智能制造概論-配套課件

《智能制造概論》

配套課件2

目錄

第一章智能制造及發(fā)展

第二章先進制造技術

第三章智能制造系統(tǒng)

第四章智能制造自動化

第五章智能制造關鍵技術

3第一章智能制造及發(fā)展一、制造及先進制造技術二、智能制造內涵三、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4一、制造及先進制造技術—幾個概念

制造

狹義制造指的是機械加工和裝配。廣義制造指的是機電產(chǎn)品壽命周期的各個環(huán)節(jié)，涉及制造業(yè)中產(chǎn)品設計、物料選擇、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程、質量保證、經(jīng)營管理、市場銷售和服務的一系列相關活動和工作的總稱。人類通過制造，將材料、能源、設備、工具、技術、信息、資金和人力等各類資源，轉化為可供人類使用和利用的各種工業(yè)品和生活消耗品。5一、制造及先進制造技術-幾個概念制造技術

是指根據(jù)人們所需的產(chǎn)品，運用知識和技能，利用工具將原材料轉化為產(chǎn)品過程中所需的一切技術手段的總和；是將研發(fā)、發(fā)明與發(fā)現(xiàn)等成果轉化為實際應用的接口和橋梁，是提高企業(yè)產(chǎn)品競爭力的根本保證。制造技術已逐漸朝著精密化、柔性化、集成化、綠色化、網(wǎng)絡化、智能化的方向發(fā)展6一、制造及先進制造技術-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整體。硬件包括人員、生產(chǎn)設備、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)具有設計、生產(chǎn)、發(fā)運和銷售的一體化功能7一、制造及先進制造技術-制造業(yè)的發(fā)展制造業(yè)內涵

制造業(yè)定義：是指制造資源（物料、能源、設備、工具、信息、資金、人力等）利用制造技術，通過制造過程，轉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)濟和國家安全提供技術裝備的制造業(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）進行大批量、標準化、生產(chǎn)線式的加工。8一、制造及先進制造技術-制造業(yè)的發(fā)展制造業(yè)發(fā)展階段

機器代替手工，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)絡化和智能化的現(xiàn)代制造技術。制造技術的生產(chǎn)模式沿著“手工-機械化-單機自動化-剛性流水自動化-柔性自動化-智能自動化”的方向發(fā)展9一、制造及先進制造技術-先進制造技術先進制造技術是在傳統(tǒng)制造技術基礎上不斷吸收機械、電子、信息、材料和現(xiàn)代管理科學等方面的成果，并將其綜合應用于制造業(yè)中產(chǎn)品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應能力和競爭能力的制造技術總稱，也是取得理想經(jīng)濟技術綜合效果的制造技術的總稱。先進制造技術朝著集成化、柔性化、網(wǎng)絡化、信息化、虛擬化、智能化、綠色化、制造全球化等方向發(fā)展10二、智能制造內涵

定義

按照國家制造強國建設戰(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，以新一代信息技術為基礎，以制造系統(tǒng)為載體，在其關鍵環(huán)節(jié)或過程，具有一定自主性的感知、學習、分析、決策、通信與協(xié)調控制能力，能動態(tài)地適應制造環(huán)境的變化，從而實現(xiàn)某些優(yōu)化目標。11二、智能制造內涵

目標

1.滿足客戶的個性化定制需求在家電、3C（計算機、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。12二、智能制造內涵

目標

2.實現(xiàn)復雜零件的高品質制造在航空航天、船舶、汽車等行業(yè)，存在許多結構復雜、加工質量要求非常高的零件。采用傳統(tǒng)方法加工，在加工變形、質量一致性等方面難以控制和保證，通過采用智能制造技術，實時掌握工況、及時決策和調整，使制造裝備自我調整運行，可以顯著提升零部件的制造質量。13二、智能制造內涵

目標

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比對和優(yōu)化處理，可獲得生產(chǎn)方案內工藝及設備的優(yōu)化、調整和調度，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。14二、智能制造內涵

目標

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)與服務階段升值空間較大。采用智能制造技術，有助于企業(yè)拓展價值空間。通過產(chǎn)品智能設計技術和產(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、遠程故障診斷及產(chǎn)品信息跟蹤記錄等智能服務手段，創(chuàng)造產(chǎn)品新價值，拓展價值鏈。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)

產(chǎn)生背景1）美國制造業(yè)內部空心化、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年美國國家科學和技術委員會發(fā)布了《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》報告，包含兩條主線，一是調整和提升傳統(tǒng)制造業(yè)結構及競爭力；二是發(fā)展高新技術產(chǎn)業(yè)。16三、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)內容三大要素：智能機器、高級分析、工作人員智能機器是現(xiàn)實世界中的機器、設備、設施、系統(tǒng)及網(wǎng)絡，通過連接、集成構成系統(tǒng)；高級分析是使用基于物理的分析法、預測算法、關鍵學科積累的專業(yè)知識來理解機器和大型系統(tǒng)運作方式的一種方法；并通過建立各種工作場所人員之間的實時連接，為更加智能的設計、操作、維護以及高質量的服務提供支持與安全保障。17三、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，由德國機械設備制造業(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、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。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內容建設1個網(wǎng)絡、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，是指建設信息物理系統(tǒng)網(wǎng)絡（CPS），是實現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎。將物理設備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協(xié)調和自治等五大功能，從而實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡世界與現(xiàn)實物理世界的融合。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內容建設1個網(wǎng)絡、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)絡化分布生產(chǎn)設施的實現(xiàn)，是智能基礎設施的關鍵組成部分；智能生產(chǎn)研究將人機互動、智能物流管理、3D打印等先進技術應用于整個生產(chǎn)過程，從而形成高度靈活、個性化、網(wǎng)絡化的產(chǎn)業(yè)鏈，是實現(xiàn)工業(yè)4.0的關鍵。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)中的機器，關注產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，力求在智能工廠內實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，為智能工廠中網(wǎng)絡化制造、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)作的不同公司等進行集成，實現(xiàn)各個不同階段之間的信息共享。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，針對各類應用軟件，將各種處于不同制造階段和進行不同商業(yè)計劃的信息技術系統(tǒng)集成在一起，以供應鏈為主線，將企業(yè)間的物流、能源流、信息流結合在一起，以實現(xiàn)社會化的協(xié)同生產(chǎn)。22三、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內容實施8項計劃，包括：實現(xiàn)技術標準化和開放標準的參考體系、建立模型來管理復雜的系統(tǒng)、提供一套綜合的工業(yè)寬帶基礎設施、建立安全保障機制、創(chuàng)新工作的組織和設計方式、注重培訓和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展、健全規(guī)章制度和提升資源效率。23三、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)絡實現(xiàn)人、設備與產(chǎn)品的實時連通、相互識別和有效交流，從而構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)由集中向分散轉變、產(chǎn)品由趨同向個性轉變、用戶由部分參與向全程參與轉變。24四、中國制造2025

指導思想

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，以促進制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展為主題，以提質增效為中心，以加快新一代信息技術與制造業(yè)深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向，以滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和國防建設對重大技術裝備的需求為目標，強化工業(yè)基礎能力，提高綜合集成水平，完善多層次多類型人才培養(yǎng)體系，促進產(chǎn)業(yè)轉型升級，培育有中國特色的制造文化，實現(xiàn)制造業(yè)由大變強的歷史跨越。25四、中國制造2025

