智能制造導論 課件第2章 智能制造的標志性技術

多媒體教學課件智能制造導論WT制作智能制造導論第1章緒論第2章智能制造的標志性技術第3章智能加工工藝第4章智能制造生產(chǎn)管理第5章智能制造物流管理暨其他管理第6章智能制造案例第7章智能制造的發(fā)展前景展望WT制作智能制造的標志性技術

加快數(shù)字中國建設，就是要適應我國發(fā)展新的歷史方位，全面貫徹新發(fā)展理念，以信息化培育新動能，用新動能推動新發(fā)展，以新發(fā)展創(chuàng)造新輝煌。——習近平第2章2.1.1

機器視覺技術

機器視覺技術是指用計算機實現(xiàn)人的視覺功能，也就是用計算機來實現(xiàn)對客觀的三維世界的識別。2.1

實現(xiàn)智能制造的基礎技術

機器視覺技術涉及人工智能、神經(jīng)生物學、心理物理學、計算機科學、圖像處理和模式識別等多個技術領域。

機器視覺系統(tǒng)是一種非接觸式的光學傳感器，它同時集成軟硬件，能夠自動地從所采集的圖像中獲取信息或者產(chǎn)生控制動作。該系統(tǒng)主要由三部分組成：圖像的采集（信息拾?。?、圖像的處理和分析（特征提取、模式識別和數(shù)據(jù)融合）、輸出或顯示。1.機器視覺系統(tǒng)的組成光源光學系統(tǒng)機器視覺系統(tǒng)的組成圖像捕捉系統(tǒng)圖采集卡圖像信號處理控制系統(tǒng)與執(zhí)行機構圖像的接收與模數(shù)轉換模塊相機控制輸入輸出接口總線接口2.機器視覺系統(tǒng)的工作原理及工作過程

視覺系統(tǒng)輸出的是經(jīng)過運算處理后的檢測結果，而并非視頻信號。視覺系統(tǒng)首先將相機攝取的目標轉換成圖像信號，然后傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)；圖像處理系統(tǒng)根據(jù)像素分布、亮度和顏色等信息，通過模數(shù)轉換器轉換成數(shù)字信號；接著圖像系統(tǒng)對這些數(shù)字信號進行各種運算來提取目標的面積、長度、數(shù)量和位置等特征；緊接著根據(jù)預設的容許度和其他條件輸出尺寸、角度、偏移量、個數(shù)、合格/與否等結果；最后控制系統(tǒng)實時獲得檢測結果后，指揮執(zhí)行機構進行相應的控制運動動作。

當工件定位檢測器探測到有物體已經(jīng)運動至接近攝像系統(tǒng)的視野中心時，立即向圖像采集部分發(fā)送觸發(fā)脈沖。

圖像采集部分按照事先設定的程序和延時，分別向攝像機和照明系統(tǒng)發(fā)出啟動指令。

相機完成一幀掃描后即停止掃描，而后重新開始新的一幀掃描；或者相機在啟動脈沖來到之前處于等待狀態(tài)脈沖，待啟動脈沖到來后再啟動新一幀掃描。事先設定曝光時間，相機開始新的一幀掃描之前打開曝光機構。

另一個啟動脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時間應該與相機的曝光時間匹配。一個完整的機器視覺系統(tǒng)的主要工作過程如下待續(xù)相機曝光后，正式開始一幀圖像的掃描和輸出。

圖像采集部分接收模擬視頻信號，通過A-D轉換將其數(shù)字化，或者直接接收相機數(shù)字化后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。圖像采集部分將數(shù)字圖像存放在處理器或計算機的內(nèi)存中。

處理器對圖像進行處理、分析和識別，獲得測量結果或邏輯控制值。處理結果控制流水線的動作、進行定位、糾正運動的誤差等。續(xù)前

大多數(shù)系統(tǒng)監(jiān)控對象都是運動物體，系統(tǒng)與運動物體的西配和協(xié)調(diào)動作尤為重要，所以給系統(tǒng)各部分的動作時間和處理速度帶來了嚴格的要求3.智能工廠對機器視覺的需求

機器視覺在智能制造工廠可以有效增加產(chǎn)能、提高產(chǎn)品合格率。當選擇應用小型機器視覺系統(tǒng)時，傳統(tǒng)工業(yè)智能相機的優(yōu)勢是體積小、集成度高、便于開發(fā)使用；嵌人式機器視覺系統(tǒng)的優(yōu)勢在于配置相當有彈性，可配備較高等級的CPU處理器，支持多通道相機，擴展性強。

