智能制造生產線技術及應用 課件 項目一 智能制造總體認知

智能制造概念與發(fā)展概述智能制造任務一：智能制造概念發(fā)展（一）概念提出階段1988年，“智能制造”最早出現(xiàn)在美國紐約大學P.K.Wright和卡梅隆大學D.A.Bourne的《智能制造》（《ManufacturingIntelligence》）一書中，指出智能制造是利用集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)及機器人視覺等技術，在沒有人工干預條件下智能機器人獨自完成小批量生產的過程。在此基礎上，英國技術大學Williams教授對上述定義作了更為廣泛的補充，認為“集成范圍還應包括貫穿制造組織內部的智能決策支持系統(tǒng)”。（二）概念發(fā)展階段20世紀90年代，在智能制造概念提出后不久，智能制造的研究獲得歐、美、日等工業(yè)化發(fā)達國家的普遍重視，圍繞智能制造技術(IMT)與智能制造系統(tǒng)(IMS)開展國際合作研究。1991年，日、美、歐共同發(fā)起實施的“智能制造國際合作研究計劃”中定義“智能制造系統(tǒng)是一種在整個制造過程中貫穿智能活動，并將這種智能活動與智能機器有機融合，將整個制造過程從訂貨、產品設計、生產到市場銷售等各個環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來的能發(fā)揮最大生產力的先進生產系統(tǒng)”。（三）概念深化階段21世紀以來，隨著物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術的快速發(fā)展及應用，智能制造被賦予了新的內涵，即新一代信息技術條件下的智能制造一、智能制造概念發(fā)展智能制造的概念最早由歐美日等發(fā)達國家于20世紀80年代末提出，由于制造技術、信息技術、網絡技術等不斷發(fā)展，關于智能制造的概念和內涵，也處在不斷變化、充實和完善之中。目前，智能制造概念主要經歷了以下發(fā)展階段，尚無公認定義。國內智能制造概念發(fā)展學者姓名智能制造概念P.K.Wright，D.A.Bourne（1998）智能制造是利用集成知識工程、信息技術、制造軟件系統(tǒng)等技術，自動控制智能機器人完成小批量生產的過程。Williams（2000）智能制造是包括整個制造組織內部的智能決策支持系統(tǒng)的自動生產過程。McGraw-Hil（2010）智能制造是應用自適應環(huán)境和滿足工藝要求的生產技術，最大限度的減少操作與監(jiān)督,生產物品的活動。宋天虎（1999）智能制造是工作方式并行化、生產管理結構網絡化、組織形式自主化和動態(tài)化、生產反應敏捷化的機器進化過程。楊叔子（2003）智能制造:把先進技術與先進智能進行人機融合的系統(tǒng)，具有自行管理、檢測的能力和彈性，同時可以對復雜信息妥善處理的制造過程。熊有倫（2008）智能制造概念可以解釋為數(shù)字制造，具體體現(xiàn)為車間、企業(yè)及服務達到數(shù)字化。盧秉恒（2013）智能制造是制造技術、信息技術、智能技術等新技術的深度融合的制造系統(tǒng)，具備感知、分析、決策、控制等功能。智能制造內涵結合上述智能制造不同發(fā)展階段和不同角度的定義，從智能制造的本質特征出發(fā)，智能制造的定義可以歸納為“面向產品的全生命周期，以新一代信息技術為基礎，以制造系統(tǒng)為載體，在其關鍵環(huán)節(jié)或過程，具有一定自主性的感知、學習、分析、決策、通信與協(xié)調控制能力，能動態(tài)地適應制造環(huán)境的變化，從而實現(xiàn)某些優(yōu)化目標”的智能系統(tǒng)。