuàng)新機構(能源部，2013年)先進復合材料制造創(chuàng)新機構(IACMI)(2014年)美國國家制造創(chuàng)新機構(2012~2016)集成光子制造計創(chuàng)新機構(AIM)

(國防部，2015年)柔性混合電子制造創(chuàng)新機構

(能源部，2015年)清潔能源智能制造創(chuàng)新機構(能源部，2016年)革命性纖維和紡織品制造創(chuàng)新機構(RFT)(2016年)從“國家制造創(chuàng)新網絡”到“先進制造業(yè)美國領導力戰(zhàn)略”41智能制造/數字制造先進工業(yè)機器人AI基礎設施制造業(yè)的網絡安全1.4.3

日本工業(yè)價值鏈和超智能社會5.02016年12月8日，日本工業(yè)價值鏈參考框架IVRA(Industrial

Value

Chain

ReferenceArchitecture)

正式發(fā)布，標志著日本智能制造策略正式完成里程碑的落地。IVRA是日本智能制造獨有的頂層框架，相當于美國工業(yè)互聯網聯盟的參考框架IIRA，和德國工業(yè)4.0參考框架RAMI

4.0，這是編織了日本制造優(yōu)勢的智能工廠得以互聯互通的基本模式。建立日本制造的聯合體王國日本：從IVI到“超智能社會5.0”超級智慧社會Super

IntelligentSociety2016

年日本政府推出“

超級智慧社會(

SuperI

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戰(zhàn)略，

又稱為社會5.0(Society

5.0)，提出人類社會由狩獵社會、農耕社會、工業(yè)社會，逐漸變遷為信息社會，向超級智慧社會發(fā)展。網絡安全物聯網系統(tǒng)架構技術大數據分析人工智能設備技術創(chuàng)新網絡創(chuàng)新邊緣計算43日本智能制造三大戰(zhàn)略一是推動工業(yè)價值鏈IVI的發(fā)展，建立日本制造的聯合體王國；二是通過機器人革命計劃協(xié)議會，以工業(yè)機械、中小企業(yè)為突破口，探索領域協(xié)調及企業(yè)合作的方式；三是利用IoT推進實驗室加大與其他領域合作的新型業(yè)務。主線：信息技術與制造技術深度融合的數字化網絡化智能化轉變一要素驅動

創(chuàng)新驅動轉變二低成本優(yōu)勢

質量效益優(yōu)勢轉變三資源消耗粗放制

綠色化制造轉變四生產型制造

服務型制造創(chuàng)新驅動質量為先綠色發(fā)展結構優(yōu)化人才為本中國制造2025推行數字化網絡化智能化制造

提高產品設計能力

完善制造業(yè)技術創(chuàng)新體系強化制造基礎

提升產品質量

推行綠色制造培養(yǎng)具有全球競爭力的企業(yè)群體和優(yōu)勢產業(yè)發(fā)展現代制造服務業(yè)中國夢從制造大國走向制造強國1.4.4

中國制造20254410個重點發(fā)展領域45“中國制造2025”三步走發(fā)展戰(zhàn)略461.4.5

各國智能制造發(fā)展特點比較47第1章

概述481.5

本課程的目標與內容491.5.1

教學目標教學對象：智能制造工程、機械工程及其相關專業(yè)本科生主要內容制造技術和智能制造的發(fā)展歷程智能制造技術基礎——智能制造的內涵與特征、構成要素和參考架構模型等，新一代智能制造支撐技術——智能感知、工業(yè)互聯網、工業(yè)大數據、云計算和邊緣計算、虛擬現實/增強現實/混合現實、人工智能和數字孿生等；智能工廠和智能生產——結合實際案例，展開討論了橫向集成、縱向集成和端到端集成等3大集成技術，以及動態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行4項功能應用技術；智能制造演進范式與發(fā)展路徑——基本原則、發(fā)展階段、演進范式和具體步驟，展望了智能制造的未來。預期目標通過課程學習，學生將了解制造技術和智能制造發(fā)展的歷程，理解和掌握智能制造的基礎理論和關鍵技術，了解智能工廠和智能生產的構建及實現場景，并探討智能制造的未來發(fā)展方向和技術路線。1.5.2

