智能制造与互联网 制造的技术发展应用

1、智能制造与互联网+制造的技术发展按标准的、统一的和简单的结构化方式编制和布置各种建筑物(或建筑群)内各种系统的通信线路，包括网络系统、电话系统、监控系统、电源系统和照明系统等。因此，综合布线系统是一种标准通用的信息传输系统。综合布线是智慧工厂建设基础设施,是将所有语音、数据等系统进行统一的规划设计的结构化布线方式，用来支持语音、视频、数据、图文、多媒体等综合应用。一、为什么要发展智能制造？二、智能制造与工业4.0 三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望一、智能制造技术概况二、解读德国工业4.0三、中国制造2025与互联网+四、智能制造技术发展趋势智能制造系统架构通过生命周期、系统

2、层级和智能功能三个维度构建完成，主要解决智能制造标准体系结构和框架的建模研究生命周期是由设计、生产、物流、销售、服务等一系列相互联系的价值创造活动组成的链式集合。生命周期中各项活动相互关联、相互影响。不同行业的生命周期构成不尽相同。中国：完备的制造业+互联网的创新（互联网+制造）提出：中国制造20252015年03月06日智能制造作为国家战略是“十三五”规划重点内容李克强总理在今年的政府工作报告中提出，要实施“中国制造2025”，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国。中国制造2025强调了信息技术和制造技术的深度融合是新一轮产业竞争的制高点，而智能制造则是抢占

3、这一制高点的主攻方向。建设基于物联网的能源管控平台，利用传感器网络、短距离无线通信等在内的物联网技术实时在线监测和控制能耗设施，并能根据实时的能耗信息，实现优化控制和集约化生产。科技部先进制造领域正在规划的四个重点专项基础件激光制造及3D打印机器人网络制造“互联网+”3D打印“器换人”“双基工程”密切相关：智能制造备层级包括传感器、仪器仪表、条码、射频识别、机器、机械和装置等，是企业进行生产活动的物质技术基础；控制层级包括可编程逻辑控制器（PLC）、数据采集与监视控制系统（SCADA）、分布式控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等；车间层级实现面向工厂/车间的生产管理，包括制造执行系

4、统（MES）等；企业层级实现面向企业的经营管理，包括企业资源计划系统（ERP）、产品生命周期管理（PLM）、供应链管理系统（SCM）和客户关系管理系统（CRM）等；协同层级由产业链上不同企业通过互联网络共享信息实现协同研发、智能生产、精准物流和智能服务等。智能功能包括资源要素、系统集成、互联互通、信息融合和新兴业态等五层。智能制造的内涵和特征 智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成。 智能制造科技发展“十二五”

5、专项规划系统集成是指通过二维码、射频识别、软件等信息技术集成原材料、零部件、能源、设备等各种制造资源。由小到大实现从智能装备到智能生产单元、智能生产线、数字化车间、智能工厂，乃至智能制造系统的集成。互联互通是指通过有线、无线等通信技术,实现机器之间、机器与控制系统之间、企业之间的互联互通。信息融合是指在系统集成和通信的基础上，利用云计算、大数据等新一代信息技术，在保障信息安全的前提下，实现信息协同共享。新兴业态包括个性化定制、远程运维和工业云等服务型制造模式。智能制造 ：制造业第四次革命普通装备电气化数控装备数字化智能装备智能化蒸汽机机械化制造业革命 制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息驱

6、动型，要求制造系统表现出更高的智能。智能制造技术组成智能制造装备信息获取，控制，执行，加工，成形，物流智能制造系统智能生产线，智能车间，数字化工厂智能制造服务生产性服务业智能化，供应链管理优化，物联网感知与测控网络 机器学习与制造知识发现 面向制造的综合推理 图形化建模与仿真 智能全息人机交互 工况感知与智能识别性能预测与智能维护智能规划与智能编程智能数控与伺服驱动系统建模与自行组织 智能制造执行系统 智能企业管控 智能供应链管理 流程智能控制 服务感知与控制的互联 工业产品智能服务 服务过程的智能运控 制造物联网与物流智能服务 制造与服务的集成共享和协同智能制造技术智能制造装备智能制造系统智

