從數(shù)字化制造到智能制造課件

1、從數(shù)字化制造到智能制造匯報提綱1 智能制造背景1.1德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略1.2中國制造2025戰(zhàn)略1.3中國制造2025與德國工業(yè)4.0的比較2 數(shù)字化制造2.1設(shè)計數(shù)字化2.2生產(chǎn)數(shù)字化2.3裝備數(shù)字化2.4管理數(shù)字化3 智能制造3.1智能制造概述3.2智能制造主要技術(shù)3.3智能制造典型應(yīng)用33 1智能制造背景 制造業(yè)分為鋼鐵、有色、服裝、石油化工、設(shè)備制造、農(nóng)副食品加工業(yè)、紡織及廢棄資源和廢舊材料回收加工等31個行業(yè)，在國民經(jīng)濟中占有重要位置。 2014年，我國完成工業(yè)增加值22.8萬億元，在世界占比達到20%。制造業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的強勁動力 經(jīng)過近十年的快速發(fā)展，就總量和規(guī)模而言，我國制造

2、業(yè)已位居世界第一未來十年是我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、從“制造大國”走向“制造強國”的關(guān)鍵時期制造業(yè)是國家科技水平和綜合實力的重要標志制造業(yè)是國家國際競爭力的重要體現(xiàn)制造業(yè)是科技的基本載體和孕育母體1智能制造背景制造業(yè)自主創(chuàng)新能力增強制造業(yè)資源能源消耗逐步降低制造業(yè)的發(fā)展是從數(shù)字化到智能化制造的本質(zhì)是通過物質(zhì)流、能量流和信息流的相互作用，將原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程。體現(xiàn)了制造業(yè)由能量驅(qū)動型轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔Ⅱ?qū)動型，同時具備更高的柔性與智能；體現(xiàn)了信息流、物質(zhì)流和能量流的全面集成，裝備生命周期和企業(yè)價值鏈的結(jié)合；實現(xiàn)了更靈活的生產(chǎn)、更高的運營效率、更短的研發(fā)周期、更高的產(chǎn)品質(zhì)量以及合理的成本，以環(huán)境最小的代價，生

3、產(chǎn)智能化產(chǎn)品。從數(shù)字化制造到智能制造的發(fā)展：1智能制造背景制造業(yè)的發(fā)展是從數(shù)字化到智能化今后的制造將是智能制造！1智能制造背景制造過程的數(shù)字化、信息化與智能化 制造過程的數(shù)字化、信息化與智能化的最終目標不僅是要快速開發(fā)出產(chǎn)品或裝備，而且要努力實現(xiàn)產(chǎn)品或零部件一次開發(fā)成功。制造裝備的高效高精與智能化 信息技術(shù)的應(yīng)用將大大提高制造裝備的精度與效率，并實現(xiàn)自動化與智能化。制造技術(shù)的柔性化與智能化 在經(jīng)濟全球化的格局下，基于網(wǎng)絡(luò)的制造技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，制造裝備和制造系統(tǒng)的柔性、可重組與智能化成為21世紀制造技術(shù)的顯著特點。1智能制造背景 各國的智能制造戰(zhàn)略計劃美國提出了“設(shè)計創(chuàng)新與數(shù)字制造”計劃英國

4、提出了“領(lǐng)先的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)和創(chuàng)新” 荷蘭提出了“發(fā)展高端技術(shù)戰(zhàn)略”中國制造2025 智能制造 發(fā)展高端技術(shù)戰(zhàn)略 領(lǐng)先的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)和創(chuàng)新 工業(yè)4.0 設(shè)計創(chuàng)新與數(shù)字制造 德國提出了“工業(yè)4.0”中國提出了“中國制造2025”德國的“工業(yè)4.0”是具有代表性的智能制造戰(zhàn)略計劃 工業(yè)4.0（Industry 4.0）1.1德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略工業(yè)革命1.0 以1784年瓦特改良型蒸汽機投入使用為標志工業(yè)革命2.0 福特發(fā)明流水線，基于勞動分工、電力驅(qū)動的大規(guī)模生出現(xiàn)產(chǎn)工業(yè)革命3.0 用電子和IT技術(shù)實現(xiàn)制造流程的進一步自動化工業(yè)革命4.0 基于信息物理融合系統(tǒng)的智能制造工業(yè)4.0 是以智能制造為主導(dǎo)的第四代

5、工業(yè)；利用信息物理系統(tǒng)(CPS)將生產(chǎn)中的供應(yīng)、制造、銷售信息數(shù)據(jù)化，達到快速、有效、智能化的產(chǎn)品生產(chǎn)與供應(yīng)。工業(yè)4.0 的主要內(nèi)容1.1德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略信息物理系統(tǒng)是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)，實現(xiàn)虛擬和物理世界的互聯(lián)與協(xié)同；智能工廠是工業(yè)4.0的核心，通過生產(chǎn)系統(tǒng)中配備CPS進行智能化的生產(chǎn)作業(yè)；智能制造是工業(yè)4.0的主導(dǎo)模式，基于信息物理系統(tǒng)，構(gòu)建智能工廠，實現(xiàn)智能制造。智能制造智能工廠信息物理系統(tǒng)工業(yè)4.0的基礎(chǔ) - 信息物理系統(tǒng)（CPS）1.1德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略信息物理系統(tǒng)（CPS, Cyber - Physical Systems）是能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬世界和實際物理世界互聯(lián)與協(xié)同的智能系統(tǒng)。在微

6、觀上，CPS是計算進程與物理進程的一體化，在物理系統(tǒng)中嵌入計算與通信內(nèi)核。在宏觀上，CPS是由運行在不同時間和空間范圍的分布式異構(gòu)系統(tǒng)組成的動態(tài)混合系統(tǒng)。1.1德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用CPS進行整個生產(chǎn)全生命周期的管理，是一個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)。智能工廠實現(xiàn)了人、機器與各種資源相互溝通與協(xié)同。工業(yè)4.0的核心 - 智能工廠工業(yè)4.0的主導(dǎo)模式 - 智能制造1.1德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略智能制造是一種新型的制造模式；基于CPS技術(shù)，以一種高度柔性與集成的方式，在制造工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，對制造問題進行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策；具有信息感知、信息

7、融合、智能控制與聯(lián)想記憶等功能，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自診斷、自決策與自優(yōu)化。實施工業(yè)4.0的雙重戰(zhàn)略1.1德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略供應(yīng)商策略：研究、推廣和培訓(xùn)CPS技術(shù)，為制造企業(yè)提供領(lǐng)先的解決方案，主導(dǎo)市場策略：使各企業(yè)熟悉并應(yīng)用CPS技術(shù)。雙重戰(zhàn)略的三個特征：通過價值鏈及網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)企業(yè)間橫向集成企業(yè)內(nèi)部靈活且可重新組合的網(wǎng)絡(luò)化制造體系縱向集成貫穿整個價值鏈的端到端工程實施工業(yè)4.0的優(yōu)先行動領(lǐng)域1.1德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略建立標準化和開放標準的參考體系；復(fù)雜系統(tǒng)建模；全面寬屏的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；完善人、環(huán)境、數(shù)據(jù)及技術(shù)的安保；建立新的工作模式與組織方式；完善培訓(xùn)與持續(xù)的職業(yè)發(fā)展規(guī)劃；建立新的規(guī)則

8、制度；提高資源利用效率。“中國制造2025”“中國制造2025”是由百余名院士專家著手制定，為中國制造業(yè)未來10年設(shè)計的頂層規(guī)劃和路線圖，部署全面推進實施制造強國戰(zhàn)略，推動中國到2025年基本實現(xiàn)工業(yè)化，邁入制造強國行列。中國制造中國速度中國產(chǎn)品中國創(chuàng)造中國質(zhì)量中國品牌1.2中國制造2025戰(zhàn)略高檔數(shù)控機床與機器人海洋工程裝備及高技術(shù)船舶電力裝備先進軌道交通設(shè)備節(jié)能與新能源汽車農(nóng)業(yè)機械裝備新一代信息技術(shù)航空航天裝備中國制造2025重點發(fā)展10大領(lǐng)域生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械新材料一、提高國家制造業(yè)創(chuàng)新能力二、推進信息化與工業(yè)化深度融合三、強化工業(yè)基礎(chǔ)能力四、加強質(zhì)量品牌建設(shè)五、全面推行綠色制造六

