第一章-智能制造總論課件

1、智能制造導(dǎo)論教學(xué)指導(dǎo)目錄結(jié)構(gòu)第1章 智能制造總論1.1 智能制造的時代背景1.1.1 制造業(yè)發(fā)展1.1.2 全球制造業(yè)轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀1.2 智能制造概述1.2.1 智能制造的概念1.2.2 智能制造標(biāo)準(zhǔn)化參考模型1.2.3 智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)1.3 智能制造技術(shù)特征1.3.1 自動化制造1.3.2 智能化制造工業(yè)機(jī)器人1.3.3 網(wǎng)絡(luò)化制造物聯(lián)網(wǎng)1.3.4 協(xié)同制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)1.3.5 預(yù)測型制造工業(yè)大數(shù)據(jù)1.4 中國智能制造之路1.4.1 技術(shù)創(chuàng)新1.4.2 精益生產(chǎn)管理1.4.3 體制改革第2章 智能制造系統(tǒng)2.1 智能制造系統(tǒng)架構(gòu)2.2 產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)2.2.1 三維可視化管理2.2

2、.2 虛擬仿真技術(shù)2.2.3 數(shù)據(jù)管理2.3 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)2.3.1 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)概述2.3.2 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用2.3.3 端到端工程2.3.4 高度集成化2.3.5 實時分析2.3.3 數(shù)據(jù)運營2.4 物理信息系統(tǒng)（CPS）2.4.1 定義2.4.2 結(jié)構(gòu)體系2.4.3 特征2.4.4 機(jī)遇與挑戰(zhàn)2.4.5 CPS與智能制造2.5 西門子的智能制造系統(tǒng)2.5.1 制造中的自動化2.5.2 制造中的仿真與數(shù)據(jù)管理2.5.3 制造中的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)2.5.4 制造中的物流系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)第3 章 智能制造裝備與服務(wù)3.1 智能制造裝備3.1.1 智能制造裝備的定義3.1.2 市場需求與產(chǎn)業(yè)前景3.2

3、 智能制造裝備技術(shù)3.2.1 裝備運行與環(huán)境感知、識別技術(shù)3.2.2 性能預(yù)測與智能維護(hù)技術(shù)3.2.3 智能工藝規(guī)劃與編程技術(shù)3.2.4 智能數(shù)控技術(shù)3.3 智能制造服務(wù)3.3.1 智能制造服務(wù)的定義3.3.2 智能制造服務(wù)的未來發(fā)展3.4 智能制造服務(wù)技術(shù)3.4.1 服務(wù)狀態(tài)感知技術(shù)3.4.2 信息安全技術(shù)3.4.3 協(xié)同服務(wù)技術(shù)第4章 智能制造核心技術(shù)4.1 智能硬件4.1.1 工業(yè)機(jī)器人4.1.2 智能傳感器4.1.3 智能終端4.2 工業(yè)識別4.2.1 機(jī)器視覺技術(shù)4.2.2 射頻識別技術(shù)4.2.3 工廠物聯(lián)網(wǎng)4.3 信息技術(shù)4.3.1 工業(yè)大數(shù)據(jù)4.3.1云計算技術(shù)4.3.2虛擬制造

4、技術(shù)4.3.3 制造信息系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)第5章 智能制造的產(chǎn)業(yè)模式5.1 商業(yè)思維的顛覆5.1.1 營銷方式的轉(zhuǎn)變5.1.2 個性化需求和生產(chǎn)5.1.3 預(yù)測型制造5.2 新型價值體系5.2.1 新型價值體系的特征5.2.2 價值網(wǎng)絡(luò)的整合5.2.3 智能生產(chǎn)5.2.4 服務(wù)型制造5.3 智能制造的產(chǎn)業(yè)前景5.3.1 人機(jī)協(xié)作5.3.3 高端裝備5.3.2 產(chǎn)業(yè)升級5.3.2 跨界融合第6章 智能制造的應(yīng)用和展望6.1 機(jī)器人時代6.1.1 中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀6.1.2 案例：浙江樣板調(diào)查6.2 智能工廠6.2.1 智能工廠的概念6.2.2 案例：江淮汽車制造工廠6.2.3 案例：云制造平臺“億能

