智能制造技術(shù)概述

1、智能制造技術(shù)智能制造技術(shù)研究生講座研究生講座主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 什么是智能制造？2 智能制造與制造智能3 智能制造裝備4 智能制造系統(tǒng)5 智能制造服務(wù)6 智能制造路線圖7 智能制造與我們1 什么是智能制造？什么是智能制造？1.1 智能制造的定義智能制造的定義 智能制造是研究制造活動(dòng)中的信息感知與分析、知識(shí)表達(dá)與學(xué)習(xí)、智能決策與執(zhí)行的一門綜合交叉技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)知識(shí)屬性和功能的必然手段。 智能制造是人類的智慧向制造裝備轉(zhuǎn)移的過程。？1.2 智能制造的技術(shù)體系智能制造的技術(shù)體系制造智能：制造智能：感知與測(cè)控網(wǎng)絡(luò)機(jī)器學(xué)習(xí)與制造知識(shí)發(fā)現(xiàn)面向制造的綜合推理圖形化建模與仿真智能全息人機(jī)交互智能制造設(shè)備：智能制

2、造設(shè)備：工況感知與智能識(shí)別性能預(yù)測(cè)與智能維護(hù)智能規(guī)劃與智能編程智能數(shù)控與伺服驅(qū)動(dòng)智能制造系統(tǒng)智能制造系統(tǒng)：系統(tǒng)建模與自組織智能制造執(zhí)行系統(tǒng)智能企業(yè)管控智能供應(yīng)鏈管理流程智能控制智能制造服務(wù)智能制造服務(wù)：服務(wù)感知與控制的互聯(lián)工業(yè)產(chǎn)品智能服務(wù)服務(wù)過程的智能運(yùn)控制造物聯(lián)網(wǎng)與物流智能服務(wù)制造與服務(wù)的集成共享與協(xié)同1.3 智能制造的支持技術(shù)智能制造的支持技術(shù)n數(shù)字制造技術(shù)：CNC/CAD、CAM、CAE、CIMS；n傳感與控制技術(shù)：新型光機(jī)電傳感系統(tǒng)、嵌入式控制系統(tǒng)等；n人工智能技術(shù)：知識(shí)表示、機(jī)器學(xué)習(xí)、自動(dòng)推理、智能計(jì)算；n互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)及射頻識(shí)別技術(shù)（RFID，電子標(biāo)簽）n數(shù)學(xué)：數(shù)理邏輯、數(shù)學(xué)機(jī)械化

3、、隨機(jī)過程與統(tǒng)計(jì)分析、運(yùn)籌與決策分析、計(jì)算幾何、非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等無線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸 1.4 智能制造是制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)智能制造是制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)n知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的必然選擇 與設(shè)備、資本投入作為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式不同，知識(shí)含量起著越來越重要的因素。n市場(chǎng)的必然選擇 可以提高能源和原材料的利用率，降低污染排放水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量。n是先進(jìn)生產(chǎn)力的重要體現(xiàn) 科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，而智能制造技術(shù)是先進(jìn)科學(xué)技術(shù)在制造領(lǐng)域的集中體現(xiàn)。 2 智能制造與制造智能智能制造與制造智能2.1 制造智能的涵義制造

4、智能的涵義 制造智能指制造過程中的知識(shí)、知識(shí)的發(fā)現(xiàn)和推理能制造智能指制造過程中的知識(shí)、知識(shí)的發(fā)現(xiàn)和推理能力、智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)演化能力。是智能制造的基礎(chǔ)和力、智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)演化能力。是智能制造的基礎(chǔ)和共性技術(shù)，包括以下關(guān)鍵技術(shù)：共性技術(shù)，包括以下關(guān)鍵技術(shù)： 感知與測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；感知與測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)； 機(jī)器學(xué)習(xí)與制造知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)；機(jī)器學(xué)習(xí)與制造知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)； 面向制造的綜合推理技術(shù)；面向制造的綜合推理技術(shù)； 圖形化建模與仿真技術(shù)；圖形化建模與仿真技術(shù)； 智能全息人機(jī)交互技術(shù)。智能全息人機(jī)交互技術(shù)。2.2 制造智能的關(guān)鍵技術(shù)制造智能的關(guān)鍵技術(shù)2.2.1 感知與測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)感知與測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 感感

