智能生产线应用与虚拟仿真调试课程课件 1.智能生产线发展与应用状况分析

智能生产线发展与应用状况分析智能生产线综合实训知识准备项目描述任务评价1.11.31.5目录任务实施工作任务书任务拓展1.21.41.6练习题1.7学习成果工作任务1.1.11.1.31.1项目描述学习目标任务要求1.1.21.1.41.1.1工作任务21世纪以来，世界上主要国家都非常重视制造业发展战略。无论是德国的“工业4.0”、美国的“工业互联网”，还是日本的“智能制造系统”，都是根据各自国情为本国工业制定的系统性规划。我国作为智能制造产业大国，在党的二十大中指出，建设现代化产业体系，坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，推进新型工业化，加快建设制造强国、质量强国、航天强国、交通强国、网络强国、数字中国。习近平总书记强调，要牢牢抓住振兴制造业特别是先进制造业，不断地推进工业现代化，推进中国制造向中国创造转变、中国速度向中国质量转变、制造大国向制造强国转变。本项目通过对智能制造的概念、应用领域、内涵及核心价值、系统架构及标准体系、核心及关键技术和构成要素的学习，结合网上查阅智能生产线的相关文献资料，并实地考察了某公司的智能生产线，采用线上与线下并行的方式，完成对某公司智能生产线发展前景及应用状况分析的企业调查报告。如下图1-1为智能生产线的系统框架。图1-1智能生产线的系统框架1.1.2任务要求1.采取线上与线下相结合的方式，对华智集团的智能生产线进行考察调研2.根据调研数据，撰写智能生产线发展与应用状况的企业调查报告1.1.3学习成果通过了解智能制造的概念、内涵、核心价值、构成要素、系统框架及关键技术等相关知识，通过去某公司实地调研考察，最后，完成智能生产线发展与应用状况的企业调查报告。1.1.4学习目标图1-2学习目标1.2工作任务书1.2工作任务书智能制造系统的构成要素智能制造概念1.3.11.3.31.3知识准备智能制造系统架构及标准体系智能制造内涵及核心价值1.3.21.3.4智能制造核心技术及关键技术1.3.5智能制造的应用领域1.3.6智能制造概念1.3.1智能制造概念1．国外对于智能制造的定义1）欧洲智能制造联盟（EFFRA）：欧洲智能制造联盟将智能制造定义为“通过智能化、网络化和数字化技术来提高制造业的竞争力，实现更灵活、智能、可持续和个性化的生产。”2）国际智能制造标准组织（ISO/IECJTC1）：ISO/IECJTC1将智能制造定义为“利用信息技术和先进的制造技术来提高制造业的效率、灵活性、可持续性和竞争力。”3）德国工业4.0战略：德国的工业4.0战略将智能制造视为“通过数字化技术实现物理世界和虚拟世界的融合，从而实现高度灵活和高度个性化的生产。”智能制造概念2.国内对于智能制造的定义1）中国工程院：中国工程院将智能制造定义为“利用信息技术推动传统产业转型升级，提高资源利用效率和经济效益，增强产业创新能力和核心竞争力的一种制造模式。”2）中国智能制造产业联盟：该联盟将智能制造定义为“利用物联网、云计算、大数据、人工智能等技术实现生产自动化、智能化、网络化、服务化的新型制造模式。”3）《中国制造2025》：《中国制造2025》将智能制造定义为“以信息技术、智能化技术为核心，以产业化、网络化、智能化为特征，推动制造业转型升级的新一轮技术革命和产业变革。”4）中国科学院自动化研究所：该研究所将智能制造定义为“利用先进的信息技术、网络技术、智能技术等，通过智能化、网络化、数字化等手段，实现制造过程的智能化和自动化。”智能制造内涵及核心价值1.3.21.关于智能制造的内涵1）技术内涵：智能制造依赖于一系列先进技术的集成应用，包括物联网（IoT）、大数据分析、人工智能（AI）、机器学习、云计算、自动化控制、3D打印等。