5、云聯(lián)”6.3 中國智造的使命6.3.1 劣勢與挑戰(zhàn)6.3.2 行動綱領(lǐng)6.3.3 轉(zhuǎn)型策略第一章 智能制造總論本章目標(biāo)了解智能制造的時代背景了解制造業(yè)的轉(zhuǎn)型歷程掌握智能制造的概念掌握智能制造的理論基礎(chǔ)和體系結(jié)構(gòu)了解智能制造的技術(shù)特點熟悉智能制造與物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、大數(shù)據(jù)等之間的聯(lián)系了解中國制造的技術(shù)、管理、制度的創(chuàng)新第一章 智能制造總論1.1 智能制造的時代背景發(fā)展階段年份里程碑主要成果機(jī)械化17601860水力和蒸汽機(jī)機(jī)器生產(chǎn)代替手工勞動，社會經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)從農(nóng)業(yè)向以機(jī)械制造為主的工業(yè)轉(zhuǎn)移電氣化18611950電力和電動機(jī)采用電力驅(qū)動的大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品零部件生產(chǎn)與裝配環(huán)節(jié)的成功分離，開創(chuàng)了產(chǎn)品批量生

6、產(chǎn)的新模式自動化19512010電子技術(shù)和計算機(jī)電子計算機(jī)與信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得機(jī)器逐漸能夠代替人類作業(yè)智能化2011至今網(wǎng)路和智能化實現(xiàn)制造的智能化與個性化，集成化表1-1 制造業(yè)發(fā)展歷程1.2 智能制造的產(chǎn)生1.3 中國制造業(yè)的困局1.4 全球制造業(yè)轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀在歐洲，2012年年初，德國提出了工業(yè)4.0(即第四次工業(yè)革命)戰(zhàn)略，如圖1-2所示。德國政府認(rèn)為，當(dāng)今世界正處于“信息網(wǎng)絡(luò)世界與物理世界的結(jié)合”時期，應(yīng)重點圍繞“智慧工廠”和“智能生產(chǎn)”兩大方向，鞏固和提升本國在制造業(yè)的領(lǐng)先優(yōu)勢。為此，德國政府將工業(yè)4.0作為德國的國家戰(zhàn)略，并設(shè)立專項資金支持該計劃的實施。在2013年的德國漢諾威

7、工業(yè)博覽會上，西門子展示了如何運用其世界領(lǐng)先的科技創(chuàng)新成果，幫助制造業(yè)應(yīng)對當(dāng)今挑戰(zhàn)，打造未來制造業(yè)發(fā)展的新模式。同時展示了融合規(guī)劃、工程和生產(chǎn)工藝以及相關(guān)機(jī)電系統(tǒng)于一體的工業(yè)4.0全面解決方案。德國電子電氣工業(yè)協(xié)會預(yù)測，工業(yè)4.0將使現(xiàn)有企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)效率提高30%。1.4 全球制造業(yè)轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀法國一些企業(yè)高層管理人員也認(rèn)為，雖然法國政府沒有提出明確計劃，但新一輪的工業(yè)革命已然正在進(jìn)行，并將推動人類的顯著進(jìn)步。據(jù)預(yù)測，未來幾年工業(yè)信息技術(shù)與軟件市場的規(guī)模將以年均8%的速度增長，這一速度將是西門子在工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域相關(guān)市場總體規(guī)模的兩倍。與此同時，經(jīng)歷了次貸危機(jī)的美國也在通過各種措施，推動先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展

8、。2009年初，美國開始調(diào)整經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，并于同年12月公布了重振美國制造業(yè)框架，2011年6月和2012年2月，又相繼啟動了先進(jìn)制造業(yè)伙伴計劃、先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃，推行“再工業(yè)化”和“制造業(yè)回歸”。1.4 全球制造業(yè)轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀在亞洲，日本也十分重視高端制造業(yè)的發(fā)展，2014年，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省繼續(xù)把3D打印機(jī)列為優(yōu)先政策扶持對象，計劃當(dāng)年投資45億日元，實施名為“以3D打印造型技術(shù)為核心的產(chǎn)品制造革命”的大規(guī)模研究開發(fā)項目，加大企業(yè)開發(fā)3D打印技術(shù)等智能制造技術(shù)的財政投入。2015年5月19日，國務(wù)院印發(fā)中國制造2025，部署全面實施制造強國戰(zhàn)略。提出要以智能制造作為主攻方向，強化工業(yè)基礎(chǔ)能力，

