智能制造基礎與應用第2版“十三五”職業教育國家規劃教材

第一章緒論一、智能制造的概述二、工業4.0三、智能制造技術認知一、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器和人類專家共同組成的人機一體化智能制造系統。理論上講智能制造系統在制造過程中可以進行智能活動，諸如交互體驗、自我分析、自我判斷、自我決策、自我執行、自我適應等，就如同制造過程有了“大腦”指揮系統。

二、智能制造的顯著特征1狀態感知2實時分析3精準執行4自主決策5自我適應與人機交互智能制造概述智能制造領域也已成為全球經濟增長的新熱點，當傳統的規模化生產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、智慧化的可持續發展之路是世界各國企業面臨的重大挑戰，與此同時，隨著互聯網、大數據、云技術、物聯網、人工智能等新一代信息技術的出現為傳統的制造系統的創新，實現傳統制造到智能制造的跨越創造了條件。我國【2016-2020年】智能制造發展規劃綱要已經明確指出：“智能制造在全球范圍內的快速發展，已經成為制造業重要發展趨勢，對產業發展和分工格局帶來深刻影響。”智能制造是全新的、跨界的、也是全球的。三、智能制造是全新制造系統智能制造概述四、智能制造是全新制造系統制造現代化是一個發展的動態進程，由一種技術取代另一種，推動工業制造不斷迭代。因此，只有從動態的視角、發展的眼光來審視智能制造才能科學的學習和掌握其形成的規律、特點、本質。智能制造是信息化與工業化高度融合的新一代制造系統，是將傳統的制造主體、制造技術、制造裝備與現代信息化技術有機融合并將機器賦予智能與人類智慧融為一體而誕生的全新制造系統。智能制造主要包括：信息物理系統CPS、高精度感知控制、虛擬設備集成、云計算、大數據和新型人機交互等多項核心技術。智能制造概述五、智能制造解決的問題1）全面改變設計與制造關系，讓設計與制造之間“互認互聯互通”，實現在線設計與在線制造的“無縫對接”。2）減少制造成本和生產周期。

通過數據集成和大數據分析，形成最優制造策略，達到優化配置生產要素的目的，從而實現節約成本、提高生產效率的管理目標。傳統自動化生產布局是層級式，而智能制造是網絡式，它實現自我組織的產線平臺，最大限度提高生產效率，同時保證設備的健康安全。智能制造是基于CPS（信息物理系統）自動化智能制造概述3）提供快速、有效、批量個性化的產品和服務。互聯網使用戶可以在線參與體驗設計過程，實現個性化的需求接受，而制造的智能化過程可以實現“批量的個性化定制生產”，這個批量不僅僅是“數量”的概念，而是快速生產的效率含義。以往，企業最不愿意做的業務就是”小批量多品種“，而智能制造就是要解決這個問題，從而提高了企業的競爭力。智能制造概述（1）生產設備的智能化升級（2）建立統一的工業通信網絡（3）構建資源共享的信息化平臺（4）實現生產全過程的自動監控和產品數據跟蹤系統（5）基于互聯網的支撐協同研發平臺六、實現智能制造過程企業完成基本任務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（大數據）集成是智能制造技術的應用核心，根據阿什比理論，“應對生態的多樣性，只有通過生產組織的復雜體系才能適應”。它具有以下六個基本特征：主動適應環境變化，與環境要求適度交互匹配；制造過程中數據代替人工而減少直接干預，而多用智能設備替代；人員單一管理生產或設備向系統智能管理進化；對生產過程進行再設計，智能系統再優化和系統再創造；對外部參數及系統的及時反饋與智能響應；虛擬制造技術與現實制造有機結合結合；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：一是企業內部的縱向集成，實現企業生產到管理的信息共享和優化管理。二是企業外部的橫向集成，實現外部供應鏈的信息共享和管理優化。三是產品端到端的集成，實現客戶個性化批量定制。

第二節工業4.0一、工業4.0概述工業4.0背景

工業化始于18世紀末機械制造設備的引進，那時像紡織機這樣的機器徹底改變了貨物的生產方式。

繼第一次工業革命后的第二次工業革命大約開始于20世紀之交，在勞動分工的基礎上，采用電力驅動產品的大規模生產。

20世紀70年代初，第三次工業革命又取代了第二次工業革命，并一直延續到現在。第三次工業革命引入了電子與信息技術（IT），從而使制造過程不斷實現自動化，機器不僅接管了相當比例的“體力勞動”，而且還接管了一些“腦力勞動”。

德國將機械化、電力化和計算機技術分別定性為工業1.0，2.0，3.0.工業4.0工業4.0背景

現在將互聯網、物聯網和云服務等新一代信息技術應用到制造業正在引發第四次工業革命即工業4.0。因此，工業4.0是整個科學技術發展到今天的產物，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看工業4.0）二、工業4.0的任務

（1）標準化和參考架構（2）管理復雜系統（3）為工業建立全面寬頻的基礎設施（4）安全和保障（5）工作的組織和設計（6）培訓和持續的專業發展（7）監管框架（7）資源利用效率

三、工業4.0的特征及聚焦的重點

特征一：制造中采用物聯網和服務；基于物聯網和服務互聯網智慧工廠的架構；工業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4.0特征特征三：智能制造的人機一體化協同創造.；

工業4.0特征特征四：工業4.0綜合創新中心工業4.0特征特征五：資源有效利用，實現綠色可持續發展工業4.0特征特征六：通過新的服務創造價值；

德國工業4.0特征特征七：人與制造系統之間的互動協作三、工業4.0的特征及聚焦的重點工業4.0將重點聚焦1）引領智能化機械和設備制造的的市場。2）全球矚目的IT集群地。3）嵌入式系統和自動化工程領域領先的創新者。4）高度熟練和高素質的勞動者。5）供應商和用戶間距離相近且在某些領域緊密的合作。6）先進的研究基地和人才培訓基地。7）通過價值網絡實現的橫向集成。8）貫穿整個價值鏈端到端的工程數字化集成。9）垂直集成和網絡化制造系統。工業4.0未來發展領域1.智能工廠工業4.0未來發展領域2.智能化產品工業4.0未來發展領域3

、個性化定制產品工業4.0發展領域4，高度人性化（制造崗位的靈活設置）工業4.0未來發展領域5.基于信息安全下的云平臺工業4.0未來發展領域6、工業4.0將發展出全新的商業模式合作模式；工業4.0往往被冠以諸如“網絡化制造”、“自我組織適應性強的物流”和“集成客戶的制造工程”等特征；它將產生新的組織系統及專業的供應商；工業4.0總結工業4.0總結多品種小批量的定制化同時實現敏捷生產是工業4.0的目的；基于信息通信技術實現智能工廠和綠色生產；信息物理系統，物聯網，互聯網等產生大數據，通過集成處理大數據實現優化高效的制造；基于信息物理系統的工業輔助實現對智能制造的新一代工人的培養；概述第三節、智能制造技術認知智能制造技術認知

智能制造是從數字制造、數字網絡化制造和智能制造三個基本模式迭代而生產的。數字制造是智能制造的基礎，貫穿于三個基本模式，并不斷發展；數字網絡化制造將數字化制造提高到一個新的水平，可實現各種資源的集成與協同優化，重塑制造業的價值鏈；智能制造是在前兩種模式的基礎上，通過先進制造技術與新一代信息技術融合所發揮的決策性作用，使得制造具有了真正意義上的智能價值，是新一輪工業革命的核心技術。