戰(zhàn)略內容

一個目標、兩化融合、三步走戰(zhàn)略、四項基本原則、五大指導方針、五大工程、九大任務和十大重點發(fā)展領域26四、中國制造2025

三步走戰(zhàn)略

1）第一步：力爭用十年時間，邁入制造強國行列。2）第二步：到2035年，我國制造業(yè)整體達到世界制造強國陣營中等水平。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，綜合實力進入世界制造強國前列。27五、美國、德國和中國制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略比較

從本質上和目標上都是注重CPS技術在未來工業(yè)發(fā)展中的核心地位，借助互聯(lián)網(wǎng)技術、信息技術、大數(shù)據(jù)和智能制造等相關技術推進工業(yè)升級，實現(xiàn)新的產(chǎn)業(yè)革命，以重塑或提升自己國家在制造業(yè)的地位。28思考與練習1.制造業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個階段？2.什么是智能制造？實施智能制造的目標是什么？3.美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)包括哪幾個要素？各有什么含義？4.德國工業(yè)4.0研究的內容是什么？5.縱向集成包含哪些內容？橫向集成包含哪些內容？6.中國制造“三步走戰(zhàn)略”目標是什么？7.中國、美國、德國智能制造發(fā)展戰(zhàn)略有什么異同？29第二章先進制造技術一、現(xiàn)代設計技術二、先進制造工藝技術三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術30一、現(xiàn)代設計技術

現(xiàn)代設計技術的發(fā)展

現(xiàn)代設計階段的特點:1）設計是基于知識的設計；2）設計中除了考慮產(chǎn)品本身以外，還要考慮對系統(tǒng)和環(huán)境、人機

工效的影響；3）不僅要考慮技術領域，還要考慮經(jīng)濟、社會效益；4）不僅考慮當前，還需考慮長遠發(fā)展。31一、現(xiàn)代設計技術

現(xiàn)代設計技術的發(fā)展

現(xiàn)代設計理論和方法32一、現(xiàn)代設計技術

現(xiàn)代設計技術的發(fā)展

現(xiàn)代設計理論與方法的特點1）程式性:即研究設計的全過程，要求設計者從產(chǎn)品規(guī)劃、方案設計、技術設計、施工設計到試驗、試制進行全面考慮，按步驟有計劃地進行設計。2）創(chuàng)造性:突出人的創(chuàng)造性，發(fā)揮集體智慧，力求探尋更多突破性方案，開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品。

3）最優(yōu)性:設計的目的是得到功能全、性能好、成本低的價值最優(yōu)的產(chǎn)品參數(shù)及性能，更重要的是爭取產(chǎn)品的技術系統(tǒng)整體最優(yōu)。33一、現(xiàn)代設計技術

計算機輔助設計

CAD的含義有狹義和廣義之分。狹義的CAD就是單純的計算機輔助設計；廣義的CAD是CAD、CAE、CAPP、CAM的高度集成系統(tǒng)，即CAD/CAM技術。CAE（ComputerAidedEngineering），即計算機輔助工程。CAPP（ComputerAidedProcessPlanning），即計算機輔助工藝設計。CAM（ComputerAidedManufacturing），即計算機輔助制造。34一、現(xiàn)代設計技術

并行設計

概念：是一種對產(chǎn)品及其相關過程（包括設計制造過程和相關的支持過程）進行并行和集成設計的系統(tǒng)化工作模式。并行設計時，每一個設計步驟都可以在前面的步驟完成之前就開始進行，盡管這時所得到的信息并不完備，但相互之間的設計輸出與傳送是持續(xù)的。設計的每一階段完成后，就將信息輸出給下一個階段，使得設計在全過程中逐步得到完善，以避免或減少產(chǎn)品開發(fā)到后期才發(fā)現(xiàn)設計中的問題，再返回到設計初期進行修改。35一、現(xiàn)代設計技術

并行設計

關鍵技術：主要包括過程建模、多功能團隊的協(xié)同工作和集成化的產(chǎn)品模型。1）過程建模并行設計的過程建模是描述產(chǎn)品開發(fā)的各個過程以及這些活動涉及到的產(chǎn)品、資源、組織情況和它們之間的聯(lián)系，是產(chǎn)品開發(fā)過程的抽象，也是實施并行設計的基礎。36一、現(xiàn)代設計技術

并行設計

關鍵技術：主要包括過程建模、多功能團隊的協(xié)同工作和集成化的產(chǎn)品模型。2）多功能團隊的協(xié)同工作產(chǎn)品的并行設計需要由分布在不同部門或不同場所的、具有不同領域知識的專家組成的多功能型團隊協(xié)同配合工作，團隊成員包括來自市場、設計、工藝、制造、采購、銷售、維護等與產(chǎn)品全生命周期相關的各個環(huán)節(jié)的部門人員，團隊統(tǒng)一規(guī)劃和組織整個產(chǎn)品的研發(fā)過程。37一、現(xiàn)代設計技術

并行設計

關鍵技術：主要包括過程建模、多功能團隊的協(xié)同工作和集成化的產(chǎn)品模型。3）集成化產(chǎn)品模型并行設計中的產(chǎn)品信息不僅包括靜態(tài)數(shù)據(jù)還包括動態(tài)數(shù)據(jù)，以適應并行設計中數(shù)據(jù)修改、交換和共享的需求，為此需要建立集成化的產(chǎn)品模型。集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型涉及產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等技術。38一、現(xiàn)代設計技術

虛擬設計

概念：虛擬設計是基于虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）理念和技術手段的設計，是在由高性能計算機和網(wǎng)絡構成的虛擬空間中通過計算機仿真技術、專家系統(tǒng)的輔助進行產(chǎn)品研制的設計過程。39一、現(xiàn)代設計技術

虛擬設計

內容：1）全息產(chǎn)品的建模理論與方法。2）基于知識的設計。3）設計過程的規(guī)劃、集成與優(yōu)化。4）虛擬環(huán)境中的人機互動工程學。5）虛擬過程與設計過程的相互聯(lián)系。6）產(chǎn)生虛擬環(huán)境的工具集。40一、現(xiàn)代設計技術

綠色設計

概念：一種概念設計，也可稱為生態(tài)設計、面向環(huán)境的設計，是在產(chǎn)品及其壽命的全過程設計中充分考慮了對環(huán)境和資源的影響，在充分考慮產(chǎn)品的性能、質量、開發(fā)周期和成本的同時，優(yōu)化各種相關因素，使得產(chǎn)品及其制造過程對環(huán)境的總體負影響最小，使產(chǎn)品的各項指標符合綠色環(huán)保要求。綠色設計包括產(chǎn)品的材料選擇與管理、產(chǎn)品的可拆卸性設計、產(chǎn)品的可回收性設計、產(chǎn)品的成本分析等內容，其最終體現(xiàn)是綠色產(chǎn)品。41一、現(xiàn)代設計技術

綠色設計

關鍵技術：1）面向環(huán)境的設計技術。其研究內容為：綠色產(chǎn)品的描述與建模、適合綠色設計的環(huán)境指標建立及其規(guī)則化和量化、可拆卸結構的模塊劃分和接口設計、面向回收的產(chǎn)品可拆卸性設計及評價、可回收零件及材料的識別與分類系統(tǒng)、綠色產(chǎn)品評價體系和方法研究、綠色產(chǎn)品集成設計理論與方法研究、開發(fā)針對綠色產(chǎn)品的系統(tǒng)設計工具平臺及綠色產(chǎn)品設計的材料數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫的建立等技術。42一、現(xiàn)代設計技術