5、 知：知：各種智能傳感器，智能儀表 測(cè)控網(wǎng)絡(luò)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)：通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)感知到的信 息的收集、傳輸、管理、使用的技術(shù)。 研究目標(biāo)：研究目標(biāo)：研究微型多功能集成智能傳感器與傳輸技 術(shù)，RFID和物聯(lián)網(wǎng)智能終端技術(shù)；開發(fā)基 于工業(yè)總線的即插即用技術(shù)和實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)操 作系統(tǒng)，開發(fā)基于M2M和制造物聯(lián)網(wǎng)的 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 、生產(chǎn)、管理和服務(wù)技術(shù)。2.2.2 機(jī)器學(xué)習(xí)與制造知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)與制造知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù) 機(jī)器學(xué)習(xí)：機(jī)器學(xué)習(xí)：把人類的知識(shí)教給計(jì)算機(jī) 知識(shí)發(fā)現(xiàn)知識(shí)發(fā)現(xiàn)：計(jì)算機(jī)通過機(jī)器學(xué)習(xí)、知識(shí)發(fā)掘從數(shù)據(jù)和 信息中自動(dòng)提煉知識(shí)并升華為制造策略。 研究目標(biāo)：研究目標(biāo)：解決異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)/知識(shí)庫(kù)間的沖突和一致性

6、 維護(hù)問題，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)/知識(shí)庫(kù)間的透 明訪問，針對(duì)特定的制造活動(dòng)，開發(fā)工藝 知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)，研究高效、分布、異構(gòu)數(shù)據(jù) 挖掘技術(shù)與知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)。2.2.3 面向制造的綜合推理技術(shù)面向制造的綜合推理技術(shù) 制造過程中的推理：制造過程中的推理：制造過程中的推理是不確定、不 精確、不完整的推理問題。 研究目標(biāo)：研究目標(biāo)：建立不確定、不精確、非完整信息的分 布/混合推理技術(shù)；研究抽象代數(shù)、計(jì)算 幾何、微分幾何在數(shù)控加工、自動(dòng)裝配、 逆向工程、機(jī)器視覺、形位測(cè)量與誤差評(píng) 定中的應(yīng)用。2.2.4 圖形化建模與仿真技術(shù)圖形化建模與仿真技術(shù) 圖形化建模與仿真：圖形化建模與仿真：圖形操作代替符號(hào)、數(shù)字操作實(shí) 現(xiàn)制造

7、過程中的建模和仿真。 研究目標(biāo)：研究目標(biāo)：建立制造資源不同屬性以及資源間互相作 用/約束的抽象的統(tǒng)一描述方法，建立面 向制造資源庫(kù)的圖形化建模、規(guī)劃、編程與 仿真集成開發(fā)平臺(tái)。2.2.5 智能全息人機(jī)交互技術(shù)智能全息人機(jī)交互技術(shù) 目前交互方法：目前交互方法：鍵盤、鼠標(biāo)、圖形、視頻、語音、觸 摸屏、數(shù)據(jù)手套等。 研究目標(biāo)：研究目標(biāo)：研究實(shí)時(shí)魯棒處理技術(shù)和基于機(jī)器視覺的 剛/柔體空間狀態(tài)感知和運(yùn)動(dòng)識(shí)別技術(shù)；研 究視網(wǎng)膜掃描、腦機(jī)接口、生機(jī)接口和生 理信號(hào)識(shí)別技術(shù)；最終實(shí)現(xiàn)全浸入式的“人 在場(chǎng)景中”智能人機(jī)交互系統(tǒng)3 智能制造裝備智能制造裝備 3.1 智能制造裝備的涵義智能制造裝備的涵義 智能制造裝

8、備具有感知、決策、執(zhí)行功能，其技術(shù)特征是：自行感知分析和處理運(yùn)行環(huán)境；自行規(guī)劃、控制、決策，故障自行診斷和修復(fù)，主動(dòng)分析自身性能力劣化和維護(hù)，能夠參與網(wǎng)絡(luò)集成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)。3.2 未來市場(chǎng)需求及產(chǎn)品未來市場(chǎng)需求及產(chǎn)品 智能機(jī)床 智能成形制造設(shè)備 特種智能制造設(shè)備 智能機(jī)器人 智能工程機(jī)械 3.3 智能制造裝備的關(guān)鍵技術(shù)智能制造裝備的關(guān)鍵技術(shù) 3.3.1裝備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境的感知與識(shí)別技術(shù) 內(nèi) 容：對(duì)于金屬切削機(jī)床指：加工精度、溫度、切削 力、熱變形、應(yīng)力應(yīng)變、圖像信息等。 研究目標(biāo)：n新型傳感器技術(shù)：高靈敏、高可靠、高精度的檢測(cè)環(huán)境信息； n感知系統(tǒng)的組網(wǎng)：高速、高精度數(shù)據(jù)傳輸、安全處理和容錯(cuò)能力