智能制造說到底就是新的信息技術與制造技術的融合。智能制造技術認知智能制造技術認知

（一）智能數控加工裝備

智能制造技術認知（二）智能裝備自我決策智能制造系統利用大數據、虛擬仿真優化等決策資源，實現生產過程的可視化、數據信息的動態化和決策指令的自動閉環。以下列舉了智能決策的應用場景：1．大數據技術應用的實時故障診斷2．三維虛擬仿真工藝優化智能制造技術認知（三）數據傳感智能制造技術認知（四）MES在智能制造中的作用智能制造技術認知智能制造技術認知（五）智能制造大數據云平臺總結思考題簡述智能制造的特點。工業4.0主要解決什么問題。智能制造主要技術內容是什么。智能制造中大數據云的作用是什么。舉例說明。智能制造基礎與應用第2版“十三五”職業教育國家規劃教材

第二章智能制造數字化基礎第二節數字化設計與仿真第三節數字化工藝第四節數字化加工與裝配第五節數字化控制第六節數字化生產管理第七節數字化遠程維護第一節概述概述1第一節數字制造采用數字化的手段對制造過程、制造系統與制造裝備中復雜的物理現象和信息演變過程進行定量描述、精確計算、可視模擬與精確控制，實現對產品設計和功能的仿真以及原型制造,進而快速生產出符合用戶需求的產品。智能制造借助計算機收集、存儲、模擬人類專家的制造智能，進行制造各環節的分析、判斷、推理、構思和決策，取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動，實現制造過程、制造系統與制造裝備的智能感知、智能學習、智能決策、智能控制與智能執行。一、國外數字制造與智能制造的發展現狀B777的開發美國通用汽車開發汽車數字化開發-虛擬樣機二、我國數字制造與智能制造的發展現狀1、國內數字制造業智能制造發展現狀分析神龍汽車制造有限公司對轎車裝配生產線進行了轎車預裝配數字化系統的開發，基本實現了總裝柔性生產。中航商用飛機有限公司在ARJ21飛機研制中應用產品數字化定義技術、產品數據管理技術、數字樣機技術、數字化工藝與虛擬裝配技術等數字化設計制造技術和并行工程方法，實現了大部段對接一次成功，飛機上天一次成功，取得了顯著的經濟效益。我國云制造相關技術及系統的研究已取得顯著的成果。機器人研發投入持續加大，工業機器人大量應用。2012年，在中國銷售的工業機器人達26902臺，同比增長19.2%，我國工業機器人年安裝量排名世界第三，累計安裝量超過6萬臺。“機器換人”已經成為企業提高生產效率、降低人力成本的重要手段。富士康機器人在生產iphone廣東省實施“機器換人”3D打印制造基礎技術方面，華中科技大學、北京航空航天大學、西北工業大學和北京航空625所相繼開展了熔融沉積制造、電子束融合技術、選擇性激光燒結等研究。3D打印在醫學上的應用金屬3D打印產品2.我國智能制造與國外先進水平的差距（1）“大數據”驅動的知識挖掘及知識庫研究應用；（2）復雜裝備研發過程中，產品性能仿真問題分析單一；（3）制造業與物流業信息資源融合度較低；（4）云制造技術方面的研究及應用還處于初級階段；（5）3D打印制造技術研發和產業發展中仍面臨巨大挑戰。3.數控機床行業典型制造企業數字制造與智能制造的技術現狀昆明機床股份有限公司KHC系列五軸加工中心和FMS柔性生產線大連機床集團有限責任公司DRH-F系列工業機器人發動機缸體柔性生產線VDWA50五軸立式加工中心在三維造型方面，我國數控機床制造企業能夠使用PRO/E、UG、CATIA、Solidworks等各類三維造型軟件進行機床部件的造型設計，實現數控機床關鍵部件設計過程的在機床關鍵部件設計的無紙化，并為數據控機床設計的模塊化和關鍵部件數據重用奠定了信息分析在數控機床關鍵部件設計參數及方法重用的數據基礎。數控機床關鍵部件分析方面，綜合使用Adams、Ansys、Anstran等分析軟件，依托各規格的激振器、高靈敏度傳感器、激光測振儀、三坐標測量儀等設備形成的數控機床關鍵部件信息采集系統，對數控機床關鍵部件進行動、靜、熱等多角度分析，確保數控機床關鍵部件的結構和材料特性符合其工況需求。三、數字制造的科學定義與內涵所謂數字制造，是指在虛擬現實、計算機網絡、快速原型、數據庫和多媒體等支撐技術的支持下，根據用戶需求迅速收集資源信息，對產品信息、工藝信息和資源信息進行分析、規劃和重組，實現對產品設計和功能的仿真以及原型制造，進而快速生產出符合用戶期望性能的產品的整個制造過程。四、數字制造是實現智能制造的前提數字制造是智能制造的基礎，智能制造是在數字制造的基礎上發展的更前沿的階段。以機床為例，計算機與機床結合產生的數控機床，實現了程序化控制，這是數字化時代的產物。智能機床則需要傳感器隨時感知其工作狀況、環境參數，需要有能夠體現人們對加工工藝過程優化的知識的智能控制軟件，即傳感器、數控機床、智能控制三者共同構成智能機床。智能制造還包括車間級、企業級等制造系統的智能化。思考題：1.分別描述一下數字制造和智能制造。2.談一談數字制造和智能制造的區別和聯系。數字化設計與仿真2第二節數字化設計推動信息化進程向前發展，而仿真則是驗證設計結果的有效有段。在現代制造企業產品設計和制造過程中，數字化設計和仿真一直是不可或缺的兩個工具，在縮減經費、縮短開發周期、提高產品質量方面發揮了巨大作用。一、數字化設計與仿真的基本概念“數字化設計與仿真”是指利用計算機軟硬件及網絡環境，實現產品開發全過程的一種技術，即在網絡和計算機輔助下通過產品數據模型，全面模擬產品的設計、分析、裝配、制造等過程。二、數字化設計與仿真和傳統設計的比較計算機技術、信息技術、網絡技術等的飛速發展，使得設計過程中各個設計階段所采用的設計工具、設計理念、設計模式發生了深刻的變化.

