智能制造概論 課件 第3、4章 智能制造核心技術(shù)、智能制造技術(shù)融合

第3章

智能制造核心技術(shù)CONTENTS目錄01數(shù)字化制造技術(shù)02智能檢測技術(shù)01數(shù)字化制造技術(shù)3.1.1產(chǎn)品的數(shù)字化處理3.1.2逆向工程技術(shù)3.1數(shù)字化制造技術(shù)3.1.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理在數(shù)字化制造中，產(chǎn)品數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理是一個重要的步驟。它將產(chǎn)品的相關(guān)信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字化形式，建立數(shù)字模型，以實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化管理和生產(chǎn)制造。3.1.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理數(shù)據(jù)挖掘與分析建立數(shù)字模型數(shù)據(jù)共享與交流數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理與分析123453.1.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理

數(shù)據(jù)采集：通過傳感器、掃描儀等設備，收集產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，包括3D圖形數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、物料配方、生產(chǎn)計劃等。數(shù)據(jù)處理與分析：對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，將其轉(zhuǎn)化為可識別、可操作、可利用的數(shù)字化數(shù)據(jù)，并進行相應的數(shù)據(jù)清洗、分類和整合，以確保數(shù)據(jù)的準確性和完整性。建立數(shù)字模型：根據(jù)產(chǎn)品的特點和需求，采用數(shù)字化設計軟件，建立數(shù)字模型，包括3D模型、CAD模型和CAM模型等。這些模型將作為生產(chǎn)加工的依據(jù)，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)制造。數(shù)據(jù)共享與交流：通過網(wǎng)絡等手段，將數(shù)字模型和相關(guān)數(shù)據(jù)信息共享給生產(chǎn)部門、研發(fā)團隊和客戶等相關(guān)人員，實現(xiàn)生產(chǎn)、協(xié)同和服務的數(shù)字化管理。數(shù)據(jù)挖掘與分析：通過大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)手段，對數(shù)字化數(shù)據(jù)進行挖掘和分析，預測未來趨勢和變化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。3.1.2逆向工程技術(shù)逆向工程(ReverseEngineering，RE)又稱反求工程、反向工程，可以定義為將實物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱。逆向工程是在沒有設計圖樣或圖樣不完整而有樣品的情況下，利用三維掃描測量儀，準確快速地測量樣品表面數(shù)據(jù)或輪廓外形，加以點數(shù)據(jù)處理、曲面創(chuàng)建、三維實體模型重構(gòu)，然后通過CAM系統(tǒng)進行數(shù)控編程，直至利用CNC加工機床或快速成型機來制造產(chǎn)品。3.1.2逆向工程技術(shù)（1）逆向工程的分類逆向工程技術(shù)包括幾何逆向反求、材料逆向反求和工藝逆向反求等，是一個復雜、龐大的系統(tǒng)工程。所謂產(chǎn)品的幾何逆向反求，就是根據(jù)實物樣件的的表面輪廓的數(shù)字化信息反求出樣件的CAD模型，其重構(gòu)方法主要有以下三種:幾何逆向反求實物反求軟件反求影象反求3.1.2逆向工程技術(shù)①實物反求。在已有實物的前提下，通過試驗、測繪和分析，提出重構(gòu)所需的關(guān)鍵點、線、面等信息，結(jié)合曲面構(gòu)造方法實現(xiàn)模型再現(xiàn)。②軟件反求。產(chǎn)品樣本的技術(shù)文件、圖樣、設計說明書、使用說明書、有關(guān)規(guī)范和標準等均稱為技術(shù)軟件。③影像反求。根據(jù)產(chǎn)品數(shù)字化圖片或影視畫面提供的幾何維度和色彩維度信息，實現(xiàn)模型重構(gòu)，稱為影像反求。3.1.2逆向工程技術(shù)（3）逆向工程關(guān)鍵技術(shù)010203數(shù)據(jù)測量技術(shù)接觸式測量法、非接觸測量法數(shù)據(jù)預處理技術(shù)為了排除噪聲數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，精簡和歸并冗余數(shù)據(jù)模型重構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù)重構(gòu)產(chǎn)品零件的CAD模型，在探詢和了解原設計技術(shù)的基礎上，實現(xiàn)對原型的修改和再設計3.1.2逆向工程技術(shù)（4）逆向工程常用軟件3.1.2逆向工程技術(shù)（4）逆向工程常用軟件（1）ImagewareImageware是由美國EDS公司研發(fā)的是著名的逆向工程軟件之一。（2）GeomagicStudioGeomagicStudio是由美國RaindropGeomagic公司研發(fā)的逆向工程和三維檢測軟件。（3）CopyCAD