智能制造是以知識創(chuàng)新為基礎,高端制造系統(tǒng)為主要載體，利用最新的信息化技術與智能技術，將制造過程中的采購、設計、生產到經營銷售等環(huán)節(jié)以智能的方式合理快捷地集合起來，以實現(xiàn)生產力最大化，同時，在這過程中對其知識管理結構，生產管理結構進行網絡優(yōu)化，并具有獲取，分析，整合，創(chuàng)造新知識等功能的先進制造系統(tǒng)。智能制造特點（一）生產過程高度智能智能制造在生產過程中能夠自我感知周圍環(huán)境，實時采集、監(jiān)控生產信息。智能制造系統(tǒng)中的各個組成部分能夠依據(jù)具體的工作需要，自我組成一種超柔性的最優(yōu)結構并以最優(yōu)的方式進行自組織，以最初具有的專業(yè)知識為基礎，在實踐中不斷完善知識庫，遇到系統(tǒng)故障時，系統(tǒng)具有自我診斷及修繕能力。智能制造能夠對庫存水平、需求變化、運行狀態(tài)進行反應，實現(xiàn)生產的智能分析、推理和決策。資源的智能優(yōu)化配置信息網絡具有開放性、信息共享性，由信息技術與制造技術融合產生的智能化、網絡化的生產制造可跨地區(qū)、跨地域進行資源配置，突破了原有的本地化生產邊界?？刂葡到y(tǒng)化同傳統(tǒng)制造系統(tǒng)相比，智能制造處理的對象是系統(tǒng)的知識而并非數(shù)據(jù)，系統(tǒng)處理的方法是智能靈活的；建模的方式是智能數(shù)學的方法，而不是經典數(shù)學（微積分）的方法。產品高度智能化、個性化智能制造產品通過內置傳感器、控制器、存儲器等技術具有自我監(jiān)測、記錄、反饋和遠程控制功能。智能產品在運行中能夠對自身狀態(tài)和外部環(huán)境進行自我監(jiān)測，并對產生的數(shù)據(jù)進行記錄，對運行期間產生的問題自動向用戶反饋，使用戶可以對產品的全生命周期進行控制管理。智能制造典型模式類別包含項目（內容）具體內容（指標）離散型智能制造產品與工廠設計數(shù)字化，制造過程自動化，數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，制造執(zhí)行系統(tǒng)，企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)，總體技術，綜合指標工廠/車間設計、工藝流程及布局建成數(shù)字化模型，實現(xiàn)產品數(shù)字化三維設計與工藝仿真，建立產品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)產品全生命周期管理等。流程型智能制造工廠設計數(shù)字化，生產過程自動化，數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，制造執(zhí)行系統(tǒng)，企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)，總體技術，綜合指標車間/工廠設計、工藝流程和布局建成系統(tǒng)模型，數(shù)據(jù)自動化采率、自控投用率90%以上，實時數(shù)據(jù)庫平臺與過程控制系統(tǒng)、生產管理系統(tǒng)實現(xiàn)互通集成，可靠的信息安全技術等。網絡協(xié)同型智能制造并行工程技術，資源配置功能，智能制造總體技術，智能制造綜合指標產業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)企業(yè)之間資源、信息及知識共享，圍繞產品實現(xiàn)異地的研發(fā)、設計、測試、人力等資源的有效統(tǒng)籌與協(xié)同，信息、知識等資源異地共享。大規(guī)模個性化定制型智能制造個性化產品數(shù)據(jù)庫，模塊化設計方法，個性化定制平臺，敏銳彈性智能制造，智能制造技術，智能制造綜合指標產品模塊化設計，符合客戶要求的個性化產品，個性化數(shù)據(jù)庫，新產品研發(fā)、彈性生產、貨物運輸和售后服務等有機統(tǒng)一與不斷優(yōu)化等。