傳統設計數字化設計設計方式手工繪圖計算機繪圖設計工具繪圖板、丁字尺、圓規、鉛筆、橡皮等計算機、網絡、CAD/CAE軟件、繪圖機、打印機等產品表示二維工程圖紙、各種明細表等三維CAD模型、二維CAD電子圖紙、BOM等設計方法經驗設計、手工計算、封閉收斂的設計思維基于三維的虛擬設計、智能設計、可靠性設計、有限元分析、優化設計、動態設計、工業造型設計等現代設計方法工作方式串行設計、獨立設計并行設計、協同設計管理方式紙質圖檔、技術文檔管理基于PDM的產品數字化管理仿真方式物理樣機虛擬樣機、物理樣機特點過早進入物理樣機階段，從設計到物理樣機反復迭代修正由個人經驗、手工計算帶來的設計錯誤，設計周期長，成本高形象直觀，干涉檢查、強度分析、動態模擬、優化設計、外觀和色彩設計等采用虛擬樣機進行實現。設計錯誤少，設計周期短、成本低傳統設計與數字化設計各方面比較三、數字化設計與仿真基本技術1.CAX工具CADCAMCAE2.并行工程并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統方法。這種方法要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。四、先進數字化設計與仿真技術-虛擬樣機1.產生背景傳統的設計方式要經過圖紙設計、樣機制造，測試改進、定型生產等步驟，為了使產品滿足設計要求，往往要多次制造樣機，反復測試，費時費力、成本高昂。虛擬樣機技術的出現，改變了傳統的設計方式，采用數字技術進行設計。它能夠在計算機上實現設計——試驗——設計的反復過程，大大降低了研發周期和研發資本，能夠快速響應市場，適應現代制造業對產品T（time）、Q（quality）、C（cost）、S（services）、E（environment）的要求，極大地促進了敏捷制造的發展，推動了制造業的數字化、網絡化、智能化。2.虛擬樣機技術定義虛擬樣機技術(VirtualPrototyping,VP)是指在產品設計開發過程中,將分散的零部件設計和分析技術(指在某一系統中零部件的CAD和FEA技術)揉合在一起,在計算機上建造出產品的整體模型,并針對該產品在投入使用后的各種工況進行仿真分析,預測產品的整體性能,進而改進產品設計,提高產品性能的一種新技術。3.虛擬樣機分類虛擬樣機按照實現功能的不同可分為結構虛擬樣機、功能虛擬樣機和結構與功能虛擬樣機。結構虛擬樣機主要用來評價產品的外觀、形狀和裝配。新產品設計首先表現出來的就是產品的外觀形狀是否滿意,其次,零部件能否按要求順利安裝,能否滿足配合要求,這些都是在產品的虛擬樣機中得到檢驗和評價的。功能虛擬樣機主要用于驗證產品的工作原理,如機構運動學仿真和動力學仿真。新產品在滿足了外觀形狀的要求以后,就要檢驗產品整體上是否符合基于物理學的功能原理。這一過程往往要求能實時仿真,但基于物理學功能分析,計算量很大,與實時性要求經常沖突。4.虛擬樣機技術特點（1）新的研發模式傳統的研發方法是一個串行過程,而虛擬樣機技術真正地實現了系統角度的產品優化。它基于并行工程使產品在概念設計階段就可以迅速地分析、比較多種設計方案,確定影響性能的敏感參數,并通過可視化技術設計產品、預測產品在真實工況下的特征以及所具有的響應,直至獲得最優的工作性能。（2）更低的研發成本、更短的研發周期、更高的產品質量通過計算機技術建立產品的數字化模型,可以完成無數次物理樣機無法進行的虛擬試驗,從而無需制造及試驗物理樣機就可獲得最優方案,因此不但減少了物理樣機的數量,而且縮短了研發周期、提高了產品質量。（3）實現動態聯盟的重要手段動態聯盟的概念即為了適應快速變化的全球市場,克服單個企業資源的局限性,出現了在一定時間內,通過Internet臨時締結的一種虛擬企業。為實現并行設計和制造,參盟企業之間產品信息的交流尤顯重要。而虛擬樣機是一種數字化模型,通過網絡輸送產品信息,具有傳遞快速、反饋及時的特點,進而使動態聯盟的活動具有高度的并行性。5.虛擬樣機的功能組成

計算機仿真

技術虛擬現實技術CAD技術虛擬樣機人機互動6.虛擬樣機的生產流程第一階段：描述虛擬部件的CAD數據必須產生,并且做針對實時應用的預處理。第二階段：針對DMU仿真的需要對CAD幾何造型進行后處理。第三階段：將處理好的CAD三維模型連接到虛擬樣機內核上，使之與定義好的運動聯結(joints)、運動約束(Constraints)的機構系統以及其它子系統有機聯系在一起，最后在虛擬樣機仿真環境下生成虛擬樣機。7.虛擬樣機技術的應用火星車勇氣號虛擬樣機火星車勇氣號物理樣機基于虛擬樣機的汽車試驗虛擬樣機在工程機械領域應用虛擬樣機在產品動力學分析上的虛擬樣機在機械系統參數優化設計上的應用---洗衣機的震動模擬虛擬樣機在飛行器設計上的應用---飛行模擬五、案例分析1.數字化設計底座三維實體模型掩護梁三維實體模型液壓支架傳統設計是一種基于經驗、類比的設計模式，這種建立在物理樣機上的研發模式，成本高，開發周期長。如果物理樣機試驗不夠充分，產品定型后會造成不可預知的結果，從而影響到液壓支架的質量。