9、提高綜合集成水平，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。 1.5 智能制造的概念 智能制造(Intelligent Manufacturing, IM) 簡稱智造，源于人工智能的研究成果，是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)在制造過程中可以進(jìn)行諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等智能活動，同時基于人與智能機(jī)器的合作，擴(kuò)大、延伸并部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。智能制造更新了自動化制造的概念，使其向柔性化、智能化和高度集成化擴(kuò)展。 智能制造包括智能制造技術(shù)(Intelligent Manufacturing Technology, IMT)與智能制造系統(tǒng)(Intelligent M

10、anufacturing System，IMS)。1.6 智能制造技術(shù) 智能制造技術(shù)是指一種利用計算機(jī)模擬制造專家的分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策等智能活動，并將這些智能活動與智能機(jī)器有機(jī)融合，使其貫穿應(yīng)用于制造企業(yè)的各個子系統(tǒng)(如經(jīng)營決策、采購、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃、制造、裝配、質(zhì)量保證和市場銷售等)的先進(jìn)制造技術(shù)。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)整個制造企業(yè)經(jīng)營運作的高度柔性化和集成化，取代或延伸制造環(huán)境中專家的部分腦力勞動，并對制造業(yè)專家的智能信息進(jìn)行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展，從而極大地提高生產(chǎn)效率。1.7 智能制造系統(tǒng)智能制造系統(tǒng)是一種由部分或全部具有一定自主性和合作性的智能制造單元組成的、在制造

11、活動全過程中表現(xiàn)出相當(dāng)智能行為的制造系統(tǒng)。其最主要的特征在于工作過程中對知識的獲取、表達(dá)與使用。根據(jù)其知識來源，智能制造系統(tǒng)可分為兩類：以專家系統(tǒng)為代表的非自主式制造系統(tǒng)。該類系統(tǒng)的知識是由人類的制造知識總結(jié)歸納而來。建立在系統(tǒng)自學(xué)習(xí)、自進(jìn)化與自組織基礎(chǔ)上的自主型制造系統(tǒng)。該類系統(tǒng)可以在工作過程中不斷自主學(xué)習(xí)、完善與進(jìn)化自有的知識，因而具有強大的適應(yīng)性以及高度開放的創(chuàng)新能力。隨著以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法與遺傳編程為代表的計算機(jī)智能技術(shù)的發(fā)展，智能制造系統(tǒng)正逐步從非自主式的向具有自學(xué)習(xí)、自進(jìn)化與自組織的具有持續(xù)發(fā)展能力的自主式智能制造系統(tǒng)過渡發(fā)展。1.8 智能制造標(biāo)準(zhǔn)化參考模型 智能制造的本質(zhì)是實現(xiàn)

12、貫穿三個維度的全方位集成，包括企業(yè)設(shè)備層、控制層、管理層等不同層面的縱向集成，跨企業(yè)價值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成，以及從產(chǎn)品全生命周期的端到端集成。標(biāo)準(zhǔn)化是確保實現(xiàn)全方位集成的關(guān)鍵途徑，結(jié)合智能制造的技術(shù)架構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，可以從系統(tǒng)架構(gòu)、價值鏈和產(chǎn)品生命周期等三個維度構(gòu)建智能制造標(biāo)準(zhǔn)化參考模型，幫助我們認(rèn)識和理解智能制造標(biāo)準(zhǔn)化的對象、邊界、各部分的層級關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系。 智能制造對制造業(yè)的影響主要表現(xiàn)在三個方面，分別是智能制造系統(tǒng)、智能制造裝備和智能制造服務(wù)，涵蓋了產(chǎn)品從生產(chǎn)加工，到操作控制，再到客戶服務(wù)的整個過程。1.8 智能制造標(biāo)準(zhǔn)化參考模型1.8 智能制造標(biāo)準(zhǔn)化參考模型1，生命周期生命周期是由設(shè)計、生

13、產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)等一系列相互聯(lián)系的價值創(chuàng)造活動組成的鏈?zhǔn)郊?。生命周期中各項活動相互關(guān)聯(lián)、相互影響。不同行業(yè)的生命周期構(gòu)成不盡相同。1.8 智能制造標(biāo)準(zhǔn)化參考模型2，系統(tǒng)層級系統(tǒng)層級自下而上共五層，分別為設(shè)備層、控制層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層。智能制造的系統(tǒng)層級體現(xiàn)了裝備的智能化和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）化，以及網(wǎng)絡(luò)的扁平化趨勢。具體包括：(1) 設(shè)備層級包括傳感器、儀器儀表、條碼、射頻識別、機(jī)器、機(jī)械和裝置等，是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)活動的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。(2) 控制層級包括可編程邏輯控制器（PLC）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）、分布式控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）等。(3) 車

