智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用（第2版）教案 第三章 智能制造關(guān)鍵技術(shù)

教案(首頁(yè))山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院授課日期班次課時(shí)課題第三章智能制造關(guān)鍵技術(shù)教學(xué)時(shí)數(shù)4【教學(xué)目標(biāo)】1、了解智能制造都有哪些關(guān)鍵技術(shù)？2、掌握工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機(jī)器人、RFID、3D打印、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)等技術(shù)的原理?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】工業(yè)機(jī)器人的組成；3D打印技術(shù)的原理；RFID技術(shù)的應(yīng)用?！窘叹?、參考書(shū)】《智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用（第二版）》機(jī)械工業(yè)出版社王芳、趙中寧主編【教學(xué)過(guò)程】教案紙山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院第6頁(yè)一、概述智能制造是利用智能科學(xué)的理論、技術(shù)、方法和云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、自動(dòng)化、智能化等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造過(guò)程與機(jī)械裝備、經(jīng)營(yíng)管理、決策和服務(wù)等全流程、全生命周期的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化，通過(guò)各種工業(yè)資源與信息資源整合和優(yōu)化利用，實(shí)現(xiàn)信息流、資金流、物流、業(yè)務(wù)工作流的髙度集成與融合的現(xiàn)代工業(yè)體系。在智能制造發(fā)展過(guò)程中，主要有以下幾種關(guān)鍵技術(shù)：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)云、云制造，工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備及工業(yè)軟件，工業(yè)大數(shù)據(jù)，智能制造、智能生產(chǎn)、智能工廠，增材制造，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)二、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)1.定義：通過(guò)RFID技術(shù)、無(wú)線傳感器技術(shù)以及定位技術(shù)等自動(dòng)識(shí)別、采集和感知獲取物品的標(biāo)識(shí)信息、物品自身的屬性信息和周邊環(huán)境信息，借助各種電子信息、傳輸技術(shù)將物品相關(guān)信息聚合到統(tǒng)一的信息網(wǎng)絡(luò)中，并利用云計(jì)算、模糊識(shí)別、數(shù)據(jù)挖掘以及語(yǔ)義分析等各種智能計(jì)算技術(shù)對(duì)物品相關(guān)信息進(jìn)行分析融合處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的高度認(rèn)知和智能化的決策控制。2.物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)3.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)（1）傳感器技術(shù)：信息的泛在化對(duì)工業(yè)的傳感器和傳感裝置提出了更高的要求。微型化：元器件的微小型化，節(jié)約資源與能源。智能化：自校準(zhǔn)、自診斷、自學(xué)習(xí)、自決策、自適應(yīng)和自組織等人工智能技術(shù)。低功耗與能量獲取技術(shù)：電池供電，用陽(yáng)光、風(fēng)、溫度、振動(dòng)。（2）通信技術(shù)：調(diào)制與編碼技術(shù)、自適應(yīng)跳頻技術(shù)、信道調(diào)度技術(shù)、通信協(xié)議多樣性、多標(biāo)準(zhǔn)有線及無(wú)線技術(shù)。（3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)、互聯(lián)技術(shù)、共存技術(shù)、跨層設(shè)計(jì)與優(yōu)化技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)管理與基礎(chǔ)服務(wù)技術(shù)：低開(kāi)銷(xiāo)高精度的時(shí)間同步技術(shù)、快速節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)視與預(yù)警技術(shù)、工業(yè)數(shù)據(jù)的分布式管理技術(shù)。（4）信息處理技術(shù)。海量信息處理：工業(yè)信息出現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，構(gòu)建海量感知信息，獲取、高效融合、特征提取和內(nèi)容理解為一體。實(shí)時(shí)信息處理：工業(yè)流程監(jiān)視與控制需求。新型制造模式：多源異構(gòu)感知信息融合。（5）安全技術(shù)：工業(yè)設(shè)備控制、網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全，阻止非授權(quán)實(shí)體的識(shí)別、跟蹤和訪問(wèn)，非集中式的認(rèn)證和信任模型，能量高效的加密和數(shù)據(jù)保護(hù)，異構(gòu)設(shè)備間的隱私保護(hù)技術(shù)。4.