CopyCAD是由英國DELCAM公司研發(fā)的功能強大的逆向工程系統(tǒng)軟件。3.1.3增材制造技術(shù)增材制造技術(shù)也稱3D打印技術(shù)，是通過CAD設計數(shù)據(jù)采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的材料去除（切削加工）技術(shù)，是一種“自下而上”材料累加的制造方法。從成型角度看，零件可視為“點”或“面”的疊加。從制造角度看，它根據(jù)CAD造型生成零件三維幾何信息。3.1.3增材制造技術(shù)增材制造技術(shù)也稱3D打印技術(shù)，是通過CAD設計數(shù)據(jù)采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的材料去除（切削加工）技術(shù)，是一種“自下而上”材料累加的制造方法。

1）獲取模型。利用計算機輔助軟件如Pro/E、I-DEAS、NX等軟件進行直接構(gòu)建。

2）三維模型分層處理。在成型高度方向上用一系列一定間隔的平面切割模型，以提取截面輪廓信息。3）層層制造并堆積。根據(jù)切片處理獲得的截面輪廓，在計算機控制下相應的成型頭按各截面輪廓進行掃描。4）后處理。從成型系統(tǒng)里取出成型件，經(jīng)過剝離、后固化、修補、拋光等3.1.3增材制造技術(shù)增材制造主要方式：（1）光固化成形SLA

利用紫外光照射在液態(tài)的光敏樹脂使其凝固的原理進行工作的

。由計算機控制激光束以模型各分層截面輪廓為軌跡逐點掃描,使被掃描區(qū)內(nèi)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應后固化，從而形成制件的一個薄層截面。每固化一層，

工作臺就下降一精確的距離，在剛剛固化的樹脂表面布放一層新的樹脂以便進行在前一層已固化的樹脂上，直到形成零件實體。3.1.3增材制造技術(shù)增材制造主要方式：（2）選擇性激光燒結(jié)(SLS)利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接。3.1.3增材制造技術(shù)增材制造主要方式：3）熔融擠出成型（FDM/MEM）絲材在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速固化，并與周圍的材料粘結(jié)。每一個層片都是在上一層上堆積而成，上一層對當前層起到定位和支撐的作用。4）三維印刷(3DP)與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結(jié)連接起來的，而是通過噴頭用粘接劑(如硅膠)將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接劑粘接的零件強度較低，還須后處理。5）分層實體制造(LOM)LOM方法采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等。通過加熱的滾筒紙使紙張一層層粘在一起。每粘一層由激光按照零件形狀將紙切斷，最后由每一層疊起來的紙張形成零件3.1.4虛擬制造技術(shù)（1）智能設計技術(shù)智能設計技術(shù)是對傳統(tǒng)計算機輔助設計（ComputerAidedDesign，CAD）技術(shù)的進一步研究和加強，既具有傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)的數(shù)值計算和圖形處理能力，又能瞞足設計過程自動化的要求，對設計的全過程提供智能化的計算機支持，因此又被稱為智能CAD系統(tǒng)，簡稱ICAD。將傳統(tǒng)CAD技術(shù)作為工具以設計方法學為指導以人工智能技術(shù)為實現(xiàn)手段面向集成智能化強大的人機交互功能3.1.4虛擬制造技術(shù)（2）建模技術(shù)虛擬制造系統(tǒng)（VirtualManufacturingSystemVMS）是現(xiàn)實制造系統(tǒng)（RealManufacturingSystemRMS）在虛擬環(huán)境下的映射，是RMS的模型化、形式化和計算機化的抽象描述和表示。（3）仿真技術(shù)仿真就是應用計算機將復雜的現(xiàn)實系統(tǒng)抽象并簡化為系統(tǒng)模型，然后在分析的基礎上運行此模型，從而獲知原系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計性能。仿真的基本步驟為：研究系統(tǒng)（收集數(shù)據(jù)），建立系統(tǒng)模型（確定仿真算法），建立仿真模型，運行仿真模型，最后輸出結(jié)果并分析3.1.4虛擬制造技術(shù)