7、能制造服务数控机床智能化工程机械激光加工系统自动化生产线智能制造装备工业机器人可重构生产系统工业自动化控制系统智能制造产品智能制造装备智能制造装备包括传感、控制、驱动等三大核心技术，如工业机器人、智能数控系统等。智能制造系统数字化企业数字化工厂数字化车间自动化智能化生产线数控机床工业机器人远程监测监控系统物料运送仓储设备智能工艺装备3D打印系统机器视觉激光加工系统控制系统伺服系统执行系统传感系统光电器件电子标签激光器智能制造系统是先进制造技术、信息技术和智能技术在装备产品上的集成和融合，体现了制造业的智能化、数字化和网络化。智慧城市核心理念感知化物联化智能化智能消防城市智能化智能安防智能楼宇智

8、能交通智能医疗智能食品智能电网智能城市规划智能应急系统智能水资源智能制造服务（案例：智慧城市）网络层通信网互联网物联网平台层IT能力CT能力城市数据中心手机PC摄像头RFID传感器网络视频电话internet呼叫中心无线网关云计算感知层应急指挥应用层数字城管平安城市政府热线数字医疗环境监控数字物流智能交通自控技术是关键智能制造服务（案例：智慧城市）智能制造技术新型传感技术模块化、嵌入式控制系统设计技术 先进控制与优化技术 系统协同技术 故障诊断与健康维护技术 高可靠实时通信网络技术 功能安全技术 特种工艺与精密制造技术 识别技术 主要包括一、为什么要发展智能制造？二、智能制造与工业4.0 三、

9、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望一、智能制造技术概况二、解读德国工业4.0三、中国制造2025与互联网+四、智能制造技术发展趋势解读德国工业4.0时间复杂程度工业革命1.018世纪末1784工业革命2.020世纪初电力广泛应用蒸汽机工业革命3.0电子、IT、工业机器人工业革命4.0信息物联系统Industry 4.0 德国高科技战略计划首位智能化环境嵌入式计算机智能工厂智能手机智能卡90%的计算机都是嵌入式多个计算机：1个用户1个计算机：1个用户PC中央计算机1个计算机：多个用户基于物联网与服务的智能环境发展过程解读德国工业4.0高精度高品质多品种小批量的智能产品绿色生产：清洁

10、、资源利用率高的可持续发展智能工厂位于城市的城市生产解读德国工业4.0Industry 4.0 德国高科技战略计划首位“工业4.0”研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，并已上升为国家级战略。德国联邦政府投入达2亿欧元。解读德国工业4.0Industry 4.0德国高科技战略计划两大主题：智慧工厂、智能生产智慧工厂重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现智能生产主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动、3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用等解读德国工业4.0关注微信公众号

11、“找方案”获取更多行业解决方案Industry 4.0德国高科技战略计划两大主题：智慧工厂、智能生产三个设想：产品、设施、管理产品：集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载着在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需信息设施：由整个生产价值链所集成，可实现自组织管理：能够根据当前的状况灵活决定生产过程解读德国工业4.0智慧工厂的架构 基于物联网和服务互联网物联网服务互联网智能物料APP平台智能产品APP平台信息物理生产系统智慧工厂APP平台基于语义的PLM、ERP、QMS、ERP解读德国工业4.0智慧工厂的流程 基于云安全网络智能物料智能产品云安全网络智慧工厂2N智慧工厂1智能机床1智能机床2

12、面向机床的APP平台信息物理生产系统机床间通信解读德国工业4.0智慧工厂的布局面向服务的工厂系统布局服务库硬件无关抽象服务硬件相关设备控制现场层解读德国工业4.0智慧工厂的车间基于无线、RFID、传感器和服务的架构解读德国工业4.0工业4.0下的产品特点集成了信息存储、传感、无线通信功能产品是信息载体产品在整个完整的供应链和生命周期中都一直带有自身信息产品是一个agent产品会影响其所在环境产品具有自监测功能产品会对其自身状态和环境进行监测我生产于2010年4月30日，5月3日出厂请握中间已经打开2分钟了，请盖上解读德国工业4.0工业4.0下的数据挖据与知识发现大数据制造业存储了超过其他工业部

13、门的数据从2010年以来新产品数据达到接近2艾字节（216）仪器仪表产品供应链管理系统产品全生命周期系统解读德国工业4.0工业4.0下的多模式交互多模式交互语音图形/视觉手势眼球跟踪面部表情身体语言肢体动作解读德国工业4.0以人为中心的基于信息物理系统的智能工厂辅助系统基于上下文的自适应故障诊断辅助工具基于肢体动作的物理辅助移动式个性化自适应的辅助导航系统多模式的人机交互基于位置的维护和规划辅助工具基于虚拟现实/增强现实的复杂工作流程辅助管理工具解读德国工业4.0面向智慧工厂的APP商店下载量身定制的用户界面解读德国工业4.0面向智慧工厂的室内精确定位解读德国工业4.0智慧工厂中的增强现实技术