14、間層級實現(xiàn)面向工廠/車間的生產(chǎn)管理，包括制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等。(4) 企業(yè)層級實現(xiàn)面向企業(yè)的經(jīng)營管理，包括企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）、產(chǎn)品生命周期管理（PLM）、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)（SCM）和客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（CRM）等。(5) 協(xié)同層級由產(chǎn)業(yè)鏈上不同企業(yè)通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)共享信息實現(xiàn)協(xié)同研發(fā)、智能生產(chǎn)、精準(zhǔn)物流和智能服務(wù)等。1.8 智能制造標(biāo)準(zhǔn)化參考模型3，智能功能智能功能包括資源要素、系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通、信息融合和新興業(yè)態(tài)等五層：(1) 資源要素包括設(shè)計施工圖紙、產(chǎn)品工藝文件、原材料、制造設(shè)備、生產(chǎn)車間和工廠等物理實體，也包括電力、燃?xì)獾饶茉础４送馊藛T也可視為資源的一個組成部分。(2) 系統(tǒng)集成

15、是指通過二維碼、射頻識別、軟件等信息技術(shù)集成原材料、零部件、能源、設(shè)備等各種制造資源。由小到大實現(xiàn)從智能裝備到智能生產(chǎn)單元、智能生產(chǎn)線、數(shù)字化車間、智能工廠，乃至智能制造系統(tǒng)的集成。(3) 互聯(lián)互通是指通過有線、無線等通信技術(shù),實現(xiàn)機(jī)器之間、機(jī)器與控制系統(tǒng)之間、企業(yè)之間的互聯(lián)互通。(4) 信息融合是指在系統(tǒng)集成和通信的基礎(chǔ)上，利用云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，在保障信息安全的前提下，實現(xiàn)信息協(xié)同共享。(5) 新興業(yè)態(tài)包括個性化定制、遠(yuǎn)程運維和工業(yè)云等服務(wù)型制造模式。1.9 智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架 智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)包括“A基礎(chǔ)共性”、“B關(guān)鍵技術(shù)”、“C重點行業(yè)”三個部分，主要反映標(biāo)準(zhǔn)體系各

16、部分的組成關(guān)系。1.9 智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架A基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)包括基礎(chǔ)、安全、管理、檢測評價和可靠性等五大類，位于智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)圖的最底層，其研制的基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)支撐著標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)圖上層虛線框內(nèi)B關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和C重點行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；BA智能裝備標(biāo)準(zhǔn)位于智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)圖的B關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的最底層，與智能制造實際生產(chǎn)聯(lián)系最為緊密；在BA智能裝備標(biāo)準(zhǔn)之上是BB智能工廠標(biāo)準(zhǔn)，是對智能制造裝備、軟件、數(shù)據(jù)的綜合集成，該標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域在智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)圖中起著承上啟下的作用；BC智能服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)位于B關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的頂層，涉及到對智能制造新模式和新業(yè)態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)研究；BD工業(yè)軟件和大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與BE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)分別位于

17、智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)圖的B關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的最左側(cè)和最右側(cè)，貫穿B關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的其它3個領(lǐng)域（BA、BB、BC），打通物理世界和信息世界，推動生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型；C重點行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)位于智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)圖的最頂層，面向行業(yè)具體需求，對A基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)和B關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)化和落地，指導(dǎo)各行業(yè)推進(jìn)智能制造。1.10 智能制造技術(shù)特征 由智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架可以看出，智能制造通過把產(chǎn)品、機(jī)器、資源和人有機(jī)聯(lián)系在一起，推動各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)共享，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期管理。因此，智能制造是在制造業(yè)自動化、智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上建立的，是智能硬件（嵌入式技術(shù)）、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)云、大數(shù)據(jù)和信息