選用機器視覺系統(tǒng)時，需要考慮以下因素處理器計算性能圖像傳感器的優(yōu)劣生產(chǎn)線環(huán)境軟件開發(fā)環(huán)境2.1.2

射頻識別技術

在RFID系統(tǒng)中，射頻識別部分主要由閱讀器和應答器兩部分組成，閱讀器與應答器之間的通信采用無線的射頻方式進行耦合，主要靠能量、時序和數(shù)據(jù)三個方面來完成交互。閱讀器產(chǎn)生射頻載波為應答器提供工作所需能量閱讀器與應答器之間通常采用詢問一應答的方式進行信息交互，兩者必須遵循嚴格的時序關系，該時序也由閱讀器提供

閱讀器與應答器之間可以實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換，閱讀器通常采用載波間隙、脈沖位置調(diào)制、編碼解調(diào)等方法向應答器傳送命令和數(shù)據(jù)；應答器存儲的數(shù)據(jù)信息則采用對載波的負載調(diào)制方式向閱讀器傳送。

1.射頻識別技術的基本原理閱讀器應答器

能量時序數(shù)據(jù)

射頻識別具有如下特點通過電磁耦合方式實現(xiàn)非接觸自動識別需用無線電頻率資源，并且須遵守無線電頻率使用的眾多規(guī)范由于存放的識別信息是數(shù)字化的，因此通過編碼技術可以方便實現(xiàn)多種應用可以方便地進行組合建網(wǎng)，以完成多種規(guī)模的系統(tǒng)應用涉及計算機、無線數(shù)字通信、集成電路和電磁場等眾多學科

應用RFID技術的優(yōu)勢

實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的自動化和實時化，克服企業(yè)計劃層與控制層間的“信息斷層”，及時掌握生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)線生產(chǎn)狀態(tài)

有效地跟蹤、控制和管理生產(chǎn)所需的資源及在制品的狀態(tài)，增強生產(chǎn)現(xiàn)場物料配送的及時性和準確性，對生產(chǎn)過程實現(xiàn)透明化和可視化管理

加強生產(chǎn)過程質(zhì)量監(jiān)控和跟蹤能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)線整體生產(chǎn)效率；借助RFID技術在識別、感知、聯(lián)網(wǎng)和定位等方面的強大功能，將其應用于復雜零件制造過程管理，可有效提升其制造效率和品質(zhì)，降低裝配差錯率2.射頻識別技術在智能制造中的應用RFID技術在智能制造中的應用基于RFID技術的數(shù)字化車間管理基于RFID技術的智能產(chǎn)品全生命周期管理基于FDID技術的制造物流智能化

RFID技術應用于智能制造領域，將加快智能制造領域的技術創(chuàng)新，促進智能制造技術的快速發(fā)展，拓展智能制造的研究領域，逐步減少高品質(zhì)產(chǎn)品制造對專家的依賴性，徹底改變現(xiàn)有的生產(chǎn)方式和制造業(yè)競爭格局。2.1.3智能檢測技術

科學技術的迅猛發(fā)展為實現(xiàn)檢測技術的現(xiàn)代化創(chuàng)造了條件，主要表現(xiàn)在三個方面

新原理、新材料、新工藝的研究成果將產(chǎn)生更多品質(zhì)優(yōu)良的新型傳感器。帶處理器的智能化儀表的出現(xiàn)。

國防工業(yè)和工業(yè)控制大量使用的結構型傳感器正向高穩(wěn)定性、高可靠性和高精度方向發(fā)展，并且將敏感元件和電路組裝在一起，向著有源化方向發(fā)展，減小了裝置體積、提高了信噪比和精度。1.檢測技術概述工業(yè)過程檢測具有如下特點被測對象形態(tài)多樣。有氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)介質(zhì)及其混合體，也有的被測對象具有特殊性質(zhì)。被測參數(shù)性質(zhì)多樣。被測變量的變化范圍寬。2.工業(yè)過程檢測檢測方式多種多樣。檢測環(huán)境比較惡劣。利用計算機及相關儀器，實現(xiàn)智能化和自動化的檢測過程。除了前面所述機器視覺系統(tǒng)、射頻識別技術外，還包括利用聲、光、磁和電等特性，不損害或不影響被檢對象使用性能的無損檢測無損檢測技術具有非破壞性、全面性、全程性、可靠性的特點3.智能檢測超聲波檢測射線檢測磁粉檢測在介質(zhì)中傳播時，遇到界面會發(fā)生反射指向性好，頻率越高，指向性越好傳播能量大，對各種材料的穿透力較強