14、工业环境佩戴谷歌眼镜的工人工具解读德国工业4.0智慧工厂中的机器人技术今天明天机器人不再被固定在安全工作地点而是与人一起协同工作新一代轻量化，灵活的机器人与人类在智能工厂一起协同工作解读德国工业4.0智慧工厂中的智能装配DFKI研发的抽象产品记忆系统用于自适应抓取和智能产品装配在头部安装立体相机，在手臂靠近物体的地方安装3D摄像头 机器人利用左手内部天线从产品内存中读取尺寸、重量和加持点，同时机器人能够从信息物理系统中获得产品装配说明书。解读德国工业4.0工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）信息物理系统（CyberPhysicalSystem，CPS）强调物理过程与信息间的反馈。2008年

15、美国加利福利亚大学的Lee.E在其技术报告信息物理系统：设计挑战中指出：信息物理系统是计算和物理过程的整合集成。嵌入式计算机和网络对物理过程进行监测和控制。从自动化技术的观点看，CPS是一种工程系统，由一个嵌入在物体中的计算和通信的内核，以及物理环境中的结构所监测和控制。（Karl Henrik Johansson，2011）以信息物理生产系统CPPS为模型构建智慧工厂，或者数字化工厂解读德国工业4.0工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）算法文档三维模型工艺数据CPS：系统中的物理对象和相应的虚拟对象通过泛在信息网络进行通信Cyber：算法和服务，服务的动态集成 和服务提供商，并跨越边界进

16、行信息交流Cyber：包括3D模型，仿真模型，文档，关系，工作条件等数据能够通过可变信息网络在任何地方和任何时间进行搜集Physcial：在生产系统中的人和自动化模块具有智能化、自我解释、自我意识、自我诊断、交互评估能力CPS系统触发了工业自动化模式转变服务云物理对象解读德国工业4.0工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）文化工业CPS应用智慧工厂CPPS能源CPS应用智能电网移动通信CPS应用智能手机健康CPS应用智能健康与所有领域相关的通用技术（语义技术、云计算服务平台）经济安全、工程、教育、参考框架、模型物联网解读德国工业4.0工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）通过价值链实现横向

17、集成跨整个价值链的工程解读德国工业4.0工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）垂直集成与网络化制造 在明天的智慧工厂，生产结构不会是固定的，预定义的。相反，一组IT配置的 规则将被定义，可以根据具体情况 进行工厂结构的拓扑结构配置组合，其中包括针对模型，数据，通信和计算 算法的所有相关要求。解读德国工业4.0工业4.0的标准规范工业4.0智慧工厂标准EMMA:多模式工业辅助系统OMM: 语义产品内存USDL: 信息物理产品系统中的语义服务解读德国工业4.0智能产品案例-智能化汽车动力管理APP驾驶员辅助APP智能用户界面APP绿色驾驶APP解读德国工业4.0智能产品案例-波音波音公司已经在一

18、些领域（军用民用）应用信息物理系统，从中获益匪浅。CPS 对于波音公司航空航天领域至关重要解读德国工业4.0德国一些企业已经开始实施industry 4.0TRUMPF公司SAP公司WITTENSTEIN公司FESTO公司BOSCH公司解读德国工业4.04.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产解读德国工业4.0多品种小批量智能产品的高精度卓越品质生产是未来像德国一样成功经济的发展趋势80%制造创新基于信息通信技术，通过信息通信技术实现了智慧工厂、绿色和城市生产第四次工业革命将基于信息物理系统、物联网和互联服务，它将产生大量的大数据流，这些大数据能够被搜集和分析用于指导高效高品质生产；基于信息物理

19、系统的工业辅助系统能够支持、帮助和培训智慧工厂的下一代工人；多通道增强现实系统能够允许个性化的工作流程和快速学习新产品工艺。解读德国工业4.0一、为什么要发展智能制造？二、智能制造与工业4.0 三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望一、智能制造技术概况二、解读德国工业4.0三、中国制造2025与互联网+四、智能制造技术发展趋势中国制造2025中国制造业发展现状中国制造2025 中国制造走向高端家电、汽车、飞机等装备制造一步步走向高端。 已成为制造业大国增加值占全国工业收入的86.7%，占出口总量的95.09%；制造业世界第一，占20%。 中国制造的问题产品中低端、低价位竞争。向高