18、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等重要技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。1 自動化制造 自動化制造包括剛性制造和柔性制造。 “剛性”是指該生產(chǎn)線只生產(chǎn)一種或工藝相近的一類產(chǎn)品，剛性制造包括剛性半自動化單機(jī)、剛性自動化單機(jī)、剛性自動化生產(chǎn)線三種表現(xiàn)形式。 1） 剛性半自動化單機(jī)剛性半自動化單機(jī)是指除上下料以外，可以自動完成單個工藝過程加工循環(huán)的機(jī)床。這種機(jī)床一般是機(jī)械或電液復(fù)合控制式的組合機(jī)床或?qū)Ｓ脵C(jī)床，可以進(jìn)行多面、多軸、多刀同時加工，加工設(shè)備按工件的加工工藝順序依次排列；切削刀具由人工安裝、調(diào)整，實行定時強制換刀，如果出現(xiàn)刀具破損、折斷，可進(jìn)行應(yīng)急換刀；適用于產(chǎn)品品種變化范圍和生產(chǎn)批量都較大的制造系統(tǒng)。缺點是調(diào)整工作量大

19、，加工質(zhì)量較差，工人的勞動強度也大。1 自動化制造2） 剛性自動化單機(jī)剛性自動化單機(jī)是在剛性半自動化單機(jī)的基礎(chǔ)上，增加自動上、下料等輔助裝置而形成的自動化機(jī)床，同樣可以完成單個工藝過程的全部加工循環(huán)。輔助裝置包括自動工件輸送、上料，下料、自動夾具、升降裝置和轉(zhuǎn)位裝置等；切屑處理一般由刮板器和螺旋傳送裝置完成。這種機(jī)床往往需要定做或改裝，常用于品種變化很小，但生產(chǎn)批量特別大的場合。主要特點是投資少、見效快，是大量生產(chǎn)最常見的加工裝備。1 自動化制造3） 剛性自動化生產(chǎn)線剛性自動化生產(chǎn)線是用工件輸送系統(tǒng)將各種自動化加工設(shè)備和輔助設(shè)備按一定的順序連接起來，在控制系統(tǒng)的作用下完成單個零件加工的復(fù)雜大系

20、統(tǒng)。剛性自動化生產(chǎn)線是一種多工位生產(chǎn)過程，被加工零件以一定的節(jié)奏，順序通過各個工作位置，自動完成零件預(yù)定的全部加工過程和部分檢測過程。相比于剛性自動化單機(jī)，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，任務(wù)完成的工序多，因而生產(chǎn)效率也很高，是少品種、大量生產(chǎn)必不可少的加工裝備。除此之外，剛性自動生產(chǎn)線還具備其他優(yōu)點，包括有效縮短生產(chǎn)周期，取消半成品中間庫存，縮短物料流程，減少生產(chǎn)面積，改善勞動條件以及便于管理等。1 自動化制造“柔性”是指生產(chǎn)組織形式、生產(chǎn)產(chǎn)品及生產(chǎn)工藝的多樣性和可變性，具體表現(xiàn)為機(jī)床的柔性、產(chǎn)品的柔性、加工的柔性以及批量的柔性等。依據(jù)自動化制造系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和智能程度，柔性制造可分為柔性制造單元（FMC）、

21、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、柔性制造線（FML）、柔性裝配線（FAL）、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）等。1 自動化制造1） 柔性制造單元（FMC）柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell, FMC）由單臺數(shù)控機(jī)床、加工中心、工件自動輸送及更換系統(tǒng)等組成，是實現(xiàn)單工序加工的可變加工單元。柔性制造單元內(nèi)的機(jī)床在工藝能力上通常是相互補充的，可混流加工不同的零件。單元對外設(shè)有接口，可與其它單元組成柔性制造系統(tǒng)。FMC控制系統(tǒng)一般分二級，分別是單元控制級和設(shè)備控制級。設(shè)備控制級是針對機(jī)器人、機(jī)床、坐標(biāo)測量機(jī)、傳送裝置等各種設(shè)備的單機(jī)控制，向上與單元控制系統(tǒng)用接口連接，向下與設(shè)備

22、連接；單元控制級能夠指揮和協(xié)調(diào)單元中各設(shè)備的活動，處理由物料貯運系統(tǒng)交來的零件托盤，同時，通過控制工件調(diào)整、零件夾緊、切削加工、切屑清除、加工過程中檢驗、卸下工件以及清洗工件等功能，調(diào)度設(shè)備控制級的各子系統(tǒng)。1 自動化制造2） 柔性制造系統(tǒng)（FMS）柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System, FMS）由兩臺或兩臺以上加工中心或數(shù)控機(jī)床組成，并在加工自動化的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了物料流和信息流的自動化，其基本組成部分包括自動化加工設(shè)備、工件儲運系統(tǒng)、刀具儲運系統(tǒng)、多層計算機(jī)控制系統(tǒng)等。3） 柔性制造線（FML）制造柔性線（Flexible Manufacturing Li