綠色設計

關鍵技術：2）面向能源的設計技術。其研究內容為：以對環(huán)境影響最小和資源消耗最少的能源供給方式支持產(chǎn)品的全生命周期，以最高的性價比獲得能量的可靠回收和重新利用，從而全面指導、優(yōu)化產(chǎn)品設計過程。43一、現(xiàn)代設計技術

綠色設計

關鍵技術：3）面向材料的設計技術。其研究內容為：以材料為對象，在產(chǎn)品的全生命周期中的每一階段，以材料對環(huán)境的影響和有效利用作為控制目標，在實現(xiàn)產(chǎn)品性能和使用壽命的同時，盡量選用可再生、可回收、低能耗、少污染的材料設計，形成有效使用資源的良性循環(huán)。44一、現(xiàn)代設計技術

可重構制造系統(tǒng)設計

概念：由美國密執(zhí)安大學的YKoren教授等人于20世紀末提出的概念，通常是指為迅速響應市場不規(guī)則需求變化，系統(tǒng)具有快速重組或更新制造系統(tǒng)結構及組成單元的能力，以便及時調整系統(tǒng)功能和生產(chǎn)能力。45一、現(xiàn)代設計技術

可重構制造系統(tǒng)設計

特點：可重構性是RMS最基本的特點，它是指RMS由一種需求期轉向另一種需求時、在所需要完成的任務集發(fā)生變化時，按照變化了的要求，準確、經(jīng)濟地由一種構形向另一種構形轉換的能力，以快速響應市場變化。46一、現(xiàn)代設計技術

可重構制造系統(tǒng)設計

關鍵技術：局規(guī)劃與優(yōu)化技術、系統(tǒng)建模技術、可重組機床設計技術、模塊化控制器技術、可拼接物流技術、構件集成和整合技術、系統(tǒng)快速可診斷技術，等等。47二、先進制造工藝技術

工藝技術的特點及發(fā)展

先進制造工藝是在不斷變化和發(fā)展的傳統(tǒng)機械制造工藝基礎上逐步形成的一種制造工藝技術，是高新技術產(chǎn)業(yè)化和傳統(tǒng)工藝高新技術化的結果，具有優(yōu)質、高效、低耗、潔凈和靈活的特點。其發(fā)展體現(xiàn)在：制造加工精度不斷提高；切削加工速度不斷提高；應用新型工程材料，推動制造工藝的進步和變革；推動自動化和數(shù)字化工藝設備的發(fā)展，提高機械加工的效率；零件毛坯成形技術在向少、無余量方向發(fā)展；優(yōu)質清潔表面工程技術的形成和不斷發(fā)展。48二、先進制造工藝技術

超高速加工技術

內涵：采用超硬材料的刀具和磨具，利用能可靠實現(xiàn)高速運動的高精度、高自動化和高柔性的制造設備，以提高切削速度來達到提高材料切除率、加工精度和加工質量的先進加工技術。超硬材料工具是實現(xiàn)超高速加工的前提和先決條件，超高速切削、磨削技術是實現(xiàn)超高速加工的工藝方法，高速數(shù)控機床和加工中心是實現(xiàn)超高速加工的關鍵設備。49二、先進制造工藝技術

超高速加工技術

優(yōu)勢：1）提高了加工效率和設備利用率，縮短了生產(chǎn)周期；2）減少工件的熱變形和內應力，提高工件的加工精度；3）提高了加工工件的表面質量；4）省去傳統(tǒng)的放電加工和磨削加工，降低加工能耗、節(jié)省制造資源。50二、先進制造工藝技術

精密與超精密加工技術

概念：精密與超精密加工技術是一個國家制造業(yè)水平的重要標志。精密加工是指在一定的發(fā)展時期內，加工精度和表面質量達到較高程度的加工工藝；而超精密加工是指加工精度和表面質量達到極高程度的精密加工工藝。51二、先進制造工藝技術

精密與超精密加工技術

特點：機床剛性好、精度高，機床具有精確的微量進給裝置，機床工作臺低速運動穩(wěn)定性好以及工藝系統(tǒng)抗振性好，除此之外，還具有：進化加工原則、微量切削機理、特種加工方法和復合加工方法越來越多及與自動化技術精密聯(lián)系，加工檢測一體化。52二、先進制造工藝技術

微細與超微細加工技術

概念：微細加工技術是指加工微小零件的生產(chǎn)加工技術，是精密加工技術的一個分支。微細加工通常指1mm以下微細尺寸零件的加工，其加工誤差為10～0.1um；超微細加工通常指1um以下超微細尺寸零件的加工，其誤差為0.1～0.01um。目前微細與超微細加工的精度已達到納米級（100nm～0.1nm）。53二、先進制造工藝技術

微細與超微細加工技術

特點：1）精度的表示方法一般加工尺寸精度常用相對精度表示，而微小尺寸加工時，由于加工尺寸很小，精度就用尺寸的絕對值來表示，即用取出的一塊材料的大小表示，稱為加工單位。2）加工機理一般加工時，吃刀量較大，可以忽略晶粒的大小，而微細加工由于單位的極小化產(chǎn)生了微動力學、微流體學等方面的微觀機理，兩者加工機理存在差異。3）加工特征一般加工都是以尺寸、形狀、位置精度為特征，而微細加工和超微細系加工以分離或結合原子、分子為加工對象。54二、先進制造工藝技術

快速成型技術

概念：快速成型是一種基于離散堆積成形思想的新型制造技術，是由三維CAD模型直接驅動的快速制造任意復雜形狀三維實體的總稱，它集成了計算機、數(shù)控、激光和新材料技術等現(xiàn)代科技成果，又稱快速原型制造技術。55二、先進制造工藝技術

快速成型技術

特點：1）制造原型所用材料不受限制，金屬、非金屬材料均可使用；2）從電子模型直接制造零件，將三維實體進行離散處理，可制造任意復雜的三維實體；3）技術集成度高，可實現(xiàn)設計制造的一體化；4）從產(chǎn)品設計到成型，周期短、速度快，可節(jié)約大量時間。56二、先進制造工藝技術

特種加工技術

概念：特種加工技術是直接借助電能、熱能、聲能、光能、電化學能、化學能及特殊機械能等多種能量或將其復合施加在工件的被加工部位上，以實現(xiàn)材料切除的加工方法，從而實現(xiàn)材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等的非傳統(tǒng)加工方法的統(tǒng)稱。57二、先進制造工藝技術

特種加工技術

分類：電火花加工、電化學加工、高能束流加工、超聲波加工58二、先進制造工藝技術

表面工程技術

概念：表面工程是經(jīng)過表面預處理后，通過表面改性、表面涂覆或多種表面技術復合處理，改變固體金屬或非金屬表面的形態(tài)、化學成分、組織結構和應力狀況，以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。59二、先進制造工藝技術

表面工程技術

特點：1）獲得優(yōu)良的表面力學性能，例如耐磨、抗疲勞、抗沖蝕、低摩察系數(shù)等；2）獲得優(yōu)良的表面物理功能，例如電磁屏蔽、導波、超波、低膨脹系數(shù)等；3）獲得優(yōu)良的表面化學性能，例如防銹、殺菌、耐蝕、自潔凈等；4）獲得優(yōu)良的表面熱性能，例如耐熱、導熱、阻熱、熱反射等；5）可節(jié)省大量昂貴稀缺的材料資源、降低產(chǎn)品造價。60三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術