遠程運維型智能制造遠程運維服務平臺與服務軟件，遠程運維服務核心模型，遠程運維服務綜合指標云服務平臺，裝備實現(xiàn)無人控制、產品儲存實現(xiàn)優(yōu)化管理、預測與決策、運行性能優(yōu)化等服務，核心部件生命周期分析平臺，專家系統(tǒng)的故障預測模型等。國內外智能制造發(fā)展現(xiàn)狀（一）德國智能制造發(fā)展現(xiàn)狀德國作為全球制造業(yè)中最具競爭力的國家之一，德國的西門子、奔馳、博世、寶馬等品牌以其高品質享譽世界。為了保持德國制造在世界的影響力，推動德國制造業(yè)的智能化改造，在德國工程院及產業(yè)界共同推動下，德國在2013年正式推出了德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略。業(yè)4.0的內涵是憑借智能技術，融合虛擬網絡與實體的信息物理系統(tǒng)，降低綜合制造成本，聯(lián)系資源、人員和信息，提供一種由制造端到用戶端的生產組織模式，從而推動制造業(yè)智能化的進程。德國智能制造以信息物理系統(tǒng)為中心，促進高端制造等戰(zhàn)略性新興產業(yè)的發(fā)展，大幅減少產品生產成本，構建德國特色的智能制造網絡體系。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的智能化戰(zhàn)略主要包括智能工廠、智能物流和智能生產三種類別?？偠灾?，德國制造業(yè)的智能化過程以工業(yè)4.0戰(zhàn)略為依托，順應第四次工業(yè)革命的歷史機遇，通過標準化規(guī)范戰(zhàn)略部署，重視創(chuàng)新驅動，實現(xiàn)制造業(yè)智能化轉型升級的戰(zhàn)略目標，使德國在全球化生產中保持科研先發(fā)優(yōu)勢。如圖1-4為工業(yè)發(fā)展歷程以及德國工業(yè)4.0落地企業(yè)生產車間。國內外智能制造發(fā)展現(xiàn)狀（二）美國智能制造發(fā)展現(xiàn)狀美國制造業(yè)長期以來飽受“去工業(yè)化”、產業(yè)轉移的困擾。為了復蘇實體經濟，美國政府大力推動以發(fā)展智能制造為重點的“制造業(yè)回流”戰(zhàn)略以應對其國內愈發(fā)嚴重的產業(yè)空心化問題。2011年，由美國政府、產業(yè)界和學術界共同組建的美國智能制造領導聯(lián)盟發(fā)布了《實施二十一世紀智能制造》，該報告明確了智能制造發(fā)展的目標和路徑，為制造業(yè)智能化建設提供了可參考的標準。2012年，美國國家科技委員會發(fā)布了《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》，該計劃明確指出要加強智能制造建設。在實行制造業(yè)智能化的過程中，尤其要重視創(chuàng)新在其中的引領作用。通過營造良好的創(chuàng)新環(huán)境，并通過眾包、獎勵等模式大力鼓勵開放式的全民創(chuàng)新，將創(chuàng)新驅動戰(zhàn)略放在首位，從而在重大的核心技術領域實現(xiàn)突破并搶占制造業(yè)升級發(fā)展的先機。總而言之，美國的智能制造發(fā)展由政府牽頭，依托技術創(chuàng)新能力強的大企業(yè)和制造業(yè)科研機構，重視中小企業(yè)和民眾的創(chuàng)新成果，取得了一定的成效。國內外智能制造發(fā)展現(xiàn)狀（三）日本智能制造發(fā)展現(xiàn)狀日本在二戰(zhàn)之后經歷了制造業(yè)高速發(fā)展的黃金時期，但由于勞動力短缺、生產要素成本高昂、國際貿易摩擦加劇等外部原因，以及日本國內信息技術已經與制造技術成規(guī)模的融合并應用到制造業(yè)生產中的內部條件，使日本擁有了實行智能制造戰(zhàn)略的需求和動機。20世紀80年代末，日本工業(yè)界專家提出希望能夠通過對制造業(yè)的智能化改造來提高要素生產率，并將先進制造技術推向世界。