2.虛擬裝配液壓支架三維實體模型液壓支架零件的三維實體模型完成后，為了建立數字化樣機，需要對其各個零件進行虛擬裝配。通過確定零件之間的位置約束關系，可以把支架中的各個三維實體零件裝配成一個整體——液壓支架數字化樣機。零件的準確裝配是液壓支架運動仿真的前提，裝配關系的正確與否直接影響著液壓支架運動仿真能否正確實現。通過仿真結果，可以根據需要對生成的零件和特征進行修改定義，直至達到液壓支架設計要求為止。3.液壓支架的運動仿真4.基于ADAMS的液壓支架數字樣機的運動學分析思考題：1.數字化設計與仿真和傳統設計相比較有哪些特點？2.數據化設計有哪些基本技術？3.什么是虛擬樣機技術，解決什么樣的問題？數字化工藝3第三節工藝設計工作不僅涉及得到企業的生產類型、產品結構、工藝裝備、生產水平等，甚至還要受到工藝人員實際經驗和管理體制的制約，傳統手工工藝設計具對工藝設計人員要求較高。由于工藝設計需要和匯總生產大量的工藝文件，因此工作量大但效率低下。隨著計算機在制造企業中的應用，數字化工藝設計與仿真已成為可能。一、計算機輔助工藝過程設計1.CAPP概念計算機輔助工藝過程設計（computeraidedprocessplanning,CAPP），是指借助于計算機軟硬件技術和支撐環境，利用計算機進行數值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。2.CAPP的發展歷史CAPP的開發、研制是從60年代末開始的，在制造自動化領域，CAPP的發展是最遲的部分。世界上最早研究CAPP的國家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一個CAPP系統AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系統。在CAPP發展史上具有里程碑意義的是CAM-Ⅰ于1976年推出的CAM-Ⅰ'SAutomatedProcessPlanning系統。取其字首的第一個字母，稱為CAPP系統。目前對CAPP這個縮寫法雖然還有不同的解釋，但把CAPP稱為計算機輔助工藝設計已經成為公認的釋義。我國對CAPP的研究始于80年代初，迄今為止，在國內學術會議、刊物上發表的CAPP系統已有50多個，但被工廠、企業正式應用的系統只是少數，真正形成商品化的CAPP系統還不多。3.目前CAPP系統的分類派生式CAPP系統創成式CAPP系統綜合式CAPP系統4.發展CAPP技術的意義傳統上，工藝設計應由具有豐富生產經驗的工程師負責。作為一個好的工藝設計工程師必須具備：*具有豐富的生產經驗；*熟知企業的各種設備的使用情況；*熟知企業內各種生產工藝方法；*熟知企業內各種與生產加工有關的規范；*熟知與生產管理有關的各種規章制度；*能與有關各方保持友好協作。具有豐富經驗的工藝工程師，在發達國家常常感到人數不足。在美國，工藝設計人員一般年齡在40歲以上，并有豐富的生產車間工作經驗；在英國，工藝工程師平均年齡為55歲。通過對年齡數據的統計，反映了工藝設計要求工藝工程師有多年的生產實踐經驗。5.國內企業應用CAPP技術的現狀通過對國內部分設計院、企業所做的調研，大部分企業對CAPP系統的應用情況并不令人樂觀。企業應用CAPP系統的情況最具代表性的有如下幾種：（1）大部分企業的工藝設計仍然采用手工設計的方式，CAPP的應用仍是空白。較偏遠地區的企業，特別是那些中小企業，不光CAPP的應用是一片空白，計算機的應用狀況也令人擔憂。（2）部分企業在計算機技術和CAD的應用較為普及以后，工藝設計成為企業的薄弱環節。有些企業自己在Word、Excel或AutoCAD上繪制出工藝卡片的空白表格，在此基礎上進行工藝規程的設計。此種設計方式也是利用計算機進行輔助工藝設計，因此，也可稱做CAPP，但此類CAPP所生成的工藝規程是以文本文件的形式存在的，工藝部門只生成文本文件，企業無法對工藝數據進行有效的管理。（3）部分企業已充分認識到工藝設計的重要性，并購買了部分商品化的CAPP系統，但由于企業對CAPP的認識還存在一些誤區，因此，CAPP的應用還不盡如人意。二、制造過程管理制造過程管理（ManufacturingProcessManagement，簡寫為MPM），是一種貫穿計劃、設計、制造和管理全過程的協同工作環境，旨在對生產過程中的工藝信息進行協調的統一管理。MPM是為制造企業在工藝規劃、工藝設計、工藝仿真過程中提供一系列結構化、可視化的工具和技術，其核心技術可以分為工藝設計和仿真技術(主要包CAM技術、裝配過程與仿真技術、物流設計與仿真技術、公差分析、機器人離線編程及仿真技術、人機作業模擬與仿真技術)以及工藝管理(主要包括PBOM管理、工藝設計管理、工藝資源管理、工藝報表)。1.案例基本情況ARJ21是AdvancedRegionalJetforthe21stCentury的簡稱，是70~90座級的中、短航程支線飛機，擁有國內自主知識產權，按照世界上最新技術設計，研制過程中全面采用數字化技術是該新支線的又一特點。同時，并行工程技術的充分應用，從飛機總體方案起，設計部門、工藝部門、項目管理部門等各部門就介入進去。2.案例分析目前國內整個飛機制造過程中處于重要地位的飛機裝配過程基本沿襲了數字量傳遞與模擬量傳遞相結合的工作模式，裝配工藝的設計主要采用計算機輔助工藝過程設計系統CAPP系統進行，但仍然停留在二維產品設計的基礎上，與CAD系統沒有建立緊密的聯系，更談不上與設計的協同工作，無法將裝配工藝過程、裝配零件及與裝配過程有關的制造資源緊密結合在一起實現裝配過程的仿真，無法在工藝設計環境中進行3維的虛擬工藝驗證，零部件能否準確安裝，在實際安裝過程中是否發生干涉、工藝流程、裝配順序是否合理，裝配工藝裝備是否滿足裝配需要，裝配人員及裝配工具是否可達、裝配操作空間是否具有開放性等一系列問題無法在裝配設計階段得到有效驗證。上述任一環節在實際生產中出現問題都將影響飛機的研制周期，造成費用的損失。3.解決方案應用DELMIA軟件系統解決上面問題，系統又包括兩個相互關聯的獨立軟件，DPE(DigitalProcesEngineer--數字工藝工程)和DPM(DigitalProcesManufacture--數字制造工藝)。思考題：1.什么是CAPP？2.MPM是什么，具體有什么作用？數字化加工與裝配4第四節一、數控加工設備1.數控加工的基本概念數控加工是指由控制系統發出指令使刀具作符合要求的各種運動，以數字和字母形式表示工件的形狀和尺寸等技術要求和加工工藝要求進行的加工。它泛指在數控機床上進行零件加工的工藝過程。2.數控加工的特點自動化程度高加工精度高，加工質量穩定對加工對象的適應性強生產效率高易于建立計算機通信網絡數控加工特點3.數控加工設備的分類1.開環控制系；2.半閉環控制系統；3.閉環控制系統1.定位控制數控機床；2.直線運動控制數控機床；3.輪廓控制的數控機床1.精密型;2.普通型;3.經濟型1.金屬切削類數控機床；2.金屬成形類及特種加工類數控機床工藝用途運動方式控制方式功能水平4.先進數控加工設備介紹數控加工設備向著高精度、高效率、復合型、智能型和網絡與開放方面發展。（1）高精度瑞士DXSHSCHAUBLIN公司142精密車床德國KERNPyramidNano金字塔納米加工中心主軸跳動＜0.5μm最佳圓度＜0.5μm光潔度Ra0.2-0.4μm位置精度±0.3μm（positionalvariance）1-10,000個零件精度始終保持可實現0.1μ進給實測定位精度/重復定位精度0.0005mm/0.0003mm（ISO230-2）日本YASDAYMC430Ver.II超精密微細加工中心）北京廣宇大成數控機床有限公司MGK2835高精度數控立式磨床?1000mm工作臺徑向跳動和軸向竄動≤１μm工作臺外延1000mm處端面跳動≤１μm通過角度閉環控制的工作臺重復定位精度１″砂輪主軸徑向跳動和軸向竄動≤１μm加工圓度2μm日本YASDA加工實例切深0.3μmDMG/MORISEIKIDIXI210立式加工中心

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Handtmann）工作臺翻轉式加工中心德國EMAG德國EMAG倒立式加工中心（2）高效率德國CHIRONTZ15WMAGNUM立式加工中心德國DMGDMU40monoBLOCK系列自動化解決方案效率—機器人與機床集成內置式關節機器人澳大利亞ANCA公司MX7工具磨瑞士EWAG公司COMPACT

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4臺鉆削中心和兩臺D頂置機器人組成的柔性制造單元DMG缸蓋生產線10臺NHX5000+自動上下料效率—機器人與機床集成大連機床集團汽車轉向節智能生產線關節機器人與生產線集成OKUMA五軸自動調整技術5-AxisAutoTuningSystem開始結束基準球固定在臺面上，測頭接觸基礎球頂端按啟動鍵和測量開始鍵開始測量，并自動設置補償參數僅需3步，11種幾何誤差（完整模式）在10分鐘內自動完成測量、補償、調整4種幾何誤差（簡單模式）在10分鐘內自動完成測量、補償、調整效率—節省輔助時間五軸幾何誤差快速自動調整EmcoCPSPilot防碰撞系統防碰撞檢驗CPSPilot按1:1比例，以三維圖形的形式顯示每臺特定機床的所有特征，確保停工期加到最低程度功能和特征MAZAK智能維護與支持技術INTELLIGENTMAINTENANCESUPPORT監測機床需日常維護保養的一些部位的狀態信息，如切削液、過濾器，防護罩和操作記錄等，以預防維修計劃不落實造成的意外停機。當某一監測部位達到預設值時，例如過濾器的清洗新更換日期，會彈出窗口要求及時進行維護。效率—節省輔助時間設備維護與監測，減少意外停機時間MAZAK主軸狀態監測技術INTELLIGENTPERFORMANCESPINDER監控主軸狀態，縮短停機時間，對機床進行預防性維護MAZAK激光切割機床檢測技術INTELLIGENTPERFORMANCESPINDER穿透檢監測鏡頭清潔監測等離子云檢監測過燒監測INDEXC200數控車床對置雙主軸雙工位3刀塔效率—多軸、多刀、多工位法國HURONTMX對置雙主軸雙刀塔車削中心車床效率—多軸、多刀、多工位日本高松（TAKAMATSU）XW系列并列主軸雙刀刀塔精密車并列主軸車床日本村田（MURATEC）MW系列并列主軸雙刀刀塔精密車日本富士（FUJI）CSD系列并列主軸雙刀刀塔精密車德國CHIRON公司雙主軸加工中心多主軸加工中心效率—多軸、多刀、多工位立式加工中心德國STAMAMC543/twincompact雙主軸五軸聯動立式加工中心瑞士STARRAGBTP5000-5-axistitaniumprofiler雙主軸臥式加工中心（鈦合金零件）效率—多軸、多刀、多工位雙主軸雙工位臥式加工中心德國LICONMACHININGCENTERLiFLEXII系列

