智能制造概論教學(xué)課件第一章-智能制造及發(fā)展

《智能制造概論》2第一章智能制造及發(fā)展一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)二、智能制造內(nèi)涵三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革四、中國制造2025五、美國、德國和中國制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略比較3一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)—幾個概念

制造

狹義制造指的是機(jī)械加工和裝配。廣義制造指的是機(jī)電產(chǎn)品壽命周期的各個環(huán)節(jié)，涉及制造業(yè)中產(chǎn)品設(shè)計、物料選擇、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程、質(zhì)量保證、經(jīng)營管理、市場銷售和服務(wù)的一系列相關(guān)活動和工作的總稱。人類通過制造，將材料、能源、設(shè)備、工具、技術(shù)、信息、資金和人力等各類資源，轉(zhuǎn)化為可供人類使用和利用的各種工業(yè)品和生活消耗品。4一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)-幾個概念制造技術(shù)

是指根據(jù)人們所需的產(chǎn)品，運(yùn)用知識和技能，利用工具將原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品過程中所需的一切技術(shù)手段的總和；是將研發(fā)、發(fā)明與發(fā)現(xiàn)等成果轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用的接口和橋梁，是提高企業(yè)產(chǎn)品競爭力的根本保證。制造技術(shù)已逐漸朝著精密化、柔性化、集成化、綠色化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展5一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)-幾個概念制造系統(tǒng)

制造系統(tǒng)是在制造過程中所涉及的硬件以及軟件所組成的具有特定功能的有機(jī)整體。硬件包括人員、生產(chǎn)設(shè)備、工具和材料、能源及各種輔助裝置；軟件包括制造理論、制造工藝和方法、各種制造信息等。制造系統(tǒng)具有設(shè)計、生產(chǎn)、發(fā)運(yùn)和銷售的一體化功能6一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)-制造業(yè)的發(fā)展制造業(yè)內(nèi)涵

制造業(yè)定義：是指制造資源（物料、能源、設(shè)備、工具、信息、資金、人力等）利用制造技術(shù)，通過制造過程，轉(zhuǎn)化為供人們使用或利用的工業(yè)品或生活消費品的行業(yè)。制造業(yè)分類：裝備制造業(yè)，加工制造業(yè)。裝備制造業(yè)是為國民經(jīng)濟(jì)和國家安全提供技術(shù)裝備的制造業(yè)的總稱；加工制造業(yè)是自行采購原材料（或按委托人提供的材料）進(jìn)行大批量、標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)線式的加工。7一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)-制造業(yè)的發(fā)展制造業(yè)發(fā)展階段

機(jī)器代替手工，從作坊形成工廠；從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式；柔性化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的現(xiàn)代制造技術(shù)。制造技術(shù)的生產(chǎn)模式沿著“手工-機(jī)械化-單機(jī)自動化-剛性流水自動化-柔性自動化-智能自動化”的方向發(fā)展8一、制造及先進(jìn)制造技術(shù)-先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)是在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)上不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料和現(xiàn)代管理科學(xué)等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于制造業(yè)中產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應(yīng)能力和競爭能力的制造技術(shù)總稱，也是取得理想經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合效果的制造技術(shù)的總稱。先進(jìn)制造技術(shù)朝著集成化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、虛擬化、智能化、綠色化、制造全球化等方向發(fā)展9二、智能制造內(nèi)涵

定義

按照國家制造強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會、中國工程院戰(zhàn)略咨詢中心編著的《智能制造》一書，對智能制造的定義如下：面向產(chǎn)品的全生命周期，以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以制造系統(tǒng)為載體，在其關(guān)鍵環(huán)節(jié)或過程，具有一定自主性的感知、學(xué)習(xí)、分析、決策、通信與協(xié)調(diào)控制能力，能動態(tài)地適應(yīng)制造環(huán)境的變化，從而實現(xiàn)某些優(yōu)化目標(biāo)。10二、智能制造內(nèi)涵

目標(biāo)