現(xiàn)代生產(chǎn)管理特點

1）重視人的作用；2）重視發(fā)揮計算機的作用；3）強調技術、組織、信息與管理的集成與配套；4）重視企業(yè)生產(chǎn)組織新模式；5）強調柔性化生產(chǎn)；6）強調以顧客為中心。61三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術

企業(yè)資源計劃（ERP）

ERP基于供應鏈管理思想，以計算機及網(wǎng)絡通信技術為平臺，將供應鏈上合作伙伴之間的物流、資金流、信息流進行全面集成的管理系統(tǒng)。特點為：1）面向供應鏈的管理、面向流程的信息集成；2）采用計算機及網(wǎng)絡通信技術；3）支持企業(yè)業(yè)務流程重組。62三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）

按照美國生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會的定義，MES能通過信息的傳遞對從訂單下達開始到產(chǎn)品完成的整個產(chǎn)品生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理，對工廠發(fā)生的實時事件，及時做出相應的反應和報告，并用當前準確的數(shù)據(jù)對它們進行相應的指導和處理。MES系統(tǒng)具有現(xiàn)場作業(yè)管控、產(chǎn)品信息追蹤追溯、支持專業(yè)條碼、流程和規(guī)則配置靈活及對外接口標準化等特點。63三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術

供應鏈管理（SCM）

供應鏈（SupplyChain）是圍繞核心企業(yè)，通過對信息流、物流、資金流的控制，從采購原材料開始，制成中間產(chǎn)品以及最終產(chǎn)品，最后由銷售網(wǎng)絡把產(chǎn)品送到消費者手中的將供應商、制造商、分銷商、零售商直到最終用戶連成一個整體的功能網(wǎng)鏈結構。64三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術

客戶關系管理（CRM）

CRM的核心是“以客戶為中心”，實施的重要手段是信息技術；它不僅是一種管理軟件，更是一種管理理念，是一種把客戶信息轉化成良好的客戶關系的可重復性過程。65三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）

PDM定義為是一種以軟件技術為基礎，以產(chǎn)品為核心，實現(xiàn)對產(chǎn)品相關的數(shù)據(jù)、過程、資源一體化集成管理的技術，它面向產(chǎn)品全生命周期，為產(chǎn)品設計與制造建立一個并行化的協(xié)作環(huán)境。66三、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術

產(chǎn)品生命周期管理（PLM）

PLM是一種理念，即對產(chǎn)品從創(chuàng)建到使用、到最終報廢等全生命周期的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息進行管理的理念。在PLM理念產(chǎn)生之前，PDM主要是針對產(chǎn)品研發(fā)過程的數(shù)據(jù)和過程的管理；而在PLM理念之下，PDM的概念得到延伸，成為cPDM，即基于協(xié)同的PDM，可以實現(xiàn)研發(fā)部門、企業(yè)各相關部門，甚至不同企業(yè)間對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的協(xié)同應用。軟件廠商推出的PLM軟件是PLM第三個層次的概念。這些軟件部分地覆蓋了CIMDATA公司定義中cPDM應包含的功能，即不僅針對研發(fā)過程中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行管理，同時也包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)在生產(chǎn)、營銷、采購、服務、維修等部門的應用。67思考與練習1.采用并行設計有什么優(yōu)點？涉及哪些關鍵技術？2.采用虛擬設計有什么優(yōu)點？涉及哪些關鍵技術？3.采用綠色設計有什么優(yōu)點？包括哪些內容？4.什么是可重構制造系統(tǒng)設計？有什么特點？5.ERP、SCM及CRM有什么關系？6.什么是PDM？什么是PLM？7.PDM與PLM有什么不同？8.PLM與ERP有什么不同？68第三章智能制造系統(tǒng)一、智能制造系統(tǒng)特征及架構二、智能制造核心技術CPS三、智能制造三個范式四、智能制造系統(tǒng)集成69一、智能制造系統(tǒng)特征及架構

系統(tǒng)特征

1）人機一體化在智能機器的配合下可以更好地發(fā)揮人的潛能，使人-機系統(tǒng)之間達到互相理解、互相協(xié)作的平等共事關系。隨著人機協(xié)作機器人、可穿戴設備的發(fā)展，機器成為人的感官、體力和腦力的延伸，人機融合在制造系統(tǒng)中會有越來越多的體現(xiàn)。70一、智能制造系統(tǒng)特征及架構

系統(tǒng)特征

2）虛擬現(xiàn)實智能制造系統(tǒng)的基礎是CPS系統(tǒng)，它包含了由機器實體和人員組成的物理世界和由數(shù)字模型、狀態(tài)信息、控制信息構成的虛擬世界，制造系統(tǒng)采用虛擬現(xiàn)實技術，一方面，產(chǎn)品的設計與工藝在實際執(zhí)行之前，可以在虛擬世界中進行驗證；另一方面，生產(chǎn)過程中，實際物理世界的狀態(tài)可以在虛擬環(huán)境中進行實時、動態(tài)、逼真的呈現(xiàn)。71一、智能制造系統(tǒng)特征及架構

系統(tǒng)特征

3）自律能力即系統(tǒng)能夠感知與理解環(huán)境信息和自身的信息，并根據(jù)這些信息進行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。強大的知識庫和基于知識的模型是自律能力的基礎，使整個制造系統(tǒng)具備抗干擾、自適應和容錯等能力。72一、智能制造系統(tǒng)特征及架構

系統(tǒng)特征

4）自組織能力智能制造系統(tǒng)中的各組成單元能夠根據(jù)工作任務的需要，可自行組成一種最佳組織結構和生產(chǎn)運行方式，因此其柔性不僅表現(xiàn)在在結構形式上，也表現(xiàn)在運行方式上，所以這種自組織帶來的生產(chǎn)柔性也稱為超柔性，對于快速變化的市場及變化的制造要求有很強的適應性。73一、智能制造系統(tǒng)特征及架構

系統(tǒng)特征

5）自學習和自維護能力智能制造系統(tǒng)能夠以原有的專家知識為基礎，在實踐中不斷地充實知識庫，完成自我學習功能；同時運行中能進行故障診斷，對故障進行排除、自行恢復，根據(jù)系統(tǒng)指標及走勢進行預測性維護和健康診斷等。74一、智能制造系統(tǒng)特征及架構

系統(tǒng)架構

75一、智能制造系統(tǒng)特征及架構

系統(tǒng)架構

1）生命周期生命周期是指從產(chǎn)品原型研發(fā)開始到產(chǎn)品回收再制造的各個階段，包括設計、生產(chǎn)、物流、銷售、服務等一系列相互聯(lián)系的價值創(chuàng)造活動。生命周期的各項活動可進行迭代優(yōu)化，具有可持續(xù)性發(fā)展等特點，不同行業(yè)的生命周期構成不盡相同。76一、智能制造系統(tǒng)特征及架構

系統(tǒng)架構

2）系統(tǒng)層級系統(tǒng)層級是指與企業(yè)生產(chǎn)活動相關的組織結構的層級劃分，包括設備層、單元層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層。其中，企業(yè)層是實現(xiàn)面向企業(yè)經(jīng)營管理的層級，例如ERP、SCM等。協(xié)同層是企業(yè)實現(xiàn)其內部和外部信息互聯(lián)和共享過程的層級。77一、智能制造系統(tǒng)特征及架構