雙主軸雙工位臥式加工中心埃斯維機床（蘇州）有限公司BAW06臥式多主軸加工中心多軸合一，效能翻倍整體框架式結構，整機結構新穎獨特，性能先進，配置高端，具有現代加工中心典型的品質和特點主軸的X、Y、Z向運動由直線電機驅動，閉環控制，加速度3G，安置在專利的整體框架式結構內整體框架式結構，整機結構新穎獨特，性能先進，配置高端，具有現代加工中心典型的品質和特點主軸數量有1、2、4可選，主軸最高轉速17500r/min搖籃式雙橫梁交換工作臺由力矩電機驅動，上面可安裝2個或4個子臺效率—多軸、多刀、多工位臥式加工中心德國SAMAG

MFZ4-2W多主軸臥式加工中心效率—多軸、多刀、多工位雙主軸雙搖籃式轉臺交換每個搖籃配置雙轉臺臥式加工中心德國SAMAG

MFZ6-3W多主軸加工中心三主軸雙搖籃三轉臺效率—多軸、多刀、多工位臥式加工中心效率—多軸、多刀、多工位高度自動化的自動車床CITIZENCincom系列自動車日本津上（TSUGAMI）B0385雙主軸自動車床（3）復合加工奧地利WFLM120MILLTURN銑車復合加工中心復合銑車復合奧地利WFL銑車復合加工中心加工實例復合奧地利

EMCO

HYPERTURN65PM車銑復合加工中心銑斜槽車/銑偏心圓三維銑削銑螺紋滾齒螺旋插補銑圓深孔鉆削內溝槽加工內螺紋加工鏜孔在線自動測量銑內外圓、扁、鉆孔、攻絲橢圓銑削根部成形加工銑車復合銑槽滾齒凹腔/凹凸臺銑鉆深孔六邊形拉削銑削斜內孔/凸臺螺紋車螺紋內孔擠壓成形車削滾壓車削端面和外圓去毛刺插內齒車內孔鏜孔鉸孔偏心車/銑滾花銑槽雕刻銑削橢圓鉆孔/攻絲內沉割槽車內孔精鏜車內螺紋MAZAKINTEGREX系列銑車復合加工機床銑車復合Makino

GrinderG7五軸臥式加工中心磨銑復合DMGMORILASERTEC210Shape五軸銑削和激光紋理加工復合加工系統復合銑削和激光紋理加工復合加工系統MAZAKINTEGREXi-400AM五軸增/減材復合加工中心復合增/減材復合提供兩種類型的熔覆頭（高速成形和高精度成形），平時裝在刀庫里，可以自動安裝在主軸上，并與其它刀具一樣通過ATC調用。大連三壘機器股份有限公司SVW80C-3D增減復合五軸加工中心（4）智能化意大利薩瓦尼尼（SALVAGNINI）P2Lean新一代緊湊型多邊折彎中心借助于傳感器系統，精確測量加工過程中厚度、張力強度的變化值，通過40年豐富經驗積累的專利的Mac2.0.a軟件，計算回彈量并自動進行調整控制P2Lean懂得怎樣滿足你的每一個折彎要求，你只要簡單的告訴設備你所需要的折彎，而后設備在最短的時間內自動完成折彎2014年10月在德國“國際金屬板材加工技術展覽會”一經展出，受到參觀者的一致好評。智能傳感器（厚度、張力）+40年經驗軟件+全自動=首件成功海德漢（HEIDENHAIN）TNC640數控系統LAC（負載自適應控制）—自動確定工件當前質量、轉動慣量和摩擦力基礎上，連續前饋并自適應控制其變化，使加工參數跟隨工件的變化智能無附加力有/無附加力之比較OKUMA振動抑制技術OKUMA的振動抑制技術可根據傳感器信號，計算并變換主軸至最佳轉速。同時還可將多個最佳主軸轉速候補值顯示在畫面上，通過觸摸屏人工選擇。德國HEIDENHAINTNC640數控系統進給速度自適應智能控制技術保持主軸最大功率條件下的進給速度自動調整。當進給速度小于定義最小值，切削條件異常或刀具磨損、破損嚴重時，系統會自動報警并停機智能進給速度自適應控制三菱電機自動化（中國）有限公司EA8SM數控電火花加工機智能化和自動化，可對復雜形狀零件進行高速高效適應性放電加工，大幅縮短了抬刀時間擁有高效加工TP回路、抵損耗SC回路、鏡面加工GM回路和硬質合金精加工PS回路四種不同用途的電路，可根據加工需求任意選用高速高效自適應性放電四種“傻瓜”式加工加方式（5）網絡與開放采用基于以太網的標準通訊解決方案，內置有以太網功能，無需外掛通訊處理器，具有強大的網絡集成功能通過CBA（ComponentBasedAutomation基于組件的自動化）技術功能強大的PLC/PLC通訊，可實現靈活組網，及操作站的動態連接開放的HMI（HumanMachineInterface人機界面）和

NCK（NCRealtimeKemal西門子數控系統實時控制內核），滿足客戶的個性化需求將得到滿足。各種圖像、軟件，或是工藝功能都可輕松融入該系統SIEMENSSINUMERIK840Dsl數控系統

DMGMORICELO系統以獨特的技術將機床與公司組織連接為一體，構成完整持續的數字化、無紙化生產的支撐和基礎兼容現有的ERP（企業資源計劃）/PPS（生產計劃與控制系統）/PDM（產品數據管理）/MES制造執行系統和CAD/CAM軟件和控制系統，可將生產效率提高30%具有生產計劃、輔助功能、技術支持、配置與機床狀態監控五類功能的16種應用程序，多點觸摸屏，實現對數控系統、任務管理、任務規劃、網絡服務、狀態監控、機床維護、工藝流程數據和機床數據等一體化數字化管理、記錄和顯示PC版本能夠在PC上使用