（4）虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）技術(shù)是綜合利用計算機圖形系統(tǒng)、各種顯示和控制等接口設備，在計算機生成的可交互的三維環(huán)境（稱為虛擬環(huán)境）中提供沉浸感覺的技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)包括操作者、機器和人機接口三個基本要素。利用虛擬實現(xiàn)技術(shù)可以對真實世界進行動態(tài)模擬，通過用戶的交互輸入，及時按輸出修改虛擬環(huán)境，使人產(chǎn)生身臨其境的沉浸感覺。3.1.4虛擬制造技術(shù)虛擬設計與裝配：虛擬產(chǎn)品形狀設計、裝配與設計優(yōu)仳虛擬產(chǎn)品實現(xiàn)技術(shù)：虛擬加工、遠程機器人操作與監(jiān)控。虛擬檢測與評價技術(shù)：虛擬表面接觸剛度分析、刀位軌跡檢測虛擬試驗技術(shù)：虛擬試驗的物理建模。虛擬生產(chǎn)技術(shù)：虛擬生產(chǎn)線車間實時三維布局。3.1.4虛擬制造技術(shù)（5）數(shù)字化虛擬制造在制造業(yè)中的應用

數(shù)字化虛擬制造技術(shù)首先成功應用于飛機、汽車等工業(yè)領(lǐng)域，未來在智能制造中的應用前景非常廣闊。02虛擬制造系統(tǒng)是一個監(jiān)視、控制、管理、維護和仿真系統(tǒng)，可以提高制造和生產(chǎn)過程中的管理、協(xié)調(diào)和控制能力生產(chǎn)過程管理01虛擬使用環(huán)境、虛擬測試環(huán)境和虛擬制造環(huán)境產(chǎn)品開發(fā)過程管理03根據(jù)產(chǎn)品類型、規(guī)模以及企業(yè)資源等情況，控制和協(xié)調(diào)生產(chǎn)活動，合理配置和利用人、財、物資源，以提高企業(yè)的整體運作效率整體運作04虛擬制造系統(tǒng)管理軟件用于系統(tǒng)管理人員對于整個虛擬制造系統(tǒng)的管理、控制、維護和更新系統(tǒng)維護2智能檢測

技術(shù)3.2.1射頻識別技術(shù)3.2.2機器視覺檢測技術(shù)3.2.3無損檢測技術(shù)3.2智能制造應用模型智能檢測技術(shù)智能檢測技術(shù)具有檢測精度高、工作效率高及不受人為因素干擾等優(yōu)勢，在滿足大批量檢測連續(xù)性、一致性和可靠性要求的同時，能將人從惡劣檢測環(huán)境、高機械性重復性的勞動中解放出來。智能檢測技術(shù)除了廣泛應用于智能制造裝備之外，還可以應用于生產(chǎn)過程監(jiān)控、基于虛擬現(xiàn)實的產(chǎn)品設計等環(huán)節(jié)，通過該技術(shù)，可以大幅度降低設計和生產(chǎn)制造成本。智能檢測技術(shù)在智能制造中的應用如圖3-9所示。3.2.1射頻識別技術(shù)1.RFID系統(tǒng)概述

時至今日，射頻電路已成為廣泛應用于無線通信中的集成電路，上至衛(wèi)星通信，下至手機、WiFi、共享單車，處處都有射頻電路的身影。RFID的技術(shù)理論得到了進一步的豐富和發(fā)展，適應高速移動物體的RFID技術(shù)不斷發(fā)展，得到廣泛應用。2.電子標簽

電子標簽由標簽芯片和天線構(gòu)成，芯片用來存儲物品的數(shù)據(jù)，芯片的電路一般包含電源電路、時鐘電路、解調(diào)器、解碼器、控制器、編碼器、存儲器和負載調(diào)制電路等功能模塊。天線用來收發(fā)無線電波。3.讀寫器

讀寫器的技術(shù)參數(shù)包括工作頻率、輸出功率、輸出接口等。工作頻率分為低頻、高頻、超高頻。輸出功率不僅要滿足對應用的需要，還需要符合國家和地區(qū)對無線發(fā)射功率的許可，符合人體健康要求。輸出的接口形式有很多，有RS232、RS485、USB、WiFi、4G等多種接口。4.系統(tǒng)高層