9、、大力推動重點領(lǐng)域突破發(fā)展七、深入推進制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整八、發(fā)展服務(wù)型制造和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)九、提高制造業(yè)國際化發(fā)展水平戰(zhàn)略任務(wù)和重點1.2中國制造2025戰(zhàn)略創(chuàng)新驅(qū)動人才為本結(jié)構(gòu)優(yōu)化質(zhì)量為先綠色發(fā)展基本方針基本方針和基本原則市場主導(dǎo)，政府引導(dǎo)自主發(fā)展，開放合作整體推進，重點突破立足當前，著眼長遠基本原則1.2中國制造2025戰(zhàn)略2025-2035我國制造業(yè)整體達到世界制造強國陣營中等水平2015-2025力爭用十年時間，邁入制造強國行列三步走戰(zhàn)略2035-2050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1.2中國制造2025戰(zhàn)略中國制造2025與德國工業(yè)4.0的相似點1.3中國制造202

10、5與德國工業(yè)4.0的比較核心都是實現(xiàn)信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和先進制造業(yè)的結(jié)合。使命上都是為了迎接新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。世界范圍內(nèi)新技術(shù)、新應(yīng)用、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)蓬勃興起，面對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革帶來的機遇和挑戰(zhàn)，中國出臺了中國制造2025，德國提出實施工業(yè)4.0。理念上都是推進信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合。德國工業(yè)4.0著眼高端裝備，提出建設(shè)“信息物理系統(tǒng)”，推進“智能生產(chǎn)”。中國制造2025提出以推進信息化和工業(yè)化深度融合為主線，大力發(fā)展智能制造。中國制造2025與德國工業(yè)4.0的不同點1.3中國制造2025與德國工業(yè)4.0的比較在發(fā)展基礎(chǔ)方面：德國擁有世界領(lǐng)先的技術(shù)水平中國發(fā)展基礎(chǔ)相對薄

11、弱在產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段方面：德國是基本完成“工業(yè)3.0”之后，自然的串聯(lián)式發(fā)展中國處于“工業(yè)2.0”和“工業(yè)3.0”并行發(fā)展的階段在戰(zhàn)略任務(wù)方面：德國主要聚焦制造業(yè)的高端產(chǎn)業(yè)和高端環(huán)節(jié)中國發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)的同時進行傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造升級2 數(shù)字化制造 二.數(shù)字化制造2 數(shù)字化制造 數(shù)字化制造的涵義廣義數(shù)字化制造：將數(shù)字化技術(shù)和先進制造技術(shù)用于產(chǎn)品全生命周期中，實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計和功能的仿真以及原型制造涵蓋設(shè)計數(shù)字化、生產(chǎn)數(shù)字化、裝備數(shù)字化和管理數(shù)字化等目的：提高制造效率和質(zhì)量、降低制造成本、實現(xiàn)敏捷響應(yīng)市場一般意義數(shù)字化制造：通過信息建模和信息處理及反饋應(yīng)用來優(yōu)化生產(chǎn)制造過程目的：提高產(chǎn)品制造效率和質(zhì)量，降低制

12、造資源消耗和制造成本管理數(shù)字化設(shè)計數(shù)字化生產(chǎn)過程數(shù)字化制造裝備數(shù)字化數(shù)字化制造數(shù)字化制造的主要內(nèi)容：2 數(shù)字化制造 2.1設(shè)計數(shù)字化概述以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)以設(shè)計產(chǎn)品為目標數(shù)字化模型數(shù)字化處理方法廣泛應(yīng)用于各種高端 裝備的設(shè)計：飛機高速列車汽車數(shù)控機床機器人裝配干涉檢查運動分析有限元分析機構(gòu)仿真效果渲染加工仿真控制系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)代CAD技術(shù)是產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化理論、方法、環(huán)境和工具的總稱在復(fù)雜的大系統(tǒng)環(huán)境下支持產(chǎn)品自動化設(shè)計能使設(shè)計工作實現(xiàn)集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化能夠提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本和縮短設(shè)計周期 2.1設(shè)計數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)代CAD技術(shù)現(xiàn)代CAD技術(shù)從產(chǎn)品開發(fā)的概念設(shè)計階段就考慮并解

13、決全生命周期里環(huán)境、成本、可持續(xù)性、可適應(yīng)性等因素的影響并行設(shè)計協(xié)同設(shè)計虛擬設(shè)計大規(guī)模定制設(shè)計綠色設(shè)計2.1設(shè)計數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)代CAD技術(shù)產(chǎn)品數(shù)字化定義是現(xiàn)代CAD技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)將產(chǎn)品信息中的幾何形狀信息與尺寸、公差、工藝信息通過一個完整的三維實體模型來表達三維實體模型作為生產(chǎn)制造過程中的唯一依據(jù)2.1設(shè)計數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)代CAD技術(shù)現(xiàn)代CAE技術(shù)是指通過CAE與CAD、CAM等技術(shù)的結(jié)合提升制造工藝水平企業(yè)能對現(xiàn)代市場產(chǎn)品的多樣性、復(fù)雜性、可靠性、經(jīng)濟性等做出迅速反應(yīng)有助于整合產(chǎn)品設(shè)計和制造流程并增強企業(yè)的市場競爭能力計算機輔助分析已經(jīng)成為一種強制性的工藝規(guī)范加以實施2.1設(shè)計數(shù)字化關(guān)鍵

14、技術(shù)現(xiàn)代CAE技術(shù)現(xiàn)代CAE技術(shù)以CAX/DFX等計算機輔助軟件為基礎(chǔ)集成和綜合可運行機械制造的環(huán)境，進行建模、仿真及優(yōu)化通過數(shù)據(jù)可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)來完成計算機虛擬仿真過程2.1設(shè)計數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)代CAE技術(shù)現(xiàn)代CAE技術(shù)的主要特征同通過功能深度及可靠性技術(shù)，計算效率將會得到繼續(xù)提升（網(wǎng)格劃分能力、非線性問題、求解耦合場）通過CAE與CAD/CAM/CAPP等軟件的無縫集成技術(shù)，減少模型及數(shù)據(jù)傳輸所占用的時間及造成的誤差（SolidWorks等）通過行業(yè)整體解決方案的推出，使得CAE分析在某些行業(yè)領(lǐng)域中進一步規(guī)范化，甚至建立一定的標準體系（汽車行業(yè)，飛機制造業(yè)等）2.1設(shè)計數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)

15、代CAE技術(shù)2.1設(shè)計數(shù)字化現(xiàn)代設(shè)計方法它是一系列現(xiàn)代設(shè)計方法的集成它的主要內(nèi)容涉及：可適應(yīng)性設(shè)計動態(tài)優(yōu)化設(shè)計模塊化設(shè)計綠色設(shè)計可靠性設(shè)計虛擬設(shè)計可適應(yīng)性設(shè)計動態(tài)優(yōu)化設(shè)計模塊化設(shè)計綠色設(shè)計可靠性設(shè)計虛擬設(shè)計設(shè)計數(shù)字化2.1設(shè)計數(shù)字化可適應(yīng)性設(shè)計顧佩華教授首次在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域提出了產(chǎn)品及其設(shè)計過程要綜合考慮產(chǎn)品主體對所處環(huán)境約束的適應(yīng)能力?，F(xiàn)代設(shè)計方法2.1設(shè)計數(shù)字化動態(tài)優(yōu)化設(shè)計概述現(xiàn)代機械產(chǎn)品日益趨向高速、高精、輕量化和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，其動力學(xué)特性要求越來越高動態(tài)優(yōu)化設(shè)計在設(shè)計階段就充分考慮動載荷和工作條件約束，確定機械結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼最優(yōu)分布參數(shù)，保證機械產(chǎn)品或裝備具有優(yōu)良的動態(tài)特性動態(tài)優(yōu)化