CELOS的所有功能，可將任意機床或設備集成在整體CELOS外圍設備中，可讓用戶在加工準備階段就能對生產與制造流程進行最佳規劃與控制HEIDENHAINTNC640數控系統TNC640可接入網絡，連接PC計算機、編程站和其它數據存儲設備。即使是標準版的TNC640系統，不僅具備RS-232-C/V.24數據接口，同時也具備最新的高速千兆以太網接口。TNC640可通過TCP/IP協議與NFS服務器和Windows網絡通信，無需任何附加軟件。數據傳輸速度最快可達1000Mbps，因此可確保快速傳輸數據。能夠靈活地集成到設計、編程、仿真、制定生產計劃、生產等工藝鏈中，將現有刀具及原材料、刀具數據、夾具裝夾、CAD數據、NC程序、檢測要求等數字版文件提供給車間和操作人員以及在TNC640用戶界面中顯示這些數據的解決方案。標準版的TNC640也提供實用應用程序。使用CAD閱讀器、PDF閱讀器以及Mozilla火狐網頁瀏覽器，可以在數控系統中直接查看生產工藝數據。使用基于網頁的文檔軟件或ERP系統就像進入您的電子郵件收件箱一樣簡單。二、工業機器人與數字化裝配裝配是產品生產的后續工序，在制造業中占有重要地位，在人力、物力、財力消耗中占有很大比例，作為一項新興的工業技術，機器人裝配應運而生。在機器人應用各領域中只占很小的份額。究其原因，一方面是由于裝配操作本身比焊接、噴涂、搬運等復雜；另一方面，機器人裝配技術目前還存在一些亟待解決的問題。如：對裝配環境要求高，裝配效率低，缺乏感知與自適應的控制能力，難以完成變動環境中的復雜裝配，對于機器人的精度要求較高，否則經常出現裝不上或“卡死”現象。1.國內裝配機器人的發展現狀經過多年來的研究與開發，我國在裝配機器人方面有了很大的進步。目前在裝配機器人研制方面，基本掌握了機構設計制造技術，解決了控制、驅動系統設計和配置、軟件設計和編制等關鍵技術，還掌握了自動化裝配線及其周邊配套設備的全線自動通信、協調控制技術，在基礎元器件方面，諧波減速器、六軸力傳感器、運動控制器等也有了突破。我國已研制出精密型裝配和實用型裝配機器人，如廣東吊扇電機機器人自動裝配線，小型電器機器人自動裝配線，以及自動導引汽車發動機裝配線，精密機芯機器人自動裝配線等機器人示范應用工程。2.國外裝配機器人的發展現狀美、日、西歐的制造業中約40％的勞動力用于裝配，西德電子工業產品總成本的50—70％是裝配。裝配機器人是高質量、高柔性、高效率完成自動裝配的理想手段。所以裝配機器人得到迅速發展，如美國工業界Delphi法調查表明到2000年應用于裝配和檢驗的機器人銷售臺數將從1985年占工業機器人總數16％猛增到35％。日本裝配機器人的增長比任何其他工業應用領域的機器人都快，增長速度比歐洲和美國更快。3.裝配機器人的關鍵技術裝配機器人的關鍵技術裝配機器人的實時控制檢測傳感技術裝配機器人系統軟件研制裝配機器人控制器的研制裝配機器人的圖形仿真技術裝配機器人柔順手腕的研制裝配機器人的精確定位三、案例分析1.機器人自動化切割切割機器人能滿足切割零件高精度的要求，完成高質量工作，它包括火焰切割、等離子切割和激光切割等。另外，也可以實現對飛機壁板的自動化修邊。飛機壁板件在加工成型時總要留有一定的余量，在裝配前根據具體配合關系進行切邊修整。采用工業智能機器人能夠更高效、更便捷、更精準地完成零組件切邊工作。從而代替傳統的手工修邊或笨重的切邊機等。2.機器人自動制孔與連接裝配過程中的零組件裝配、部件裝配和部件對接裝配過程都需要進行大量的制孔、鉚接等連接工作。機器人已經實現自動鉆鉚、焊接等工作，并逐漸應用于裝配中。例如在大型飛機機身壁板上進行連接，采用人工鉆鉚方式完成數以萬計的緊固件制孔、鉚接非常耗時耗力，而采用機器手帶動鉆鉚末端執行器，或采用爬行機器人可以輕松實現，并且效率是人工的6~10倍。串聯機器人制孔并聯機器人自動制孔3.測量輔助機器人數字化裝配定位精確定位可以借助數字化技術及自動化設備來輔助完成，如采用先進高精度測量設備和工業機器人相結合的柔性加持定位系統。數字化光學設備以激光跟蹤儀為代表，包括激光雷達、數字攝影照相機、iGPS室內測量系統等。對小范圍的零組件的定位，可借助機器人結合測量設備來實現。后機身壁板用機器人進行定位移動

AGV車和機器人手臂組合使用4.機器人檢測、探傷機器人在檢測方面應用也很廣泛。第一，進行產品結構的檢查（如孔徑和外形檢測），如圖3-3-7所示。第二，用于工件內部的檢查（如無損探傷），具有速度快、準確度高等特點。第三，由于其可攜帶多種末端執行機構，因此可以安裝測量頭（非接觸式光學反射鏡或接觸式探頭等），對復雜、隱蔽的產品空間進行測量。這對于具有多種復雜結構零件的產品是極為有用的，如對發動機進氣道的測量、安裝、檢驗等。機器人孔檢測5.機器人數字化柔性裝配線平臺機器人數字化柔性裝配線平臺在航空器制造領域應用廣泛，例如在飛機總裝時，國外各大飛機制造公司均采用了自動化對接裝配系統來代替大型的固定裝配型架，主要由計算機控制的自動化定位器、激光測量系統（激光跟蹤儀、激光雷達或iGPS系統）和控制系統組成，同時，也集成應用了智能工業機器人于連接部位的裝配工作上。機器人輔助數字化裝配平臺思考題：1.數控加工的特點是什么？2.數控加工設備發展方向是什么？3.裝配機器人有哪些關鍵技術？數字化控制5第五節一、計算機數控系統（CNC系統）概述1.數控系統的組成CNC系統主要由硬件和軟件兩大部分組成。其核心是計算機數字控制裝置。它通過系統控制軟件配合系統硬件，合理地組織、管理數控系統的輸入、數據處理、插補和輸出信息，控制執行部件，使數控機床按照操作者的要求進行自動加工。2.CNC系統的功能CNC系統由于現在普遍采用了微處理器，通過軟件可以實現很多功能。數控系統有多種系列，性能各異。數控系統的功能通常包括基本功能和選擇功能。控制功能