各章內容安排概要介紹制造技術發(fā)展歷史、制造的永恒主題、智能制造的發(fā)展歷程和主要工業(yè)發(fā)達國家關于智能制造發(fā)展的國家戰(zhàn)略，

闡述了現代意義上制造的定義、智能制造的基本概念，

比較了德國、美國、日本和中國在智能制造發(fā)展方面的特點和優(yōu)勢，

最后給出智能制造工程概論的教學目標與內容。50在進一步闡述智能制造概念的內涵和特征后，

詳細介紹了當前流行的智能制造5

種參考架構模型：

工業(yè)

4

.

0

參考架構模型、基于工業(yè)互聯網參考架構的智能制造體系架構、智能制造生態(tài)系統(tǒng)模型、智能制造單元模型和智能制造三鏈模型，

分析了各個模型的特點以及相智能管理和智能服務5

個方面，

討論智能制造的核心構成要素和基本內容。重點介紹支撐智能制造發(fā)展的新一代信息技術和人工智能技術等關鍵技術，

它們?yōu)橹悄苤圃鞂崿F動態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行等功能提供了相關的方法和技術，

本章從基本概念及工作原理、核心算法或關鍵技術以及智能制造的應用支撐等方面，

重點介紹互聯系，

從智能設計、

了傳感器、工業(yè)互聯云計算/

邊緣計算、虛擬現實/

增強現實/

混合現實、

人工智能和數字孿生等新一重點介紹支撐智能制造發(fā)展的新一代信息技術和人工智能技術等關鍵技術，

它們?yōu)橹悄苤圃鞂崿F動態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行等功能提供了相關的方法和技術，

本章從基本概念及工作原理、核心算法或關鍵技術以及智能制造的應用支撐等方面，

重點介紹了傳感器、工業(yè)互聯云計算/

邊緣計算、虛擬現實/

增強現實/

混合現實、人工智能和數字孿生等新一代智能制造支撐技術。

代智能制造支撐技術。闡述了推進和實施智能制造的“

三要三不要”

原則，

介紹了企業(yè)智能化發(fā)展的“

計算機化、連接、可視、透明

、

預測

、

自適應”

6

個階段，

智能

制造從“

數字化制造”到“

網絡化制造”、再到“

新一代智能制造”

3

個演進范式，提出了企業(yè)實施智能制造5

個具體步驟：需求分析、網絡互聯、智能產品、智能生產、

網/

物聯網、大數據、

網/

物聯網、大數據、

可視數字化、動態(tài)優(yōu)化、智能生產，

最后對未來制造的新形態(tài)和未來工廠模式進行了展望。1.概述2.智能制造技術基礎3.新一代智能制造支撐技術4.智能工廠和智能生產5.

智能制造演進范式與發(fā)展路徑第2章

智能制造技術基礎【導讀】本章在給出智能制造內涵定義的基礎上，

分析了智能制造的關鍵特征，詳細介紹了當前流行的智能制造5種參考架構模型，即：工業(yè)4.0參考架構模型、基于工業(yè)互聯網的智能制造體系架構、智能制造生態(tài)系統(tǒng)模型、智能制造單元模型和智能制造三鏈模型，

分析了各個模型的特點以及相互聯系，從智能設計、智能產品、智能生產、智能管理和智能服務等5個方面，討論了智能制造的核心構成要素及其基本內容。51第2章 智能制造技術基礎522.1