智系統(tǒng)高層可以將許多讀寫器獲取的數(shù)據(jù)信息有效地整合起來，完成查詢、管理和數(shù)據(jù)交換的功能。射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID），是自動識別技術(shù)的一種通過電磁波對記錄媒體（電子標簽或射頻卡）進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信。RFID的應用非常廣泛，典型應用有動物晶片、汽車晶片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產(chǎn)線自動化、物料管理等。3.2.1RFID系統(tǒng)的工作流程如圖3-12所示，電子標簽由標簽芯片和天線構(gòu)成，芯片用來存儲物品的數(shù)據(jù)，芯片的電路一般包含電源電路、時鐘電路、解調(diào)器、解碼器、控制器、編碼器、存儲器和負載調(diào)制電路等功能模塊。天線用來收發(fā)無線電波。3.2.1.電子標簽3.2.1.讀寫器如圖3-13所示，讀寫器由射頻模塊、控制處理模塊和天線組成。天線可以是外接的，獨立于讀寫器，也可以是內(nèi)置的。射頻模塊用于基帶信號（原始電信號）與射頻信號的相互轉(zhuǎn)化?？刂铺幚砟K是讀寫器的核心，對發(fā)射信號進行編碼、調(diào)制等各種處理，對接收信號進行解調(diào)、解碼等各種處理。執(zhí)行防碰撞算法，實現(xiàn)與后端應用的規(guī)范接口。3.2.2機器視覺檢測技術(shù)從機器視覺檢測系統(tǒng)的工作流程可以看出，機器視覺檢測系統(tǒng)是一種相對復雜的系統(tǒng)。大多數(shù)監(jiān)控和檢測對象都是運動的物體，系統(tǒng)與運動物體的匹配和協(xié)調(diào)動作尤為重要，所以給系統(tǒng)各部分的動作時間和處理速度提出了嚴格的要求。在某些應用領(lǐng)域，例如機器人、飛行物體制導等，對整個系統(tǒng)或者系統(tǒng)的一部分的重量、體積和功耗等都會有嚴格的要求。3.2.3無損檢測技術(shù)從機器視覺檢測系統(tǒng)的工作流程可以看出，機器視覺檢測系統(tǒng)是一種相對復雜的系統(tǒng)。大多數(shù)監(jiān)控和檢測對象都是運動的物體，系統(tǒng)與運動物體的匹配和協(xié)調(diào)動作尤為重要，所以給系統(tǒng)各部分的動作時間和處理速度提出了嚴格的要求。在某些應用領(lǐng)域，例如機器人、飛行物體制導等，對整個系統(tǒng)或者系統(tǒng)的一部分的重量、體積和功耗等都會有嚴格的要求。02智能制造

應用案例以智能檢測技術(shù)在研制生產(chǎn)中的應用場景如圖3-10所示。高端裝備采購商對于智能檢測技術(shù)極為青睞。例如，西門子燃汽輪機要求高溫部分的大型鍛件必須采用智能檢測設備進行檢測。3.2高端裝備研制生產(chǎn)領(lǐng)域是智能檢測技術(shù)應用的大舞臺以CNR1讀寫器為核心技術(shù)，菜鳥還打造出一系列的拳頭產(chǎn)品，并應用到物流倉儲和供應鏈管理的各業(yè)務場景當中。例如RFID盤點小車、RFID吊頂防盜器、單側(cè)通道門等。以RFID吊頂防盜器為例，2023年，菜鳥基于CNR1讀寫器和巴特勒矩陣天線，并結(jié)合多傳感融合算法，推出RFID吊頂防盜器產(chǎn)品，并將其應用在了服飾行業(yè)門店防盜場景。低凈空、免運維、低誤報、低成本成為這款物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的亮點。3.2.1菜鳥超高頻RFID產(chǎn)品生態(tài)圈1.航空、航天領(lǐng)域

在航空航天領(lǐng)域，對飛行器、火箭、衛(wèi)星等高精密度設備的質(zhì)量和安全性能要求極高。無損檢測技術(shù)在這里發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。例如，對于飛機的機翼、發(fā)動機等關(guān)鍵部件，采用超聲波探傷、磁粉探傷等無損檢測方法，可以有效地檢測出內(nèi)部的裂紋、缺陷等，確保飛行器安全飛行。2.石油化工領(lǐng)域

石油化工行業(yè)涉及大量的壓力容器、管道等設備，這些設備的安全性能直接關(guān)系企業(yè)的生產(chǎn)安全和環(huán)境保護。無損檢測技術(shù)在這里也發(fā)揮著重要作用。例如，通過射線檢測、超聲檢測等方法，可以對壓力容器的焊縫進行質(zhì)量檢測，確保其在高溫高壓環(huán)境下的安全性能。3.交通運輸領(lǐng)域

在交通運輸領(lǐng)域，無損檢測技術(shù)同樣具有重要意義。例如，在橋梁、隧道等基礎設施建設過程中，采用聲波透射法、電磁波檢測法等無損檢測方法，可以有效地檢測出混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫、空洞等問題，為工程的順利進行提供有力保障。

3.2.3無損檢測技術(shù)的應用4.建筑領(lǐng)域

建筑領(lǐng)域，無損檢測技術(shù)主要應用于鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等方面。通過超聲波探傷、磁粉探傷等方法，可以對建筑物的鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)件等關(guān)鍵部位進行質(zhì)量檢測，確保建筑物的安全性能。同時，在建筑物的使用過程中，無損檢測技術(shù)還可以對建筑物的結(jié)構(gòu)進行定期檢查，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全隱患。5.電子電氣領(lǐng)域