16、設(shè)計可避免樣機制造帶來的浪費，大大降低設(shè)計成本，縮短設(shè)計周期現(xiàn)代設(shè)計方法固有頻率的存在，一方面描述了整個裝備的動態(tài)性能，另一方面通過與實際加工條件的比較提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的必要性。結(jié)構(gòu)設(shè)計直接決定系統(tǒng)的固有頻率及陣型，因此結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是決定裝備動態(tài)特性的關(guān)鍵技術(shù)。動力設(shè)計是保證高端裝備滿足功能需求的前提，因此在設(shè)計之初最先考慮的就是動力設(shè)計，其設(shè)計方案的優(yōu)劣對后期修改優(yōu)化設(shè)計影響至關(guān)重要。動態(tài)設(shè)計與優(yōu)化原則模態(tài)設(shè)計 優(yōu)化原則結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化原則動力設(shè)計優(yōu)化原則2.1設(shè)計數(shù)字化現(xiàn)代設(shè)計方法動態(tài)優(yōu)化設(shè)計原則（1/4）模態(tài)設(shè)計優(yōu)化原則提高各階固有頻率原則固有頻率遠離切削頻率原則重視關(guān)鍵模態(tài)、忽略局部模態(tài)原則

17、固有頻率均勻分布原則約束體固有頻率高于被約束體原則2.1設(shè)計數(shù)字化現(xiàn)代設(shè)計方法動態(tài)優(yōu)化設(shè)計原則（2/4）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化原則力封閉環(huán)最短、環(huán)節(jié)最少原則懸臂結(jié)構(gòu)最短原則連續(xù)懸臂結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)最少原則結(jié)構(gòu)質(zhì)心靠近約束原則分層質(zhì)量向約束面處增大原則2.1設(shè)計數(shù)字化現(xiàn)代設(shè)計方法動態(tài)優(yōu)化設(shè)計原則（3/4）動力設(shè)計優(yōu)化原則質(zhì)心驅(qū)動原則主要受力方向與結(jié)構(gòu)主剛度方向重合原則導(dǎo)軌剛度提高原則切削頻率避開固有頻率原則2.1設(shè)計數(shù)字化現(xiàn)代設(shè)計方法動態(tài)優(yōu)化設(shè)計原則（4/4）設(shè)計方案零件模型裝配體正確的裝配需要動力學(xué)分析的部分動力學(xué)建模動力學(xué)分析結(jié)果合理的方法動力學(xué)性能要求分析動力學(xué)參數(shù)調(diào)整符合要求比較否調(diào)整是最終設(shè)計方案結(jié)構(gòu)設(shè)

18、計動力學(xué)設(shè)計2.1設(shè)計數(shù)字化現(xiàn)代設(shè)計方法動態(tài)優(yōu)化設(shè)計基本過程動態(tài)優(yōu)化設(shè)計廣泛應(yīng)用于航空航天、高鐵、汽車、建筑等領(lǐng)域2.1設(shè)計數(shù)字化大型建筑物太空工業(yè)飛機車架現(xiàn)代設(shè)計方法動態(tài)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用（1/6）2.1設(shè)計數(shù)字化螺旋錐齒輪機床模態(tài)分析航天員超重訓(xùn)練機模態(tài)分析 大型共振篩模態(tài)分析螺旋錐齒輪機床模態(tài)分析有限元模態(tài)分析現(xiàn)代設(shè)計方法動態(tài)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用（2/6）2.1設(shè)計數(shù)字化火箭發(fā)動機、衛(wèi)星、雷達實驗?zāi)B(tài)分析實驗?zāi)B(tài)分析現(xiàn)代設(shè)計方法動態(tài)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用（3/6）2.1設(shè)計數(shù)字化汽車、工程機械實驗?zāi)B(tài)分析實驗?zāi)B(tài)分析動態(tài)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用（4/6）現(xiàn)代設(shè)計方法2.1設(shè)計數(shù)字化中旅大廈西寧北川河橋飛船發(fā)射平臺(750T

19、)運行中的機車實驗?zāi)B(tài)分析動態(tài)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用（5/6）現(xiàn)代設(shè)計方法根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果，針對薄弱模態(tài)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計保證固有頻率遠離工作頻率的同時，盡可能提高各階固有頻率保證動剛度的同時，實現(xiàn)輕量化設(shè)計2.1設(shè)計數(shù)字化結(jié)構(gòu)優(yōu)化后：滿足剛度需求的同時，質(zhì)量可減輕50-100kg結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計動態(tài)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用（6/6）現(xiàn)代設(shè)計方法機械結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的應(yīng)用 隨著人們對機械產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新意識的提高，人們對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提出了更高的要求機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計。智能優(yōu)化算法和仿生優(yōu)化算法 人工智能 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模糊數(shù)學(xué) 基因遺傳等多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計 這種理論可以從全局的角度從整體上或從多目標上進行優(yōu)化，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供

20、了新思路。2.1設(shè)計數(shù)字化智能優(yōu)化算法和仿生優(yōu)化算法結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計動態(tài)優(yōu)化設(shè)計未來發(fā)展方向現(xiàn)代設(shè)計方法2.1設(shè)計數(shù)字化互換性通用性推進創(chuàng)新速度，縮短設(shè)計周期降低設(shè)計成本形成產(chǎn)品規(guī)范，分工細化模塊化設(shè)計，是將產(chǎn)品的通用性模塊與其他產(chǎn)品要素進行組合，產(chǎn)生多種不同功能或不同性能的系列產(chǎn)品特征：相對獨立性優(yōu)點：模塊化設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計方法2.1設(shè)計數(shù)字化在設(shè)計階段必須考慮資源再利用 以及對環(huán)境的影響在制造和使用中可拆卸、易回收、不產(chǎn) 生毒副作用及最小的廢棄物為需求和環(huán)境而設(shè)計，滿足可持續(xù)發(fā)展綠色產(chǎn)品和綠色標志產(chǎn)品綠色設(shè)計是指在產(chǎn)品及其生命周期全過程的設(shè)計中，使產(chǎn)品及其制造過程對環(huán)境的總體負影響最

21、小，使產(chǎn)品的各項指標符合綠色環(huán)保的要求。綠色設(shè)計原則：依據(jù)環(huán)境效益和生態(tài)環(huán)境指標以及用戶要求來設(shè)計綠色設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計方法2.1設(shè)計數(shù)字化減小產(chǎn)品失效率，提高有效度提高產(chǎn)品的維修性提高產(chǎn)品的安全性和壽命可靠性設(shè)計是指在產(chǎn)品設(shè)計過程中，為防止故障發(fā)生，確保滿足規(guī)定的可靠性要求所采取的技術(shù)活動?？煽啃栽O(shè)計的意義：可靠性設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計方法2.1設(shè)計數(shù)字化建模CAD二次開發(fā)后置處理VC和WTK9.0裝配仿真運行仿真設(shè)計管理設(shè)計評價網(wǎng)絡(luò)支持虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)保存結(jié)束模型轉(zhuǎn)換CAD環(huán)境縮短產(chǎn)品開發(fā)周期縮短產(chǎn)品開發(fā)與用戶之間的距離虛擬設(shè)計技術(shù)是通過分析“虛擬”的產(chǎn)品信息和產(chǎn)品開發(fā)過程信息求得對開發(fā)“虛擬產(chǎn)品”的時間、成

22、本、質(zhì)量和開發(fā)風險的評估，作出開發(fā)“虛擬產(chǎn)品”系統(tǒng)和綜合的建議。虛擬設(shè)計的意義：虛擬設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計方法 概述工藝過程數(shù)字化加工過程數(shù)字化裝配過程數(shù)字化檢測過程數(shù)字化在生產(chǎn)工藝、加工、裝配、檢測過程中進行數(shù)控編程、工藝仿真等數(shù)字制造技術(shù)，改進生產(chǎn)工藝、提高制造水平。2.2 生產(chǎn)數(shù)字化工藝過程的數(shù)字化目前現(xiàn)狀：工作量大，簡單重復(fù)勞動 工藝數(shù)據(jù)統(tǒng)計繁重，出錯率高 標準工藝總結(jié)困難， 企業(yè)工藝技術(shù)和經(jīng)驗不能得到有效管理和利用設(shè)計部門采購部門財務(wù)部門生產(chǎn)車間工裝 工具其他部門工藝部門產(chǎn)品圖紙信息工藝路線 工藝卡工裝匯總 刀具清單材料明細 標準件明細材料明細工時統(tǒng)計相關(guān)報表2.2 生產(chǎn)數(shù)字化工藝過程的數(shù)字化