智能制造的內涵與特征53制造系統(tǒng)及其構成制造系統(tǒng)的概念制造系統(tǒng)是指為達到預定制造目的而構建的物理的組織系統(tǒng)，是由制造過程、硬件、軟件和相關人員組成的具有特定功能的一個有機整體。制造過程包括產品的市場分析、設計開發(fā)、工藝規(guī)劃、加工制造以及控制管理等過程；硬件包括廠房設施、生產設備、工具材料、能源以及各種輔助裝置；軟件包括各種制造技術和工藝方法、制造過程質量控制技術、檢測測量技術、制造信息及其相關的工業(yè)軟件等；相關人員是指從事物料準備、加工操作、質量檢驗、信息監(jiān)控以及對制造過程決策和調度等作業(yè)的人員。離散型制造系統(tǒng)和連續(xù)型制造系統(tǒng)從制造的產品對象及其制造工藝特點，

可將制造系統(tǒng)分為離散型制造系統(tǒng)和連續(xù)型制造系統(tǒng)兩大類。54——指其產品由許多獨立加工的零部件構成，通過零部件裝配成為產品，如機械制造、汽車制造、飛機制造、3C制造等。——指生產對象按照固定的工藝流程連續(xù)不斷地通過系列設備和裝置，被加工處理成為產品，如冶金、化工、造紙等。離散型制造系統(tǒng)連續(xù)型制造系統(tǒng)55制造實例——

飛機制造一架現代大型民航客機零部件數量約100萬件[來源：圖片來自網絡]56物料流信息流資金流制造運營管理(MES、APC、SPC/SQC、OEE…)企業(yè)/商務管理(ERP、PDM、SCM、PLM…)產品設計服役與維護報廢與回收需求調研與分析ERP：企業(yè)資源計劃PDM：產品數據管理SCM：供應鏈管理PLM：產品全生命周期管理MES：制造執(zhí)行系統(tǒng)APC：先進過程控制SPC：統(tǒng)計過程控制SQC：統(tǒng)計質量控制OEE：綜合設備效率制造實例——

飛機制造制造實例——汽車制造57離散型制造系統(tǒng)實例——汽車制造[來源：圖片來自網絡]制造實例——汽車制造58沖壓焊裝涂裝總裝[來源：圖片來自網絡]59制造實例——鋼鐵軋制過程連續(xù)型制造系統(tǒng)實例——鋼鐵軋制[來源：SIAM

YAMATO

Steel]制造實例——尿素生產過程60連續(xù)型制造系統(tǒng)實例——尿素生產[來源：]2.

制造系統(tǒng)的縱向構成——工廠自動化層級61工廠自動化金字塔(ANSI/ISA

95定義,對應于IEC/ISO

62264)ISA——國際自動化協(xié)會(InternationalSociety

ofAutomation)工廠自動化金字塔的應用層級[

來源：

Zu

ehl

ke

D

.]

62工廠自動化金字塔應用層級結構第1層——設備層級，與ISA-95的第0層級對應，主要涉及現場設備(傳感器、作動器、機器設備等)產生的各種現場信號；第2層——控制層級，這一層級中，將ANSI/ISA

95中第1、2層級的“實時控制”和“高級控制”兩層，合并成為一個層級，主要由車間的各種機器設備控制器及控制網絡構成；第3層級——制造運營管理層級MOM(Manufacturing

OperationManagement)

，主要涉及工廠的制造執(zhí)行和運行管控；第4層級——企業(yè)資源計劃層級ERP(Enterprise

Resource

Plan)

，主要涉及整個企業(yè)的各種資源計劃、商務管理和服務。633.

制造系統(tǒng)的價值鏈端到端構成——PLM數字化工程64產品的生命周期PLC

(Product

Life

Cycle)——一種新產品從開始進入市場到被市場淘汰的整個過程產品全生命周期管理PLM

(

Product

life-cycle

management)——指對產品從需求分析、規(guī)劃設計(概念設計、詳細設計)、產品制造、產品交付、使用維護和回收處理等階段的全生命周期信息與過程進行管理。計算機輔助設計/制造CAD/CAM產品數據管理PDM并行設計敏捷制造協(xié)同設計和制造數字化/網絡化制造4.

制造系統(tǒng)的橫向構成——現代企業(yè)組織與網絡化協(xié)同65企業(yè)內部運營和執(zhí)行過程的集成4.