準備功能插補功能進給功能主軸功能輔助功能刀具功能補償功能字符、圖形顯示功能自診斷功能通信功能人機交互圖形編程功能系統功能3.CNC系統的一般工作過程（1）輸入輸入CNC控制器的通常有零件加工程序、機床參數和刀具補償參數。（2）譯碼把其中零件的輪廓信息按一定的語法規則解釋（編譯）成計算機能夠識別的數據形式。（3）刀具補償刀具補償包括刀具半徑補償和刀具長度補償。（4）進給速度處理數控加工程序給定的刀具相對于工件的移動速度是在各個坐標合成運動方向上的速度。（5）插補曲線上自動進行“數據點密化”。（6）位置控制將插補計算出的理論位置與實際反饋位置進行比較，用其差值控制進給電動機。（7）I/O處理實現CNC與機床之間的信息傳遞和變換。（8）顯示有零件程序的顯示、參數的顯示、刀具位置顯示、機床狀態顯示、報警信息顯示等。二、伺服系統1.基本概念伺服系統是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統。它接受來自數控裝置的進給指令信號，經變換、調節和放大后驅動執行件，轉化為直線或旋轉運動。伺服系統是數控裝置(計算機)和機床的聯系環節，是數控機床的重要組成部分。數控機床伺服系統又稱為位置隨動系統、驅動系統、伺服機構或伺服單元。該系統包括了大量的電力電子器件，結構復雜，綜合性強。進給伺服系統是數控系統主要的子系統。如果說C裝置是數控系統的“大腦”，是發布“命令”的“指揮所”，那么進給伺服系統則是數控系統的“四肢”，是一種“執行機構”。它忠實地執行由CNC裝置發來的運動命令，精確控制執行部件的運動方向，進給速度與位移量。伺服系統一般由伺服電機、驅動信號控制轉換電路、電子電力驅動放大模塊、位置調節單元、速度調節單元、電流調節單元、檢測裝置。2.對伺服系統的要求（1）精度高伺服系統的精度是指輸出量能復現輸入量的精確程度。包括定位精度和輪廓加工精度。（2）穩定性好穩定是指系統在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調節過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態。直接影響數控加工的精度和表面粗糙度。（3）快速響應快速響應是伺服系統動態品質的重要指標，它反映了系統的跟蹤精度。（4）調速范圍寬調速范圍是指生產機械要求電機能提供的最高轉速和最低轉速之比。0～24m/min。（5）低速大轉矩進給坐標的伺服控制屬于恒轉矩控制，在整個速度范圍內都要保持這個轉矩；主軸坐標的伺服控制在低速時為恒轉矩控制，能提供較大轉矩。在高速時為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。3.伺服系統的分類（1）按調節理論分類開環伺服系統半閉環伺服系統閉環伺服系統（2）按使用的執行元件分類a.電液伺服系統執行元件：電液脈沖馬達和電液伺服馬達。優點：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間常數小、反應快和速度平穩。缺點：液壓系統需要供油系統，體積大。噪聲、漏油。b.電氣伺服系統執行元件：伺服電機（步進電機、直流電機和交流電機）優點：操作維護方便，可靠性高。（3）按被控對象分類a.進給伺服系統指一般概念的位置伺服系統，包括速度控制環和位置控制環。b.主軸伺服系統只是一個速度控制系統。（4）按反饋比較控制方式分類a.脈沖、數字比較伺服系統b.相位比較伺服系統c.幅值比較伺服系統三、案例分析1.FANUC數控系統的發展歷史列表年代系統的種類控制軸數/聯動軸數伺服的種類應用情況1976年FS-5FS-7POWERMATE系列F200C，F330D

DC伺服電機

1979年FS-2系列

FS-3系列FS-6系列FS-9系列

1984年FS10系列FS11系列FS12系列

AC伺服電機（模擬控制）

1985年FS0系列4/4一般機械小型機械經濟型機械1987年FS15系列24/16AC伺服電機

（數字控制）高精度機床復合機械五面體加工機1990年FS16系列8/6高性能機械五面體加工機1991年FS18系列6/4高性能機械1992年FS20系列4/3

1993年FS21系列5/4高性能機械一般機械1996年FS16i系列8/6高性能機械五面體加工機一般機械FS18i系列8/418iMB58/5FS21i系列5/41998年FS15i系列24/24高精度復合機械五面體加工機2001年FS0i-A系列4/4一般機械小型機械經濟機械2003年FS0i-B系列4/4FS0iMATE-B系列3/32004年FS0i-C系列4/4FS0iMATE-C系列3/3FS30i/31i/32i系列30i32/24高精度復合機械五面體加工機生產線31i20/1232i9/5