23、三維可視化工藝三維工序尺寸及公差設(shè)計數(shù)控編程三維工序模型生成獲取產(chǎn)品設(shè)計模型01獲取制造特征信息0204050603工藝數(shù)字化2.2 生產(chǎn)數(shù)字化借助于計算機軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計算機進行數(shù)值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。CAPP 計算機輔助工藝設(shè)計工藝過程的數(shù)字化2.2 生產(chǎn)數(shù)字化成組技術(shù)（Group Technology）：把結(jié)構(gòu)、材料、工藝相近似的零件組成一個零件族（組），按零件族制定工藝進行加工，從而擴大了批量、減少了品種、便于采用高效方法、提高了勞動生產(chǎn)率；NC程序： 包括加工指令的自動生成及加工過程動態(tài)仿真；工序圖及其它文檔的自動生成；工藝數(shù)據(jù)庫的建立

24、CAPP的基礎(chǔ)技術(shù)工藝過程的數(shù)字化2.2 生產(chǎn)數(shù)字化連接CAM和CAD的橋梁，設(shè)計結(jié)果只有通過CAPP才能長生制造信息，才能真正實現(xiàn)設(shè)計與制造的集成。CAFD夾具設(shè)計CAMCADCAQ輔助制造輔助設(shè)計質(zhì)量控制CAM輔助制造MIS管理信息系統(tǒng)PPS生產(chǎn)計劃調(diào)度CATD刀具設(shè)計工藝過程的數(shù)字化CAPP軟件的作用2.2 生產(chǎn)數(shù)字化加工過程數(shù)字化主要內(nèi)容刀具路徑仿真 ：建立工件、工具及機床的實體模型 ,刀具沿著由工藝確定的軌跡切削 ,一些不適當?shù)牡毒哕壽E易被發(fā)現(xiàn) ;加工參數(shù)評估：評估在加工工藝中說明的工藝參數(shù)是否合適 ,如大的切深會產(chǎn)生顫振 ,毀壞刀具、工件 ;高的進給率導(dǎo)致不可接受的表面粗糙度 加工

25、過程數(shù)字化：提供有效的方法和手段將加工過程仿真到物理層次 ,從而實現(xiàn)在制造前評估所設(shè)計的工藝2.2 生產(chǎn)數(shù)字化CAM(computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造)：利用計算機來進行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程。 計算機輔助制造（CAM）加工過程數(shù)字化2.2 生產(chǎn)數(shù)字化狹義概念指的是從產(chǎn)品設(shè)計到加工制造之間的一切生產(chǎn)準備活動，它包括NC編程、工時定額的計算、生產(chǎn)計劃的制訂、資源需求計劃的制訂等。廣義概念除了上述CAM狹義定義之外，它還包括制造活動中與物流有關(guān)的所有過程（加工、裝配、檢驗、存貯、輸送）的監(jiān)視、控制和管理。加工過程數(shù)字化CAM的兩層概念2.2 生產(chǎn)數(shù)字化

26、計算機輔助制造系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩方面： 硬件方面有數(shù)控機床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲裝置、檢測裝置、計算機等軟件方面有數(shù)據(jù)庫、計算機輔助工藝過程設(shè)計、計算機輔助數(shù)控程序編制、計 算機輔助工裝設(shè)計、計算機輔助作業(yè)計劃編制與調(diào)度、計算機輔助質(zhì)量控制等。加工過程數(shù)字化CAM的組成2.2 生產(chǎn)數(shù)字化裝配過程的數(shù)字化在工裝工具和輔助材料的輔助下對產(chǎn)品的零部件進行配合和聯(lián)系，是產(chǎn)品質(zhì)量和性能保證的最后環(huán)節(jié)。落后于設(shè)計和加工的發(fā)展水平，成為產(chǎn)品生產(chǎn)的瓶頸問題。零部件三維模型1仿真與CAPP技術(shù)2工藝規(guī)劃與仿真驗證3 生成工藝文件，指導(dǎo)實際裝配4數(shù)字化裝配流程2.2 生產(chǎn)數(shù)字化主要方向包

27、括裝配工藝規(guī)劃與仿真、裝配工藝詳細設(shè)計、裝配現(xiàn)場示教等主要內(nèi)容可分為數(shù)據(jù)層，核心功能層及應(yīng)用層等裝配過程的數(shù)字化2.2 生產(chǎn)數(shù)字化檢測過程的數(shù)字化檢測數(shù)字化發(fā)展迅速，應(yīng)用場合日益增多基于先進CAD技術(shù)，IT技術(shù)及測量設(shè)備編程、測量、數(shù)據(jù)處理、報告生成和傳遞等全部過程的電子化、無紙化、自動化主要技術(shù)手段：刀具檢測數(shù)字化三坐標測量在機測量2.2 生產(chǎn)數(shù)字化檢測過程的數(shù)字化-刀具檢測數(shù)字化通過使用無線射頻技術(shù)（RFID） 的刀具識別系統(tǒng)可以完成以下任務(wù)提高刀具管理的自動化程度和管理效率實現(xiàn)精確快速識別、跟蹤刀具刀具信息反饋給數(shù)控系統(tǒng)的刀具管理系統(tǒng)，執(zhí)行相應(yīng)加工動作2.2 生產(chǎn)數(shù)字化檢測過程的數(shù)字化-

28、三坐標測量機三坐標測量機是測量和獲得尺寸數(shù)據(jù)的最有效的方法之一可以代替多種表面測量工具及昂貴的組合量規(guī)把復(fù)雜的測量任務(wù)所需時間從小時減到分鐘2.2 生產(chǎn)數(shù)字化檢測過程的數(shù)字化-在機檢測設(shè)備 將一般數(shù)控機床上的數(shù)字控制功能和探針裝置結(jié)合在一起，使數(shù)控機床有了多種檢測功能，其優(yōu)勢如下：減少工件在反復(fù)裝夾過程中出現(xiàn)的誤差減少了工件的搬運和裝卡時間,顯著提高了生產(chǎn)效率企業(yè)也不需要再投入資金購買更多的檢測設(shè)備2.2 生產(chǎn)數(shù)字化生產(chǎn)數(shù)字化的發(fā)展前景及趨勢集成化：把CAD、CAE、 CAPP、CAM以至PPC生產(chǎn)計劃與控制等各種功能不同的軟件有機地結(jié)合起來用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來組織各種信息的提取、交換、共享

29、和處理，保證系統(tǒng)內(nèi)部信息流的暢通并協(xié)調(diào)各個系統(tǒng)有效地運行。網(wǎng)絡(luò)化：網(wǎng)絡(luò)化是CAD/DAM發(fā)展趨勢之一。Internet、Intranet和Extranet技術(shù)的發(fā)展為CAD/CAM系統(tǒng)開創(chuàng)了一個新天地。智能化：CAM作為計算機輔助設(shè)計與制造中的一個重要環(huán)節(jié)，智能化是21世紀生產(chǎn)的制造的一個大趨勢，在當今柔性制造逐漸顯現(xiàn)優(yōu)勢的市場環(huán)境下，CAM同樣也要求智能化2.2 生產(chǎn)數(shù)字化裝備數(shù)字化指基于傳統(tǒng)機械裝備現(xiàn)有技術(shù)，不斷吸收與發(fā)展機械、電子、信息等技術(shù)成果，并將其綜合運用融合，形成機電信息一體化裝備或系統(tǒng)的過程。主要技術(shù)手段：數(shù)控技術(shù)數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)涵義2.3 裝備數(shù)字化數(shù)控技術(shù) 數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實

