智能制造管理 课件 第四章 智能制造基本原理

第四章智能制造基本原理1工厂物理学2透明制造3智能产品4智能物料5智能生产6智能服务第一节工厂物理学工厂物理学定义：工厂物理学（FactoryPhysics）是对制造系统基本行为的系统描述。意义：①识别改善目前系统的机会；②设计有效的新系统；③权衡不同领域的政策。工厂物理学生产排程Schedule往往译作“排程”，也译作“计划”。在企业中，高层管理者希望能准时交货、最小化在制品，缩短交货期，以及最大化资源利用率。在现实生活中，这些目标相互冲突，存在此消彼长的关系。因此，计划排程的目标就是在这些冲突的目标中达到一个利益最大化的平衡。工厂物理学2.运营管理中的人因人在制造系统中的作用是复杂的且具有多面性的，一个生产系统包含设备、逻辑，以及人是很重要的。就算是技术性很强的主题，例如排班，能力计划，质量控制，以及机器维护，都在基本的方式上包含了人。工厂物理学3.车间作业控制车间作业控制（ShopFloorControl，SFC）是计划与部件的结合处，因此，它是生产计划与控制体系的基础。由于Sfc模块处于执行实时控制决策的位置，它也很自然地处于实时监控这些类型的变化的位置。除了收集实时状态的信息，SFC模块也有益于收集、加工超出实时的与未来相关的信息。工厂物理学4.全面质量管理全面质量管理改变了原来质量管理的观念，引入了新的理念，即改变原来检查最终产品或服务为监控产品或服务全过程。TQM的出发点就是在第一时间预防产品质量问题的发生。第二节透明制造透明制造1.透明工厂2.数字化工厂解决方案第三节智能产品智能产品1.智能产品的不同定义：Cena等认为智能产品是物理域和信息域的紧密结合，这使其具有特定的智能化特性。依靠物理域与信息域的迭代交互，智能产品实现了对用户和环境的自适应。Wong等将智能产品的自适应特性归结于其自身一套成熟的软件智能体系统，该软件系统可以根据智能产品其他模块的输入数据或使用环境的变化进行推理并做出反应。Venta等认为智能产品应该具有以下功能：持续监控自身状态和使用环境；对环境和操作条件做出反应和适应；在不同使用环境下保持最优使用状态；与用户或环境及其他智能产品和系统进行交互。Mcfarlane等提出智能产品应该具有以下特性：唯一标识符；能与环境进行有效交互；能够保留或存储自身相关信息；运用某种机器语言展现自身特性、生产要求等；能够参与有关自身的决策。智能产品2.智能车间：智能化的车间中主要包括智能机床、网络网关、通信技术、控制中心四大部分组成。其中主要的工作原理就是控制中心输入命令通过网关的传输，

让智能机床能够进行好的工作，同时智能机床对自身的数据分析也可以通过网关传输给控制中心，使其工作的人员能够对其设备进行一定的分析。以此判断设备的运行情况是否达到规范的要求标准，同时也可以对设备的安全性做出一定的检测。3.智能机床：智能机床具备感知、推理、决策及学习能力。机床具有感知能力：就要求机床将装备更多的传感器，例如，温度传感器、振动传感器、扭矩传感器、声控传感器等，为智能机床推理、决策提供已知条件或感知条件的变化。机床具有推理、决策能力，就要求机床能够根据现有条件得出正确的结果或根据现有条件的变化采取应对措施，以保证结果的正确性。第四节智能物料智能物料生产物流及智能化发展：最初的人工物流是靠人工完成的，随着工业革命的推进，采用机械设备进行物料输送，再到自动化物流自动输送、搬运和自动分拣，信息化将物流系统进行信息集成，现如今随着新一代信息技术的影响，将人工智能集成到物流系统发展成为智能物流。智能化物流配送：智能物料配送系统是智能制造中的关键部分，利用RFID技术、传感技术、通信技术等，使生产制造过程与物流运输过程互联，实现快速决策、智能调度、动态配送等生产物流过程。