電子電氣領(lǐng)域，無損檢測技術(shù)主要應用于半導體、電子元器件等方面。通過X射線檢測、紅外熱像檢測等方法，可以對半導體芯片、電子元器件等關(guān)鍵部件進行質(zhì)量檢測，確保電子產(chǎn)品的安全性能和可靠性。3.2.3無損檢測技術(shù)的應用章節(jié)小結(jié)智能制造技術(shù)融合無損檢測技術(shù)的應用智能制造應用模型

智能制造應用案例菜鳥超高頻RFID產(chǎn)品生態(tài)圈射頻識別技術(shù)無損檢測技術(shù)機器視覺檢測技術(shù)第4章

智能制造技術(shù)融合CONTENTS目錄01智能制造與工業(yè)大數(shù)據(jù)02智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能制造與

智能制造與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)03智能制造與工業(yè)大數(shù)據(jù)智能

智能制造與數(shù)字孿生網(wǎng)0405智能制造時代工程師的倫理責任01智能制造與工業(yè)大數(shù)據(jù)4.1.1?什么是工業(yè)大數(shù)據(jù)4.1.2?工業(yè)大數(shù)據(jù)分析與類型4.1.3?工業(yè)大數(shù)據(jù)在智能制造領(lǐng)域的應用4.1智能制造與工業(yè)大數(shù)據(jù)4.1.1?什么是工業(yè)大數(shù)據(jù)1.智能工序

在智能制造領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)的主要來源有兩個，第一個數(shù)據(jù)來源于智能設備。在智能制造工廠，工人可以帶普適感應器等智能設備來參加生產(chǎn)和管理。第二個數(shù)據(jù)來源于人類軌跡產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括在采購、生產(chǎn)、物流與銷售市場的內(nèi)部流程以及外部互聯(lián)網(wǎng)信息等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。通過行為軌跡數(shù)據(jù)與設備數(shù)據(jù)的結(jié)合，大數(shù)據(jù)可以幫助我們實現(xiàn)對客戶的分析和挖掘。2.數(shù)據(jù)的關(guān)系

數(shù)據(jù)必須要放到相應的環(huán)境中一起分析，才能了解數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，分析出問題的根本原因。例如，每一款新機型在交付給航空公司之前都會接受一系列殘酷的飛行測試。極端天氣測試就是多項嚴酷的測試之一。該測試的目的是為了確保飛機的發(fā)動機、材料和控制系統(tǒng)能在極端天氣條件下正常運行。3.數(shù)據(jù)的收益

大數(shù)據(jù)不僅要關(guān)注實際數(shù)據(jù)量的多少，更要關(guān)注大數(shù)據(jù)的處理方法在特定場合的應用，讓數(shù)據(jù)產(chǎn)生創(chuàng)新價值。如果離開了收益考慮或投資回報的設計，一味尋求大數(shù)據(jù)，既無法落地，也無法為企業(yè)創(chuàng)造價值。4.1.2工業(yè)大數(shù)據(jù)分析與類型1.工業(yè)大數(shù)據(jù)分析

生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與飛機發(fā)動機健康管理系統(tǒng)如出一轍。我們可以從工廠的生產(chǎn)中，實時采集到海量的流程、變量、測量結(jié)果等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都是在制造環(huán)境中設備或資產(chǎn)連接后所產(chǎn)生的。然而基于大量數(shù)據(jù)集而生成的報表，或是基礎統(tǒng)計的分析并不足以稱之為制造業(yè)的大數(shù)據(jù)分析。

當代大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的價值在于技術(shù)進步，這也使得大數(shù)據(jù)成為商業(yè)中有價值的核心驅(qū)動因素。作為智能制造的“三駕馬車”之一，工業(yè)大數(shù)據(jù)分析已經(jīng)被多數(shù)的制造企業(yè)所認知并接受。2.工業(yè)大數(shù)據(jù)類型

大數(shù)據(jù)不僅僅是大量的數(shù)據(jù)的堆積。大數(shù)據(jù)的重要屬性之一就是不斷變化的數(shù)據(jù)類型。如果只是大量采集同一類型的數(shù)據(jù)，再大的數(shù)據(jù)量都不能稱之為大數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)必須包括高度可變性和種類多樣性。制造工廠中存在無數(shù)的大數(shù)據(jù)應用，但并不包括簡單的分類和展示一連串的流程測量結(jié)果，因為這些工作由基本的統(tǒng)計展現(xiàn)就可以完成。4.1.3工業(yè)大數(shù)據(jù)在智能制造領(lǐng)域的應用1.工業(yè)大數(shù)據(jù)的應用范圍