30、現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是裝備數(shù)字化的核心，當今世界發(fā)達國家無一例外都具有雄厚的機械制造實力，對于制造行業(yè)，大力推廣和提高數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用水平，加強數(shù)控產(chǎn)品的科研創(chuàng)新能力，對于提高整個行業(yè)的競爭力無疑具有深遠影響。集成化智能化綠色化天大精益數(shù)控系統(tǒng)2.3 裝備數(shù)字化數(shù)控技術(shù)集成化集成化集成CAD、CAE、CAM、CAPP等數(shù)字化制造技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字伺服總線技術(shù)通用信息共享接口設(shè)置常見高實時性總線協(xié)議Powerlink 千兆傳輸速度單循環(huán)周期3500字節(jié)吞吐量開放性好Ethercat無專用應(yīng)用層對設(shè)備EMC、設(shè)備運行環(huán)境要求高Mechatrolink專用ASIC,開放性差天大精益總線式數(shù)控系統(tǒng)2.3 裝

31、備數(shù)字化數(shù)控技術(shù)智能化智能化數(shù)控系統(tǒng)性能數(shù)字化描述及表征數(shù)控系統(tǒng)自適應(yīng)加工過程控制及優(yōu)化數(shù)控系統(tǒng)在機狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)根據(jù)切削狀況數(shù)字化比對實時調(diào)節(jié)刀具進給率 天大精益閉環(huán)數(shù)字化六軸聯(lián)動數(shù)控加工中心2.3 裝備數(shù)字化數(shù)控技術(shù)綠色化綠色化開放式可重構(gòu)數(shù)控技術(shù)能效數(shù)字化分析管理技術(shù)天大精益可重構(gòu)數(shù)控技術(shù)能效數(shù)字化分析2.3 裝備數(shù)字化數(shù)字化監(jiān)測技術(shù) 數(shù)字化監(jiān)測是以傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，與控制系統(tǒng)結(jié)合，自動完成數(shù)據(jù)采集、處理、特征提取、識別的多種分析與計算技術(shù)。裝備支持數(shù)據(jù)采集技術(shù)裝備支持數(shù)據(jù)特征提取、識別技術(shù)裝備能夠?qū)崿F(xiàn)制造過程監(jiān)測、控制以自診斷、自調(diào)整2.3 裝備數(shù)字化數(shù)字化監(jiān)測技術(shù)振動監(jiān)控及補償技術(shù)強迫振

32、動監(jiān)控自激振動監(jiān)控溫度監(jiān)控及補償技術(shù)關(guān)鍵軸溫度監(jiān)控關(guān)鍵摩擦副溫度監(jiān)控環(huán)境溫度監(jiān)控刀具監(jiān)控及補償技術(shù)刀具磨損量監(jiān)控刀具切削負載監(jiān)控刀具溫度監(jiān)控2.3 裝備數(shù)字化精密化：精密、超精密數(shù)字化加工模塊化：模塊化設(shè)計，具備標準軟硬件接口柔性化：融合制造技術(shù)、計算機技術(shù)、機器人技術(shù)及生產(chǎn)管理技術(shù)敏捷化：對外部環(huán)境變化的快速響應(yīng)能力綠色化：無紙化、低功耗、高產(chǎn)出裝備數(shù)字化的發(fā)展趨勢2.3 裝備數(shù)字化CNC系統(tǒng)的型線代碼指令可以“瘦身”為直線插補和NURBS插補兩大類 優(yōu)點：減少加工代碼的生成量 便于優(yōu)化加減速控制實現(xiàn)高速高精加工NURBS定義：非均勻有理B樣條曲線定義工業(yè)產(chǎn)品幾何形狀的唯一數(shù)學(xué)方法廣泛應(yīng)用于

33、計算機3D建模，也是計算機內(nèi)部描述3D模型的一種數(shù)學(xué)方法NURBS曲線節(jié)點及權(quán)重對曲線形狀的影響裝備數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)之一 ：數(shù)字化插補技術(shù)2.3 裝備數(shù)字化 在現(xiàn)代的 CAD/CAM 系統(tǒng)中，NURBS 方法被廣泛的用來表示復(fù)雜的幾何圖形，并已經(jīng)成為用于曲線曲面描述的最廣為流行的技術(shù)。用 NURBS 曲線曲面表示的各種幾何圖形數(shù)字化插補技術(shù)基于NURBS曲線的納米平滑插補2.3 裝備數(shù)字化 1.傳統(tǒng)的三軸NURBS插補方法不適于復(fù)雜形面加工的五軸機床，適用于五軸機床的雙NURBS插補技術(shù)正在成為研究熱點。2.刀具中心位置控制技術(shù)、空間刀具補償技術(shù)、多軸高速高精聯(lián)動技術(shù)也已經(jīng)成為高檔運動控制器的

34、重要發(fā)展方向適用于五軸數(shù)控加工的弱實時性NURBS過程數(shù)字化插補技術(shù)基于NURBS曲線的納米平滑插補2.3 裝備數(shù)字化數(shù)字化插補技術(shù)適用于多軸聯(lián)動控制的通用型 RTCP 功能研究 在五軸機床中，由于存在旋轉(zhuǎn)運動，通過線性插補將運動量分配到各軸后，聯(lián)動軸合成的實際運動軌跡為曲線而非理想的直線，這將會導(dǎo)致非線性誤差的產(chǎn)生?？紤]到不同結(jié)構(gòu)的五軸機床對非線性誤差的影響不同，分析三種主要類型的五軸機床的非線性誤差。不同結(jié)構(gòu)的五軸機床2.3 裝備數(shù)字化雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)五軸機床非線性誤差分析數(shù)字化插補技術(shù)適用于多軸聯(lián)動控制的通用型 RTCP 功能研究 2.3 裝備數(shù)字化雙擺頭結(jié)構(gòu)五軸機床非線性誤差分析數(shù)字化插補技

35、術(shù)適用于多軸聯(lián)動控制的通用型 RTCP 功能研究 2.3 裝備數(shù)字化擺頭轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)五軸機床的非線性誤差分析數(shù)字化插補技術(shù)適用于多軸聯(lián)動控制的通用型 RTCP 功能研究 2.3 裝備數(shù)字化具有自適應(yīng)精度控制功能的通用坐標轉(zhuǎn)換層 RTCP實現(xiàn)流程數(shù)字化插補技術(shù)適用于多軸聯(lián)動控制的通用型 RTCP 功能研究 2.3 裝備數(shù)字化無需重寫CAM程序刀位文件可重復(fù)使用不必理會機床結(jié)構(gòu)提升加工效率提高加工精度更好的表面加工精度RTCP的技術(shù)優(yōu)勢RTCP的實現(xiàn)過程示意圖2.3 裝備數(shù)字化數(shù)字化插補技術(shù)適用于多軸聯(lián)動控制的通用型 RTCP 功能研究 微小線段實際加工，若曲率變化頻繁，則會導(dǎo)致：機床頻繁啟停程序運行

36、緩慢表面加工質(zhì)量差研究方向微小線段插補算法微小線段插補平滑加減速控制微小線段前瞻控制算法2.3 裝備數(shù)字化數(shù)字化插補技術(shù)微小線段軌跡規(guī)劃S型曲線加減速示意圖圓弧插補算法拐角多周期插補算法2.3 裝備數(shù)字化數(shù)字化插補技術(shù)微小線段軌跡規(guī)劃微小線段平滑處理效果圖優(yōu)點： 加工效率高效 表面光滑 實現(xiàn)高速高精加工2.3 裝備數(shù)字化數(shù)字化插補技術(shù)微小線段軌跡規(guī)劃傳統(tǒng)五軸空間刀補僅針對直線插補方法，不適用于雙NURBS曲線插補五軸雙NURBS曲線中的其中一條曲線用于描述空間刀補向量，使其更適應(yīng)于實際加工雙NURBS曲線插補三重NURBS曲線插補NURBS曲線作用刀尖點的運動曲線軌跡刀具矢量的曲線軌跡空間刀具

37、補償向量的曲線軌跡2.3 裝備數(shù)字化數(shù)字化插補技術(shù)基于RTCP與三重NURBS曲線的空間刀具補償技術(shù)2.3 裝備數(shù)字化數(shù)字化插補技術(shù)采用三重 NURBS 軌跡描述方法的多軸加工運動控制方案CAD模型NURBS軌跡規(guī)劃支持NURBS插補的后置處理仿真加工2.3 裝備數(shù)字化數(shù)字化插補技術(shù)葉輪加工實例含義與意義含義：實現(xiàn)實體企業(yè)資源、業(yè)務(wù)、流程及生產(chǎn)運作模式規(guī)則的量化與可儲存化實現(xiàn)企業(yè)間相關(guān)業(yè)務(wù)、流程與共享資源的數(shù)字化使企業(yè)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)實體企業(yè)內(nèi)部管理的數(shù)字化,同時具備參與供應(yīng)鏈數(shù)字化管理和進行敏捷制造的能力意義：使整個生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)無論是資源還是經(jīng)營行為完全可視化、透明化、可控化和集成化使企業(yè)內(nèi)部的

