《智能制造基础与应用》课件 第一章 绪论

智能制造基础与应用第2版“十三五”职业教育国家规划教材

第一章绪论一、智能制造的概述二、工业4.0三、智能制造技术认知一、智能制造的概述

智能制造概念一、智能制造概述

智能制造（IntelligentManufacture,IM）是指由具有人工智能的机器和人类专家共同组成的人机一体化智能制造系统。理论上讲智能制造系统在制造过程中可以进行智能活动，诸如交互体验、自我分析、自我判断、自我决策、自我执行、自我适应等，就如同制造过程有了“大脑”指挥系统。

二、智能制造的显著特征1状态感知2实时分析3精准执行4自主决策5自我适应与人机交互智能制造概述智能制造领域也已成为全球经济增长的新热点，当传统的规模化生产模式在劳动力成本上升、能源需求、市场个性化刚性约束下，如何走出一条集约化、绿色化、智慧化的可持续发展之路是世界各国企业面临的重大挑战，与此同时，随着互联网、大数据、云技术、物联网、人工智能等新一代信息技术的出现为传统的制造系统的创新，实现传统制造到智能制造的跨越创造了条件。我国【2016-2020年】智能制造发展规划纲要已经明确指出：“智能制造在全球范围内的快速发展，已经成为制造业重要发展趋势，对产业发展和分工格局带来深刻影响。”智能制造是全新的、跨界的、也是全球的。三、智能制造是全新制造系统智能制造概述四、智能制造是全新制造系统制造现代化是一个发展的动态进程，由一种技术取代另一种，推动工业制造不断迭代。因此，只有从动态的视角、发展的眼光来审视智能制造才能科学的学习和掌握其形成的规律、特点、本质。智能制造是信息化与工业化高度融合的新一代制造系统，是将传统的制造主体、制造技术、制造装备与现代信息化技术有机融合并将机器赋予智能与人类智慧融为一体而诞生的全新制造系统。智能制造主要包括：信息物理系统CPS、高精度感知控制、虚拟设备集成、云计算、大数据和新型人机交互等多项核心技术。智能制造概述五、智能制造解决的问题1）全面改变设计与制造关系，让设计与制造之间“互认互联互通”，实现在线设计与在线制造的“无缝对接”。2）减少制造成本和生产周期。

通过数据集成和大数据分析，形成最优制造策略，达到优化配置生产要素的目的，从而实现节约成本、提高生产效率的管理目标。传统自动化生产布局是层级式，而智能制造是网络式，它实现自我组织的产线平台，最大限度提高生产效率，同时保证设备的健康安全。智能制造是基于CPS（信息物理系统）自动化智能制造概述3）提供快速、有效、批量个性化的产品和服务。互联网使用户可以在线参与体验设计过程，实现个性化的需求接受，而制造的智能化过程可以实现“批量的个性化定制生产”，这个批量不仅仅是“数量”的概念，而是快速生产的效率含义。以往，企业最不愿意做的业务就是”小批量多品种“，而智能制造就是要解决这个问题，从而提高了企业的竞争力。智能制造概述（1）生产设备的智能化升级（2）建立统一的工业通信网络（3）构建资源共享的信息化平台（4）实现生产全过程的自动监控和产品数据跟踪系统（5）基于互联网的支撑协同研发平台六、实现智能制造过程企业完成基本任务智能制造概述智能制造概述七、智能化制造的特征

智能制造信息（大数据）集成是智能制造技术的应用核心，根据阿什比理论，“应对生态的多样性，只有通过生产组织的复杂体系才能适应”。它具有以下六个基本特征：主动适应环境变化，与环境要求适度交互匹配；制造过程中数据代替人工而减少直接干预，而多用智能设备替代；人员单一管理生产或设备向系统智能管理进化；对生产过程进行再设计，智能系统再优化和系统再创造；对外部参数及系统的及时反馈与智能响应；虚拟制造技术与现实制造有机结合结合；智能制造概述八、智能制造核心特征智能制造的核心特征是三个集成：一是企业内部的纵向集成，实现企业生产到管理的信息共享和优化管理。二是企业外部的横向集成，实现外部供应链的信息共享和管理优化。三是产品端到端的集成，实现客户个性化批量定制。

