《同濟大學-智能制造導論》第1章 智能制造概述-1

第一章智能制造概述——工業(yè)革命制造概述1第一次工業(yè)革命2第二次工業(yè)革命3第三次工業(yè)革命4第四次工業(yè)革命5“直立和勞動創(chuàng)造了人類，而勞動是從制造工具開始的。動物所做的事情最多是收集，而人類則從事生產(chǎn)?！? ——恩格斯制造活動在人類出現(xiàn)以前便存在，并伴隨著人類的生產(chǎn)生活不斷發(fā)展，從手工生產(chǎn)，機械化生產(chǎn)，電氣化生產(chǎn)，自動化生產(chǎn)到即將到來的智能制造，制造業(yè)的發(fā)展必將深刻影響著人們生活和工作。1、制造概述1.1制造記載關于制造的中國古代傳說：伏羲師蜘蛛而結網(wǎng)——《抱樸子·對俗》1、制造概述1.1制造記載關于制造的典籍記載

徽宗崇寧四年，歲次乙酉，制造九鼎?！巍赌芨凝S漫錄·記事一》請你取用香料，即蘇合香、沒藥、楓子香、純乳香，各種香料必須重量相同，然后按照制造香料的技術制造熏香......——圣經(jīng)《舊約》（上述“制造”與現(xiàn)代“制造”的含義相同）1、制造概述1.1制造記載

錘子的制造過程，利用鋼鋸等工具按尺寸完成下料；零件加工完成切削、打磨、鉆孔、車、攻螺紋和套螺紋等工作；裝配完成后，還需要通過檢驗、包裝。（1）制造狹義定義為把原材料加工成適用的產(chǎn)品或器物。毛坯制作零件加工零件裝配原材料產(chǎn)品制造1、制造概述1.2制造定義產(chǎn)品設計材料選擇制造生產(chǎn)質量保證營銷和管理（2）制造的廣義定義：包括制造企業(yè)的產(chǎn)品設計、材料選擇、制造生產(chǎn)、質量保證、管理和營銷一系列有內在聯(lián)系的運作和活動。(1990年，國際生產(chǎn)工程學會（CIRP）提出)從客戶需求出發(fā)，制定設計任務書、方案設計和技術設計等一系列工作根據(jù)設計產(chǎn)品功能、性能以及加工工藝和經(jīng)濟等要求選擇合適材料完成產(chǎn)品零件加工和部件裝配過程，完成整個產(chǎn)品的調試和裝配使人們確信產(chǎn)品能滿足質量要求的有計劃和有系統(tǒng)的活動在產(chǎn)品生命周期中各過程的管理。瞄準消費者的需求和期望進行營銷1、制造概述1.2制造定義手機的制造過程設計選材-玻璃機身自動化制造質量檢測-穩(wěn)定性營銷管理1、制造概述1.2制造定義1.減材制造：通過刀具減少或去除材料的加工方式，最終成型為所需部件的工藝類型，如車、銑、刨、磨……對于常規(guī)形狀的零件能實現(xiàn)高的生產(chǎn)效率以及非常緊密的公差。車工銑工1、制造概述磨工刨工1.3制造分類2.材料基本不變：利用工具及模具使得加工制件的少切削或無切削的工藝方法。如鍛造、鑄造、沖壓……可以形成復雜的形狀和細節(jié)，適用于大批量生產(chǎn)。鍛造鑄造沖壓1、制造概述1.3制造分類3.增材制造：通過離散-堆積使材料逐點逐層累積疊加形成三維實體。能賦予完整的幾何自由度去構建具有復雜內部結構和功能的零部件。3D打印機打印過程——分層打印、逐層疊加1、制造概述1.3制造分類制造概述1第一次工業(yè)革命2第二次工業(yè)革命3第三次工業(yè)革命4第四次工業(yè)革命5

按照德國對工業(yè)發(fā)展的時代的劃分，當前工業(yè)發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了三次工業(yè)革命，并且第四次工業(yè)革命正在發(fā)生。2、第一次工業(yè)革命近代制造——第一次飛躍早期制造大多為手工制造，典型代表為作坊。18世紀60年代，由蒸汽機驅動的機器在英國誕生，先后傳入法國、德國和美國，經(jīng)過一段時間的發(fā)展，機器代替了手工，工廠代替了作坊，這是人類技術發(fā)展史上一次巨大的飛躍，由手工制造時代進入機器制造時代。手工生產(chǎn)2、第一次工業(yè)革命2.1技術革命瓦特改良的第一臺蒸汽機（被命名為“太陽和行星”，現(xiàn)陳列于倫敦科學博物館）詹姆斯·瓦特（1736—1819，英國發(fā)明家）2、第一次工業(yè)革命2.1技術革命蒸汽機的發(fā)展過程汽轉球巴本蒸汽機紐科門蒸汽機瓦特蒸汽機2、第一次工業(yè)革命2.1技術革命人力紡紗機機械紡紗機2、第一次工業(yè)革命2.2對生產(chǎn)影響蒸汽機工廠手工作坊2、第一次工業(yè)革命2.2對生產(chǎn)影響