38、業(yè)務(wù)集成與協(xié)同、企業(yè)間的業(yè)務(wù)集成與協(xié)同成為可能2.4管理數(shù)字化主要內(nèi)容生產(chǎn)計劃集成管理數(shù)字化制造物流集成管理數(shù)字化制造質(zhì)量集成管理數(shù)字化工藝技術(shù)集成管理數(shù)字化制造資源集成管理數(shù)字化2.4管理數(shù)字化主要內(nèi)容(1/5)生產(chǎn)計劃集成管理數(shù)字化生產(chǎn)計劃集成管理數(shù)字化支持生產(chǎn)計劃的快速制定、實時下達和進度的動態(tài)監(jiān)控等從主生產(chǎn)計劃導(dǎo)入分解到車間作業(yè)計劃的制定和下達的管理數(shù)字化從車間生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)的調(diào)度到車間生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)任務(wù)接收和執(zhí)行的管理數(shù)字化從生產(chǎn)完工數(shù)據(jù)采集到現(xiàn)場生產(chǎn)信息反饋的管理數(shù)字化2.4管理數(shù)字化主要內(nèi)容(2/5)制造物流集成管理數(shù)字化制造物流集成管理數(shù)字化對生產(chǎn)過程物流從原材料庫出庫到生產(chǎn)完工入

39、庫的全過程進行 管理和控制從根據(jù)車間生產(chǎn)計劃備料到供應(yīng)部門發(fā)料的管理數(shù)字化從入庫到車間二級庫房到工人憑路線卡片領(lǐng)料到機加工作中心的管理數(shù)字化從利用終端采集物料交接和消耗信息、產(chǎn)品工序間的流轉(zhuǎn)信息到生產(chǎn)過程物料信息反饋的管理數(shù)字化2.4管理數(shù)字化主要內(nèi)容(3/5)制造質(zhì)量集成管理數(shù)字化制造質(zhì)量集成管理數(shù)字化實時對生產(chǎn)過程的質(zhì)量檢驗信息、不合格品信息等質(zhì)量數(shù) 據(jù)進行采集與分析從根據(jù)車間生產(chǎn)計劃執(zhí)行任務(wù)制訂零件的工序質(zhì)量檢測標準到車間生產(chǎn)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)實時采集的管理數(shù)字化從生產(chǎn)過程質(zhì)量信息反饋和質(zhì)量問題處理到質(zhì)量信息的統(tǒng)計和分析的一體化運行 2.4管理數(shù)字化主要內(nèi)容(4/5)工藝技術(shù)集成管理數(shù)字化工藝

40、技術(shù)集成管理數(shù)字化通過電子化手段對車間工藝技術(shù)文檔進行管理，實現(xiàn)技術(shù) 文檔資料版本的嚴格控制及便捷實時查詢?yōu)g覽 實現(xiàn)生產(chǎn)過程技術(shù)資料主線的無紙化、 低成本運行支持相關(guān)技術(shù)部門根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)下發(fā)相關(guān)技術(shù)文檔支持車間現(xiàn)場技術(shù)文檔的實時查詢解決人工傳遞和管理資料的復(fù)雜性和易錯性。2.4管理數(shù)字化主要內(nèi)容(5/5)制造資源集成管理數(shù)字化制造資源集成管理數(shù)字化通過數(shù)字化的手段實現(xiàn)設(shè)備資源的有效利用和監(jiān)控，以及車 間人力資源的優(yōu)化配置和管理機加車間制造資源主要包括車間人力資源、制造設(shè)備和工模具三大方面制造資集成管理數(shù)字化實現(xiàn)車間工人的優(yōu)化配置，制造設(shè)備的監(jiān)控和優(yōu)化利用，以及工模具的有效管理。2.4管理數(shù)字化

41、2.4管理數(shù)字化管理數(shù)字化集成管理數(shù)字化集成包括：設(shè)計、制造集成一體化制造與管理集成一體化制造控制層與制造集成一體化2.4管理數(shù)字化管理數(shù)字化集成(1/3)設(shè)計、制造集成一體化設(shè)計、制造集成一體化形成制造與設(shè)計層CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM等設(shè)計信息系 統(tǒng)數(shù)字化集成的一體化運行環(huán)境縱向上支持多樣產(chǎn)品設(shè)計與制造各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同采用數(shù)字化和集成化管理手段，使企業(yè)從研發(fā)設(shè)計到車間制造擺脫手工紙質(zhì)業(yè)務(wù)管理和信息傳遞（設(shè)計圖紙和工藝技術(shù)文件等）2.4管理數(shù)字化管理數(shù)字化集成(2/3)管理與制造集成一體化管理與制造集成一體化形成制造與經(jīng)營管理層ERP/SCM/CRM/EC/OA等管理

42、信息 系統(tǒng)數(shù)字化集成的一體化運行環(huán)境縱向上支持管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和關(guān)鍵制造流程的一體化集成運行采用數(shù)字化和集成化管理手段，使企業(yè)從經(jīng)營管理到車間制造擺脫手工紙質(zhì)業(yè)務(wù)記錄（各種帳表）、業(yè)務(wù)管理和信息傳遞，達到降低成本、提高運營管理效率的目的2.4管理數(shù)字化管理數(shù)字化集成(3/3)制造與制造控制層集成一體化制造與制造控制層集成一體化實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程技術(shù)資料、車間生產(chǎn)制造、生 產(chǎn)過程物料和生產(chǎn)過程質(zhì)量之間的信息交互機加車間制造數(shù)字化深入車間制造設(shè)備和生產(chǎn)現(xiàn)場的迫切需求通過一體化集成運行，支持產(chǎn)品加工過程在線監(jiān)控、NC代碼上傳下載、設(shè)備運行監(jiān)測，以及基于多功能交互式信息終端的生產(chǎn)進度信息、質(zhì)

43、檢信息、物料信息和工人信息等的制造過程信息交互2.4管理數(shù)字化管理數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)(1/6)電子商務(wù)管理（EC） 電子商務(wù)管理（EC） 為實現(xiàn)企業(yè)戰(zhàn)略目標，對電子商務(wù)應(yīng)用中技術(shù)和商業(yè)及其創(chuàng)新 活動進行計劃、組織、領(lǐng)導(dǎo)和控制的過程主要涉及企業(yè)供應(yīng)鏈中信息和通信技術(shù)應(yīng)用，價值鏈優(yōu)化，以及價值鏈和價值網(wǎng)的相關(guān)管理主要涉及學(xué)科：信息系統(tǒng)、戰(zhàn)略管理、市場營銷、供應(yīng)鏈管理、作業(yè)管理和人力資源管理等2.4管理數(shù)字化管理數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)(2/6)客戶關(guān)系管理（CRM）客戶關(guān)系管理（CRM）選擇和管理有價值客戶及其關(guān)系的一種商業(yè)策略CRM以客戶為中心的商業(yè)哲學(xué)和企業(yè)文化，支持有效的市場營銷、銷售與服務(wù)流程CRM是一

44、個獲取、保持和增加可獲利客戶的方法和過程CRM是企業(yè)管理中信息技術(shù)、軟硬件系統(tǒng)集成的管理方法和應(yīng)用解決方案的總和2.4管理數(shù)字化管理數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)(3/6)企業(yè)資源計劃（ERP）企業(yè)資源計劃（ERP）由美國計算機技術(shù)咨詢和評估集團 Gartner Group Inc 提出的 一種供應(yīng)鏈的管理思想企業(yè)資源計劃是指建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)決策層及員工提供決策運行手段的管理平臺ERP 系統(tǒng)支持離散型、流程型等混合制造環(huán)境2.4管理數(shù)字化管理數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)(4/6)辦公自動化（OA）辦公自動化（OA）是將現(xiàn)代化辦公和計算機網(wǎng)絡(luò)功能結(jié)合起來的一種新型的辦公方式通過實現(xiàn)辦公自動化，