制造系統(tǒng)的橫向構成——現代企業(yè)組織與網絡化協(xié)同66企業(yè)外部的網絡化協(xié)同集成[來源：工業(yè)4.0工作組]企業(yè)與外部的設計人員、供應商、銷售以及其它企業(yè)之間，需要按照敏捷制造的思想，充分利用互聯網/工業(yè)互聯網技術，建立靈活有效、互惠互利的動態(tài)聯盟，進行企業(yè)之間的網絡化協(xié)同與橫向集成。2.1.2

智能制造的內涵67在第一章，我們已闡述了工業(yè)4.0時代“智能制造”的基本概念。智能制造是先進制造技術與新一代信息技術、新一代人工智能等新技術深度融合形成的新型制造系統(tǒng)和制造技術，它以產品全生命周期價值鏈的數字化、網絡化和智能化集成為主線，以企業(yè)內部縱向管控集成和企業(yè)外部網絡化協(xié)同集成為支撐，以實際生產系統(tǒng)及其對應的各層級數字孿生映射融合構建的CPPS為核心，建立起具有動態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行功能的智能工廠，進行虛實融合的智能生產，實現高效、優(yōu)質、低耗、綠色、安全的制造和服務。工業(yè)4.0時代智能制造內涵中的關鍵詞

深度融合——先進制造技術與新一代信息技術、新一代人工智能新型生產方式和制造技術；集成——全生命周期價值鏈的數字化/網絡化/智能化集成、企業(yè)內部的縱向管控集成、企業(yè)外部網絡化協(xié)同集成賽博物理生產系統(tǒng)——數字孿生、虛實融合映射智能工廠——動態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行智能生產——虛實映射、賽博物理融合的生產制造和服務——高效、優(yōu)質、低耗、綠色、安全682.

智能制造是多技術深度融合的新一代制造技術(

技術視角)69產業(yè)技術基礎支持智能制造的工業(yè)基礎能力和基礎性設施條件等。技術基礎核心基礎零部件/元件先進基礎工藝關鍵基礎材料工業(yè)四基基礎設施信息安全基礎設施數字化基礎設施網絡化基礎設施支撐技術支撐智能制造發(fā)展的新一代信息技術和人工智能技術等關鍵技術。傳工業(yè)大云虛擬人數感互聯數計現實工字器網/物聯據算//增強現智能孿生網邊實/緣混合計現實算使能技術實現智能制造的系統(tǒng)性集成和應用使能關鍵技術。端到端集成縱向集成橫向集成動態(tài)感知實時分析自主決策精準執(zhí)行3.

智能制造是一種賽博物理融合的新型制造系統(tǒng)(

系統(tǒng)視角)在3大集成的基礎上，借助于數字孿生技術和賽博物理融合技術，構建出一種以CPS為核心的新型制造系統(tǒng)——賽博物理生產系統(tǒng)CPPS，這是未來智能工廠的新形態(tài)。智能生產將是一種真實物理對象與賽博(cyber)空間模型融合交互、實際生產與虛擬仿真孿生映射的新型生產方式。智能制造系統(tǒng)可動態(tài)感知和實時處理制造系統(tǒng)的實際狀態(tài)和運行參數，以賽博空間數字化模型對動態(tài)變化條件下制造系統(tǒng)進行建模仿真、優(yōu)化決策，并實現物理世界制造系統(tǒng)自主運行和自適應調控，使其保持優(yōu)化運行。702.1.3

智能制造的特征71智能制造的五大關鍵特征一個核心——賽博物理系統(tǒng)CPS(

Cyber-Phyiscal

System)兩大主題——智能工廠、智能生產三項集成——橫向集成、垂直集成、端到端集成四類功能——動態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行十字目標——優(yōu)質、高效、低耗、綠色、安全72一個核心賽博物理系統(tǒng)兩大主題智能工廠智能生產三項集成橫向集成垂直集成端到端集成四類功能動態(tài)感知實時分析自主決策精準執(zhí)行十字目標優(yōu)質高效低耗綠色安全1.