工業(yè)大數(shù)據(jù)覆蓋工業(yè)生產(chǎn)的全流程和產(chǎn)品的全生命周期，典型應用包括產(chǎn)品創(chuàng)新、產(chǎn)品故障診斷與預測、工業(yè)生產(chǎn)線物聯(lián)網(wǎng)分析、工業(yè)企業(yè)供應鏈優(yōu)化、產(chǎn)品精準營銷、生產(chǎn)計劃與排程和產(chǎn)品質(zhì)量管理與分析等諸多方面。它所表現(xiàn)出來的核心技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在采集與預處理、存儲與管理、分析與挖掘、展現(xiàn)與應用上。2.工業(yè)大數(shù)據(jù)的應用場景

工業(yè)大數(shù)據(jù)能夠參與到從工廠內(nèi)部的縮短研發(fā)和設計周期、生產(chǎn)工藝與流程優(yōu)化、生產(chǎn)設備維護預警、能源消耗管控到外部的供應鏈體系優(yōu)化、個性化定制、助力企業(yè)服務化轉(zhuǎn)型等各個環(huán)節(jié)，可以在不同應用場景下發(fā)揮著核心的驅(qū)動作用。沈陽機床：“終端+云端+商業(yè)模式”帶動行業(yè)發(fā)展智能制造裝備成為我國高端裝備制造重點發(fā)展方向之一。機床是裝備制造業(yè)的工作母機，是先進制造技術(shù)的載體和裝備工業(yè)的基本生產(chǎn)手段。沈陽機床集團作為我國機床行業(yè)骨干企業(yè)，肩負著我國機床制造業(yè)從傳統(tǒng)向現(xiàn)代、從中低端向高端發(fā)展的重要使命。02智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)4.2.1

什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)4.2.2

智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特征、側(cè)重點4.2.3

智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)系4.2智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)4.2.1什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)1.創(chuàng)新發(fā)展的重要驅(qū)動力

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一種通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接和集成生產(chǎn)系統(tǒng)和企業(yè)的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部和外部資源的共享和協(xié)同，提高生產(chǎn)效率和資源利用率的生產(chǎn)方式。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括傳感器技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是5G時代新一代信息通信技術(shù)與工業(yè)經(jīng)濟深度融合的新型基礎設施、應用模式和工業(yè)生態(tài)，是數(shù)字經(jīng)濟的重要組成部分以及中國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新發(fā)展的重要驅(qū)動力。2.推動傳統(tǒng)制造業(yè)向高端智能制造轉(zhuǎn)型升級

智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化、智能化和自動化，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品設計能力，并且可以滿足市場的多樣化需求。同時，智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也對制造企業(yè)提出了新的要求，即要具備更高的技術(shù)能力和管理能力，要推動傳統(tǒng)制造業(yè)向高端智能制造轉(zhuǎn)型升級。3.中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)快速成長

近年來，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)快速成長，已全面融入45個國民經(jīng)濟大類。截至2023年上半年，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模已超1.2萬億元，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系及關(guān)鍵技術(shù)已成為基礎設施要素升級和集成創(chuàng)新的重要支撐，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺資源配置能力顯著增強，重點平臺工業(yè)設備連接數(shù)量大幅增長.4.2.2智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特征、側(cè)重點1.智能制造系統(tǒng)的特征

智能制造系統(tǒng)能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學習功能。同時，在運行過程中自行診斷故障，并具備對故障自行排除、自行維護的能力，能夠自我優(yōu)化并適應各種復雜的環(huán)境。2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特征

以嶄新的方法將現(xiàn)實世界中的機器、設備、團隊和網(wǎng)絡通過先進的傳感器、控制器和軟件應用程序連接起來。

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(guān)鍵學科的深厚專業(yè)知識來理解機器與大型系統(tǒng)的運作方式。

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(zhì)量的服務與安全保障。3.智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的側(cè)重點

智能制造側(cè)重于工業(yè)制造，是信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合和集成，通過對市場用戶的數(shù)據(jù)收集，優(yōu)化制造產(chǎn)業(yè)鏈過程，最大程度提升效率，提高生產(chǎn)的靈活性和高質(zhì)量，實現(xiàn)工廠智能自動化，是全球工業(yè)的終極目標。4.2.3智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)系1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是智能制造的基礎

