智能制造（IMS及綠色制造（GM）.ppt

1、1,智能制造 (IM)及 綠色制造（GM）,2,是否能改變這一現(xiàn)狀？,一、智能制造的提出,3,1.定義 智能制造是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思。和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造包括智能制造系統(tǒng)（IMS)和智能制造技術(shù)(IMT) 。,二、智能制造簡介,4,2.智能制造主要研究內(nèi)容,智能制造主 要研究內(nèi)容,智能制造理論 和系統(tǒng)設(shè)計技術(shù),智能制造單 元技術(shù)的集成,智能機器的設(shè)計,智能設(shè)計,智

2、能工藝 過程編程,加工過程的 智能控制,智能質(zhì)量控制,生產(chǎn)與經(jīng)營 的智能決策,智能監(jiān)測診 斷及補償,生產(chǎn)過程的 智能調(diào)度,5,3.智能制造系統(tǒng)的特點,智能制造系統(tǒng)的特點,自組織能力,自律能力,自學習和自維護能力,整個制造系統(tǒng)的智能集成,人機一體化智能系統(tǒng),虛擬現(xiàn)實,6,4.國內(nèi)外發(fā)展狀況,7,三.智能制造的技術(shù)支撐,智能制造的支撐技術(shù),人工智能技術(shù),并行工程技術(shù),虛擬制造技術(shù),信息網(wǎng)絡技術(shù),8,人工智能是“人工”和“智能”的有機結(jié)合，是智能制 造的基礎(chǔ)。,智能,人工,人工智能,1. 人工智能技術(shù),9,智能體能夠?qū)ν饨绲拇碳ぷ鞒龇磻⒛墚a(chǎn)生相應的調(diào)整、自我管理、自主活動并能與其他智能體交互協(xié)作

3、，且具有學習能力。,智能體特征,主動性,反應性,社會性,進化性,自治性,智能體是人工智能領(lǐng)域中一個很重要的概念。任何獨立的能夠思想并可以同環(huán)境交互的實體都可以抽象為智能體。,10,每一個子系統(tǒng)都可以看作是一個智能體,制造系統(tǒng),車 間 控 制 系 統(tǒng),產(chǎn) 品 規(guī) 劃 控 制 系 統(tǒng),任 務 協(xié) 調(diào) 系 統(tǒng),任 務 執(zhí) 行 系 統(tǒng),機 械 控 制 系 統(tǒng),任 務 計 劃 系 統(tǒng),11,人工智能的實現(xiàn),實現(xiàn)方法,工程學法,模擬法,采用傳統(tǒng)編 程技術(shù)實現(xiàn),模擬人或生物 的特性實現(xiàn),復雜、繁瑣、易錯,有學習性且易于適 應環(huán)境,12,并行工程是一種基于平行任務的工作方法，它 引用了一種方法，在產(chǎn)品開發(fā)過程

4、中把設(shè)計工程功 能，制造工程功能，以及其他的功能綜合起來，相 互協(xié)調(diào)，以節(jié)省必須的時間將產(chǎn)品投放市場。,2.并行工程技術(shù)簡介,13,并行工程的各個內(nèi)在環(huán)節(jié)是相互聯(lián)系的,需求 分析,市場 分析,銷售 服務,制造 運行,工藝 規(guī)劃,14,并行工程環(huán)境下的鑄造CAD/DAE系統(tǒng)框圖,15,什么是虛擬制造？虛擬制造”是近幾年由美國首先提出的一種全新概念。美國空軍Wright實驗室的定義為：“虛擬制造是仿真、建模和分析技術(shù)及工具的綜合應用，以增強各層制造設(shè)計和生產(chǎn)決策與控制 ”。,3.虛擬制造技術(shù)簡介,16,虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)約束,仿真模型,仿真結(jié)果,生產(chǎn)系統(tǒng),生產(chǎn)結(jié)果,仿真分析,生產(chǎn)實施,建模,比較 評估,