智能檢測系統(tǒng)和所有的計算機系統(tǒng)一樣，由硬件、軟件兩大部分組成。智能檢測系統(tǒng)的硬件部分主要包括各種傳感器、信號采集系統(tǒng)、處理芯片、輸入輸出接口與輸出隔離驅(qū)動電路。智能檢測系統(tǒng)中的傳感器（詳見節(jié)點4）4.智能檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集智能儀器的基本結構智能儀器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢智能儀器的硬件部分主要包括主機電路、模擬量輸入／輸出通道、人機接口電路、標準通信接口等智能儀器的軟件部分主要包括監(jiān)控程序和接口管理程序兩部分待續(xù)智能儀器的人機接口虛擬儀器概說問答對話式續(xù)前專用指令語言式菜單式預定義式盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器智能傳感器與網(wǎng)絡智能傳感器

傳感器通過信號調(diào)理電路與微處理器賦予智能的結合，兼有信息檢測與信息處理功能的傳感器就是智能傳感器。5.智能檢測新技術智能傳感器的功能特點提高了檢測的準確度可設置靈活的檢測窗口多種輸出形式及數(shù)字通信接口快捷方便的按鈕編程具有學習功能具有自診斷功能開發(fā)新應用更經(jīng)濟、更方便待續(xù)智能傳感器網(wǎng)絡化的實現(xiàn)利用現(xiàn)場總線技術利用Intranet/Internet技術續(xù)前2.1.4智能傳感器

傳感技術以傳感器為核心逐漸外延，與測量學、電子學、光學、機械、材料學和計算機科學等多門學科密切相關，由多種技術相互滲透、相互結合而形成的新技術密集型工程技術，是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的基礎?，F(xiàn)代傳感技術與現(xiàn)代信息技術的另外兩個支柱部分——信息傳輸技術、信息處理技術正逐漸融為一體，其內(nèi)涵已發(fā)生深刻變化。1.傳感器的定義及其組成

國家標準GB/T7665—2005對傳感器的定義：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”傳感器是測量裝置，能完成檢測任務。

傳感器的輸出量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等。

它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電學量，但主要是電學量。輸出與輸入有對應關系，且應有一定的精確程度。2.傳感器的分類分類方法具

體

分

類按傳感器的物理量分類分為位移、力、速度、溫度、濕度、流量、氣體成分等傳感器按傳感器的工作原理分類分為電阻、電容、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類分為輸出為“1”“0”或“開”“關”等開關量的開關型傳感器；輸出為模擬量的模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器根據(jù)傳感器的能量轉換情況分類分為能量控制型傳感器和能量轉換型傳感器，前者需要外電源供給，后者主要由能量變換元件構成，不需要外電源常用傳感器熱電傳感器（將溫度轉換成電量的裝置）應變式傳感器（利用電阻應變效應將應變轉換成電阻的相對變化）電感式傳感器（基于電磁感應原理將被測量轉換成電感量變化的裝置）電感式傳感器（基于電磁感應原理將被測量轉換成電感量變化的裝置）電容式傳感器（將被測量轉換成電容量變化的裝置）壓電式傳感器（利用某些材料的壓電效應將力轉變?yōu)殡姾苫螂妷狠敵觯┐烹娛絺鞲衅鳎ㄟ^磁電作用將被測量轉換為電信號）電式傳感器（用光電元件將光能轉換成電能的一種裝置）聲波傳感器（利用超聲波的傳播特性進行工作的，其輸出為電信號）新型傳感器

光纖傳感器（分為利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的功能型傳感器和光纖僅僅起傳輸光波的作用而必須在光纖端面或中間加裝其他敏感元件才能構成傳感器的傳光型傳感器）紅外傳感器（將輻射能轉換為電能的一種傳感器，又稱為紅外探測器）氣敏傳感器（能將被測氣體濃度轉換為與其成一定關系電量輸出的裝置）

生物傳感器（利用生物或生物物質(zhì)做成的、用以檢測與識別生物體內(nèi)的化學成分的傳感器）機器人傳感器（能將機器人目標物特性或參量變換為電量輸出的裝置）智能傳感器（帶有微處理機且兼有信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯恩維與判斷功能的傳感器）數(shù)字傳感器（能把被測模擬量直接轉換成數(shù)字量輸出的傳感器）輸出線性度靈敏度輸出平滑性降功耗曲線遲滯重復性分辨率與閾值穩(wěn)定性漂移3.傳感器的技術指標精確度