智能制造的基礎是生產(chǎn)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、分析及應用，上述數(shù)據(jù)操作需要一個端到端的網(wǎng)絡平臺作為管道和載體，這個網(wǎng)絡平臺就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，在結(jié)構(gòu)上位于產(chǎn)線級和車間級之間。2.智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相輔相成、相互促進

網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)、安全是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要內(nèi)容，“網(wǎng)絡”支撐工業(yè)系統(tǒng)互聯(lián)和工業(yè)數(shù)據(jù)交換，“數(shù)據(jù)”驅(qū)動工業(yè)智能化，“安全”保障網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)在工業(yè)中的應用，同時，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)反饋的應用效果能夠優(yōu)化智能制造的設計，進而促進企業(yè)通過智能制造實現(xiàn)業(yè)務目標。

智能制造是制造業(yè)追求實現(xiàn)的結(jié)果與目標，致力于實現(xiàn)整個制造業(yè)價值鏈的智能化，是一個長期的過程，需要先實現(xiàn)制造的自動化、信息化，再借助數(shù)字化、網(wǎng)絡化，最終走向智能化，也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地的方式之一。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)智能制造的發(fā)展模式和有效途徑，是傳統(tǒng)工業(yè)變革的一種工具，也是智能制造的關(guān)鍵基礎設施，或者說是關(guān)鍵的使能技術(shù)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心生產(chǎn)要素和推動力，智能制造需要借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)打造全新的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。智能工廠系統(tǒng)架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對智能制造的支撐作用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對智能制造的支撐作用

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對智能制造的支撐作用體現(xiàn)在商業(yè)模式創(chuàng)新、生產(chǎn)模式創(chuàng)新、運營模式創(chuàng)新和決策模式創(chuàng)新等方面，具體內(nèi)容如圖4-3所示。03智能制造與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)4.3.1

什么是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)4.3.2

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的安全問題4.3.3

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與智能制造的聯(lián)系4.3智能制造與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)4.3.1什么是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)1.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概念

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IndustrialInternetofThings，IIoT）是物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應用，它將具有感知、監(jiān)控能力的各類采集、控制傳感器或控制器，以及移動通信、智能分析等技術(shù)不斷融入工業(yè)生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)。其目的是提高生產(chǎn)制造效率，提高工業(yè)管理水平，在改進產(chǎn)品質(zhì)量的同時降低生產(chǎn)損耗，實現(xiàn)真正意義上的“降本增效”。2.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)架構(gòu)

1）感知層：主要由傳感器、視覺感知和可編程邏輯控制器等器件組成。感知層一方面可以主動采集生產(chǎn)環(huán)境中各種類型的信號，如圖像、溫度、磁場、聲波、電能量等。

2）通信層：主要由各種網(wǎng)絡設備和線路組成，也就是物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡載體，包括有線網(wǎng)絡通信和無線網(wǎng)絡通信兩種主要形式。

3）平臺層：作用是提供公共的數(shù)據(jù)、知識和技術(shù)能力。當?shù)讓咏K端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和結(jié)構(gòu)化解析之后，沉淀為平臺數(shù)據(jù)，并可從中不斷提煉出有價值的專業(yè)知識。

4）應用層：主要根據(jù)不同行業(yè)、領(lǐng)域的具體數(shù)字化需求，落地為垂直化的應用軟件。4.3.2工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的安全問題工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的安全問題

隨著物聯(lián)網(wǎng)設備的普及和數(shù)據(jù)的不斷收集，如何保障數(shù)據(jù)的安全性和完整性成為當前智能制造過程中的重要課題。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的安全問題主要有以下3點。1）許多企業(yè)仍在使用傳統(tǒng)的系統(tǒng)和流程，這使得工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)集成變得異常困難。采用新技術(shù)可能會使現(xiàn)有設備變得更為復雜，并留下更大的出錯空間。2）網(wǎng)絡安全問題。任何網(wǎng)絡都可能遭黑客入侵。為防止重大違規(guī)事件和停工發(fā)生，使用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)必須采取新方法來安全地管理設備和數(shù)字組件。3）設備管理和更新。采用更多的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備意味著需要有一種有效的方式進行追蹤。此外，設備必須保持更新才能正常運行。設備和軟件需要接收定期更新，需要安裝另一個系統(tǒng)來追蹤這些更新并確保其正確安裝。4.3.3工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與智能制造的聯(lián)系1.融合