1.滿足客戶的個性化定制需求在家電、3C（計算機(jī)、通信和消費類電子產(chǎn)品）等行業(yè)，產(chǎn)品的個性化來源于客戶多樣化與動態(tài)變化的定制需求，企業(yè)必須具備提供個性化產(chǎn)品的能力，才能在激烈的市場競爭中生存下來。智能制造技術(shù)可以從多方面為個性化產(chǎn)品的快速推出提供支持，例如通過智能設(shè)計縮短產(chǎn)品的研制周期，通過智能制造裝備提高生產(chǎn)的柔性，滿足客戶的個性化定制。11二、智能制造內(nèi)涵

目標(biāo)

2.實現(xiàn)復(fù)雜零件的高品質(zhì)制造在航空航天、船舶、汽車等行業(yè)，存在許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工質(zhì)量要求非常高的零件。采用傳統(tǒng)方法加工，在加工變形、質(zhì)量一致性等方面難以控制和保證，通過采用智能制造技術(shù)，實時掌握工況、及時決策和調(diào)整，使制造裝備自我調(diào)整運(yùn)行，可以顯著提升零部件的制造質(zhì)量。12二、智能制造內(nèi)涵

目標(biāo)

3.保證高效率的同時，實現(xiàn)可持續(xù)制造制造業(yè)能耗占全球能耗的33%、CO2排放的38%，因此可持續(xù)制造首要考慮的是能源及原材料的消耗。采用智能制造技術(shù)能夠有力的支持可持續(xù)制造與發(fā)展。通過傳感器等手段可實時掌握能源使用情況；通過能耗和效率的指標(biāo)比對和優(yōu)化處理，可獲得生產(chǎn)方案內(nèi)工藝及設(shè)備的優(yōu)化、調(diào)整和調(diào)度，提高能源的利用效率；通過改善和優(yōu)化制造生態(tài)環(huán)境實現(xiàn)節(jié)能降耗。13二、智能制造內(nèi)涵

目標(biāo)

4.創(chuàng)造產(chǎn)品新價值，拓展價值鏈產(chǎn)品的價值體現(xiàn)在產(chǎn)品全生命周期的每一個環(huán)節(jié)。其中，研發(fā)與服務(wù)階段升值空間較大。采用智能制造技術(shù)，有助于企業(yè)拓展價值空間。通過產(chǎn)品智能設(shè)計技術(shù)和產(chǎn)品智能化升級，實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，提升產(chǎn)品價值；通過產(chǎn)品個性化定制、遠(yuǎn)程故障診斷及產(chǎn)品信息跟蹤記錄等智能服務(wù)手段，創(chuàng)造產(chǎn)品新價值，拓展價值鏈。14三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

產(chǎn)生背景1）美國制造業(yè)內(nèi)部空心化、全球市場份額丟失。2）2011年美國通用電氣公司（GE）總裁伊梅爾特提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念。3）2012年美國國家科學(xué)和技術(shù)委員會發(fā)布了《先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》報告，包含兩條主線，一是調(diào)整和提升傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)構(gòu)及競爭力；二是發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。15三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

2.美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容三大要素：智能機(jī)器、高級分析、工作人員智能機(jī)器是現(xiàn)實世界中的機(jī)器、設(shè)備、設(shè)施、系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)，通過連接、集成構(gòu)成系統(tǒng)；高級分析是使用基于物理的分析法、預(yù)測算法、關(guān)鍵學(xué)科積累的專業(yè)知識來理解機(jī)器和大型系統(tǒng)運(yùn)作方式的一種方法；并通過建立各種工作場所人員之間的實時連接，為更加智能的設(shè)計、操作、維護(hù)以及高質(zhì)量的服務(wù)提供支持與安全保障。16三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國工業(yè)4.0

產(chǎn)生背景1）鞏固其全球領(lǐng)先地位，在2011年的漢諾威工業(yè)博覽會上正式提出了“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。2）在2013年漢諾威工業(yè)博覽會上，由德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(VDMA)、德國電氣和電子工業(yè)聯(lián)合會(ZVEI)以及德國信息技術(shù)、通訊、新媒體協(xié)會(BITKOM)三個專業(yè)協(xié)會共同建立的工業(yè)4.0平臺正式成立。17三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國工業(yè)4.0

2.工業(yè)4.0內(nèi)容建設(shè)1個網(wǎng)絡(luò)、研究2大主題、實現(xiàn)3項集成和實施8項計劃1個網(wǎng)絡(luò)，是指建設(shè)信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（CPS），是實現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。將物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設(shè)備具有計算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實物理世界的融合。18三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國工業(yè)4.0