23、ne, FML）由自動化加工設(shè)備、工件輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成，主要適用于品種變化不大的中批和大批量生產(chǎn)。線上的機(jī)床以多軸主軸箱的換箱式和轉(zhuǎn)塔式加工中心為主，工件變換以后，各機(jī)床的主軸箱可自動進(jìn)行更換，同時調(diào)入相應(yīng)的數(shù)控程序，生產(chǎn)節(jié)拍也會作出相應(yīng)調(diào)整。柔性制造線具有剛性自動線的絕大部分優(yōu)點，且當(dāng)批量不大時，生產(chǎn)成本比剛性自動線低，當(dāng)品種改變時，系統(tǒng)所需的調(diào)整時間又比剛性自動線少，但建立的總費用卻比剛性自動線高。因此為節(jié)省投資，提高系統(tǒng)運行效率，柔性制造線經(jīng)常采用剛?cè)峤Y(jié)合的形式，即生產(chǎn)線的一部分設(shè)備采用剛性專用設(shè)備（主要是組合機(jī)床），另一部分采用換箱或換刀式的柔性加工機(jī)床。1 自動化制造4） 柔

24、性裝配線（FAL）柔性裝配線（Flexible Assembly Line, FAL）通常由以下幾部分組成：裝配站：既包括可編程的裝配機(jī)器人，也包括不可編程的自動裝配裝置及人工裝配工位。物料輸送裝置：根據(jù)裝配工藝流程，為裝配線提供各種裝配零件，使不同的零件與已裝配的半成品合理地在各裝配點間流動，同時還能將成品部件（或產(chǎn)品）運離現(xiàn)場。控制系統(tǒng)：對全線進(jìn)行調(diào)度和監(jiān)控，控制物料流向、裝配站和裝配機(jī)器人。5） 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System, CIMS）是一種集市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、經(jīng)營管理、售

25、后服務(wù)與一體，借助于計算機(jī)的控制與信息處理功能，使企業(yè)運作的信息流、物質(zhì)流、價值流和人力資源有機(jī)融合，實現(xiàn)產(chǎn)品快速更新、生產(chǎn)率大幅提高、質(zhì)量穩(wěn)定、資金有效利用、損耗降低、人員合理配置、市場快速反饋和服務(wù)良好的全新企業(yè)生產(chǎn)模式。2 智能化制造智能制造離不開智能裝備，而在未來，智能裝備中應(yīng)用得最廣泛的即為工業(yè)智能機(jī)器人。1987年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)?！本C合來說，工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，由機(jī)械本體、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，它能自動執(zhí)行工作，靠自身的動力

26、和控制能力實現(xiàn)各種設(shè)定的功能的機(jī)器，它綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。2 智能化制造分類簡要介紹操作型機(jī)器人能自動控制，可重復(fù)編程，多功能，有數(shù)個自由度，可固定或運動程控型機(jī)器人按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動作示教再現(xiàn)型機(jī)器人通過引導(dǎo)教會機(jī)器人動作，使機(jī)器人自動重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。數(shù)控型機(jī)器人不必使機(jī)器人動作，通過數(shù)值、語言對機(jī)器人進(jìn)行示教使機(jī)器人作業(yè)感覺控制型機(jī)器人利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動作適應(yīng)控制型機(jī)器人機(jī)器人能適應(yīng)環(huán)

27、境的變化，控制器其自身的行動學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人機(jī)器人能“體會”工作的經(jīng)驗，具有一定的學(xué)習(xí)能力，并將所學(xué)用于工作智能機(jī)器人以人工智能決定其行動的機(jī)器人表1-2 機(jī)器人類型簡介表3 網(wǎng)絡(luò)化制造物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）是智能制造的一個重要領(lǐng)域。所謂物聯(lián)網(wǎng)，是指利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)，把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物等通過新的方式相互聯(lián)結(jié)在一起，實現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)，如圖1-5所示。簡言之，就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸與拓展，它擁有互聯(lián)網(wǎng)上所有的資源，并且，物聯(lián)網(wǎng)中所有的元素（包括設(shè)備、資源及通信等）都是個性化和私有化的。在制造業(yè)領(lǐng)域