一個核心——CPS(

Cyber-Phyiscal

System)73賽博物理系統(tǒng)是在物理、生物和工程系統(tǒng)中，

其操作是相互協(xié)調的、互相監(jiān)控的和由計算核心控制著每一個聯網的組件，計算被深深嵌入每一個物理成分，

甚至可能進入材料，

這個計算的核心是一個嵌入式系統(tǒng)，通常需要實時響應，

并且一般是分布式的。(NSF,

2006)2007

年，

美國將CPS列為未來八大關鍵信息技術之首。[來源：圖片來自網絡]從工作機理上看CPSCPS是一種綜合了計算、網絡和物理環(huán)境的復雜系統(tǒng)，通過計算(Computing)、通訊(Communication)和控

制(

Contr

ol)

技術有機融合與深度協(xié)作，經由人機交互接口使賽博空間里的虛擬計算仿真與實體空間里的真實物理進程進行交互，

并可在賽博空間以遠程、可靠、實時、安全、智能化和協(xié)作的方式，操控實體空間里的物理實體。CPS包含了泛在環(huán)境感知、嵌入式計算、網絡通信和網絡控制等系統(tǒng)工程，

它使物理系統(tǒng)具有計算、通信、精確控制、遠程協(xié)作和自治等功能。74工業(yè)4.0中基于服務和實時保障的CPS平臺75該CPS平臺未來可實現物聯網、服務務互聯網和人類互聯網三類網絡互聯互通，方便地把智能電網、智能工廠、智能建筑、智能家庭、智能物件、商業(yè)網站、社交網站等接入，還擁有如下特征：靈活、快捷和簡便的服務和應用；提供綜合性強、安全可信的全商業(yè)進程支持；保障所有環(huán)節(jié)的安全可靠系統(tǒng)；支持移動端設備；支持商業(yè)網絡中互相協(xié)助的生產、服務、分析和預測。[來源：工業(yè)4.0工作組]一個基于數字孿生的CPPS生產場景[

來源：

U

h

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.

]762.

兩大主題——智能工廠和智能生產77智能工廠——基于賽博物理系統(tǒng)(CPS)平臺，通過物聯網(物品的互聯網)和務聯網(服務的互聯網)，將智能電網、智能移動、智能物流、智能建筑、智能產品等與智能工廠(智能車間、智能制造過程等)互相連接和集成，

實現對供應鏈、制造資源、生產設施、生產系統(tǒng)及過程、營銷及售后等的管控。“

智能服務”也是智能工廠體系中的一項重要內容。[來源：工業(yè)4.0工作組]2.

兩大主題——智能工廠和智能生產智能生產——生產資源(生產設備、機器人、傳送裝置、倉儲系統(tǒng)和生產設施等)

將通過集成形成一個循環(huán)網絡，

具有自主、自適應、自重構等特性，生產的產品也是智能化產品，具有獨特的可識別性，

甚至產品本身就帶有整個制造過程中的細節(jié)。“

智能物流”

是智能生產中物流管理的一個重要方面，

主要通過互聯網、物聯網、物流網，

整合物流資源，

充分發(fā)揮現有物流資源供應方的效率，

而需求方，

則能夠快速獲得服務匹配和物流支持。78[來源：圖片來自網絡]3.

三項集成——橫向集成、縱向集成和端到端集成79價值網絡的橫向集成(Horizontalintegration

through

valuenetworks)——跨越企業(yè)邊界的一體化網絡，分享產品設計、數字模型以及工藝細節(jié)。縱向集成和網絡化制造系統(tǒng)(Vertical

integration

and

networkedmanufacturing

systems)——可根據產品特點不同，自動進行調整的、有彈性的、可隨時重新編程構建的生產場景。貫穿全價值鏈的端到端工程(Endtoenddigitalintegrationacrossthe