帶有微處理器的、兼有信息檢測、信號處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器，即將傳統(tǒng)的傳感器和微處理器及相關電路組成一體化的一種結構，可以對信號進行檢測、分析、處理、存儲和通信，具備了人類的記憶、分析、思考和交流的能力，即具備了人類的智能。4.智能傳感器智能傳感器的組成智能傳感器的功能具備功能具

體

內(nèi)

涵自校準功能操作者輸入零值或某一標準量值后，自校準軟件可以自動地對傳感器進行在線校準。自補償功能智能傳感器在工作中可以通過軟件對傳感器的非線性、溫度漂移響應時間等進行自動補償。自診斷功能智能傳感器在接通電源后，可以對傳感器進行自檢，檢查各部分是否正常。在內(nèi)部出現(xiàn)操作問題時，能夠立即通知系統(tǒng)，通過輸出信號表明傳感器發(fā)生故障，并可診斷出發(fā)生故障的部件。數(shù)據(jù)處理功能智能傳感器可以根據(jù)內(nèi)部的程序自動處理數(shù)據(jù)，如進行統(tǒng)計處理、剔除異常數(shù)值等。雙向通信功能智能傳感器的微處理器與傳感器之間構成閉環(huán)，微處理器不但能夠接收、處理傳感器的數(shù)據(jù)，還可以將信息反饋至傳感器，對測量過程進行調(diào)節(jié)和控制。信息存儲和記憶功能智能傳感器對輸入信息能夠分類進行儲存，并按要求進行保留（記憶）以備后查。數(shù)字信號輸出功能智能傳感器輸出數(shù)字信號，可以很方便地和計算機或接口總線相連。智能傳感器的特點利用微處理器能提高傳感器的線性度，且能對各種特性進行補償。提高測量可靠性，測量數(shù)據(jù)可存取，對異常情況可做出應急處理。對測量值進行各種零點自校準和滿度校正，測量精度及分辨率提高。靈敏度高，可進行微小信號的測量。具有數(shù)字通信接口，能與微型計算機直接連接，相互交換信息。能進行多參數(shù)、多功能的測量，是新型智能傳感器的一大特色。正朝著超小型化、微型化、微功耗、短、小、輕、薄的方向發(fā)展.智能傳感器的分類模塊式智能傳感器混合式智能傳感器集成式智能傳感器

智能控制是智能制造的基礎之一。智能控制系統(tǒng)的控制流程如圖所示。在整個控制系統(tǒng)中，控制器居于系統(tǒng)的核心地位。2.1.5

智能控制器智能控制的產(chǎn)生背景1.智能控制產(chǎn)生的背景及發(fā)展智能控制的重要意義傳統(tǒng)控制面臨的問題

系統(tǒng)的設計與分析是建立在精確的系統(tǒng)數(shù)學模型基礎上的，而實際系統(tǒng)由于存在復雜性、非線性、時變性、不確定性和不完全性等，一般無法獲得精確的數(shù)學模型。

研究這類系統(tǒng)時，必須提出并遵循一些比較苛刻的假設，而這些假設在應用中往往與實際不相吻合。

對于某些復雜的和包含不確定性的對象，根本無法以傳統(tǒng)數(shù)學模型來表示，即無法解決建模問題。

為了提高性能，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)可能變得很復雜，從而增加了設備的初投資和維修費用，降低了系統(tǒng)的可靠性。

應用要求進行創(chuàng)新，提出新的控制思想，進行新的集成開發(fā)，以解決未知環(huán)境中復雜系統(tǒng)的控制問題。自動控制工作者的任務

拓展視野，著力創(chuàng)新，發(fā)展新的控制概念和控制方法，采用非完全模型控制系統(tǒng)。

采用開始時知之甚少和不甚正確的，但可以在系統(tǒng)工作過程中加以在線改進，使之成為知之較多和日臻正確的系統(tǒng)模型。采用離散事件驅(qū)動的動態(tài)系統(tǒng)和本質(zhì)上完全斷續(xù)的系統(tǒng)。