系統(tǒng)架構

3）智能特征智能特征是指基于新一代信息通信技術使制造活動具有自感知、自學習、自決策、自執(zhí)行、自適應等一個或多個功能的層級劃分，包括資源要素、互聯(lián)互通、融合共享、系統(tǒng)集成、新興業(yè)態(tài)等智能化要求。78二、智能制造核心技術CPS

CPS及體系結構

1）CPS內涵CPS將數(shù)字系統(tǒng)與物理系統(tǒng)聯(lián)系起來，實現(xiàn)計算、通信與物理系統(tǒng)的一體化設計，最終目標是實現(xiàn)信息世界和物理世界的深度融合，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協(xié)調和自治等功能。79二、智能制造核心技術CPS

CPS及體系結構

2）CPS系統(tǒng)結構80二、智能制造核心技術CPS

CPS及體系結構

3）CPS的物理組件81二、智能制造核心技術CPS

CPS及體系結構

4）CPS的特征①信息世界與物理世界的交互協(xié)同、深度集成；②系統(tǒng)體系結構具有開放性、動態(tài)性和多維度的異構性；③存在時間、空間方面的約束，在時空層次上具備高度的復雜性；④自主適應物理環(huán)境的動態(tài)變化，具備適應、重配置的能力；⑤信息世界與物理世界間存在反饋閉環(huán)控制，實現(xiàn)智能控制和提供高質量的服務；⑥具有實時性、可靠性和安全性方面的要求。82二、智能制造核心技術CPS

CPS與智能制造

CPS是實現(xiàn)智能制造的綜合技術支撐體系，通過關聯(lián)和打通兩大空間，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的過程中實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。83三、智能制造三個范式數(shù)字化制造1）實現(xiàn)制造過程的對象用數(shù)據(jù)來表述。包括產(chǎn)品和工藝的數(shù)字化，制造裝備或設備的數(shù)字化，材料、元器件、被加工的零部件、磨具/卡具/刀具等物的數(shù)字化以及人的數(shù)字化。2）數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。包括網(wǎng)絡通信系統(tǒng)構建，不同來源的異構數(shù)據(jù)格式以及數(shù)據(jù)語義的統(tǒng)一。3）信息集成。數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的目的是要利用數(shù)據(jù)實現(xiàn)整個制造過程各環(huán)節(jié)的協(xié)同。

84三、智能制造三個范式網(wǎng)絡化制造1）在產(chǎn)品方面：充分了解用戶產(chǎn)品需求，并使企業(yè)從以產(chǎn)品為中心向以用戶為中心轉型。2）在制造方面：優(yōu)化配置社會資源，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈上企業(yè)與企業(yè)之間的協(xié)同。

3）在服務方面：為用戶提供個性化定制、遠程運維等增值服務，使企業(yè)從傳統(tǒng)的生產(chǎn)型向生產(chǎn)服務型轉型。

85三、智能制造三個范式智能化制造86四、智能制造系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成內涵系統(tǒng)集成可以理解為按系統(tǒng)整體性原則，將原來沒有聯(lián)系或聯(lián)系不緊密的元素或單元組合起來，成為具有一定功能的、滿足一定目標的、相互聯(lián)系、彼此協(xié)調工作的新系統(tǒng)的過程。通過系統(tǒng)集成，可實現(xiàn)最大限度地提高系統(tǒng)的效率、完整性、靈活性，擴展系統(tǒng)的功能，同時簡化系統(tǒng)的復雜性，并最終為企業(yè)提供一套切實可行的完整的解決方案。

87四、智能制造系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成技術88思考與練習1.智能制造系統(tǒng)主要特征表現(xiàn)在哪幾個方面？2.按照《國家智能制造標準體系建設指南》，智能制造系統(tǒng)架構包含哪三個維度？3.智能特征包含哪些內容？4.CPS的網(wǎng)絡層具有什么作用？5.CPS具有哪些特征？6.試闡述智能制造三個范式的關系？89第四章智能制造自動化一、智能制造裝備及發(fā)展二、傳感器及儀器儀表三、人機交互系統(tǒng)四、控制系統(tǒng)五、數(shù)控機床及數(shù)控加工中心六、增材制造設備七、工業(yè)機器人90一、智能制造裝備及發(fā)展

智能制造裝備內涵

1）對制造工況或環(huán)境實時感知、處理和分析的能力；2）實時辨識和預測制造過程狀況變化的能力；3）自適應狀態(tài)變化、控制和動態(tài)補償?shù)哪芰?；提?）對自身故障自診斷、自修復的能力及參與網(wǎng)絡集成和網(wǎng)絡協(xié)同的能力。91一、智能制造裝備及發(fā)展