entire

valuechain)——實現從價值鏈上游的生產系統(tǒng)規(guī)劃到最終產品消費整個價值鏈的、端到端的數字化工業(yè)設計開發(fā).貫穿全價值鏈的端到端工程80(Endtoenddigitalintegrationacrosstheentirevalue

chain)核心——產品全生命周期的數字化管理和集成，實現價值鏈優(yōu)化方法——數字化設計制造、數字孿生等技術提供基于模型的開發(fā)方法和工具支持“打包”開發(fā)模式——涵蓋從客戶需求分析描述到產品結構設計、加工制造、產品裝配、成品完成等各個方面，可對端到端所有的相互依存關系進行定義和描述，通過個性化功能和組件的混合及匹配，滿足客戶自己的特定需求，從而開啟了個性化定制產品的可行性。[來源：工業(yè)4.0工作組]縱向集成和網絡化制造系統(tǒng)81(Verticalintegrationandnetworkedmanufacturingsyst

ems)從信息流的角度，實現企業(yè)內部的企業(yè)資源計劃(ERP)、產品生命周期管理(PLM)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)和數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)等信息化系統(tǒng)之間的深度集成和應用；從物件對象的角度，基于工業(yè)互聯網(i-Internet)和工業(yè)物聯網(IIoT)，實現物理設備(主要是底層數字化設備)的集成管控、互聯互通和信息共享；信息化系統(tǒng)與物理設備的融合與集成，雙向打通IT系統(tǒng)與物理設備之間數據和信息通道，實現指令下達、信息感知、狀態(tài)反饋、動態(tài)調整等功能。[來源：工業(yè)4.0工作組]價值網絡的橫向集成(Horizontalintegrationthroughvalue

networks)82橫向集成是指將各種使用不同制造階段和商業(yè)計劃的IT系統(tǒng)集成在一起，這其中包括一個公司內部的材料、能源和信息的配置(如入廠物流、生產過程、產品外出物流、市場營銷等)，也包括不同公司間的配置(價值網絡)。集成的目標是提供端到端的解決方案，橫向集成的本質是橫向打通企業(yè)與企業(yè)之間的網絡化協(xié)同及合作。不同企業(yè)(工廠)的價值網絡集成，使外部設計人員、管理和計劃、客戶之間也通過價值網絡實現集成。[來源：工業(yè)4.0工作組]4.

四類功能——狀態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行83狀態(tài)感知實時分析自主決策精準執(zhí)行智能系統(tǒng)起點采集/轉換/傳輸/處理獲得制造大數據或工業(yè)大數據智能數據處理方法和手段數據統(tǒng)計分析、數據挖掘/

特征提取/

建模仿真/預測

預報......；支持洞察/決策智能制造的核心基于感知和分析自主判斷和選擇自學習和學習提升能力中的決策。智能制造的關鍵對需求和變化快速反應/

對

決策指令準確響應和敏捷執(zhí)行運行最優(yōu)/自適應性5.

十字目標——”高效、優(yōu)質、低耗、綠色、安全”的新涵義84通過I-Internet和IoT協(xié)同交互，實現“人、機、物”互聯和信息共享，構建多層級、多方面、多顆粒度的數字孿生體，支持和實現CPPS，以最優(yōu)的時間和節(jié)拍完成產品生產和提供制造服務，快捷響應市場。以CPS為核心進行智能生產，在工業(yè)生產過程中應用智能物流管理、人機互動以及3D技術等，實現生產系統(tǒng)及過程的網絡化和智能化，確保產品的精度、質量和可靠性，或提供高質量的制造服務。以CPS為核心進行智能生產，在工業(yè)綜合應用先進傳感、儀器、監(jiān)測、控制和過程優(yōu)化的技術，實現制造過程能量、生產率和成本的實時管理與優(yōu)化，達到生產過程能效最佳，有效地控制和降低綜合成本，提高產品和企業(yè)的競爭力。智能制造將關注在產品全生命周期中綠色理念和綠色設計制造技術的應用，實現降能節(jié)材、清潔生產、減少排放，可持續(xù)發(fā)展。不僅包括傳統(tǒng)的“安全”意義下注重的人身和財產安全(safty)，還進一步強調數據、信息和網絡等資源的安全(security)。智能制造中的網絡和信息安全問題成為有別于傳統(tǒng)制造的一個新的重要問題，要通過綜合性的安全防護措施和技術，保障設備、網絡、控制、數據和應用的安全。第2章 智能制造技術基礎852.2

智能制造的基本構成要素86智能設計智能產品智能生產智能管理智能服務智能制造基本構成要素2.2.1

智能設計871.