從這些任務可以看出，系統(tǒng)與信息理論以及人工智能思想和方法將深入建模過程，不把模型視為固定不變的，而是視為不斷演化的實體。所開發(fā)的模型不僅含有解析與數(shù)值，而且包含定性和符號數(shù)據(jù)。它們是因果性的和動態(tài)的，高度非同步的和非解析的，甚至是非數(shù)值的。對于非完全已知的系統(tǒng)和非傳統(tǒng)數(shù)學模型描述的系統(tǒng)，必須建立包括控制律、控制算法、控制策略、控制規(guī)則和協(xié)議等理論。實質(zhì)上，這就是要建立智能化控制系統(tǒng)模型，或者建立傳統(tǒng)解析和智能方法的混合（集成）控制模型，而其核心就在于實現(xiàn)控制器的智能化。自動化控制的發(fā)展過程發(fā)展智能控制的意義為解決傳統(tǒng)控制無法解決的問題找到一條新的途徑。促進自動控制向著更高水平發(fā)展。激發(fā)學術界的思想解放，推動科技創(chuàng)新。為實現(xiàn)腦力勞動和體力勞動的自動化——智能化做出貢獻。為多種學派合作樹立了典范。智能控制的內(nèi)涵2.智能控制的內(nèi)涵及特點

智能控制是典型的多學科交叉的產(chǎn)物，智能控制涵蓋了人工智能、自動控制、運籌學、信息論、仿生學、系統(tǒng)論、心理學、計算機科學等眾多學科。其中，人工智能是智能控制產(chǎn)生和發(fā)展的重要基礎。

智能控制四元交集論，即認為智能控制是自動控制、人工智能、運籌學和信息論的交集，如圖所示。智能控制的功能特點學習功能適應功能自組織功能優(yōu)化功能

智能控制系統(tǒng)通過智能機自動地完成其目標的控制過程，其智能機可以在熟悉或不熱悉的環(huán)境中自動地或人機交互地完成擬人任務。智能控制的功能特點學習功能：能夠從外界環(huán)境中獲取信息，并進行識別、記憶和學習，通過不斷地積累知識和經(jīng)驗來逐步提高控制系統(tǒng)的性能。適應功能：在被控對象的動力學特性變化、外部環(huán)境變化、運行條件變化等情況下均能進行良好的控制，即使系統(tǒng)某一部分發(fā)生故障也能實現(xiàn)控制。自組織功能：對于復雜的任務和多種傳感器信息具有自行組織與協(xié)調(diào)的功能，當出現(xiàn)多目標時，可自行決策進行解決。優(yōu)化功能：能不斷優(yōu)化控制參數(shù)和控制系統(tǒng)的結構形式，以獲得最優(yōu)的控制性能。除以上功能外，控制系統(tǒng)還應具有相當?shù)脑诰€實時響應能力和友好人機界面。以保證人機互助和人機協(xié)同工作。智能控制與傳統(tǒng)控制的關系和差別

傳統(tǒng)的自動控制是建立在確定的模型基礎上的，而智能控制的研究對象則存在模型嚴重的不確定性，即模型未知或知之甚少。

傳統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)的輸入或輸出設備與人及外界環(huán)境的信息交換很不方便，而智能控制能夠更加深入而靈活地和系統(tǒng)進行信息交流，能夠用文字、圖紙、立體形象、語言等形式輸出信息。

傳統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)對控制任務的要求要么使輸出量為定值（調(diào)節(jié)系統(tǒng)），要么使輸出量跟隨期望的運動軌跡（跟隨系統(tǒng)），因此具有控制任務單一性的特點，而智能控制系統(tǒng)的控制任務可能比較復雜，它要求系統(tǒng)對一個復雜的任務具有自動規(guī)劃和決策的能力等。待續(xù)

傳統(tǒng)的控制理論對線性問題有較成熱的理論，而智能控制為解決復雜的非線性問題以及工業(yè)過程中動態(tài)的、在線運動的問題等找到了行之有效的途徑。

與傳統(tǒng)自動控制系統(tǒng)相比，智能控制系統(tǒng)具有足夠的關于人的控制策略、被控對象及環(huán)境的有關知識以及運用這些知識的能力；以知識表示的非數(shù)學廣義模型和以數(shù)學表示的混合控制過程，采用開、閉環(huán)控制和定性及定量控制結合的多模態(tài)控制方式；具有變結構特點，能總體自尋優(yōu)，具有自適應、自組織、自學習和自協(xié)調(diào)能力；具有補償及自修復能力和判斷決策能力。續(xù)前智能控制的主要研究內(nèi)容智能控制的基礎理論和方法研究智能控制體系結構的研究基于知識系統(tǒng)的專家控制基于模糊系統(tǒng)的智能控制基于神經(jīng)網(wǎng)絡的智能控制系統(tǒng)基于信息論和進化論的學習控制器研究基于感知信息的智能控制系統(tǒng)其他，如計算機智能集成制造系統(tǒng)、智能計算系統(tǒng)等基于學習及適應性的智能控制