28、，利用物聯(lián)網(wǎng)可以建立一個涵蓋制造全過程的網(wǎng)絡(luò)，將工廠環(huán)境向智能化轉(zhuǎn)換，建設(shè)成智能工廠，實現(xiàn)從自動化生產(chǎn)到智能生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變升級。生產(chǎn)線上的所有產(chǎn)品都將集成動態(tài)數(shù)字存儲器，承載有其整個供應(yīng)鏈和生命周期中的各種必需信息，具備感知和通信能力，從而進(jìn)一步打通生產(chǎn)與消費的通道。3 協(xié)同制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指全球工業(yè)系統(tǒng)與高級計算、分析、感應(yīng)技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)的連接融合。它通過智能機(jī)器間的連接及最終的人機(jī)間連接，結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析，重構(gòu)全球工業(yè)布局，激發(fā)生產(chǎn)力，讓世界工業(yè)生產(chǎn)更快速、更安全、更清潔、更經(jīng)濟(jì)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)具有空前的巨大經(jīng)濟(jì)效益，假設(shè)發(fā)展情況和互聯(lián)網(wǎng)大潮時期類似，則到2030年，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)革命將

29、為全球GDP帶來15萬億美元的經(jīng)濟(jì)收入，而這一切僅僅來源于生產(chǎn)力微小的提升，因為，即使只提升1%的生產(chǎn)率，其潛藏的上升空間也是巨大的。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)持續(xù)穩(wěn)健的發(fā)展，需要具備堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，如圖1-6呈現(xiàn)的那樣，其中，最為基礎(chǔ)的是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)安全。不同于已經(jīng)成熟的商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和人際互聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有成型，不同技術(shù)陣營之間的博弈和爭奪仍在激烈展開。系統(tǒng)安全領(lǐng)域也是一個薄弱環(huán)節(jié)，這阻礙了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的開放與數(shù)據(jù)交流。在未來，各國的工業(yè)及科研機(jī)構(gòu)仍然需要圍繞設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建立系統(tǒng)安全共識開展大量的工作，而且是最為基礎(chǔ)的技術(shù)工作。3 預(yù)測型制造工業(yè)大數(shù)據(jù)未來的工業(yè)若要在全球市場

30、中發(fā)揮競爭優(yōu)勢，工業(yè)大數(shù)據(jù)分析是關(guān)鍵領(lǐng)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)和信息時代的來臨，更多的數(shù)據(jù)被收集、分析，用于管理者做出更明智的決策。智能制造時代的到來使得云計算、大數(shù)據(jù)將不斷地融入到我們的生活當(dāng)中。按中國制造2025中第一個十年綱領(lǐng)的規(guī)劃，未來十年中，中國制造業(yè)將以兩化融合為主，朝著智能制造方向跨步前行。但無論是智能制造抑或是兩化融合，工業(yè)大數(shù)據(jù)都是不可忽視的重點。3 預(yù)測型制造工業(yè)大數(shù)據(jù)工業(yè)大數(shù)據(jù)以工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集、特征分析為基礎(chǔ)，對設(shè)備、裝備的質(zhì)量和生產(chǎn)效率以及產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行更有效的優(yōu)化管理，并為未來的制造系統(tǒng)搭建可靠的環(huán)境。作為智能制造的一個重要特征，工業(yè)大數(shù)據(jù)的興起主要有以下因素：隱藏的設(shè)備控制器

31、數(shù)據(jù) 設(shè)備自動化的過程中，控制器產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，然而這些數(shù)據(jù)所蘊藏的信息價值并沒有被充分的挖掘。廉價的通訊傳感技術(shù) 隨著傳感器技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，獲取實時數(shù)據(jù)的成本已經(jīng)不再高昂。設(shè)備運算能力提升 嵌入式系統(tǒng)、低耗能半導(dǎo)體、處理器、云計算等技術(shù)的興起，使得設(shè)備的運算能力大幅提升，具備了實時處理大數(shù)據(jù)的能力。優(yōu)化管理 制造流程和商業(yè)活動變得越來越復(fù)雜，依靠人的經(jīng)驗和分析已無法滿足復(fù)雜的管理與協(xié)同優(yōu)化的需求。1.11 中國智能制造之路面對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，中國制造2025（圖1-7）立足我國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式實際需要，圍繞創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展、人才為本等關(guān)鍵環(huán)節(jié)以及先進(jìn)制