智能制造裝備發(fā)展趨勢

1）自動化：體現(xiàn)在裝備能根據(jù)用戶要求完成制造過程的自動化，并對制造對象和制造環(huán)境具有高度適應性，實現(xiàn)制造過程的優(yōu)化；2）集成化：體現(xiàn)在生產(chǎn)工藝技術、硬件、軟件與應用技術的集成，設備的成套及納米、新能源等跨學科高技術的集成，從而使設備不斷升級；3）信息化：體現(xiàn)在將傳感技術、計算機技術、軟件技術“嵌入”裝備中，實現(xiàn)裝備的性能提升和智能化；4）綠色化：體現(xiàn)在從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的全生命周期中，對環(huán)境負面影響極小、能量消耗最小，使企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益協(xié)調發(fā)展。92二、傳感器及儀器儀表產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀為在新一輪產(chǎn)業(yè)變革中繼續(xù)維持領先地位，美國、德國和日本等發(fā)達國家把傳感器及儀器儀表技術列為國家發(fā)展戰(zhàn)略。美國國防部將傳感器技術視為當今20項關鍵技術之一，美國國家長期安全和經(jīng)濟繁榮至關重要的24項技術中有6項與傳感器技術直接相關；德國視軍用傳感器為優(yōu)先發(fā)展技術，英、法等國對傳感器的開發(fā)投資逐年升級；日本在《國家支柱技術10大重點戰(zhàn)略目標（2005-2015）》中，有6項與傳感器及智能化儀器儀表技術有關，日本工商界人士甚至聲稱“支配了傳感器技術就能夠支配新時代”。93二、傳感器及儀器儀表產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀我國傳感器產(chǎn)業(yè)處于國際中等水平，但具有自主知識產(chǎn)權的核心技術并不多，尤其高檔傳感器芯片缺少核心技術，因此在傳感器和儀器儀表方面的研究和發(fā)展國內還有很長的路要走。94二、傳感器及儀器儀表發(fā)展趨勢1）高性能傳感器及儀器儀表的高性能主要體現(xiàn)在產(chǎn)品測量精度高和產(chǎn)品功能豐富等方面。2）高可靠性工業(yè)自動化儀表是大型化、多參數(shù)化、工況復雜化的現(xiàn)代工業(yè)重大設備的神經(jīng)中樞、運行中心和安全保障，由于其在智能制造中日益提升的重要地位和作用，國外將該類產(chǎn)品的高可靠性作為重要發(fā)展方向?，F(xiàn)場儀表復雜、易損、難以修復的狀況正在改變；國外領先企業(yè)開始推出保修期長達10年、使用期不需調整維修的產(chǎn)品。95二、傳感器及儀器儀表發(fā)展趨勢3）高適用性新原理、新技術、新材料的應用使現(xiàn)場儀表顯著提高了對復雜工況和不良環(huán)境的適應性。4）網(wǎng)絡化和智能化智能制造網(wǎng)絡化和智能化的實現(xiàn)使眾多測控設備通信方便，操作簡化，功能設置靈活，并使測量控制系統(tǒng)與車間級管理、企業(yè)經(jīng)營管理系統(tǒng)緊密結合，形成管控一體化，實現(xiàn)了企業(yè)從工藝流程的底層開始到工業(yè)企業(yè)管理的信息化。96二、傳感器及儀器儀表智能傳感器97二、傳感器及儀器儀表智能傳感器2015年增設的全國高職高專工業(yè)機器人賽項98三、人機交互系統(tǒng)人機交互發(fā)展1）20世紀60年代--基于鍵盤和字符顯示器的交互階段；2）20世紀70年代--基于鼠標和圖形顯示器的交互階段；3）20世紀80年代末--基于多媒體技術的交互階段；4）現(xiàn)在--人機自然交互階段。99三、人機交互系統(tǒng)人機交互技術1）非精確交互技術非精確的人機交互也稱模糊控制，包括語音、視覺、手勢、頭部等信息來源。語音識別：以語音識別為基礎，計算機基于識別和理解過程把語音信號轉變?yōu)橄鄳奈谋疚募蛎?，常用于系統(tǒng)提示、引導式問答等交互場合。眼動跟蹤：是對眼睛運動過程進行定位的交互方式。姿勢識別：利用數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)服裝等裝置，對手和身體的運動進行跟蹤，完成自然的人機交互。100三、人機交互系統(tǒng)人機交互技術2）多通道交互技術綜合采用語音、手勢、視線跟蹤、表情等交互通道，使用戶利用多個通道以自然、并行、協(xié)作的方式進行人機對話，通過整合來自多個通道的、精確的、不精確的輸入來撲捉用戶的交互意圖，增大人機通訊信息量，以提高人機交互的自然性和有效性。101三、人機交互系統(tǒng)人機交互技術3）虛擬現(xiàn)實技術利用虛擬現(xiàn)實技術可以對真實世界進行動態(tài)模擬，通過用戶的交互輸入來修改和運行虛擬環(huán)境，使用戶在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)包括操作者、人機接口和計算機三個基本要素。計算機提供環(huán)境，操作者通過視覺、聽覺、嗅覺、力覺等傳感設備感知并融入“環(huán)境”，再通過自然的操作動作改變環(huán)境。這種系統(tǒng)改變了由屏幕、鼠標、鍵盤與計算機產(chǎn)生的人機交互方式，使操作者通過逼真的感知和自然的動作，實現(xiàn)與環(huán)境直接進行的交互。102三、人機交互系統(tǒng)人機交互技術3）虛擬現(xiàn)實技術利用虛擬現(xiàn)實技術可以對真實世界進行動態(tài)模擬，通過用戶的交互輸入來修改和運行虛擬環(huán)境，使用戶在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)包括操作者、人機接口和計算機三個基本要素。計算機提供環(huán)境，操作者通過視覺、聽覺、嗅覺、力覺等傳感設備感知并融入“環(huán)境”，再通過自然的操作動作改變環(huán)境。這種系統(tǒng)改變了由屏幕、鼠標、鍵盤與計算機產(chǎn)生的人機交互方式，使操作者通過逼真的感知和自然的動作，實現(xiàn)與環(huán)境直接進行的交互。103四、控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的發(fā)展1）基地式儀表控制系統(tǒng)2）模擬儀表控制系統(tǒng)3）直接式數(shù)字控制系統(tǒng)4）集散控制系統(tǒng)5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)104四、控制系統(tǒng)PLC控制器1）抗干擾能力強、可靠性高2）控制系統(tǒng)接線簡單、使用方便3）功能強大、通用性好