物料管理体系框架：①资源感知层；②网络传输层；③信息集成层；④应用层智能物料4.基于实时定位的智能物料配送系统：①实时数据采集系统；②三维数字化车间系统；③物料配送执行系统；④企业内部管理系统。5.智能仓库：现代的智能仓库主要是采用物流高层货架、巷道式堆垛机、出入库工作台、AGV、智能管理控制系统和RFID等先进设备和技术，大大提高了仓库管理的效率，简化的操作流程，同时也提高了物流配送的效率。智能仓库主要包括：①高层货架。用于存储货物的钢结构。②托盘。用于承载货物的器具。③巷道式堆垛机。用于自动存取货物的设备。④输送机系统。这个系统主要负责将货物运送到堆垛机，或者是将货物从堆垛机运送走。输送机系统中的输送机有很多种类，通常的使用的有链条输送机，升降台，分配车，提升机，皮带机等。第五节智能生产智能生产智能装备与控制系统：智能装备与控制系统是智能生产系统的基础装备，它由若干柔性制造系统FMS组成，具有以下特征：机器柔性、工艺柔性、生产能力柔性、维护柔性、扩展柔性、运行柔性。智能仓储和物流系统：建设智能仓储和物流配送系统是实现智能生产的重要组成部分。智能仓储和物流系统由仓储物流信息管理系统、自动控制系统、物流设施设备系统组成。智能制造执行系统：MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用，在ERP系统产生的长期计划指导下，MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据，对短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程进行优化。生产指挥系统以及智能生产系统与其他系统的集成：①与ERP系统的集成；②与研发设计系统的集成；③与智能服务系统的集成。第六节智能服务智能服务智能服务定义：Carstena把构建智能服务的过程分为四个阶段，即：内部基础设施、外部基础设施、连接物理平台、服务平台。因此，智能服务的实现不仅仅依赖智能互联和数字化的设备、平台或服务系统，也依赖智能化的服务供应链对收集到的数据进行分析处理，并反馈至顾客及供应商。Porter和Heppelmann认为所有智能、互联的产品或系统都包含三个核心要素:物理部件(如机械和电子部件)、智能组件(传感器、微处理器、数据存储、控制、软件、嵌入式操作系统和数字用户界面)以及连接性组件(端口、天线、协议和网络、产品和产品云之间的通信等)。首先，通过智能组件(传感器、微处理器等)的分析处理；其次，将结果通过连接性组件反馈给物理部件去执行或呈现。在这个过程中，它更强调多平台、多系统、多终端的协同化、一体化、数字化和信息化的管理。智能服务智能服务历经的阶段：农业经济时代：很少存在服务活动，在这一时期，主要依靠简单的人力劳动来提供服务，例如传统的酒楼、旅馆、驿站等，工作效率低、成本高，智能化程度趋近于零。20世纪以后：随着工业革命的兴起以及机器设备的出现，人们开始使用机器取代人力，生产效率得到很大提高，逐渐产生半自动半人工的服务活动，智能化程度得到一定的提高。此时，交通运输开始成为服务业的代表，并逐渐占据着主导地位。20世纪50年代：社会进入“服务经济时代”，计算机的普及使得各类服务活动变得更加方便和快捷，人工逐渐被取代，社会开始进入半智能化时代，智能化程度得到很大提高。金融、银行、证券、保险等服务业也开始不断涌现；21世纪的今天，新的服务形式和新的服务活动层出不穷，大数据、人工智能、物联网使得人类社会从此迈入“智能服务经济时代”。智能服务智能服务历经的实现路径：首先，应建立以顾客需求为导向的服务意识与服务体系；其次，服务智能化的实现也依赖企业自身动态能力的强弱，感知能力越强有助于企业发现和捕捉市场机会，获取最新的信息和最新的技术，对市场需求做出快速的