5、實際生產(chǎn)系統(tǒng)約束,虛擬制造和實際制造的關(guān)系,17,虛擬制造技術(shù)應用廣泛,18,虛擬機床模擬加工,19,物料在螺旋輸送機內(nèi)流動仿真,20,從廣義概念上來理解，計算機集成制造系統(tǒng)，柔性制造等可以看作是智能制造應用的例子。,三.智能制造的應用,21,柔性制造系統(tǒng)（FMS）就是把 若干臺數(shù)控加工系統(tǒng) 物料搬運系統(tǒng) 上下工件系統(tǒng)（回轉(zhuǎn)式托盤和工業(yè)機器人）、 立體倉庫、 優(yōu)化調(diào)度管理（信息控制） 集成起來，形成較完整的加工、裝卸、運輸、管理 的系統(tǒng)，它具有監(jiān)視、診斷、修復、自動轉(zhuǎn)換加工 產(chǎn)品品種的功能。,22,FMS的構(gòu)成框圖,柔性制造系統(tǒng),物流系統(tǒng),加工系統(tǒng),信息物流系統(tǒng),貯存,輸送,搬運,過程控制,過

6、程監(jiān)視,以任意順序 自動加工各 種工件并能 自動更換刀 具,自動地 任意存 取加工 對象,自動地 按可變 節(jié)拍連 接個加 工裝置,加工系 統(tǒng)與輸 送系統(tǒng) 之間自 動連接,加工系 統(tǒng)和物 流系統(tǒng) 的自動 控制,實現(xiàn)在 線數(shù)據(jù) 的自動 采集和 處理,23,柔性制造系統(tǒng),24,高精度數(shù)控機床CNC,25,自動化制造系統(tǒng)是柔性制造中非常重要的。 自動導引小車AGV,26,機器手臂,27,自動化立體倉庫,28,將各種不同的生產(chǎn)技術(shù)集成在一個系統(tǒng)中就形成了自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，這種生產(chǎn)系統(tǒng)或（生產(chǎn)線）可以提高質(zhì)量縮短循環(huán)周期、節(jié)省制造成本和人力、增加安全性。,29,智能制造技術(shù)可應用于柔性制造系統(tǒng)過 程監(jiān)控及智

7、能化故障診斷。,刀具工作狀態(tài) 檢測與預警,加工工件質(zhì)量檢 測與誤差補償,加工設(shè)備轉(zhuǎn)臺監(jiān) 控與故障診斷,加工過程狀態(tài)監(jiān) 控與故障診斷,智能化過程監(jiān)控及智 能化故障診斷內(nèi)容,30,智能監(jiān)控,31,柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點顯而易見,32,四、綠色制造,1、綠色制造的概念及特點 綠色制造（Green Manufacturing-GM）是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗的現(xiàn)代制造模式，其目標使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、回收、的整個生命周期中對環(huán)境負面影響最小、資源利用率最高。其特點如下：,33,綠色制造是三個領(lǐng)域方面的問題的交叉： （1）制造問題 （2）環(huán)境問題 （3）資源問題。,制造問題,環(huán)境問題,資源

8、問題,綠色制造,2、綠色制造的問題領(lǐng)域,34,3.綠色制造研究的內(nèi)容體系,綠色制造研究的內(nèi)容體系,綠色制造的理論體系和總技術(shù),綠色制造的專題技術(shù),綠色制造的支撐技術(shù),綠色制造的理論體系,綠色制造的多生命周期工程,綠色制造系統(tǒng),綠色制造的物能資源系統(tǒng),綠色設(shè)計技術(shù),綠色材料的選擇技術(shù),綠色包裝技術(shù),綠色處理技術(shù),綠色制造的數(shù)據(jù)庫和知識庫,制造系統(tǒng)環(huán)境影響評估系統(tǒng),綠色ERP管理模式和綠色供應鏈,綠色制造的實施工具,35,（1）ISO1400環(huán)境管理系統(tǒng) 1993年6月，ISO成立了第207技術(shù)委員會 （TC207）專門負責環(huán)境管理工作，ISO中央 秘書處為TC207預留了100個標準號，標準號