9、，異構(gòu)信息的無縫交換能力；n基于機(jī)器視覺的多元環(huán)境建模和圖像理解能力。 3.3.2 性能預(yù)測(cè)和智能維護(hù)技術(shù) 內(nèi) 容：刀具磨損情況、機(jī)床故障狀態(tài)、振動(dòng)狀態(tài)、精 度退化狀態(tài) 等。 研究目標(biāo)：n建立狀態(tài)表征體系（振動(dòng)、負(fù)載、熱變形、溫度、壓力等）與裝備性能表征指標(biāo)間的映射關(guān)系； n研究損傷智能識(shí)別，自愈合和智能維護(hù)技術(shù)，完善損傷特征提取方法和實(shí)時(shí)處理技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)故障自診斷和自修復(fù)；n實(shí)現(xiàn)重大技術(shù)裝備的壽命測(cè)試和壽命預(yù)測(cè)，對(duì)可靠性和壽命精確評(píng)估。 3.3.3 智能工藝規(guī)劃和智能編程技術(shù) 問 題：現(xiàn)有的工藝規(guī)劃基本是依靠經(jīng)驗(yàn)的派生式，現(xiàn)有的編程系統(tǒng)主要是面向零件幾何的編程，沒有綜合考慮機(jī)床工裝和零件

10、材料特性，智能工藝規(guī)劃和編程主要是由計(jì)算機(jī)模擬專家處理上述情況。 研究目標(biāo)：n研究工藝系統(tǒng)和子系統(tǒng)間的復(fù)雜界面行為和耦合關(guān)系，建立工藝系統(tǒng)和作業(yè)環(huán)境的集成數(shù)學(xué)模型和標(biāo)定方法； n建立面向典型行業(yè)的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)和工藝知識(shí)庫(kù)，完善機(jī)床、機(jī)器人、工程機(jī)械模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)工藝優(yōu)化；n完善專家經(jīng)驗(yàn)與計(jì)算智能的融合，建立規(guī)劃與編程的智能推理和決策方法。 3.3.4 智能數(shù)控系統(tǒng)與智能數(shù)控驅(qū)動(dòng)技術(shù) 內(nèi) 容：數(shù)控功能的提高，如視覺伺服功能、力反饋與力/位反饋混合控制功能、振動(dòng)控制功能、負(fù)荷控制功能、質(zhì)量調(diào)控功能、伺服參數(shù)和插補(bǔ)參數(shù)自調(diào)整功能、各種誤差補(bǔ)償功能等。 研究目標(biāo)：n完善伺服控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)自動(dòng)

11、識(shí)別、控制參數(shù)自動(dòng)配置、多軸參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化、振動(dòng)主動(dòng)控制； n完善基于視覺感知的伺服控制，實(shí)現(xiàn)防碰撞技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自律運(yùn)動(dòng)、無人駕駛和靈巧操作；n運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)語音控制和基于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的操作，發(fā)展智能化人機(jī)交互技術(shù)。 4 智能制造系統(tǒng)智能制造系統(tǒng) 5 智能制造服務(wù)智能制造服務(wù)6 智能制造路線圖智能制造路線圖6.1 制造智能技術(shù)制造智能技術(shù) 制 造 智 能 技 術(shù)目標(biāo)：智能感知、學(xué)習(xí)、推理、決策、執(zhí)行智能終端技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)/數(shù)據(jù)挖掘/知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)、綜合推理/決策支持技術(shù)智能人機(jī)交互技術(shù)、圖形化建模與仿真技術(shù)目標(biāo)：即插即用即插即用技術(shù)、嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)技術(shù)、M2

12、M(Machine-to-Machine/Man)制造物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2010年 2020年 2030年6.2 智能制造裝備技術(shù)智能制造裝備技術(shù) 智 能 制 造 裝 備 技 術(shù)目標(biāo)：智能感知、智能決策、智能執(zhí)行工況感知技術(shù)、智能維護(hù)技術(shù)、智能工藝規(guī)劃技術(shù)智能伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)目標(biāo)：學(xué)習(xí)、推理、自律智能編程技術(shù)、智能數(shù)控技術(shù)2010年 2020年 2030年6.3 智能制造系統(tǒng)技術(shù)智能制造系統(tǒng)技術(shù) 智 能 制 造 系 統(tǒng) 技 術(shù)目標(biāo)：智能決策、智能調(diào)度、智能管控智能制造執(zhí)行技術(shù)、企業(yè)智能管控技術(shù)、智能儀表/執(zhí)行器技術(shù)FCS與智能控制技術(shù)目標(biāo)：可重構(gòu)、自組織、協(xié)調(diào)優(yōu)化建模與自組織技術(shù)、智能供應(yīng)鏈管理、全生產(chǎn)線的在線協(xié)調(diào) 優(yōu)化控制技術(shù)2010年 2020年 2030年6.4 智能制造服務(wù)技術(shù)智能制造服務(wù)技