20、端的努力中国工业3.0中国制造2025 CIMS开启自动化研究：信息化有成效，如甩图板工程、试点企业；信息化救活了Oracle，数控帮助了Fanuc的成长；未重视装备基础：数控机床、机器人成短板。 数控专项：高档数控系统及机床有重要突破；产业化尚需政策与市场倡导，04专项在调整。中国制造2025路线图中国制造2025 三步走中国制造2025“中国制造2025”的指导思想“中国制造2025”的指导思想是:坚持走中国特色新型工业化道路,以促进制造业创新发展为主题,以提质增效为中心,以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向,以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求

21、为目标,强化工业基础能力,提高综合集成水平,完善多层次多类型人才培养体系,促进产业转型升级,培育有中国特色的制造文化,实现制造业由大变强的历史跨越.关注微信公众号“找方案”获取更多行业解决方案中国制造2025“中国制造2025”的基本方针和战略部署创新驱动战略举措之一:智能制造工程战略举措之二:制造业创新体系建设工程质量为先战略举措之三:工业强基工程战略举措之四:质量与品牌提升行动计划绿色发展战略举措之五:绿色制造工程结构优化战略举措之六:高端装备创新工程战略举措之七:制造业服务化推进行动计划战略举措之八:现代企业建设行动计划人才为本中国制造2025五大工程：1、制造业创新中心（工业技术研究基

22、地）建设工程2、智能制造工程3、工业强基工程4、绿色制造工程5、高端装备创新工程（组织实施大型飞机、航空发动机及燃气轮机、民用航天、智能绿色列车、节能与新能源汽车、海洋工程装备及高技术船舶、智能电网成套装备、高档数控机床、核电装备、高端诊疗设备等一批创新和产业化专项、重大工程。） 中国制造2025互联网先进制造业现代服务业 李克强总理在2015年的政府工作报告中指出,要制定“互联网”行动计划,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合,促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展,引导互联网企业拓展国际市场. 通过互联网与先进制造业和现代服务业的深度融合,可以使互联网最新的信息技

23、术、方法论和商业模式深度融合于制造业和服务业的各个领域之中,极大地促进制造业提质增效、转型升级,促进服务型制造业和生产性服务业的发展.中国制造2025智能制造是新一轮工业革命的核心技术 新一轮科技革命大潮澎湃,新一轮工业革命蓬勃兴起驱动力之一:信息技术指数级增长驱动力之二:数字化网络化普及应用例数码相机例中国互联网产业例小米手机的“互联网开发”模式驱动力之三:集成式智能化创新例苹果系列产品、特斯拉电动汽车例Google无人驾驶汽车 智能制造的内涵 “中国制造2025”要以创新驱动发展为主题,以信息化与工业化深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向.制造业数字化网络化智能化是新一轮工业革命的核心

24、技术,应该作为“中国制造2025”的制高点、突破口和主攻方向. 智能产品是主体 制造业数字化网络化智能化是实现机械产品创新的共性使能技术,使机械产品向“数控一代”乃至“智能一代”发展,可从根本上提高产品功能、性能和市场竞争力.例D(三维)打印机或称为快速成形机例页岩气革命例动力机车的数控化与智能化例X52K普通立式铣床XHK714/3-5五坐标加工中心例高速高精钻攻中心例光刻机精密工作台例全电舰船例“海洋石油981”平台 智能生产是主线设计技术创新设计的数字化网络化智能化例14飞机的全数字化设计生产技术创新生产的数字化网络化智能化管理技术创新管理的数字化网络化智能化例15波音公司:全方位、全周

25、期生产管控智能化集成制造系统(IIMS) 产业模式转变是主题大规模流水线生产转向定制化规模生产例慕尼黑宝马定制总部例毛衣的定制生产例西服的定制生产产业形态从生产型制造向服务型制造的例通用电气(GE)的生产服务模式例陕鼓动力的服务模式 智能制造的基础建设()构建CPS. CPS是一个综合计算、通信、网络、控制和物理环境的多维复杂系统,可以将信息世界和现实世界联系在一起,创建一个真正的CPS世界,这个CPS世界中,智能目标之间可以互动和互相交流.()积极推进工业互联网基础设施建设. 工业互联网是智能制造的基础设施,“云计算、大数据、物联网、务联网”通过嵌入式系统连接装备以实现工业互联网.制订工业互