45、可以優(yōu)化現(xiàn)有的管理組織結(jié)構(gòu)，調(diào)整管理體制在提高效率的基礎(chǔ)上，增加協(xié)同辦公能力，強化決策的一致性，最后實現(xiàn)提高決策效能的目的2.4管理數(shù)字化管理數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)(5/6)供應(yīng)鏈管理（SCM）供應(yīng)鏈管理（SCM）供應(yīng)鏈運作達到最優(yōu)化，以最少的成本，令供應(yīng)鏈從采購開始， 到滿足最終客戶的所有過程包括工作流、實物流、資金流和信息流等均能高效率地操作，把合適的產(chǎn)品、以合理的價格，及時準確地送達消費者手上采用SCM主要目的：提升客戶的最大滿意度、降低公司的成本和企業(yè)整體流程品質(zhì)最優(yōu)化2.4管理數(shù)字化管理數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)(6/6)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）是基于分布式網(wǎng)絡(luò)、主從結(jié)構(gòu)、圖形化用戶

46、接口和數(shù)據(jù)庫件 管理技術(shù)發(fā)展起來的一種軟件框架（或數(shù)據(jù)平臺）PDM對并行工程中的人員工具、設(shè)備資源、產(chǎn)品數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)生成過程進行全面管理知識的積累和重用是現(xiàn)代PDM技術(shù)重要特色 三.智能制造3智能制造 從數(shù)字化制造到智能制造數(shù)字化制造是智能制造的基礎(chǔ)，它與眾多的智能化方法結(jié)合起來發(fā)展成為智能制造數(shù)字化制造目的是縮短需求到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化時間數(shù)字化制造可以提高產(chǎn)品的可靠性與成功率在數(shù)字化制造的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強信息管理和服務(wù)利用“知識處理”、“智能優(yōu)化”和“智能數(shù)控加工”等方法構(gòu)建智能化、人性化制造模式3.1.1智能制造的背景 智能制造的背景3.1.1智能制造的背景制造技術(shù)是所

47、有科學(xué)技術(shù)的實現(xiàn)技術(shù)科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的關(guān)系是相互聯(lián)系相互促進的關(guān)系科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)是理論與實踐的關(guān)系制造是科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)關(guān)系的紐帶和橋梁當前的中心科學(xué)技術(shù)是信息科學(xué)技術(shù)在一個時期只有一類科學(xué)技術(shù)是中心科學(xué)技術(shù)預(yù)計信息科學(xué)技術(shù)其中心科學(xué)技術(shù)的地位至少還可持續(xù) 30 年人類智能的秘密將隨著認知科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐漸揭開21世紀中心科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)移的趨勢是從信息科學(xué)技術(shù)到生命科學(xué)技術(shù)再到認知科學(xué)技術(shù)3.1.2智能制造的含義及特點 智能制造的含義智能制造源于人工智能的研究智能是知識和智力的總和知識是智能的基礎(chǔ)智力是指獲取和運用知識求解的能力智能制造擁有自組織、自律、自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力智能制造系統(tǒng)能夠在實踐中

48、不斷地充實知識庫智能制造系統(tǒng)能夠搜集與理解環(huán)境和自身的信息智能制造系統(tǒng)具有分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力智能制造以信息物理系統(tǒng)為核心，突出了在制造環(huán)節(jié)中的一種高度柔性與集成方式信息物理系統(tǒng)CPS是集成計算、通信與控制于一體的下一代智能系統(tǒng)智能制造借助計算機模擬人類專家的智能活動進行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策智能制造取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動 智能制造系統(tǒng)的發(fā)展進程3.1.2智能制造的含義及特點第四次工業(yè)革命智能化工廠智能裝備及信息通信第三次工業(yè)革命高自動化柔性生產(chǎn)計算機信息技術(shù)驅(qū)動第二次工業(yè)革命批量流水線生產(chǎn)電力驅(qū)動第一次工業(yè)革命機械化生產(chǎn)蒸汽驅(qū)動18世紀末20世紀初70年代初至今智

49、能制造非線性科學(xué)控制論系統(tǒng)論信息論電子計算機人工智能耗散結(jié)構(gòu)論協(xié)同論突變論 智能制造特點3.1.2智能制造的含義及特點自組織能力各種組成單元能夠根據(jù)工作任務(wù)的需要自組織自律能力具有搜集與理解信息、進行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力自學(xué)習(xí)和自維護能力完善系統(tǒng)的知識庫并刪除庫中不適用的知識, 使知識庫更趨合理能對系統(tǒng)故障進行自我診斷、排除及修復(fù)整個制造系統(tǒng)的智能集成把智能子系統(tǒng)集成為一個整體, 實現(xiàn)整體的智能化人機一體化智能系統(tǒng)是一種人機一體化混合智能系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實使得可用虛擬手段智能地表現(xiàn)現(xiàn)實，是智能制造的一個顯著特征信息物理系統(tǒng) (cyber physical systems, CPS)3.1.3

50、智能制造的核心算法文檔三維模型工藝數(shù)據(jù)CPS：系統(tǒng)中的物理對象和相應(yīng)的虛擬對象通過泛在信息網(wǎng)絡(luò)進行通信Cyber：算法和服務(wù)，服務(wù)的動態(tài)集成 和服務(wù)提供商，并跨越邊界進行信息交流Cyber：包括3D模型，仿真模型，文檔，關(guān)系，工作條件等數(shù)據(jù)能夠通過可變信息網(wǎng)絡(luò)在任何地方和任何時間進行搜集Physcial：在生產(chǎn)系統(tǒng)中的人和自動化模塊具有智能化、自我解釋、自我意識、自我診斷、交互評估能力服務(wù)云物理對象信息物理系統(tǒng) (cyber physical systems, CPS)是計算進程和物理進程的統(tǒng)一體CPS 是集成計算、通信與控制于一體的下一代智能系統(tǒng)CPS系統(tǒng)觸發(fā)了工業(yè)自動化模式向智能化轉(zhuǎn)變 智

51、能制造的構(gòu)成要素3.1.4智能制造的構(gòu)成要素智能制造的構(gòu)成要素總體上包括以下三個方面：智能化的工廠智慧工廠智能化的生產(chǎn)智能化的裝備智慧工廠智能生產(chǎn)智慧裝備 智能化的工廠智慧工廠3.1.4智能制造的構(gòu)成要素物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)智能物料APP平臺智能產(chǎn)品APP平臺信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)智慧工廠APP平臺基于語義的PLM、ERP、QMS、ERP智慧工廠是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強信息管理和服務(wù)云制造是一個完整的智慧制造的體系是以云計算/物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與傳統(tǒng)制造領(lǐng)域的深度融合云安全網(wǎng)絡(luò)智能物料智能產(chǎn)品智慧工廠2N智慧工廠1智能機床1智能機

52、床2面向機床的APP平臺信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)機床間通信 智能化的工廠智慧工廠3.1.4智能制造的構(gòu)成要素服務(wù)庫硬件無關(guān)抽象服務(wù)硬件相關(guān)設(shè)備控制現(xiàn)場層智慧工廠實現(xiàn)的技術(shù)：無線感測器控制系統(tǒng)網(wǎng)路化工業(yè)通信無線化“智慧工廠” 特征：系統(tǒng)具有自主能力 整體可視技術(shù)的實踐協(xié)調(diào)、重組及擴充特性自我學(xué)習(xí)及維護能力人機共存的系統(tǒng) 智能化的生產(chǎn)3.1.4智能制造的構(gòu)成要素智能化生產(chǎn)調(diào)度根據(jù)上層生產(chǎn)任務(wù)計劃和專家系統(tǒng)合理科學(xué)的分派各個生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)任務(wù)智能生產(chǎn)過程監(jiān)控由視覺系統(tǒng)與傳感器網(wǎng)絡(luò)組成的監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控制造單元與物流全過程的信息和狀態(tài)通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進行遠程監(jiān)控智能故障診斷與維護根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)對狀態(tài)信息進行數(shù)字信號