这些技术共同构建了智能制造的基础设施和生产环境。2）智能化内涵：智能制造的核心是实现生产过程的智能化，即通过数据驱动的方式实现自动化、自适应性和自学习的生产模式。这包括智能生产计划、智能设备、智能监控与诊断、智能协作机器人等。3）网络化内涵：智能制造强调生产要素之间的高度连接和信息共享，构建了一个网络化的生产系统。这包括设备之间的连接、企业内部各环节的协同、企业与供应链之间的联动等。4）数字化内涵：智能制造实现了生产数据的数字化采集、存储、处理和分析，将生产过程转化为数字化的信息流。这不仅提高了生产过程的透明度和可控性，也为智能决策和优化提供了数据支持。5）灵活化内涵：智能制造注重生产过程的灵活性和适应性，能够快速响应市场需求变化、产品定制化需求等。这包括生产线的柔性设计、智能物流调度、生产资源的动态配置等。6）服务化内涵：智能制造不仅关注产品的制造过程，还关注与产品相关的服务，如售后服务、维护保养等。智能制造将生产与服务相结合，实现了全生命周期的价值提升。智能制造内涵及核心价值智能制造内涵及核心价值2.关于智能制造的核心价值1）提高生产效率：智能制造通过自动化、智能化的生产流程，能够大幅提升生产效率。自动化设备和智能系统可以实现高速、精准、连续的生产，减少人为操作，从而降低生产成本、提高产能。2）优化资源利用：智能制造可以通过数据分析和智能调度，实现对生产资源的最优配置和利用，减少浪费，提高资源利用效率。这包括人力资源、原材料、能源等资源的优化利用。3）产品质量提升：智能制造引入了智能监控、自动检测等技术手段，能够及时发现生产过程中的问题，并采取措施进行调整，从而保障产品质量，降低次品率。4）实现个性化定制：智能制造的灵活性和智能化生产系统，使得生产能够更加灵活地满足不同客户的个性化需求。通过数字化生产和柔性制造，可以实现批量生产和定制生产的有机结合。5）降低生产风险：智能制造通过实时监控和数据分析，能够及时发现生产过程中的异常情况，并采取预警和应对措施，降低生产风险，提高生产稳定性和可靠性。6）促进产业升级：智能制造作为新一代制造模式，能够推动传统产业向高端、智能化方向升级，提升产业竞争力，促进产业结构优化和产业转型升级。智能制造系统的构成要素1.3.31．传感器与执行器传感器用于采集生产过程中的各种数据，如温度、压力、速度等参数，而执行器则用于根据系统的指令执行相应的操作，实现自动化控制。2．物联网（IoT）设备物联网设备通过连接传感器、执行器和其他设备，实现设备之间的信息共享和数据交换，构建起一个连接各个环节的物理网络。3．数据采集与处理系统数据采集与处理系统负责将从传感器和物联网设备中采集到的数据进行整合、处理和分析，提取有用的信息，为智能决策提供数据支持。4．人工智能（AI）和机器学习算法人工智能和机器学习算法用于分析和挖掘大数据，发现数据中的规律和模式，并基于这些信息进行智能决策和优化调整。智能制造系统的构成要素5．云计算服务平台云计算服务平台提供了大规模的计算和存储资源，支持数据的存储、处理和分析，同时还能够实现多地点的协同工作和远程管理。6．数字化双胞胎（DigitalTwin）数字化双胞胎是物理系统的数字化映像，通过实时数据更新，反映物理系统的状态和行为，可以用于模拟和优化生产过程。7．智能控制系统智能控制系统根据从数据采集与处理系统获取的信息，采取相应的控制策略，调整生产过程的参数，实现生产过程的智能化和自动化。8．信息安全与隐私保护智能制造系统中涉及大量的数据交换和信息共享，因此信息安全和隐私保护成为至关重要的要素，包括网络安全、数据加密、权限控制等。智能制造系统的构成要素智能制造系统架构及标准体系1.3.4智能制造系统架构及标准体系1.