1769年，法國陸軍軍官尼古拉斯·約瑟夫·庫諾和他制造的世界上第一輛蒸汽驅動的三輪車，這輛車被命名為“卡布雷奧”2、第一次工業(yè)革命2.3對生活影響1807年，美國人富爾頓發(fā)明了蒸汽汽船，他使用從英國進口的萬能蒸汽機，驅動客輪在哈德孫河航行，揭開了蒸汽輪船時代的序幕。富爾頓發(fā)明的第一艘蒸汽輪船“鳳凰”2、第一次工業(yè)革命2.3對生產(chǎn)影響徹底改變人類生產(chǎn)和生活面貌.從此人類進入了“蒸汽時代”，以往傳統(tǒng)動力驅動的裝置由蒸汽機驅動，極大提升了生產(chǎn)效率。不僅如此，蒸汽機的出現(xiàn)還推動了一系列新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，火車、汽車、輪船、機械化工廠開始出現(xiàn)，一個工業(yè)化社會雛形就形成了。第一次工業(yè)革命意義2、第一次工業(yè)革命2.4意義制造概述1第一次工業(yè)革命2第二次工業(yè)革命3第三次工業(yè)革命4第四次工業(yè)革命5

2500多年前，古希臘人首次發(fā)現(xiàn)了毛皮摩擦過的琥珀能夠吸引一些微小的東西，隨后經(jīng)過一段時間的探索，人們又發(fā)現(xiàn)了電荷分為“正電荷”和“負電荷”，對電的發(fā)現(xiàn)貢獻最大的為富蘭克林的“風箏實驗”。電的發(fā)現(xiàn)技術革命3、第二次工業(yè)革命3.1技術革命歷山德羅·朱塞佩·安東尼奧·安納塔西歐·伏特（1745－1827，意大利物理學家）

人們第一次獲得可以人為控制的持續(xù)電流始于伏打電池的發(fā)明。這為今后電流現(xiàn)象的研究提供了物質基礎。電的使用3、第二次工業(yè)革命3.1技術革命邁克爾·法拉第（1791—1867）1821年，法拉第發(fā)明了第一臺電動機。

1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)當一塊磁鐵穿過一個閉合線路時，線路內就會有電流產(chǎn)生，這個效應叫電磁感應。在此基礎上發(fā)明了世界上最早的第一臺實驗性發(fā)電機。第一臺實驗性發(fā)電機3、第二次工業(yè)革命3.1技術革命煤油燈電燈（1878年）3、第二次工業(yè)革命3.2對生活影響老式電影放映機《朗德?；▓@場景》（1888年，人類歷史上第一部電影,時長只有2秒）3、第二次工業(yè)革命3.2對生活影響第二次工業(yè)革命使生產(chǎn)組織發(fā)生變化，1913年4月,福特公司試驗了第一條流水線,用來裝配飛輪磁電機。一臺電機的裝配需要20分鐘,流水線把裝配工作分解成29道工序,時間減少到13分10秒。3、第二次工業(yè)革命3.3對生產(chǎn)影響《摩登時代》（ModernTimes），是查理·卓別林（CharlesChaplin）導演并主演的一部經(jīng)典喜劇電影，于1936年上映。本片故事發(fā)生在美國20世紀30年代經(jīng)濟蕭條時期，工人查理（卓別林飾）天掙扎在生產(chǎn)流水線上的，由于他的任務是扭緊六角螺帽，結果最后在他的眼睛里唯一能看到的的東西就是一個個轉瞬即過的六角螺帽。3、第二次工業(yè)革命3.3對生產(chǎn)影響電力開始用于帶動機器，成為新的主要能源；流水線生產(chǎn)方式大幅提高了勞動生產(chǎn)率，也減低了對勞動者的技術要求，降低生產(chǎn)成本。1870年以后，由此產(chǎn)生的各種新技術、新發(fā)明層次不窮，并被應用于各種工業(yè)生產(chǎn)領域，人類進入了電氣時代。3、第二次工業(yè)革命3.4意義制造概述1第一次工業(yè)革命2第二次工業(yè)革命3第三次工業(yè)革命4第四次工業(yè)革命5電氣時代常用繼電器電路控制電機、電燈等電氣設備，實現(xiàn)了遠距離和對大功率電路的控制。4、第三次工業(yè)革命4.1技術革命繼電器電路配線

但是隨著流水線復雜程度的提高，繼電器、接觸器控制系統(tǒng)也越來越復雜，修改難、體積大、噪聲大、維護不方便以及可靠性差等缺點制約著生產(chǎn)的發(fā)展。4、第三次工業(yè)革命4.1技術革命