53、處理提取信號特征，預(yù)測刀具磨損、機床故障發(fā)生分析制定設(shè)備的維修和替換策略 智能化的裝備3.1.4智能制造的構(gòu)成要素感知部分由各類傳感器組成用于工件尺寸檢測、集合位置和姿態(tài)的檢測用于運動監(jiān)視、形狀識別、表面粗糙度檢測、用于加工過程檢測、加工設(shè)備狀態(tài)檢測用于環(huán)境監(jiān)視、力控制智能控制部分由專家系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成處理感知部分獲取的各類信息和狀態(tài)利用專家系統(tǒng)中的推理機制進行推理并決定采取的行動執(zhí)行部分搬運、裝配、裝卸工件、測量完成其它各種工藝作業(yè)等智能感知智能控制智能執(zhí)行 智能制造的發(fā)展重點3.1.5智能制造的發(fā)展重點企業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能化研發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)制造智能化經(jīng)營管理和市場營銷智能化通過相關(guān)信息系統(tǒng)綜

54、合集成應(yīng)用產(chǎn)生的企業(yè)智能通過研發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)的集成生產(chǎn)與管理的集成市場營銷與研發(fā)設(shè)計的集成產(chǎn)品的智能化產(chǎn)品中嵌入電子信息技術(shù)增強產(chǎn)品的功能和性能提高產(chǎn)品的檔次和附加值1.3.4.智能數(shù)控裝備2.智能機器人技術(shù)在線監(jiān)測與智能維護技術(shù)2.5.信息物理系統(tǒng)CPS3.2 智能制造主要技術(shù)智能物流6.智能信息管理系統(tǒng)信息物理系統(tǒng)（CPS）3.2.1信息物理系統(tǒng) (CPS)信息物理系統(tǒng)（CPS, Cyber - Physical Systems）是能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬信息世界和實際物理世界互聯(lián)與協(xié)同的智能系統(tǒng)。在微觀上，CPS是計算進程與物理進程的一體化，在物理系統(tǒng)中嵌入計算與通信內(nèi)核。在宏觀上，CPS是由運行在不

55、同時間和空間范圍的分布式異構(gòu)系統(tǒng)組成的動態(tài)混合系統(tǒng)。CPS的主要內(nèi)容3.2.1信息物理系統(tǒng) (CPS)CPS計算（computing，云計算等）控制（control，傳感器）定制化（Customization，個性化定制）社群（Community，協(xié)同合作）內(nèi)容（Content，語義分析）通信（Communication，無線通信等）CPS的基本邏輯單元3.2.1信息物理系統(tǒng) (CPS)傳感器監(jiān)測、感知外界的信號、物理條件或化學(xué)組成；執(zhí)行器接收控制指令并對受控對象施加控制作用；控制單元根據(jù)控制規(guī)則部署監(jiān)測任務(wù)，根據(jù)用戶定義的語義規(guī)則生成控制邏輯；被控對象包括了物理世界的各個單位組成?？刂茊卧獔?zhí)

56、行器被控對象傳感器 CPS的基本組件包括傳感器、執(zhí)行器、控制單元和被控對象，基本組件結(jié)合反饋循環(huán)控制機制構(gòu)成了CPS的基本功能邏輯單元。 CPS的主要架構(gòu)3.2.1信息物理系統(tǒng) (CPS)決策層網(wǎng)絡(luò)層物理層控制單元執(zhí)行器被控對象傳感器CPS的主要特征3.2.1信息物理系統(tǒng) (CPS)一種網(wǎng)絡(luò)化的大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)；信息與物理組件高度集成；在時間和空間等多維度上具有多重復(fù)雜性；能實現(xiàn)資源的高效動態(tài)組織與協(xié)調(diào)分配；系統(tǒng)高度自動化, 并滿足實時魯棒控制；系統(tǒng)安全、可靠、抗毀、可驗證；系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、動態(tài)自治、自主協(xié)同能力。CPS的相關(guān)技術(shù)3.2.1信息物理系統(tǒng) (CPS)信息物理系統(tǒng)計算機系統(tǒng)工

57、業(yè)控制系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) CPS是處于物理、生物、工程和信息科學(xué)的交叉領(lǐng)域的新學(xué)科。 結(jié)合了計算機系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和混雜系統(tǒng)等技術(shù)的特點。CPS的相關(guān)技術(shù)3.2.1信息物理系統(tǒng) (CPS)計算機系統(tǒng)：CPS須具備計算機系統(tǒng)中的軟硬件組件與功能；計算機系統(tǒng)是為了高效存儲、轉(zhuǎn)換和處理數(shù)據(jù)；而CPS是實現(xiàn)計算過程和物理過程的實時有效交互。嵌入式系統(tǒng)：CPS的核心離不開嵌入式；嵌入式自然面向小型計算機設(shè)計、有限資源環(huán)境下的優(yōu)化；而CPS要大范圍復(fù)雜系統(tǒng)的一致性和高效性等問題。工業(yè)控制系統(tǒng)：CPS是一個具有控制屬性的網(wǎng)絡(luò)；工控網(wǎng)

58、絡(luò)通信功能較弱，各個子系統(tǒng)難以互聯(lián)；而CPS各個系統(tǒng)協(xié)同一致。CPS的相關(guān)技術(shù)3.2.1信息物理系統(tǒng) (CPS)無線傳感網(wǎng)絡(luò)：無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的構(gòu)建將為CPS的實現(xiàn)提供平臺；無線傳感網(wǎng)絡(luò)專有化程度高, 適用性不廣；而CPS具有在不同環(huán)境下通用的解決方案。物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)可以說一種簡化的CPS；物聯(lián)網(wǎng)僅具有感知功能，而沒有遠程實時控制；而CPS是一種感控的過程，對各物理組件進行遠程通訊和控制。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通過串行通信形成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，與CPS具有一定的相似性；而CPS具有更高的系統(tǒng)實時自治控制性能，實現(xiàn)系統(tǒng)的自主自適應(yīng)調(diào)節(jié)。CPS的研究發(fā)展方向3.2.1信息物理系統(tǒng) (CPS)如何克

59、服物理系統(tǒng)與信息系統(tǒng)差異，進行集成；如何忽略不同領(lǐng)域和平臺特點, 完成信息與物理設(shè)備的抽象和量化；如何解決組件的自治性和組件間的自主協(xié)調(diào)性；如何提高在不同平臺和不同空間范圍間的實時性；如何提高復(fù)雜環(huán)境下系統(tǒng)的安全可靠性；如何建立標準，對性能進行衡量、驗證與優(yōu)化。 機器人是一種為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。智能機器人則是一個在感知-思維-效應(yīng)方面全面模擬人的機器系統(tǒng)，應(yīng)具有以下三大要素智能機器人的三大要素思維要素效應(yīng)要素感知要素用來認識周圍環(huán)境狀態(tài) 根據(jù)感覺要素得到的信息，思考采用什么樣的動作對外界做出反應(yīng)性動作3.2.2智能機器人工業(yè)機器人初級智能機器人高級智能機器人它

60、只能按照人給它規(guī)定的程序工作，無法修改已確定程序。它和初級智能機器人一樣，具有感覺，識別，推理和判斷能力，且可通過學(xué)習(xí)，自己修改程序具有類人的感受，識別，推理和判斷能力?？梢愿鶕?jù)外界條件的變化，在一定范圍內(nèi)自行修改程序智能機器人的發(fā)展階段3.2.2智能機器人多傳感信息耦合技術(shù)機器人視覺技術(shù)路徑規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)航和定位技術(shù)智能控制技術(shù)智能機器人關(guān)鍵技術(shù)智能機器人的關(guān)鍵技術(shù)3.2.2智能機器人1面向任務(wù)2傳感技術(shù)和集成技術(shù)3機器人網(wǎng)絡(luò)化4智能控制中的軟計算方法5機器學(xué)習(xí)6智能人機接口7多機器人協(xié)調(diào)作業(yè)智能機器人的發(fā)展趨勢3.2.2智能機器人智能機器人的功能及分類（1/2)現(xiàn)代智能機器人基本能按人的指令完