智能制造系统架构智能制造系统架构从生命周期、系统层级和智能特征等3个维度对智能制造所涉及的要素、装备、活动等内容进行描述，主要用于明确智能制造的标准化对象和范围。智能制造系统架构及标准体系2.生命周期生命周期涵盖从产品原型研发到产品回收再制造的各个阶段。其中包括设计、生产、物流、销售、服务。设计是指根据企业的所有约束条件以及所选择的技术来对需求进行实现和优化的过程。生产是指将物料进行加工、运送、装配、检验等活动创造产品的过程。物流是指物品从供应地向接收地的实体流动过程。销售是指产品或商品等从企业转移到客户手中的经营活动。服务是指产品提供者与客户接触过程中所产生的一系列活动的过程及其结果。智能制造系统架构及标准体系3.系统层级系统层级是指与企业生产活动相关的组织结构的层级划分，包括设备层、单元层、车间层、企业层和协同层。设备层是指企业利用传感器、仪器仪表、机器、装置等，实现实际物理流程并感知和操控物理流程的层级。单元层是指用于企业内处理信息、实现监测和控制物理流程的层级。车间层是实现面向工厂或车间的生产管理的层级。企业层是实现面向企业经营管理的层级。协同层是企业实现内部和外部信息互联和共享，实现跨企业间业务协同的层级智能制造系统架构及标准体系4.智能特征智能特征是指制造活动具有的自感知、自决策、自执行、自学习、自适应之类功能的表征，并且包括资源要素、互联互通、融合共享、系统集成、新兴业态等智能化要求智能制造系统架构及标准体系5.基础共性标准基础共性标准主要用于统一智能制造相关概念，解决智能制造基础共性关键问题。其主要包括的内容如下：（1）通用标准主要包括术语定义、参考模型、元数据与数据字典、标识等4个部分。（2）安全标准主要包括功能安全、网络安全等2个部分。（3）可靠性标准主要包括工程管理、技术方法等2个部分。（4）检测标准主要包括检测要求、检测方法、检测技术等3个部分。（5）评价标准主要包括指标体系、能力成熟度、评价方法、实施指南等4个部分。（6）人员能力标准主要包括智能制造人员能力要求、能力评价等2个部分。智能制造系统架构及标准体系6.关键技术标准关键技术标准主要包括智能装备、智能工厂、智慧供应链、智能服务、智能赋能技术和工业网络等6个部分。（1）智能装备标准主要新增了自动识别设备、检验检测装备及其它等3个部分。（2）智慧供应链标准主要新增了供应链建设、供应链管理、供应链评估等3个部分。（3）智能赋能技术标准主要新增了数字孪生、区块链等2个部分。（4）工业网络标准主要新增了工业网络融合、工业网络资源管理等2个部分。智能制造系统架构及标准体系7.行业应用标准（1）行业应用标准主要包括船舶与海洋工程装备、建材、石化、纺织、钢铁、轨道交通、航空航天、汽车、有色金属、电子信息、电力装备及其他等12个部分。（2）发挥基础共性标准和关键技术标准在行业标准制定中的指导和支撑作用,注重行业标准与国家标准间的协调配套,结合行业特点,重点制定规范、规程和指南类应用标准,进一步推进或完善行业智能制造标准体系;分析轻工、食品行业、农业机械、工程机械、核能、民爆等智能制造标准化重点方向。智能制造核心技术及关键技术1.3.5智能制造核心技术及关键技术1.工业机器人（1）工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有柔性好，自动化程度高、可编程性好，通用性强等特点。