9、為IS014001ISO14100，統(tǒng)稱為ISO1400系 列標準。1996年9月，出臺了兩個國際標準 ISO14001和ISO14004標準，這是環(huán)境管理 體系標準化發(fā)展的一個重要里程碑。,4、綠色制造環(huán)境標志和立法,36,ISO1400國際環(huán)境標準的基本框架,37,（2）環(huán)境標志 德國是最先使用環(huán)境標志的國家，自1978年采用了著名的“藍色天使（blue angle）”環(huán)境標注，目前有20多個國家設(shè)計推廣了環(huán)境標志計劃。,德國的“藍色天使” 加拿大的“環(huán)境選擇”,38,日本的“生態(tài)標志” 北歐的“北歐天鵝“,美國的“綠色封” 中國的“環(huán)“,39,五、綠色產(chǎn)品,1.綠色產(chǎn)品的定義及特點 綠色

10、產(chǎn)品（Green Product），目前尚無公認的 權(quán)威定義，但綠色產(chǎn)品應該符合以下幾個方面 在其生命周期中、符合特定的環(huán)保要求，對人體 無害，對環(huán)境無影響或影響極小。 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)盡量簡單而不降低功能，節(jié)約材料能源。 在其使用壽命結(jié)束后，其零部件能翻新、回收、重用或者安全處理掉。,40,2.典型的綠色產(chǎn)品 （1）綠色汽車 綠色汽車是一種以無污染能源替代普通汽油為燃 料汽車，如豐田公司推出的馬自達HR-X8汽車，以 液氫替代汽油，不產(chǎn)生二氧化碳和其它污染物。 以氫轉(zhuǎn)子發(fā)動機推動的馬自達HR-X8汽車,41,（2）綠色物流裝備 電瓶叉車,42,圓管帶式輸送機,全封閉廂式貨車,43,3.綠色產(chǎn)品評價指

11、標體系 評價體系從環(huán)境屬性、能源屬性、資源屬 性、經(jīng)濟屬性四個方面對產(chǎn)品進行評價。,綠色產(chǎn)品評價指標體系,環(huán)境屬性,能源屬性,資源屬性,經(jīng)濟屬性,生態(tài)破壞 物質(zhì)性污染 物理因素引起的污染,能源類型 能源利用率等,材料資源 設(shè)備資源 人力資源 信息資源,設(shè)計成本 生產(chǎn)成本 使用成本 維護成本 回收處理成本,44,六、綠色制造的專題技術(shù),1. 綠色制造專題技術(shù)包含的內(nèi)容 綠色制造專題技術(shù)主要包括綠色材料的選擇、綠色設(shè)計、綠色加工工藝、綠色包裝、綠色回收等。 以物流裝備的生命周期綠色制造技術(shù)為例：,45,2.綠色材料 的選擇 （1）材料選 擇的原則應 考慮三個方 面的因素: 技術(shù)性原則 經(jīng)濟性原則

12、環(huán)境性原則,綠色制造的材料選擇原則,技術(shù)性原則,經(jīng)濟性原則,環(huán)境性原則,材料力學性能,材料物理性能,材料化學性能,材料的價格,材料的加工費用,材料的回收處理費用,環(huán)境成本,現(xiàn)有材料生產(chǎn)供應情況,減少材料的品種和規(guī)格,材料資源的豐富程度,材料的回收和重用性能,材料開采提煉消耗的能量,材料的毒害性,46,（2） 面向環(huán)境的材料選擇流程圖,初步的工程計算和經(jīng)驗判斷,初選材料A,初選材料B,初選材料C,制造成本,材料要求,材料屬性,幾何形狀,環(huán)境費用,總費用計算,零件（材料A）總費用,零件（材料B）總費用,零件（材料C）總費用,選擇費用最少的材料,材料選擇結(jié)果,制造工藝選擇,生命周期分析,47,3.綠

13、色設(shè)計技術(shù) 綠色設(shè)計是綠色制造的基礎(chǔ)，要求產(chǎn)品生產(chǎn)在設(shè)計階段要考慮如何使資源得到最佳的利用、能源消耗最小、污染最小、生態(tài)效益最佳， 同時還要保證技術(shù)的先進性。 （1）綠色設(shè)計的內(nèi)容,產(chǎn)品的 綠色設(shè)計,綠色材料的 選擇與管理,產(chǎn)品的 可回收 性設(shè)計,產(chǎn)品的 可拆卸 性設(shè)計,綠色產(chǎn)品 的成本分析,綠色產(chǎn)品 設(shè)計數(shù)據(jù)庫,48,(2)綠色設(shè)計應考慮的環(huán)境、成本、制造的關(guān)系,費用,49,（3）綠色設(shè)計的方法 綠色設(shè)計的方法主要有以下三種： 生命周期設(shè)計方法 并行工程方法 模塊化設(shè)計方法,50, 生命周期設(shè)計方法 如產(chǎn)品生命周期設(shè)計輪圖所示，外圈是產(chǎn)品的評價函數(shù)所應考慮是因素，內(nèi)圈是設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。,51