第二节工业4.0一、工业4.0概述工业4.0背景

工业化始于18世纪末机械制造设备的引进，那时像纺织机这样的机器彻底改变了货物的生产方式。

继第一次工业革命后的第二次工业革命大约开始于20世纪之交，在劳动分工的基础上，采用电力驱动产品的大规模生产。

20世纪70年代初，第三次工业革命又取代了第二次工业革命，并一直延续到现在。第三次工业革命引入了电子与信息技术（IT），从而使制造过程不断实现自动化，机器不仅接管了相当比例的“体力劳动”，而且还接管了一些“脑力劳动”。

德国将机械化、电力化和计算机技术分别定性为工业1.0，2.0，3.0.工业4.0工业4.0背景

现在将互联网、物联网和云服务等新一代信息技术应用到制造业正在引发第四次工业革命即工业4.0。因此，工业4.0是整个科学技术发展到今天的产物，也是一个逐渐演变的过程。如图1-3（由智慧工厂到智能生产看工业4.0）二、工业4.0的任务

（1）标准化和参考架构（2）管理复杂系统（3）为工业建立全面宽频的基础设施（4）安全和保障（5）工作的组织和设计（6）培训和持续的专业发展（7）监管框架（7）资源利用效率

三、工业4.0的特征及聚焦的重点

特征一：制造中采用物联网和服务；基于物联网和服务互联网智慧工厂的架构；工业4.0特征特征二：

满足个性化的需求；面向客户的APP商店；工业4.0特征特征三：智能制造的人机一体化协同创造.；

工业4.0特征特征四：工业4.0综合创新中心工业4.0特征特征五：资源有效利用，实现绿色可持续发展工业4.0特征特征六：通过新的服务创造价值；

德国工业4.0特征特征七：人与制造系统之间的互动协作三、工业4.0的特征及聚焦的重点工业4.0将重点聚焦1）引领智能化机械和设备制造的的市场。2）全球瞩目的IT集群地。3）嵌入式系统和自动化工程领域领先的创新者。4）高度熟练和高素质的劳动者。5）供应商和用户间距离相近且在某些领域紧密的合作。6）先进的研究基地和人才培训基地。7）通过价值网络实现的横向集成。8）贯穿整个价值链端到端的工程数字化集成。9）垂直集成和网络化制造系统。工业4.0未来发展领域1.智能工厂工业4.0未来发展领域2.智能化产品工业4.0未来发展领域3

、个性化定制产品工业4.0发展领域4，高度人性化（制造岗位的灵活设置）工业4.0未来发展领域5.基于信息安全下的云平台工业4.0未来发展领域6、工业4.0将发展出全新的商业模式合作模式；工业4.0往往被冠以诸如“网络化制造”、“自我组织适应性强的物流”和“集成客户的制造工程”等特征；它将产生新的组织系统及专业的供应商；工业4.0总结工业4.0总结多品种小批量的定制化同时实现敏捷生产是工业4.0的目的；基于信息通信技术实现智能工厂和绿色生产；信息物理系统，物联网，互联网等产生大数据，通过集成处理大数据实现优化高效的制造；基于信息物理系统的工业辅助实现对智能制造的新一代工人的培养；概述第三节、智能制造技术认知智能制造技术认知

智能制造是从数字制造、数字网络化制造和智能制造三个基本模式迭代而生产的。数字制造是智能制造的基础，贯穿于三个基本模式，并不断发展；数字网络化制造将数字化制造提高到一个新的水平，可实现各种资源的集成与协同优化，重塑制造业的价值链；智能制造是在前两种模式的基础上，通过先进制造技术与新一代信息技术融合所发挥的决策性作用，使得制造具有了真正意义上的智能价值，是新一轮工业革命的核心技术。

智能制造说到底就是新的信息技术与制造技术的融合。智能制造技术认知智能制造技术认知

（一）智能数控加工装备

智能制造技术认知（二）智能装备自我决策智能制造系统利用大数据、虚拟仿真优化等决策资源，实现生产过程的可视化、数据信息的动态化和决策指令的自动闭环。以下列举了智能决策的