基于個人計算機（PC）的控制系統(tǒng)：工業(yè)控制計算機和工業(yè)I/O接口板；

基于微處理器（MCU）的控制系統(tǒng)：包括單片機、嵌入式處理器和數(shù)字信號處理器（DSP）；基于可編程序邏輯控制器（PLC）的控制系統(tǒng)：順序控制；

其他控制系統(tǒng)：包括數(shù)控系統(tǒng)（NCS）、集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線系統(tǒng)（FCS）等。3.智能控制器的分類專家智能控制分級遞階控制模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡控制仿生智能控制仿生智能控制集成智能控制系統(tǒng)遺傳算法4.智能控制的幾個重要分支可編程序邏輯控制器的功能特點編程方法簡單功能強、性價比高可靠性高，抗干擾能力強系統(tǒng)的設計、安裝和調(diào)試工作量少維修工作量小，維修方便硬件配套齊全5.可編程序邏輯控制器可編程序邏輯控制器及其特點體積小、能耗低可編程序邏輯控制器的基本結構

CPU）是可編程序邏輯控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下完成邏輯運算、數(shù)學運算以及協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等任務。PLC中配置的CPU常用的有三類：通用微處理器，單片機芯片和位處理器。中央處理器接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等

通過輸入接口接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中從存儲器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過解釋后執(zhí)行

根據(jù)執(zhí)行的結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，通過輸出單元實現(xiàn)輸出控制CPU的功能存儲器區(qū)域按用途不同分為程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。在PLC中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。存儲器可讀/寫操作的隨機存儲器RAM只讀存儲器，又分為ROM（不能修改）、EPROM（紫外線可擦寫）和EEPROM（電可擦寫）三類

通過輸入接口可檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進行控制的依據(jù)；同時，PLC又通過輸出接口將處理結果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的。開關電源輸入/輸出單元電源外部裝置編程器（分簡易和智能兩種）可編程序邏輯控制器的工作模式PLC采用循環(huán)掃描工作模式復雜工業(yè)過程的智能控制機器人智能控制工程機械智能控制家用電器的智能控制6.智能控制器的應用1.制造自動化技術

制造自動化是指“大制造概念”的制造過程的所有環(huán)節(jié)采用自動化技術，實現(xiàn)制造全過程的自動化，也就是對制造過程進行規(guī)劃、運作、管理、組織、控制與協(xié)調(diào)優(yōu)化以使產(chǎn)品制造過程實現(xiàn)高效，優(yōu)質(zhì)，低耗、及時和潔凈的目標。制造自動化的概念

制造自動化的功能目標是多方面的，可用TQCSE功能目標模型描述。待續(xù)2.2

智能制造的支撐技術2.2.1

支撐智能控制的先進制造技術續(xù)前

制造自動化代表著先進制造技術的水平，促使制造業(yè)逐漸由勞動密集型產(chǎn)業(yè)向技術密集型和知識密集型產(chǎn)業(yè)轉變，以其柔性化、集成化、敏捷化、智能化、全球化的特征來滿足市場快速變化的要求，是制造業(yè)發(fā)展的重要表現(xiàn)和重要標志，也體現(xiàn)了一個國家的科技水平。功能目標具

體

內(nèi)

涵T表示時間（Time）指采用自動化技術，縮短產(chǎn)品制造周期，產(chǎn)品上市快．提高生產(chǎn)率。Q表示質(zhì)量（Quality）指采用自動化技術，提高和保證產(chǎn)品質(zhì)量。C表示成本（Cost）指采用自動化技術有效地降低成本，提高經(jīng)濟效益。S表示服務（Service）指利用自動化技術，更好地做好市場服務工作，也能通過替代或減輕制造人們的體力和腦力勞動，直接為制造人員服務。E表示環(huán)境（Environment）其含義是制造自動化應該有利于充分利用資源，減少廢棄物和環(huán)境污染，有利于實現(xiàn)綠色制造及可持續(xù)發(fā)展制造戰(zhàn)略。制造自動化技術發(fā)展的沿革發(fā)展階段具