智能設計的概念本課程討論的“設計”是指在工業(yè)產品全生命周期價值鏈中，設計師有目的有計劃地進行技術性的創(chuàng)作與創(chuàng)意活動，包括構建對象、系統(tǒng)，或制訂用于活動、過程實現的規(guī)范或計劃等。本課程討論的“智能設計”僅涉及工業(yè)產品及其生產領域的設計活動，如各種工業(yè)產品設計、制造工藝設計、生產線設計等方面，它是指應用現代信息技術，采用計算機模擬或實現人類的思維和創(chuàng)作活動，提高設計的智能水平，從而使計算機能夠更多、更好地承擔設計過程中各種復雜任務，成為設計人員的重要輔助工具。智能設計的特點88以現代設計方法學為指導。借助人工智能技術實現知識學習和處理等功能。采用CAD技術作為數值計算、圖形處理、分析和優(yōu)化等的工具。面向集成智能化，具有統(tǒng)一數據模型和數據交換接口。具有強大的人機交互功能。892.

設計過程及其智能化技術VDI

2222定義的設計階段與步驟90產品規(guī)劃階段：通過多種途徑(如市場需求問卷、互聯網等)收集與客戶產品需求有關的數據信息，采用智能化數據分析手段和工具識別和分析客戶需求，設定產品目標和規(guī)格，獲取設計要求。方案設計階段：在分析功能結構基礎上，確定產品原理方案和概念設計，可通過智能創(chuàng)新設計方法進行概念抽取和篩選，確定具體任務需求；采用智能映射、智能決策、產品設計綜合評價等，優(yōu)選確定設計方案，并給出實現功能結構的概念設計等。結構設計階段：應用專業(yè)設計原理、方法和規(guī)則，進行詳細設計、迭代和優(yōu)化。大量智能和虛擬工具，如設計知識表示/獲取/處理/推理、多專家系統(tǒng)協(xié)同、智能特征技術、智能裝配技術、虛擬仿真和試驗、快速原型和虛擬現實等。施工設計階段：基于全部設計，擬定出實現設計對象的制造工藝或建造過程，給出相關的工藝或施工指導文件。不同設計階段中的智能方法應用2.2.2

智能產品91智能手機智能測溫儀智能機床具有人工智能的機器人1.

智能產品的特征與功能從功能角度，智能產品定義為一類具有感知、計算、數據存儲、通信和交互等智能化特征(部分或全部)的產品和裝備。從構成角度，智能產品定義為一類由產品(物)、傳感器、通信單元、微處理器和控制器等組成的嵌入式系統(tǒng)。智能產品區(qū)別于傳統(tǒng)非智能產品的主要功能特征自感知功能——智能產品嵌入有各種傳感器，

通過對工作環(huán)境中溫度、壓力、振動、噪聲等物理量的檢測，能夠實現對產品自身工作狀態(tài)、所處環(huán)境等的自感知；自診斷功能——

智能產品能夠對工作過程中感知的信號和數據進行存儲、計算等處理，實時監(jiān)測工作環(huán)境和工作狀態(tài)，對故障進行判別、診斷和報警；自適應功能——智能產品能夠在辨識自身和環(huán)境狀態(tài)參數基礎上，

自適應調整內部算法和參數等，從而適應產品自身和外部環(huán)境的變化；自決策功能——

智能產品可在使用和服務過程中，

根據自感知的信息和工作狀態(tài)自診斷的結果，自主