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)工業(yè)中被動(dòng)的信息收集方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、準(zhǔn)確、及時(shí)地收集生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)ThingstoThings的通信方式實(shí)現(xiàn)了人、機(jī)器和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式無(wú)縫連接，從而使得企業(yè)與客戶、市場(chǎng)的聯(lián)系更為緊密。從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用前景來(lái)看，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面：（1）制造業(yè)供應(yīng)鏈管理企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能及時(shí)掌握原材料采購(gòu)、庫(kù)存、銷(xiāo)售等信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析還能預(yù)測(cè)原材料的價(jià)格趨向、供求關(guān)系等，有助于完善和優(yōu)化供應(yīng)鏈管理體系，提高供應(yīng)鏈效率，降低成本。（2）生產(chǎn)過(guò)程工藝優(yōu)化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的泛在感知特性提高了生產(chǎn)線過(guò)程檢測(cè)、實(shí)時(shí)參數(shù)采集、材料消耗監(jiān)測(cè)的能力和水平，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理可以實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護(hù)，提高生產(chǎn)力，降低能源消耗。（3）生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控管理利用傳感技術(shù)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行健康監(jiān)控，可以及時(shí)跟蹤生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)工業(yè)機(jī)器設(shè)備的使用情況，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)匯聚到設(shè)備生產(chǎn)商的數(shù)據(jù)分析中心進(jìn)行處理，能有效地進(jìn)行機(jī)器故障診斷、預(yù)測(cè)，快速、精確地定位故障原因，提高維護(hù)效率，降低維護(hù)成本。（4）環(huán)保監(jiān)測(cè)及能源管理工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設(shè)備的融合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理環(huán)節(jié)關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。（5）工業(yè)安全生產(chǎn)管理工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)把傳感器安裝到礦山設(shè)備、油氣管道、礦工設(shè)備等危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境中，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)人員、設(shè)備機(jī)器以及周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，全方位獲取生產(chǎn)環(huán)境中的安全要素，有效保障了工業(yè)生產(chǎn)安全。三、工業(yè)機(jī)器人1.定義及特點(diǎn)：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，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類(lèi)指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行。（1）可編程；（2）擬人化；（3）通用性；（4）涉及的學(xué)科相當(dāng)廣泛當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強(qiáng)的對(duì)作業(yè)環(huán)境的自適應(yīng)能力的方向發(fā)展。2.工業(yè)機(jī)器人種類(lèi)（1）移動(dòng)機(jī)器人（AGV）；（2）點(diǎn)焊機(jī)器人；（3）弧焊機(jī)器人；（4）激光加工機(jī)器人；（5）真空機(jī)器人；（6）潔凈機(jī)器人四、3D打印技術(shù)1.定義：3D打印是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。2.打印流程：五、RFID射頻技術(shù)1．RFID定義RFID（RadioFrequencyIdentification）技術(shù)，又稱(chēng)無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，它的基本原理是利用射頻信號(hào)和空間稱(chēng)合或雷達(dá)反射的傳輸特性,從一個(gè)貼在商品或者物品上叫做電子標(biāo)簽或者RFID標(biāo)簽中讀取數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物品或者商品的自動(dòng)識(shí)別。2.特點(diǎn)（1）快速掃描RFID辨識(shí)器可同時(shí)辨識(shí)讀取數(shù)個(gè)RFID標(biāo)簽；（2）體積小型化、形狀多樣化；（3）抗污染能力和耐久性；（4）可重復(fù)使用；（5）穿透性和無(wú)屏障閱讀；（6）數(shù)據(jù)的記憶容量大；（7）安全性3.RFID射頻技術(shù)應(yīng)用（1）RFID標(biāo)簽技術(shù)電子標(biāo)簽是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。