體

體

現(xiàn)第一階段剛性自動化，包括自動單機和剛性自動線：本階段應用傳統(tǒng)的機械設計與制造工藝方法，采用專用機床和組合機床、自動單機或自動化生產(chǎn)線進行大批量生產(chǎn)。其特征是高生產(chǎn)率和剛性結構．很難實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品的改變。第二階段數(shù)控加工，包括數(shù)控（NC）和計算機數(shù)控（CNC）：數(shù)控加工設備包括數(shù)控機床、加工中心等。其特點是柔性好、加工質(zhì)量高，適應于多品種、中小批量（包括單件）產(chǎn)品的生產(chǎn)。第三階段柔性制造。本階段特征是強調(diào)制造過程的柔性和高效率，適應于多品種、中小批量的生產(chǎn)。涉及的主要技術包括成組技術（GT）、計算機直接數(shù)控和分布式數(shù)控（DNC）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、柔性加工線（FML）、離散系統(tǒng)理論和方法，仿真技術，車間計劃與控制、制造過程監(jiān)控技術、計算機控制與通信網(wǎng)絡等。第四階段計算機集成制造（CIM）和計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）：其特征是強調(diào)制造全過程的系統(tǒng)性和集成性，以解決現(xiàn)代企業(yè)生存與競爭的TQCSE問題。第五階段新制造自動化模式：智能制造、敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡制造、全球

制造和綠色制造。待續(xù)制造自動化研究的內(nèi)容研究方向具

體

內(nèi)

容單元系統(tǒng)的研究占有很重要的位置以一臺或多臺數(shù)控加工設備和物料儲運系統(tǒng)為主體的單元系統(tǒng)在計算機統(tǒng)一控制管理

下，可進行多品種、中小批量零件的自動化加工生產(chǎn)，它是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的重要組成部分，是自動化工廠車間作業(yè)計劃的分解決策層和具體執(zhí)行機構。制造過程的計劃和調(diào)度研究表明，一個機械零件在傳統(tǒng)的制造過程中，只有1％的時間在機床上，而在另外95％的時間里，零件是在不同的地方和不同的機床之間運輸或等待。減少這95％的時間，是提高制造生產(chǎn)率的重要方向；優(yōu)化制造過程的計劃和調(diào)度是減少95％的時間的主要手段。柔性制造技術研究FMS的研究已有較長歷史，目前的研究主要圍繞FMS的系統(tǒng)結構、控制、管理和優(yōu)化運行等方面進行。制造系統(tǒng)的系境技術和集成技術集成技術含制造系統(tǒng)中的信息集成和功能集成技術（如CIMS）、過程集成技術（如并行工程）、企業(yè)間集成技術（如敏捷制造）等；系統(tǒng)技術包括制造系統(tǒng)分析技術、制造系統(tǒng)建模技術、制造系統(tǒng)運籌技術、制造系統(tǒng)管理技術和制造系統(tǒng)優(yōu)化技術等。研究方向具

體

內(nèi)

容制造自動化系統(tǒng)中人的作用的研究人們通過對無人化制造自動化問題進行反思，對于人在制造自動化系統(tǒng)中有著機器無法替代的重要作用進行了重新認識，提出了“人機一體化制造系統(tǒng)”、“以人為中心的制造系統(tǒng)”等新思想，其內(nèi)涵就是發(fā)揮人的核心作用，將人作為系統(tǒng)結構中的有機組成部分，使人與機器處于優(yōu)化合作的地位．實現(xiàn)制造系統(tǒng)中人機集成的決策機制，以取得制造系統(tǒng)的最佳效益。適應現(xiàn)代生產(chǎn)模式的制造環(huán)境的研究當前，并行工程（ConcurrentEngineering）、精益生產(chǎn)（LeanProduction）、敏捷制造（AgileManufacturing）、虛擬制造（VirtualManufacturing）、仿生制造（BionicManufacturing）和綠色制造（GreenManufacturing）等現(xiàn)代制造模式的提出和研究，推動了制造自動化技術研究和應用的發(fā)展，適應了現(xiàn)代制造模式應用的需要。底層加工系統(tǒng)的智能化和集成化研究目前世界上IMS計劃中，提出了智能完備制造系統(tǒng)HMS（HolonicManufacturingSysterm，又稱合弄制造系統(tǒng)）。HMS是由智能完備單元復合而成，其底層設備具有開放、自律、合作、適應柔性、可知、易集成和魯棒性好等特性。另外，世界上剛剛出現(xiàn)的虛擬軸機床，變革了傳統(tǒng)機床的工作原理，在性能上更具許多獨特優(yōu)勢。又如快速原型制造（RapidprototypingManufacturing）是一種有利于實現(xiàn)集成制造的新技術。制造自動化技術的發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢具