在制造業(yè)發(fā)展的過程中，對PLC的發(fā)展需求總體上漲，特別是隨著工業(yè)4.0及中國智能制造熱潮的不斷升溫，PLC市場持續(xù)增長，PLC技術也朝著集成化、開放性及安全性等方向發(fā)展。105四、控制系統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)106五、數(shù)控機床及數(shù)控加工中心數(shù)控機床及發(fā)展1）NC階段（1952～1970）1952年的第一代—電子管計算機組成的數(shù)控系統(tǒng)；1959年的第二代—晶體管計算機組成的數(shù)控系統(tǒng)；1965年的第三代—小規(guī)模的集成電路計算機組成的數(shù)控系統(tǒng)。2）CNC階段（1970至今）1970年第四代—小型計算機數(shù)控系統(tǒng)；1974年第五代—微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng)；1990年第六代—基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。107五、數(shù)控機床及數(shù)控加工中心數(shù)控機床及發(fā)展3）幾個發(fā)展方向向著高速、高精度和高可靠性的方向發(fā)展向著多軸聯(lián)動和復合加工的控制方向發(fā)展朝著智能化、網(wǎng)絡化和開放性的方向發(fā)展加工過程朝著綠色化方向發(fā)展108五、數(shù)控機床及數(shù)控加工中心數(shù)控機床的組成、工作原理及分類109五、數(shù)控機床及數(shù)控加工中心數(shù)控機床的組成、工作原理及分類1）按運動方式分類：點位控制、直線控制、輪廓控制。2）按伺服控制方式分類：開環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制。3）按工藝用途分類：一般數(shù)控機床、數(shù)控加工中心等。110五、數(shù)控機床及數(shù)控加工中心數(shù)控加工中心數(shù)控加工中心是指帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機床。自動換刀裝置用于交換主軸與刀庫中的刀具。刀庫主要有兩種，一種是盤式刀庫，一種是鏈式刀庫。盤式刀庫容量相對較小，一般在1～24把刀具，主要適用于小型加工中心；鏈式刀庫容量較大，一般在1～100把刀具，主要適用于大中型加工中心。111五、數(shù)控機床及數(shù)控加工中心數(shù)控加工中心①具有自動換刀裝置，能自動地更換刀具，在一次裝夾中完成鉆削、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、銑削等多種工序的加工，工序高度集中；②帶有自動擺角的主軸或回轉工作臺的加工中心，在一次裝夾后，自動完成多個面和多個角度的加工；③帶有可交換工作臺的加工中心，可同時進行一個加工、一個裝夾工件，具有極高的加工效率。數(shù)控加工中心主要適用于加工形狀復雜、工序多且精度要求高的工件112五、數(shù)控機床及數(shù)控加工中心數(shù)控編程程序編制方法有兩種：手工編程與自動編程手工編程適用于幾何形狀簡單、計算簡便、加工程序不多的零件加工。自動編程是指在計算機及相應的軟件系統(tǒng)的支持下，自動生成數(shù)控加工程序的過程。其特點是采用簡單、習慣的語言對加工對象的幾何形狀、加工工藝、切削參數(shù)及輔助信息等內容按規(guī)則進行描述，再由計算機自動地進行數(shù)值計算、刀具中心運動軌跡計算、后置處理，生成零件加工程序單，并且對加工過程進行模擬。113六、增材制造裝備增材制造概念增材制造（AM）是一種與傳統(tǒng)材料“去除型”加工方法截然相反的制造方法；通過增加材料、基于三維數(shù)字模型數(shù)據(jù)，采用逐層制造方式，直接制造出與相應數(shù)學模型完全一致的三維物理實體模型。該技術也稱3D打印技術是快速成型技術的一種，是制造業(yè)領域正在迅速發(fā)展的一項新興技術，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術”，其核心是數(shù)字化、智能化制造，可實現(xiàn)產(chǎn)品的隨時、隨地、按需生產(chǎn)。114六、增材制造裝備增材制造關鍵技術1）材料單元的控制技術增材單元的控制直接決定了制件的最小特征制造能力和制件精度。2）設備的再涂層技術再涂層的工藝方法決定了零件在累加方向的精度和表面粗糙度，因此，增材制造的自動化涂層是材料累加的必要工序之一。115六、增材制造裝備增材制造關鍵技術1）材料單元的控制技術增材單元的控制直接決定了制件的最小特征制造能力和制件精度。2）設備的再涂層技術再涂層的工藝方法決定了零件在累加方向的精度和表面粗糙度，因此，增材制造的自動化涂層是材料累加的必要工序之一。116六、增材制造裝備增材制造關鍵技術3）高效制造技術增材制造正在向大尺寸構件制造技術發(fā)展，需要高效、高質量的制造技術支撐。4）設備的再涂層技術現(xiàn)階段的增材制造主要是制造單一材料的零件，如單一高分子材料和單一金屬材料，目前正在向單一陶瓷材料發(fā)展。117七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的關鍵技術1）傳感器融合技術：通過單一傳感器獲取數(shù)據(jù)存在誤差大、使用范圍有限等缺點，難以保證機器人運動的準確性和可靠性；依托多傳感器信息融合技術，可獲得一系列機器人所需的信息，實現(xiàn)機器人的精準動作。2）人機交互技術：依托人機交互技術可最大自由度操作機器，如同人與人之間交流一樣自然、高效和無障礙。118七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的關鍵技術3）系統(tǒng)集成技術：包括集成軟件開發(fā)、數(shù)字化仿真集成開發(fā)等技術，是機器人研究與開發(fā)面臨的最大挑戰(zhàn)技術。4）導航定位技術：導航定位技術是移動機器人研究的難點，解決好移動機器人定位問題對于提高機器人的自動化水平具有重要的理論意義和實用價值。119七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的驅動方式1）氣動傳動機器人：以壓縮空氣作為動力源，高速輕載。2）液壓傳動機器人：采用液壓驅動，負載能力強、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏。3）電力傳動機器人：交直流伺服電機驅動，結構簡單、響應快、精度高。120七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的結構121七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的技術參數(shù)1）自由度也稱坐標軸數(shù)，是指獨立運動數(shù)。自由度數(shù)越高，則完成的動作越復雜、通用性越強、應用范圍也越廣。但自由度越多，結構就越復雜，對機器人的整體要求也就越高。122七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的技術參數(shù)2）工作精度影響定位精度的因素主要有：機械零件加工精度、定位傳感器分辨率、定位算法的選擇、原始數(shù)據(jù)處理誤差和不確定性誤差；影響重復定位精度的因素主要有：機械結構的設計、機械零件加工精度、定位傳感器精度、定位算法精度的選擇、原始數(shù)據(jù)處理誤差和不確定性誤差。123七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的技術參數(shù)3）工作空間也稱工作范圍、工作行程，是指機器人在執(zhí)行任務時其手腕參考點或末端操作器安裝點（不包括末端操作器）所能到達的所有空間區(qū)域，一般不包括末端操作器本身能到達的區(qū)域，目前單體工業(yè)機器人的工作范圍可達3.5米左右。124七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的技術參數(shù)4）工作速度指機器人各個方向的移動速度或轉動速度，這些速度可以相同，也可以不同；最大工作速度通常指機器人手腕中心的最大速度。運動速度影響工作效率，與提取的重力和位置精度有關。5）承載能力指機器人在工作范圍內的任何位姿，且在正常操作的條件下，作用于機器人手腕末端，不會使機器人性能降低的最大載荷。125七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的編程技術1）示教編程示教編程是一種成熟的技術，是目前大多數(shù)工業(yè)機器人的編程方式，采用這種方法時，程序編制是在機器人現(xiàn)場進行的。示教編程可以在線示教，也可以離線示教，分為示教、存儲和再現(xiàn)三個步驟。126七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的編程技術2）機器人語言編程機器人語言可以按照作業(yè)描述水平的程度分為動作級編程語言、對象級編程語言和任務級編程語言三種。動作級編程語言是最低一級的機器人語言。它以機器人的運動描述為主，通常一條指令對應機器人的一個動作，表示從機器人的一個位姿運動到另一個位姿。127七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的編程技術2）機器人語言編程機器人語言可以按照作業(yè)描述水平的程度分為動作級編程語言、對象級編程語言和任務級編程語言三種。對象級編程語言是比動作級編程語言高一級的編程語言，它不需要描述機器人手爪的運動，只要由編程人員用程序的形式給出作業(yè)本身順序過程的描述和環(huán)境模型的描述，即描述操作物與操作物之間的關系。128七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的編程技術2）機器人語言編程任務級編程語言不需要用機器人的動作來描述作業(yè)任務，也不需要描述機器人對象物的中間狀態(tài)過程，只需要按照某種規(guī)則描述機器人對象物的初始狀態(tài)和最終目標狀態(tài)，機器人語言系統(tǒng)即可利用已有的環(huán)境信息和知識庫、數(shù)據(jù)庫自動進行推理、計算，從而自動生成機器人詳細的動作、順序和數(shù)據(jù)。129七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的編程技術3）離線編程離線編程是在專門的軟件環(huán)境下，用專用或通用程序在離線情況下進行機器人軌跡規(guī)劃編程的方法，是機器人編程技術的一種發(fā)展方向。130七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人的編程技術3）離線編程同在線示教編程相比，離線編程具有優(yōu)點如下：①減少機器人不工作時間。②使編程者遠離危險的編程環(huán)境。③使用范圍廣，可對機器人的各種工作對象進行編程。④與CAD/CAM系統(tǒng)結合方便，實現(xiàn)CAD/CAM/Robotics一體化。⑤可使用高級計算機編程語言對復雜任務進行編程。⑥便于修改機器人程序。131七、工業(yè)機器人工業(yè)機器人應用132思考與練習1.智能傳感器由哪幾部分組成？各有什么作用？2.人機交互技術有哪些？3.控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾代？各有什么特點？4.增材制造有什么特點？其關鍵技術有哪些？5.工業(yè)機器人由哪幾部分組成？各起什么作用？6.影響工業(yè)機器人定位精度和重復定位精度的因素有哪些？133第五章智能制造關鍵技術一、射頻識別技術（RFID）二、云計算與大數(shù)據(jù)分析三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)四、人工智能五、虛擬制造與數(shù)字孿生技術六、信息安全技術134一、射頻識別技術（RFID)RFID及技術特點

1）識別速度快，且可一次處理多個標簽；2）識別距離遠，可達幾十米；3）體積小且形狀多樣，可嵌入或附著在不同形狀及類型的產(chǎn)品上；4）數(shù)據(jù)存儲在芯片中，可工作在臟污或黑暗的環(huán)境中；135一、射頻識別技術（RFID)RFID及技術特點