（2）智能控制是一类能独立的驱动智能机器实现其目标的自动控制，智能机器是能在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务的机器。智能制造核心技术及关键技术2.智能调度和工业互联网平台（1）调度问题的基本描述是“如何把有限的资源在合理的时间内分配给若干个任务,以满足或优化一个或多个目标”。智能调度就是充分应用有关问题域的知识，尽可能减少组合爆炸，使得最佳调度或组合问题获得有效解决的调度方法。（2）工业互联网即借助飞速发展的信息技术,在更高的层次将生产所涉及的离散信息联结起来,利用大数据分析技术,优化生产过程,提高智能制造水平。智能制造的应用领域1.3.6智能制造的应用领域智能制造的应用领域（1）智能产品（2）智能服务（3）智能装备（4）智能产线（5）智能车间（6）智能工厂（7）数字化工厂（8）智能研发

智能制造是实现整个制造业价值链的智能化和创新，是信息化与工业化深度融合的进一步提升。智能制造融合了信息技术、先进制造技术、自动化技术和人工智能技术。智能制造包括开发智能产品；应用智能装备；自底向上建立智能产线，构建智能车间，打造智能工厂；形成智能物流和供应链体系；开展智能管理；推进智能服务；最终实现智能决策。（9）智能管理（10）智能物流和供应链（11）智能决策企业调查报告的步骤1.4.11.4任务实施企业调研情况完成调查报告表1.4.2企业调查报告的步骤1.4.1企业调查报告的步骤通过前面知识准备的学习，已经对智能制造的相关知识有了新的认识。下面按照调查报告的规范流程，完成关于智能生产线发展与应用状况的企业调查报告，最后企业调查报告以表格的形式来体现。企业调查报告的步骤如下：1.调查目的通过调查报告，了解智能生产线的发展现状，掌握智能生产线发展的时事动向，预测智能生产线发展的前景趋势。2.调查对象开展调研的企业是某公司，该企业主要的业务是以工业互联网平台为核心载体，聚焦设备互联、制造协同、运营管控、数据智能等应用场景，为企业提供开放、灵活、易用、安全的工业产品与解决方案。已服务于能源化工、装备制造、汽车零部件等多个行业，其平台和产品解决方案已应用于多个国家级的试点示范项目或新模式应用。3.调查内容通过去某公司参观调研，主要参观了华智集团的智能生产车间，了解了目前智能生产线的发展现状，通过和企业专家交流，了解了未来智能生产线的发展趋势。企业调查报告的步骤4.调查方式采用线上与线下相结合的方式进行企业调查。通过电话和网络查询的方式对企业进行调查了解，同时去企业实地考察，了解企业的企业文化、发展状况、主要业务、核心技术等相关调查。5.调查时间于20XX年X月XX日到某公司进行实地考察学习。6.调查结果某公司，基于云平台架构模块化可配置开发，横跨行业，纵跨专业，已为不同制造企业提供快速应用和实施部署解决方案，赋能制造企业以低成本、高效率数字化转型升级，重构企业生产、管理、经营模式。主要业务包括设备互联网、制造协同层、运营管理层、数据智能层、数字孪生技术等业务，尤其在大数据方面，在智能制造企业中处于国际领先地位。企业调研情况完成调查报告表1.4.2调研方案企业调研情况完成调查报告表调研报告是一种系统性的研究方法，通过收集、整理和分析相关数据，以达到了解、解释和预测某一现象或问题的目的。调查报告在各个领域都有广泛的应用，无论是商业、社会科学还是医学等领域，都离不开调查报告的支持。（1）掌握问题的实际情况（4）解决问题和推进发展（2）提高决策的科学性和准确性（5）提高竞争力（3）推动科学研究和创新（6）提高工作效率和质量调研方案的意义任务评价1.5任务评价任务拓展1.6任务拓展通过对智能制造相关知识的学习，并去企业实地考察，掌握了调研报告的书写形式，完成了智能生产线发展与应用状况的调研报告。同时，为撰写类似的企业调查报告提供了参考。下面可以按照上述调查报告的撰写思路，完成智能工厂的发展与应用状况调研报告。小结智能制造系统的构成要素（重点）智能制造核心技术及关键技术（重点）智能制造系统架构及标准体系（难点）智能制造业调查报告表练习题1.7习题