2.工業(yè)4.0內(nèi)容建設(shè)1個網(wǎng)絡(luò)、研究2大主題、實現(xiàn)3項集成和實施8項計劃研究2大主題，研究智能工廠和智能生產(chǎn)。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)化分布生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)，是智能基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分；智能生產(chǎn)研究將人機(jī)互動、智能物流管理、3D打印等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于整個生產(chǎn)過程，從而形成高度靈活、個性化、網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)業(yè)鏈，是實現(xiàn)工業(yè)4.0的關(guān)鍵。19三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國工業(yè)4.0

2.工業(yè)4.0內(nèi)容實現(xiàn)3項集成，縱向集成、端對端集成及橫向集成。1）縱向集成，針對生產(chǎn)中的機(jī)器，關(guān)注產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，力求在智能工廠內(nèi)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，為智能工廠中網(wǎng)絡(luò)化制造、個性化定制、數(shù)字化生產(chǎn)提供支撐。2）端對端集成，針對物聯(lián)網(wǎng)終端，關(guān)注產(chǎn)品整個生命周期的不同階段，包括研發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期的所有工程活動，將全價值鏈上的、為客戶需求而協(xié)作的不同公司等進(jìn)行集成，實現(xiàn)各個不同階段之間的信息共享。20三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國工業(yè)4.0

2.工業(yè)4.0內(nèi)容實現(xiàn)3項集成，縱向集成、端對端集成及橫向集成。3）橫向集成，針對各類應(yīng)用軟件，將各種處于不同制造階段和進(jìn)行不同商業(yè)計劃的信息技術(shù)系統(tǒng)集成在一起，以供應(yīng)鏈為主線，將企業(yè)間的物流、能源流、信息流結(jié)合在一起，以實現(xiàn)社會化的協(xié)同生產(chǎn)。21三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國工業(yè)4.0

2.工業(yè)4.0內(nèi)容實施8項計劃，包括：實現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和開放標(biāo)準(zhǔn)的參考體系、建立模型來管理復(fù)雜的系統(tǒng)、提供一套綜合的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施、建立安全保障機(jī)制、創(chuàng)新工作的組織和設(shè)計方式、注重培訓(xùn)和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展、健全規(guī)章制度和提升資源效率。22三、全球制造業(yè)的發(fā)展與變革

德國工業(yè)4.0

3.工業(yè)4.0戰(zhàn)略核心通過CPS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的實時連通、相互識別和有效交流，從而構(gòu)建一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的智能制造模式。在這種模式下，生產(chǎn)由集中向分散轉(zhuǎn)變、產(chǎn)品由趨同向個性轉(zhuǎn)變、用戶由部分參與向全程參與轉(zhuǎn)變。23四、中國制造2025

指導(dǎo)思想

全面貫徹黨的十八大和十八屆二中、三中、四中全會精神，堅持走中國特色新型工業(yè)化道路，以促進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展為主題，以提質(zhì)增效為中心，以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線，以推進(jìn)智能制造為主攻方向，以滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國防建設(shè)對重大技術(shù)裝備的需求為目標(biāo)，強(qiáng)化工業(yè)基礎(chǔ)能力，提高綜合集成水平，完善多層次多類型人才培養(yǎng)體系，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，培育有中國特色的制造文化，實現(xiàn)制造業(yè)由大變強(qiáng)的歷史跨越。24四、中國制造2025

戰(zhàn)略內(nèi)容

一個目標(biāo)、兩化融合、三步走戰(zhàn)略、四項基本原則、五大指導(dǎo)方針、五大工程、九大任務(wù)和十大重點發(fā)展領(lǐng)域25四、中國制造2025

三步走戰(zhàn)略

1）第一步：力爭用十年時間，邁入制造強(qiáng)國行列。2）第二步：到2035年，我國制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國陣營中等水平。3）第三步：新中國成立一百年時，制造業(yè)大國地位更加鞏固，綜合實力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國前列。26五、美國、德國和中國制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略比較

從本質(zhì)上和目標(biāo)上都是注重CPS技術(shù)在未來工業(yè)發(fā)展中的核心地位，借助互聯(lián)