5）數(shù)據(jù)為電子格式，內容可經(jīng)由密碼保護，不易被偽造，具有一定的安全性；6）標簽內存儲的數(shù)據(jù)可以反復被覆寫，可重復使用；7）RFID可穿透紙張、木材和塑料等非金屬或透明的材質進行通信，且無需光源；8）隨著記憶載體的發(fā)展，數(shù)據(jù)容量也在不斷擴大。136一、射頻識別技術（RFID)RFID系統(tǒng)結構及性能指標

137一、射頻識別技術（RFID)RFID系統(tǒng)結構及性能指標

1）閱讀器將無線電載波信號經(jīng)過發(fā)射天線向外發(fā)射；2）當電子標簽進入磁場后接收讀寫器發(fā)出的射頻信號，依托感應電流所獲得的能量發(fā)送存儲在RFID芯片中的產(chǎn)品信息（被動標簽或無源標簽）；或者主動發(fā)送信號（主動標簽或有源標簽）。3）讀寫器采集信息并解碼后，送至計算機等應用系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)的處理。138一、射頻識別技術（RFID)RFID系統(tǒng)結構及性能指標

自動識別技術性能比較139一、射頻識別技術（RFID)RFID技術應用

140二、云計算與大數(shù)據(jù)分析概念1）云計算按照維基百科的定義，云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機和其他設備；按照IBM的定義，云計算是一種共享的網(wǎng)絡交付信息服務的模式，云服務的使用者看到的只有服務本身，而不用關心相關基礎設施的具體實現(xiàn)。141二、云計算與大數(shù)據(jù)分析概念2）云制造按照李伯虎院士等專家的定義，云制造是一種面向服務、高效低耗和基于知識的網(wǎng)絡化智能制造新模式，它融合現(xiàn)有信息化制造、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術，能夠為制造全生命周期過程提供可隨時獲取、按需使用、安全可靠、優(yōu)質價廉的服務；按照中國航天科技集團公司楊海成教授的定義，云制造是先進的信息技術、制造技術以及新興技術等交叉融合的產(chǎn)品，是制造即服務理念的體現(xiàn)。142二、云計算與大數(shù)據(jù)分析概念3）大數(shù)據(jù)根據(jù)維基百科的定義，大數(shù)據(jù)是由數(shù)量巨大、結構復雜、類型眾多的數(shù)據(jù)構成的數(shù)據(jù)集合，是基于云計算的數(shù)據(jù)處理與應用模式，通過數(shù)據(jù)的整合共享，交叉復用形成的智力資源和知識服務的能力；全球信息咨詢機構國際數(shù)據(jù)公司(IDC)對大數(shù)據(jù)的技術定義是：通過高速捕捉、發(fā)現(xiàn)和分析，從大容量數(shù)據(jù)中獲取價值的一種新的架構。143二、云計算與大數(shù)據(jù)分析云計算系統(tǒng)結構144二、云計算與大數(shù)據(jù)分析云計算關鍵技術1）虛擬化技術采用虛擬化技術是為了實現(xiàn)基礎設施服務的按需分配。虛擬化從本質上來講是指從邏輯角度而不是物理角度來對資源進行分配，是從單一的邏輯角度來看待不同的物理資源的一種方法。2）數(shù)據(jù)分布存儲技術云計算涉及海量數(shù)據(jù)。所謂海量數(shù)據(jù)是指數(shù)據(jù)量極大，往往是Terbyte（TB，1TB=1024GB）、Petabyte（PB，1PB=1024TB）甚至Exabyte（EB，1EB=1024PB）級的數(shù)據(jù)集合。145二、云計算與大數(shù)據(jù)分析云計算關鍵技術3）數(shù)據(jù)管理技術云計算技術中最關鍵也最根本的是云應用環(huán)境中的數(shù)據(jù)管理技術。云計算不僅要保證數(shù)據(jù)的存儲和訪問，還要能夠對海量數(shù)據(jù)進行處理、分析、檢索等，因此數(shù)據(jù)管理的手段和方法是云計算的重心。4）并行運算技術云計算對信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力提出了越來越高的要求，作為高性能計算和超級計算的核心技術，并行計算是充分利用資源加速計算和提高效率的主要途徑。146二、云計算與大數(shù)據(jù)分析大數(shù)據(jù)分析及應用1）大數(shù)據(jù)的處理流程數(shù)據(jù)預處理、統(tǒng)計與分析、大數(shù)據(jù)挖掘應用2）大數(shù)據(jù)的分析方法描述型分析法、診斷型分析法、預測型分析法、指令型分析法3）大數(shù)據(jù)的應用大數(shù)據(jù)可應用于個性化服務、預測分析、產(chǎn)品營銷和優(yōu)化等領域，通過挖掘行業(yè)數(shù)據(jù)價值，優(yōu)化運行服務和提供決策支持。147三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內涵工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也稱工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IndustrialInternetofThings，IIoT），是新一代信息技術與制造業(yè)深度融合所形成的新興業(yè)態(tài)和應用模式，是互聯(lián)網(wǎng)從消費領域向生產(chǎn)領域、從虛擬經(jīng)濟向實體經(jīng)濟拓展的核心載體，工業(yè)控制系統(tǒng)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通奠定了基礎，工業(yè)軟件為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用開發(fā)提供了支撐。148三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內涵從智能制造的維度來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)的工業(yè)系統(tǒng)；在企業(yè)內部，是制造設備、制造系統(tǒng)的互聯(lián)，是控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的互聯(lián)；在企業(yè)之間，是產(chǎn)業(yè)鏈的上下游互聯(lián)；互聯(lián)的目的是為智能決策提供支撐，進而實現(xiàn)工業(yè)過程的運行優(yōu)化和協(xié)同制造。149三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺體系架構150三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術1）數(shù)據(jù)集成和邊緣處理技術2）IaaS技術3）平臺使能技術4）數(shù)據(jù)管理技術5）應用開發(fā)和微服務技術6）工業(yè)數(shù)據(jù)建模與分析技術7）安全技術151三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用海爾COSMOPlat平臺152三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用

MindSphere平臺應用方案153四、人工智能概述人工智能正在成為新一輪技術變革的核心，而大數(shù)據(jù)、云計算等新技術的發(fā)展反過來也在不斷支撐人工智能在應用領域的落地，為人工智能實施提供了信息支撐。人工智能系統(tǒng)技術架構可分為基礎層、技術層和應用層。154四、人工智能人工智能關鍵技術1）語音識別語音識別技術，是讓機器通過識別和理解過程把人類的語音信號轉變?yōu)橄鄳奈谋净蛎畹募夹g，即人與機器用語音交流，機器能明白人在說什么。

2）自然語言處理自然語言處理，是研究實現(xiàn)人與計算機之間用自然語言進行交流的各種理論和方法；目的是通過人機交流，獲得便捷而有效的信息處理，完成希望機器能完成的某些語言功能。155四、人工智能人工智能關鍵技術3）生物特征識別生物特征識別，是通過可測量的身體或行為等生物特征進行身份認證的一種技術。生物特征識別技術涉及內容非常廣，包括指紋、臉型、虹膜、掌紋、DNA等身體特征和簽名、聲音、步態(tài)等行為特征。4）圖像識別圖像識別，是利用計算機對圖像進行處理、分析和理解，以識別各種不同模式的目標和對象的技術。156四、人工智能人工智能關鍵技術5）機器學習機器學習，是專門研究計算機怎樣模擬或實現(xiàn)人類的學習行為，以獲取新的知識或技能，并具有不斷改善自身的性能。6）專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)內部含有大量的、某