但是由于該戰(zhàn)略項目的國際合作成本過高，以及技術交流產生的知識產權保護問題未能得到妥善解決，導致其實施效果大打折扣。近年來，日本政府針對先進制造部門采用資金推動戰(zhàn)略，并通過努力加強知識產權保護、促進產學研深度合作來鼓勵技術創(chuàng)新和進步。但總的來說，日本的智能制造戰(zhàn)略并未達成使日本制造業(yè)加速發(fā)展的戰(zhàn)略目標。深層次原因在于，支撐日本智能制造發(fā)展的相關因素未能達到發(fā)展要求，包括信息化建設水平較低、企業(yè)和行政體制僵化，以及未能對創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略加以足夠的重視等。國內外智能制造發(fā)展現(xiàn)狀（五）國內智能制造發(fā)展現(xiàn)狀國內外智能制造發(fā)展現(xiàn)狀（五）國內智能制造發(fā)展現(xiàn)狀任務二：智能制造領域核心技術一、智能制造是實現(xiàn)我國制造業(yè)由大變強的核心技術

我國制造業(yè)強大“韌性”來自于黨中央的堅強領導、堅實的制造基礎、完整的工業(yè)體系、不斷健全的產業(yè)鏈、豐富的人力資源及持續(xù)提升的創(chuàng)新能力。應該說制造強國的建設信心大幅提升，長三角的制造業(yè)是相當發(fā)達的，也是制造強國建設的主力軍，是重要的支撐力量。中國工程院在《制造強國戰(zhàn)略研究報告》中指出，智能制造是實現(xiàn)我國制造業(yè)由大變強的核心技術和主線，綠色制造是重要保障，特別提出要優(yōu)先推進制造業(yè)發(fā)展。二、推進智能制造要把掌握關鍵核心技術作為重點

工信部產業(yè)政策司巡視員辛仁周在出席“2017中國智造業(yè)年會”時提出：“智能制造領域一些關鍵核心技術仍掌握在別人手里，未來推進智能制造一定要把掌握關鍵技術、核心設備作為重點?！毙寥手軓娬{，推進智能制造一定要把掌握關鍵技術、核心設備作為重點。“關鍵技術控制在別人手里，可以說這是一個命門、一個軟肋、一個風險，未來一定要把科技創(chuàng)新作為第一動力。”任務二：智能制造領域核心技術三、智能制造是推進制造強國戰(zhàn)略的主要技術路線

新一輪科技革命和產業(yè)變革與我國加快轉變經濟發(fā)展方式形成了歷史性交匯，智能制造是主要的交匯點，新一代人工智能技術與先進制造技術深度融合所形成的新一代智能制造技術成為了新一輪工業(yè)革命的核心技術，也成為了第四次工業(yè)革命的核心驅動力。四、智能制造是第四次工業(yè)革命的核心技術

今后15年，正是智能制造這個新一輪工業(yè)革命的核心技術發(fā)展的關鍵時期，中國制造業(yè)必須要抓住這一千載難逢的歷史機遇，集中優(yōu)勢力量打一場戰(zhàn)略決戰(zhàn)，實現(xiàn)戰(zhàn)略性的歷史跨越，推動中國制造業(yè)由大變強，進入世界產業(yè)鏈的中高端，實現(xiàn)中國制造業(yè)的開道超車，跨越發(fā)展。任務二：智能制造領域核心技術五、信息化技術與自動化控制在智能制造中的應用優(yōu)勢（一）降低技術應用門檻（二）便于設備檢修（三）拓寬技術應用范圍任務二：智能制造領域核心技術六、機電一體化技術在智能制造中的實踐運用（一）傳感技術傳感技術是機電一體化技術在智能制造中的核心技術，主要用于捕捉、傳輸生產制造中形成的數(shù)據(jù)信息。任務二：智能制造領域核心技術六、機電一體化技術在智能制造中的實踐運用（二）數(shù)控技術數(shù)控技術是結合數(shù)字信息、借助計算機編程完成生產制造過程自動化控制的制造技術，包括機械技術、計算機軟件技術等。任務二：智能制造領域核心技術六、機電一體化技術在智能制造中的實踐運用（三）智能機器人人工智能主要針對模擬、延伸、擴展人類智能的理論、技術、實踐進行研究、開發(fā)以及應用，分屬于計算機科學