14、,產(chǎn)品的生命周期圖,制造,使用,電力,原材料的提取,材料的加工流通,崗位使用,“垃圾” 熱量 廢料 廢水,52,并行工程方法 與傳統(tǒng)的設(shè)計比較，并行設(shè)計實現(xiàn)了各環(huán)節(jié)間的信息交流與反饋，在每次決策都從優(yōu)化產(chǎn)品生命周期的角度考慮，消除了設(shè)計過程中的反復修改。,53,綠色產(chǎn)品并行閉環(huán)設(shè)計流程圖,綠色設(shè)計,可拆卸性、回 收性等評價,環(huán)境、經(jīng) 濟性評價,綠色設(shè)計 的材料庫,環(huán)境數(shù) 據(jù)庫,結(jié)構(gòu)圖庫,綠色設(shè)計數(shù)據(jù)庫,環(huán)境特征信息,評價結(jié)果,54,模塊化設(shè)計 模塊化設(shè)計科在三個不同層次上進行，即模塊化產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計、模塊系統(tǒng)設(shè)計和模塊化產(chǎn)品設(shè)計。 下圖為模塊化產(chǎn)品設(shè)計過程。,55,用戶需求,定義參數(shù),系列型譜制

15、定,模塊選擇,模塊組合,分析計算,滿意否,數(shù)據(jù)及圖形庫,優(yōu)化設(shè)計軟件包,機械零件設(shè)計軟件包,有限元分析軟件包,N,Y,結(jié)束,56,（1）綠色加工工藝的內(nèi)容及開發(fā)策略 綠色加工工藝是指既能提高經(jīng)濟效益，又能減少環(huán)境影響的工藝。其開發(fā)策略主要包括以下幾種： 優(yōu)化、改進現(xiàn)有工藝。 開發(fā)替代工藝技術(shù)。 開發(fā)新型工藝。如干式切削工藝、冷擴展技術(shù)、快速原型制造技術(shù)等。,3.綠色加工工藝技術(shù),57,綠色干式切削技術(shù) 切削液對環(huán)境污染嚴重， 直接危害工人的身體健康， 容易引起呼吸道和皮膚病， 干式切削技術(shù)是一種不采用 或采用少量切削液的切削技 術(shù)。,（2）典型新型綠色加工工藝,58,新西蘭Solid Conc

16、epts Inc.公司數(shù)字化生 產(chǎn)、加工、及注塑成型技術(shù)。,快速原型制造技術(shù)。,59,(1)綠色包裝的內(nèi)涵3R1D原則： 3R： 實行包裝減量化（reduce） 包裝應利于重復利用（reuse） 包裝應易于回收再生（recycle） 1D: 包裝廢棄物可以降解腐化（degradable）,4.綠色包裝技術(shù),60,（2）綠色包裝材料的分類 綠色包裝材料大致可分為三類： 可回收處理再造材料，如金屬材料、玻璃材料、可降解材料等； 可自然風化回歸自然的材料，如紙制品材料、可食性材料等； 可焚燒不污染大氣且可能量再生材料，如復合材料和高分子材料等。,61,美國一家公司利用菌類和谷物顆等制造的包裝材料，易于降解回收，對環(huán)境基本無污染。,62,物流裝備的綠色處理需要在產(chǎn)品進行初始設(shè)計時，就應充分考慮產(chǎn)品、零部件及材料的可回收性、回收價值大小、回收處理方法、回收處理工藝性等與可回收性有關(guān)的一系列問題 。,5.綠色回收技術(shù),63,發(fā)達國家垃圾處理情況,再生,焚化,填埋,奧地利,比利時,加拿大,丹 麥,芬 蘭,法 國,德 國,日 本,荷 蘭,挪 威,瑞 典,瑞 士,英 國,美 國,64,（1）再制造的定義 再制造是使報廢的產(chǎn)品