26、联网整体网络架构建设规划与布局,建设低时延、高可靠、广覆盖的工业互联网.()强化智能制造网络信息平台、标准体系和信息安全保障系统的建设中国制造2025智能制造是“中国制造2025”的主攻方向 中国特色智能制造发展路径例21中国家电产业的发展 10年规划,两个阶段第一阶段(2015-2020),全面推广数字化网络化技术的应用,部分行业和企业开展智能化技术应用的试点和示范.如,大力推进“数控一代”机械产品创新工程。第二阶段(2020-2025年),大力推进网络化智能化技术的应用.如,着力推动“智能一代”机械产品创新工程。 万众创新、开放创新与有组织创新 “中国制造”是中央向全社会发出的建设制造强国

27、的动员令,凝聚着中国制造业界全体同志的决心和意志,全行业动员起来、全社会动员起来,打一场“创新驱动、转型升级”的“人民战争”.一、为什么要发展智能制造？二、智能制造与工业4.0 三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望一、智能制造技术概况二、解读德国工业4.0三、中国制造2025与互联网+四、智能制造技术发展趋势关注微信公众号“找方案”获取更多行业解决方案1. 国家战略性新兴产业规划智能制造装备核心技术与重点领域2. 关键支撑技术智能机床闭环智能加工系统性能评价性能数据误差模型零件误差补偿加工过程中传感器数据加工过程间的检验数据加工完毕后的检验数据2. 关键支撑技术智能机床信息塔(

28、e-Tower) 机床信息化，具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网，实时反映机床工作状态和加工进度 操作权限指纹确认。工件试切时，可在屏幕观察加工过程。故障报警显示、在线帮助排除操作权限指纹确认加工任务完成情况和机床状态可用手机查询数码相机662. 关键支撑技术智能机器人 增材制造是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术, 被誉为有望产生“新一次工业革命”的代表性技术。来源：Wohlers Associates3D打印全球市场规模（亿美元）中国产3D打印装备仅占3%3D打印技术有待充分成熟，主流市场有待进一步培育。从技术成熟到适应市场需求还将需要510年的培育期。2. 关键

29、支撑技术增材制造(3D打印)传感器传感器传感器传感器2. 关键支撑技术基于智能传感的物联网络2. 关键支撑技术基于智能传感的物联网络智能车身工艺设计系统零件公差装配顺序定位装夹连接参数新工艺设计模型2. 关键支撑技术智能制造工艺6. 智能制造中国制造业的中国梦工信部智能制造示范项目94项（2015年6月9日）六大类试点示范项目，包括：一是以数字化工厂/智能工厂为方向的流程制造示范项目二是以数字化车间/智能工厂为方向的离散制造示范项目三是以信息技术深度嵌入为代表的智能装备(产品)示范项目四是以个性化定制、网络协同开发、电子商务为代表的智能制造新业态新模式示范项目五是以物流、能源管理智慧化为方向的

30、智能化管理示范项目六是以在线监测、远程诊断与云服务为代表的智能服务示范项目智慧工厂需要稳定的无线流量、可靠的安全策略、可视化集中管控、移动APP运维，去支持物联网扩展，实时监测、自动调控办公室温度、湿度、光照等环境因素，助力企业打造舒适的智慧办公环境，能方便及时地掌握诸如网络拓扑结构、网络性能统计、网络故障等信息；可以实现移动管理整个厂区网络，随时随地网络运维。统一管理全区的无线AP、楼层交换机、IoT传感器等，实现万物互联；中心控制器集无线AC、身份认证、大数据收集分析、上网行为管理和审计、无线有线运维、物联网平台于一体；员工办公、访客网络和无线生产实现三网安全隔离，确保网络安全性；无线生产网采用同频组网技术，接入无线扫码枪、无线摄像头、移动叉车、AGV无人搬运车等，不允许其他终端接入，保证生产网络的正常运行；员工办公和访客移动终端使用不同的SSID，内部员工通过账号密码接入无线网络，PDA等办公移动终端使用PSK+MAC地址白名单接入网络，保证只允许受信任的终端接入3. 智能制造发展目标以设计与工艺技术、智能机器人技术和系统控制技术等为代表的高端装备和系统集成技术是智能制造的核心。建立智能制造基础理论与技术体系突破一批智能制造基础技术与部件攻克一