32、造、高端裝備等重點領(lǐng)域，提出了加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效的重大戰(zhàn)略任務(wù)，同時出臺了一系列相應(yīng)的政策舉措，力爭到2025年，實現(xiàn)從制造大國邁入制造強國行列的宏偉目標(biāo)。從中國制造到中國“智造”，是中國制造業(yè)發(fā)展模式的一次重大轉(zhuǎn)變，不僅需要技術(shù)革新的推動，更需要生產(chǎn)管理模式的調(diào)整和國家體制改革的配合。1. 技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標(biāo)，必須堅持問題導(dǎo)向，統(tǒng)籌謀劃，突出重點；加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，全面提高制造業(yè)的創(chuàng)新能力和核心競爭力。完善以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、政產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的制造業(yè)創(chuàng)新體系。具體可在以下幾方面發(fā)力：加強關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)瞄準(zhǔn)國家重大戰(zhàn)略需求和未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點，定期研究、制定并發(fā)

33、布制造業(yè)重點領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新路線圖；繼續(xù)抓緊實施國家科技重大專項，通過國家科技計劃（專項、基金等）支持關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)；發(fā)揮行業(yè)骨干企業(yè)的主導(dǎo)作用和高等院校、科研院所的基礎(chǔ)作用，建立一批產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟，開展政產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新，攻克一批對產(chǎn)業(yè)競爭力和整體提升力具有全局性影響、帶動性強的關(guān)鍵共性技術(shù)。1. 技術(shù)創(chuàng)新提高創(chuàng)新設(shè)計能力在傳統(tǒng)制造業(yè)、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)等重點領(lǐng)域開展創(chuàng)新設(shè)計示范，全面推廣以綠色、智能、協(xié)同為特征的應(yīng)用的先進(jìn)設(shè)計技術(shù)。建設(shè)若干具有世界影響力的創(chuàng)新設(shè)計集群，培育一批專業(yè)化、開放型的工業(yè)設(shè)計企業(yè)，鼓勵代工企業(yè)建立研究設(shè)計中心，向代設(shè)計和出口自主品牌產(chǎn)品轉(zhuǎn)變。發(fā)展各類創(chuàng)新設(shè)計教

34、育，設(shè)立國家工業(yè)設(shè)計獎，激發(fā)全社會創(chuàng)新設(shè)計的積極性和主動性。推進(jìn)科技成果產(chǎn)業(yè)化一是完善科技成果轉(zhuǎn)化運行機(jī)制，研究制定促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化的指導(dǎo)意見，建立完善科技成果信息發(fā)布和共享平臺，健全以技術(shù)交易市場為核心的技術(shù)轉(zhuǎn)移和產(chǎn)業(yè)化服務(wù)體系。二是完善科技成果轉(zhuǎn)化激勵機(jī)制，推動事業(yè)單位科技成果使用、處置和收益管理改革，健全科技成果科學(xué)評估和市場定價機(jī)制。三是完善科技成果轉(zhuǎn)化協(xié)同推進(jìn)機(jī)制，引導(dǎo)政產(chǎn)學(xué)研用按照市場和創(chuàng)新規(guī)律加強合作，鼓勵企業(yè)和社會資本建立一批從事技術(shù)集成、熟化和工程化的中試基地。加快國防科技成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，推進(jìn)軍民技術(shù)雙向轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。2. 精益生產(chǎn)管理精益生產(chǎn)管理，是一種以客戶需求為動力，以消滅浪費和不斷改善管理為核心的生產(chǎn)管理模式，其目標(biāo)是讓企業(yè)以最少的投入獲得最顯著的運作效益提升。精益生產(chǎn)管理改變了質(zhì)量管控方式、減少了生產(chǎn)過程緩沖環(huán)節(jié)、實現(xiàn)了相關(guān)環(huán)節(jié)的自動化控制，具有組織結(jié)構(gòu)精益化的重大優(yōu)勢，是智能制造的基石。精益生產(chǎn)以是否增值為標(biāo)準(zhǔn)，將企業(yè)生產(chǎn)活動劃分為“增值活動”、“不增值尚難以消除的活動”以及“不增值可立即消除的活動”三類。精益生產(chǎn)將所有的非增值活動視為浪費，并明確生產(chǎn)中的幾種浪費現(xiàn)象，要求企業(yè)生產(chǎn)活動必須消除這些現(xiàn)象。長期以來人們只重視增值活動的效率改善，但研究表