電子標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)可以加密，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量大，存儲(chǔ)信息容易更改，因而它比條形碼的應(yīng)用范圍更廣泛，使用起來(lái)也更方便。（2）RFID門(mén)禁控制門(mén)禁控制器通常是指分體式門(mén)禁控制系統(tǒng)，主要用于門(mén)禁管理系統(tǒng)的底層控制。通過(guò)和計(jì)算機(jī)的命令、數(shù)據(jù)通信，使管理者可以隨時(shí)掌握門(mén)和防區(qū)的實(shí)際情況，便于在緊急情況下迅速作出反應(yīng)。（3）RFID智能卡智能卡也叫IC卡，是一個(gè)帶有微處理器和存儲(chǔ)器等微型集成電路芯片的、具有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的卡片。智能卡已應(yīng)用到銀行、電信、交通、社會(huì)保險(xiǎn)、電子商務(wù)等領(lǐng)域，IC電話卡、金融IC卡、社會(huì)保險(xiǎn)卡和手機(jī)中的SIM卡都屬于智能卡的范疇。六、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)1.云計(jì)算與大數(shù)據(jù)云計(jì)算（cloudcomputing）是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說(shuō)法。過(guò)去在圖中往往用云來(lái)表示電信網(wǎng)，后來(lái)也用來(lái)表示互聯(lián)網(wǎng)和底層基礎(chǔ)設(shè)施的抽象。2.云計(jì)算大數(shù)據(jù)平臺(tái)的主要技術(shù)框架（1）Hadoop：Hadoop是一個(gè)海量數(shù)據(jù)分布式處理的開(kāi)源軟件框架，Hadoop能支持PB級(jí)海量數(shù)據(jù)，可擴(kuò)展性強(qiáng)?？煽?、高效、可擴(kuò)展和開(kāi)源的特性，使Hadoop技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，并在2008年成為Apache的頂級(jí)項(xiàng)目。從2003年Google公開(kāi)發(fā)布MapReduce的思想，到2006年Amazon使用Hadoop成為全球最早提供成熟云計(jì)算服務(wù)的供應(yīng)商之一，再到如今IBM、微軟、DELL、EMC2、阿里巴巴、騰訊各大國(guó)內(nèi)外廠商都商用了自己的Hadoop平臺(tái)，Hadoop已經(jīng)取得了輝煌的成績(jī)，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。（2）Spark。Spark是一款開(kāi)源的基于內(nèi)存計(jì)算的分布式計(jì)算系統(tǒng)，能夠?qū)Υ髷?shù)據(jù)進(jìn)行快速分析處理。Spark項(xiàng)目2010年由加州伯克利大學(xué)AMP實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)，2014年2月，Spark成為Apache軟件基金會(huì)的頂級(jí)開(kāi)源項(xiàng)目，Spark基于內(nèi)存計(jì)算實(shí)現(xiàn)，加快了數(shù)據(jù)分析處理速度。HadoopMapReduce以批處理方式處理數(shù)據(jù)，每個(gè)任務(wù)都需要HDFS的讀寫(xiě)，耗時(shí)較大，在機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)等數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程中，Spark的處理速度可以達(dá)到HadoopMapReduce的100倍以上。七、虛擬現(xiàn)實(shí)與人工智能技術(shù)1.定義：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境。是一種多源信息融合的交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，能夠使用戶沉浸到該環(huán)境中。2.特征：（1）多感知性指除一般計(jì)算機(jī)所具有的視覺(jué)感知外，還有聽(tīng)覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至還包括味覺(jué)、嗅覺(jué)、感知等。（2）存在感指用戶感到作為主角存在丁模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。（3）交互性指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度.（4）自主性指虛擬環(huán)境中的物體依據(jù)現(xiàn)實(shí)世界物理運(yùn)動(dòng)定律動(dòng)作的程度。3.關(guān)鍵技術(shù)：（1）實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形；（2）顯示；（3）聲音；（4）感覺(jué)反饋；（5）語(yǔ)音。八、智能制造的信息安全技術(shù)1.信息安全關(guān)鍵技術(shù)（1）安全芯片；（2）安全操作系統(tǒng)；（3）密碼技術(shù)；（4）信息安全總體技術(shù)2.智能制造中的信息安全技術(shù)（1）工業(yè)云安全技術(shù)（2）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)（3）工控系統(tǒng)安全技術(shù)教案(末頁(yè))山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院【小結(jié)】【作業(yè)】1.什么是智能制造？2.智能制造的關(guān)鍵技術(shù)主要有哪些？3.什么是物聯(lián)網(wǎng)？4.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要集中在哪幾個(gè)方面？5.工業(yè)機(jī)器人有哪些特點(diǎn)？6.工業(yè)機(jī)器人的常用種類(lèi)有哪些？7.3