從20世紀50年代開始，電子技術和信息技術飛速發(fā)展，出現(xiàn)電子計算機和新一代通信技術，且兩者的有機融合給工業(yè)迎來了新的革命性發(fā)展機遇。電子技術特點圖片應用電子管（真空管）（1946-1958）1.以電子管為主要電路元件；2.體積大、功耗高、可靠性差、速度慢、價格昂貴。第一臺計算機晶體管（1959-1964）1.以晶體管為主要電路元件；2.晶體管尺寸小，重量輕，壽命長，效率高，發(fā)熱少，功耗低；3.使用面向過程的程序設計語言，如fortran等。第一臺晶體管計算機中小規(guī)模集成電路（1965-1970）1.計算機變得更小、功耗更低、速度更快；2.出現(xiàn)操作系統(tǒng)；3.BASIC語言。第一臺電子計算機大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路（1971—）1.一個芯片上容納幾百個元件，計算機體積更小，運算更快；2.IBM于1981年推出個人計算機。第一臺個人計算機4、第三次工業(yè)革命4.1技術革命信息技術標志時間第一次語言的使用距今約35000年～50000年前第二次文字的創(chuàng)造公元前3500年第三次印刷的發(fā)明公元1040年，我國開始使用活字印刷技術(歐洲人1451年開始使用印刷技術)。第四次電報、電話、廣播和電視的發(fā)明和普及應用1837年美國人莫爾斯研制了世界上第一臺有線電報機。第五次電子計算機的普及應用及計算機與現(xiàn)代通信技術的有機結合。始于20世紀60年代信息技術——用于管理和處理信息的技術總稱。4、第三次工業(yè)革命4.1技術革命

隨著信息技術的發(fā)展和集成電路的出現(xiàn)，1969年，美國數(shù)字設備公司研制出了第一臺可編程邏輯控制器PDP—14，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，這是第一代可編程邏輯控制器，稱ProgrammableLogicController，簡稱PLC，是世界上公認的第一臺PLC。PDP—14PDP—14內部集成電路4、第三次工業(yè)革命4.2對生產(chǎn)影響西門子PLCPLC控制柜 PLC用電子開關取代了控制電路中中間繼電器的機械開關，開關頻率可達上億次每秒，且不會產(chǎn)生電弧而造成設備老化甚至爆炸事故。PLC可控制幾十上百個設備，接線電路簡單，極大的提高了自動化水平，進一步解放人類勞動。4、第三次工業(yè)革命4.2對生產(chǎn)影響例子：某自動化裝配實驗室對生產(chǎn)的影響PLC控制系統(tǒng)架構圖成品庫單元檢測單元上層裝配單元轉接板裝配單元出站庫單元4、第三次工業(yè)革命4.2對生產(chǎn)影響

第三次科技革命不僅帶來了物的現(xiàn)代化，引起勞動方式和生活方式的變革，而且也造就了新一代人與之相適應，使人的觀念、思維方式、行為方式、生活方式逐步走向現(xiàn)代化。通訊、購物、交通等4、第三次工業(yè)革命4.3對生活影響第三次工業(yè)革命利用信息技術，實現(xiàn)了大規(guī)模自動化生產(chǎn)，大幅提高了制造業(yè)的效率，極大地推動了生產(chǎn)力的發(fā)展，進入自動化時代。同時也進一步解放了人類體力勞動，改變了人們的生活觀念，提高了人們的生活水平，奠定了現(xiàn)代生活的基礎。4、第三次工業(yè)革命4.4意義制造概述1第一次工業(yè)革命2第二次工業(yè)革命3第三次工業(yè)革命4第四次工業(yè)革命5 2011年漢諾威工博會提出工業(yè)4.0（Industry4.0）概念，即第四次工業(yè)革命。2013年，德國政府正式推出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。

工業(yè)4.0是智能工廠和智能制造的集合體，包括智能設備、智能物料、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、IPv6等。5、第四次工業(yè)革命5.1技術革命（1）智能設備感知處理決策感知能力即通過傳感器像人一樣可以感知溫度、分辨顏色、測量距離等；處理能力即通過計算機的強大計算能力對感知數(shù)據(jù)進行處理；決策即決定何時、如何執(zhí)行何種任務。5、第四次工業(yè)革命5.1技術革命（1）智能設備——智能機器人視覺識別語音識別力識別與人交流……5、第四次工業(yè)革命5.1技術革命第四次工業(yè)革命（2）智能物料原料：擁有自己的名稱和地址，具備各自的身份信息；“知道”什么時候、哪條產(chǎn)線或哪個工藝過程需要它們，達到各自目的地；產(chǎn)品：加工完成后進行質量檢測不合格或損壞維修時，可以追溯物料加工過程；集控制、運算、交互于一身，能夠進行自檢測甚至自維修。身份標簽身份識別5、第四次工業(yè)革命5.1技術革命第四次工業(yè)革命（3）物聯(lián)網(wǎng)（Internetof

Things,

IoT）與IPv6物聯(lián)網(wǎng)（IoT）——物+互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)萬物互聯(lián)互通。在智能