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。【學(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是機械制造時代，從18世紀(jì)60年代至19世紀(jì)中期。是引入機械設(shè)備制造的時代。通過水力和蒸汽機實現(xiàn)工廠機械化。這次工業(yè)革命的結(jié)果是機械生產(chǎn)代替了手工勞動，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)、機械制造帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新模式。

工業(yè)2.0是電氣化與自動化時代，從19世紀(jì)后半期至20世紀(jì)。是在勞動分工基礎(chǔ)上采用電力驅(qū)動產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)時代。是進(jìn)入了由繼電器、電氣自動化控制機械設(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/單片機等真正電子、信息技術(shù)自動化控制的機械設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。自此，機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”，還接管了一些“腦力勞動”。

工業(yè)4.0概念是德國政府2013年《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項目之一，并已上升為國家戰(zhàn)略，工業(yè)4.0是實體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界融合的時代，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，個性化的產(chǎn)品供應(yīng)。

《中國制造2025》工作報告提出堅持創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，加快從制造業(yè)大國轉(zhuǎn)向制造強國。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)+是重要的實現(xiàn)路徑。

智能制造是基于新一代信息技術(shù)，貫穿設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動各個環(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)加工的各個工序，以一種高度集成與高度柔性的方式使用計算機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)機器人應(yīng)用技術(shù)工業(yè)機器人是由機械本體、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和傳感裝置構(gòu)成的一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化設(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。

（1）工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)圖2－1上下料機器人

圖2－2碼垛機器人

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

（1）工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)圖2－5點焊機器人

圖2－6弧焊機器人

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

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)材料打印機來實現(xiàn)的，早期應(yīng)用在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(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、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）射頻和實時定位技術(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)，從而實現(xiàn)對物品或者商品的自動識別。RFID讀寫器也分移動式和固定式兩種，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）射頻和實時定位技術(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)其實是互聯(lián)網(wǎng)的一個延伸，互聯(lián)網(wǎng)的終端是計算機（ＰＣ、服務(wù)器），我們運行的所有程序，都是計算機和網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸，除了計算機外，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算機，而是嵌入式計算機系統(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)實技術(shù)圖2－17虛擬現(xiàn)實在軍事中的應(yīng)用圖2－18虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(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)，使用各種自動化機器或智能機器（主要指計算機）模仿、延伸和擴(kuò)展人的智能，實現(xiàn)某些機器思維或腦力勞動自動化。

（7）云計算與大數(shù)據(jù)

云計算(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器和人類專家共同組成的人機一體化制造系統(tǒng)。在制造過程中可以進(jìn)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(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)，實現(xiàn)單機智能設(shè)備互聯(lián)，不同設(shè)備的單機和設(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)形成一個制造能力無所不在的智能制造系統(tǒng)，這個系統(tǒng)是廣泛的系統(tǒng)。將其按層級可劃分為５個層級。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)的制造實力，實現(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)項目主要特征（1）生產(chǎn)過程數(shù)字化，實時采集產(chǎn)品的生產(chǎn)信息、設(shè)備信息、工藝信息、質(zhì)量信息等。（2）具備防錯體系。以防發(fā)生重大故障時，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)、報警、產(chǎn)品履歷、物料流動等信息可視化。（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）可自動排產(chǎn)。可實時動態(tài)調(diào)整，并實時更新到生產(chǎn)線和管理看板。（7）標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量管理。實現(xiàn)系統(tǒng)管控流程、分析失敗起因，實現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)和