2.常見FANUC數控系統FANUC0-C/0-D系列FANUC16/18/21系列FANUC16i/18i/21i系列FANUC0i-AFANUC0i-BFANUC0imate-BFANUC0i-CFANUC30i/31i/32i系列3.FANUC數控系統的共同結構特點典型的FANUC數控系統的構成典型的FANUC數控系統的構成思考題：1.簡述一下CNC系統的組成。2.CNC系統的功能有哪些？3.什么是伺服系統？4.伺服系統是如何分類的？數字化生產管理6第六節圖片一、MES的基本概念制造執行系統(manufacturingexecutionsystem，簡稱MES）是美國管理界上世紀90年代提出的新概念，MESA(MES國際聯合會)對MES的定義是：MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理。1.MES應用功能模型2.MES應用情況MES在發達國家已實覡了產業化，其應用覆蓋了離散與流程制造領域，并給企業帶來了巨大的經濟效益。MESA分別在1993年和1996年以問卷方式對若干典型企業進行了兩次有關MES應用情況的調查，這些典型企業覆蓋了下列的7大行業：醫療產品、塑料與化合物、金屬制造、電氣、電子、汽車、玻璃纖維、通訊等。調查表明企業使用MES后，可有效地縮短制造周期，縮短生產提前期，減少在制品，減少或消除數據輸入時間，減少或消除作業轉換中的文書工作，改進產品質量少次品，消除損失的文書工作。國內在“十五”期間，流程工業領域MES成為技術研究的突破口，重點面向鋼鐵和石化2個典型流程制造行業。目前，MES已在鋼鐵、石化等行業得到成功應用并開發完成了若干自主產權的MES系統，如：上海寶信MES、中國石化MES（S－MESV1．0）等。3.MES發展趨勢MES標準化支持網絡化協同制造MES新型體系結構更強的集成化功能更強的實時性和智能化MES的發展趨勢二、ERP的基本概念企業資源計劃(EnterpriseResourcePlanning，簡稱ERP)，由美國GartnerGroup公司于1990年提出。企業資源計劃是MRPII（企業制造資源計劃）下一代的制造業系統和資源計劃軟件。除了MRPII已有的生產資源計劃、制造、財務、銷售、采購等功能外，還有質量管理，實驗室管理，業務流程管理，產品數據管理，存貨、分銷與運輸管理，人力資源管理和定期報告系統。三、MES和ERP的關系四、案例分析下面是某企業汽車主減速器裝配生產線MES系統的案例。需要MES系統實現對裝配過程中產生數據的采集與管理，同時支持后續的生產、物流、質量、設備各領域管理要求，扮演“信息傳遞者”的角色，具有多種功能并且能夠為裝配生產、監測、工藝、物流等服務。1.作業計劃管理作業計劃管理功能從生產訂單輸入（手工輸入或從ERP系統下載）開始，并將生產訂單分解成減速器裝配線生產車間的日作業計劃、并按其生產計劃進行排序。2.裝配過程信息發布裝配過程信息發布系統由工作站終端進行統一的信息發布，將信息以不同的方式（顯示，打印，屏幕，設備，系統，報警）發布到各個顯示終端上。發布裝配車間日作業計劃，同時打印總成裝配單，分總成裝配單，同時把裝配計劃傳輸到上層ERP系統中去。3.裝配過程跟蹤與監控MES系統需要對車間裝配設備的運行狀況進行監控，并直接或通過上位機指導生產，同時對設備的運行情況進行管理。4.數據采集數據采集管理模塊就是采集、存儲、管理以及維護生產過程關鍵數據MES系統通過它實現對PLC現場實時信息的及時掌握，從而對生產性能提高和生產錯誤的糾正有及時正確的反映。5.質量管理減速器作為汽車最為重要的關鍵部件之一，其質量好壞，對整個汽車的質量起著至關重要的作用。這就要求對減速器整個生產過程進行全程跟蹤、追溯。制造數據的采集與防錯系統模塊也就必然成為是MES系統的重要模塊。同時利用SPC技術對關鍵檢測數據進行分析，分析判斷當前的加工產品是否處于穩定狀態以及加工產品是否達到控制的要求等。6.與ERP等系統集成在一般的企業信息系統可以分成計劃層，執行層（MES），控制層，MES是一個企業整體信息系統中承上啟下的關鍵一環，它并不是一個“信息孤島”，它需要和上游系統，下游系統以及其它系統進行緊密的集成，才能最大發揮其作用，也才能使企業的信息流、數據流、價值流順暢運轉。7.報表管理報表查詢系統模塊是將在系統中集成采集到的各種生產信息，按照要求及規格，生成或統計成對應的電子文本，方便系統間的信息交互及工廠各個部門間的信息交流。報表類型主要有產品檔案、產品質量、供應商和人員報表以及設備信息報表，各大類型的報表中又可以再一步細化。思考題：1.什么MES，有何作用？2.什么是ERP，有何作用？3.簡述MES和ERP的關系。數字化遠程維護7第七節一、數字化遠程維護的背景網絡化制造環境下企業的產品質量控制是企業運行管理的主要功能模塊。企業如何去適應快速變化的市場需求，不斷以快速度、高質量、低成本和優質服務向市場提供滿足用戶需求的產品，以求得生存和發展已成為企業共同追求的目標和永恒的主題。質量控制不僅是對產品實物本身的控制，而且更強調對產品質量形成過程進行控制，即通過控制過程質量的方法來控制最終產品實物的質量。隨著高科技的不斷注入，現代裝備的高集成化、高智能化以及分析處理問題的高效化日益增強，隨之而來的系統的故障診斷、維修保障和可靠性越來越受到人們的高度重視。二、預測與健康管理（PrognosticsandHealthManagement,PHM）的基本概念PHM(PrognostiesandHealthManagement)預測與健康管理技術是綜合利用現代信息技術、人工智能技術的最新研究成果而提出的一種全新的管理健康狀態的解決方案。1.發展歷史(1)從外部測試到機內測試（BIT）（60-70年代）早期的飛機系統比較簡單，航電系統為分立式結構，依靠人工在地面上檢測和隔離飛機中的問題（外部測試）。這些飛機由彼此獨立的模擬系統構成；隨著飛機系統變得復雜，機內測試（BIT/BITE）被引入飛機中，先是為了警告飛行員在重要部件中出了關鍵故障，后來又成為支持機械師查找故障的助手。(2)從BIT到智能BIT（80年代）為了解決常規BIT存在的問題，美國原羅姆航空發展中心（RADC）在80年代初率先提出運用人工智能技術來改善BIT的效能，以降低虛警、識別間歇故障，這就是所謂的智能BIT。智能BIT是指，采用人工智能及相關技術，將環境應力數據、BIT輸出信息、BIT系統歷史數據、被測單元輸入/輸出、設備維修記錄等多方面信息綜合在一起，并經過一定的推理、分析、篩選過程，得出關于被測單元狀態的更準確的結論，從而增強BIT的故障診斷能力。20多年來，智能BIT技術有了迅速發展，先后出現了綜合BIT、信息增強BIT、改進決策BIT、維修歷史BIT、自適應BIT和暫存監控BIT等多種智能BIT技術。智能BIT技術已經應用到F-16與F-15的改型和新研制的F-22、JSF等第三、第四代航空裝備中。(3)綜合診斷的提出和發展（80年代后期至90年代）20世紀70-80年代，復雜裝備在使用中暴露出測試性差、故障診斷時間長、BIT虛警率高、使用與保障費用高、維修人力不足等各種問題，引起美英等國軍方和工業部門的重視。美軍及工業界分別針對自動測試設備(ATE)、技術資料、BIT及測試性等各診斷要素相繼獨立地采取了很多措施，力圖解決這些使用與保障問題，結果不理想。問題的根源在于各診斷要素彼此獨立工作，缺少綜合；而且除測試性和BIT外，都是在主裝備設計基本完成后才開始設計的。從解決現役裝備保障問題的角度出發，美國國防部頒布軍用標準和國防部指令，強調采用“綜合后勤保障”的途徑來有效解決武器裝備的保障問題。“診斷”問題成為貫徹綜合后勤保障的瓶頸。美國原安全工業協會于1983年首先提出了“綜合診斷”的設想，對構成武器裝備診斷能力的各要素進行綜合，并獲得了美國軍方的認可和大力提倡。2.PHM系統的組成（1）數據采集利用各種傳感器探測、采集被檢系統的相關參數信息，將收集數據進行有效信息轉換以及信息傳輸等。（2）信息歸納處理接受來自傳感器以及其它數據處理模塊的信號和數據信息，將數據信息處理成后續部件可以處理的有效形式或格式。該部分輸出結果包括經過濾波、壓縮簡化后的傳感器數據，頻譜數據以及其它特征數據等。（3）狀態監測接受來自傳感器、數據處理以及其它狀態監測模塊的數據。其功能主要是將這些數據同預定的失效判據等進行比較來監測系統當前的狀態，并且可根據預定的各種參數指標極限值/閾值來提供故障報警能力。（4）健康評估接受來自不同狀態監測模塊以及其它健康評估模塊的數據。主要評估被監測系統(也可以是分系統、部件等)的健康狀態(如是否有參數退化現象等)，可以產生故障診斷記錄并確定故障發生的可能性。故障診斷應基于各種健康狀態歷史數據、工作狀態以及維修歷史數據等。（5）故障預測決策故障預測能力是PHM系統的顯著特征之一。該部件由兩部分組成，可綜合利用前述各部分的數據信息，評估和預測被監測系統未來的健康狀態，并做出判斷，建議、決策采取相應的措施。該部件可以在被監測系統發生故障之前的適宜時機采取維修措施。該部分實現了PHM系統管理的能力，是另一顯著特征之一。（6）保障決策主要包括人-機接口和機-機接口。人-機接口包括狀態監測模塊的警告信息顯示以及健康評估、預測和決策支持模塊的數據信息的表示等；機-機接口使得上述各模塊之間以及PHM系統同其它系統之間的數據信息可以進行傳遞交換。需要指出的是，上述體系結構中的各部件之間并沒有顯明界限，存在著數據信息的交叉反饋。三、案例分析本案例是某機械加工企業的預測與健康管理系統，本系統的質量控制技術不依賴零件的質量特性分布，而是通過控制加工過程參數（工序影響因素）的方法來間接控制加工工序的質量特性。這種間接控制方法的優點是不必逐件檢測零件，縮短了檢驗時間。系統根據監控對象將基于PHM的機械加工過程質量控制技術的研究內容分為4個方面:1）刀具狀況監測;2）設備狀況監測；3）加工工況監測；4）環境狀況監測。基于PHM的加工過程質量控制系統的體系結構思考題：1.簡述一下PHM的功能和作用。智能制造基礎與應用第2版“十三五”職業教育國家規劃教材

第三章智能制造關鍵技術第二節工業物聯網第三節工業機器人第四節3D打印技術第五節RFID射頻技術第六節云計算與大數據第七節虛擬現實與人工智能技術第一節概述第八節智能制造的信息安全技術概述1第一節

智能制造是利用智能科學的理論、技術、方法和云計算、物聯網、移動互聯、大數據、自動化、智能化等技術手段，實現工業產品研發設計、生產制造過程與機械裝備、經營管理、決策和服務等全流程、全生命周期的網絡化、智能化、綠色化，通過各種工業資源與信息資源整合和優化利用，實現信息流、資金流、物流、業務工作流的髙度集成與融合的現代工業體系。

在智能制造發展過程中，主要有以下幾種關鍵技術：一、工業互聯網、物聯網

工業互聯網、工業物聯網是互聯網、物聯網在工業中的應用