通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，企業(yè)可以對供應鏈進行實時監(jiān)控和優(yōu)化。結(jié)合5G技術(shù)，企業(yè)可以實現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)傳輸和處理，提高供應鏈的透明度和效率。因此，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與智能制造融合能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設計智能化，如數(shù)碼設計、虛擬空間設計、多媒體設計及遠程設計等，并且在產(chǎn)品中融入現(xiàn)代信息技術(shù)，使產(chǎn)品實現(xiàn)更多的智能化功能，滿足消費者的多樣化需求。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以實時獲取并分析生產(chǎn)現(xiàn)場的當前數(shù)據(jù)，將生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)實時展示在圖表中，使得數(shù)據(jù)間的關(guān)系清晰可見。2.互動

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過各種設備、傳感器和系統(tǒng)的連接，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和應用，為智能制造提供了數(shù)據(jù)支持。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提供各種智能設備和系統(tǒng)的網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)各種設備和系統(tǒng)的互通互聯(lián)，為智能制造提供網(wǎng)絡基礎。以智能生產(chǎn)線為例，在生產(chǎn)線的每個環(huán)節(jié)都安裝傳感器和監(jiān)控設備，實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)和產(chǎn)品的質(zhì)量。當設備出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)可以自動發(fā)出警報并通知維修人員進行處理。同時，通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時分析，可以及時調(diào)整生產(chǎn)計劃，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。04智能制造與數(shù)字孿生4.4.1

數(shù)字孿生概述4.4.2

數(shù)字孿生的概念模型4.4.3

數(shù)字孿生的成熟度模型4.4.4

數(shù)字孿生的關(guān)鍵技術(shù)4.4.5

數(shù)字孿生在智能制造領(lǐng)域的應用4.4智能制造與數(shù)字孿生4.4.1數(shù)字孿生概述1.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概念

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IndustrialInternetofThings，IIoT）是物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應用，它將具有感知、監(jiān)控能力的各類采集、控制傳感器或控制器，以及移動通信、智能分析等技術(shù)不斷融入工業(yè)生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)。其目的是提高生產(chǎn)制造效率，提高工業(yè)管理水平，在改進產(chǎn)品質(zhì)量的同時降低生產(chǎn)損耗，實現(xiàn)真正意義上的“降本增效”。2.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)架構(gòu)

1）感知層：主要由傳感器、視覺感知和可編程邏輯控制器等器件組成。感知層一方面可以主動采集生產(chǎn)環(huán)境中各種類型的信號，如圖像、溫度、磁場、聲波、電能量等。

2）通信層：主要由各種網(wǎng)絡設備和線路組成，也就是物聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡載體，包括有線網(wǎng)絡通信和無線網(wǎng)絡通信兩種主要形式。

3）平臺層：作用是提供公共的數(shù)據(jù)、知識和技術(shù)能力。當?shù)讓咏K端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和結(jié)構(gòu)化解析之后，沉淀為平臺數(shù)據(jù)，并可從中不斷提煉出有價值的專業(yè)知識。

4）應用層：主要根據(jù)不同行業(yè)、領(lǐng)域的具體數(shù)字化需求，落地為垂直化的應用軟件。4.4.1數(shù)字孿生概述數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應。的實體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。2002年，美國密歇根大學成立了一個PLM（產(chǎn)品生命周期管理）中心。邁克爾·格里夫斯（MichaelGrieves）教授面向工業(yè)界發(fā)表《PLM的概念性設想（ConceptualIdealforPLM）》，首次提出了PLM概念模型，在這個模型里提出“與物理產(chǎn)品等價的虛擬數(shù)字化表達”，出現(xiàn)了現(xiàn)實空間、虛擬空間的描述，并且用一張圖介紹了從現(xiàn)實空間到虛擬空間的數(shù)據(jù)流連接，以及從虛擬空間到現(xiàn)實空間和虛擬子空間的信息流連接，如圖4-4所示。4.4.2數(shù)字孿生的概念模型數(shù)字孿生為使數(shù)字孿生進一步在更多領(lǐng)域落地應用，北京航空航天大學數(shù)字孿生技術(shù)研究團隊對已有三維模型進行了擴展，并增加了孿生數(shù)據(jù)和服務兩個新維度，創(chuàng)造性提出了數(shù)字孿生五維模型的概念，表達式如下：MDT=（PE，VE，Ss，DD，CN）式中：PE表示物理實體，VE表示虛擬實體，Ss表示服務，DD表示孿生數(shù)據(jù)，CN表示各組成部分間的連接。數(shù)字孿生五維模型結(jié)構(gòu)如圖4-5所示。4.4.3數(shù)字孿生的成熟度模型數(shù)字孿生不僅僅是物理世界的鏡像，也要接受物理世界實時信息，更要反過來實時驅(qū)動物理世界，而且進化為物理世界的先知、先覺甚至超體。這個演變過程稱為成熟度進化，即數(shù)字孿生的生長發(fā)育