體

體

現(xiàn)制造敏捷化敏捷化是制造環(huán)境和制造過程面向21世紀制造活動的必然趨勢，所包括的內(nèi)容有柔性、重構能力、快速化的集成制造工藝等。制造網(wǎng)絡化基于Internet/Intranet的制造已成為制造業(yè)重要的發(fā)展趨勢。制造網(wǎng)絡化包括制造環(huán)境內(nèi)部的網(wǎng)絡化，實現(xiàn)制造過程的集成；制造環(huán)境與整個制造企業(yè)的網(wǎng)絡化，實現(xiàn)制造環(huán)境與企業(yè)中工程設計、管理信息系統(tǒng)等各子系統(tǒng)的集成；企業(yè)與企業(yè)間的網(wǎng)絡化，實現(xiàn)企業(yè)間的資源共享、組合與優(yōu)化利用；通過網(wǎng)絡，實現(xiàn)異地制造等。制造虛擬化基于數(shù)字化的虛擬化技術主要包括虛擬現(xiàn)實（VR）、虛擬產(chǎn)品開發(fā)（VPD）、虛擬制造（VM）和虛擬企業(yè)（VE）。制造虛擬化主要是以制造技術和計算機技術支持的系統(tǒng)建模技術和仿真技術為基礎，集現(xiàn)代制造工藝、計算機圖形學、并行工程、人工智能、人工現(xiàn)實技術和多媒體技術等多種高新技術為一體，由多學科知識形成的一種綜合系統(tǒng)枝術。它將現(xiàn)實制造環(huán)境及其制造過程通過建立系統(tǒng)模型映射到計算機及其相關技術所支撐的虛擬環(huán)境中，在虛擬環(huán)境下模擬現(xiàn)實制造環(huán)境及其制造過程的一切活動和產(chǎn)品制造全過程，并對產(chǎn)品制造及制造系統(tǒng)的行為進行預測和評價。虛擬制造是實現(xiàn)敏捷制造的重要關鍵枝術。待續(xù)發(fā)展趨勢具

體

體

現(xiàn)制造智能化智能化是制造系統(tǒng)在柔性化和集成化基礎上的進一步發(fā)展和延伸，未來的研究重點是具有自律、分布、智能、仿生、敏捷、分形等特征的新一代自動化制造系統(tǒng)。智能制造技術的

目標在于通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代專家在制造過程中的腦力勞動，以實現(xiàn)制造過程的優(yōu)化。制造全球化智能制造系統(tǒng)計劃和敏捷制造戰(zhàn)略的發(fā)展和實施，促進了制造業(yè)的全球化。隨著網(wǎng)絡全球化、市場全球化、競爭全球化、經(jīng)營全球化的出現(xiàn)，全球化制造的研究和應用迅速發(fā)展，主要包括市場的國際化，產(chǎn)品銷售的全球網(wǎng)絡正在形成；產(chǎn)品設計和開發(fā)的國際合作及產(chǎn)品制造的跨國化；制造企業(yè)在世界范圍內(nèi)的重組與集成，如動態(tài)聯(lián)盟公司；制造資源的跨地區(qū)、跨國家的協(xié)調(diào)、共享和優(yōu)化利用；全球制造體系結構的即將形成。制造綠色化近幾年來，出現(xiàn)了一個新的制造理念，即最有效地利用資源和最低限度地產(chǎn)生廢棄物。這是當前世界上環(huán)境問題的治本之道，綠色制造的概念亦即由此產(chǎn)生。綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標是使產(chǎn)品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的負作用影響最小，資源使用效率最高。綠色制造已成為全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略對制造業(yè)的具體要求和體現(xiàn)。對制造環(huán)境和制造過程而言．綠色制造主要涉及到資源的優(yōu)化利用、清潔生產(chǎn)和廢棄物的最少化及綜合利用。

現(xiàn)代制造技術的發(fā)展過程是制造技術、自動化技術、信息技術和管理技術等相互滲透和發(fā)展的過程，而數(shù)控技術以其高精度、高速度、高可靠性等特點已成為現(xiàn)代制造技術的技術基礎。2.數(shù)控加工技術數(shù)控加工技術的發(fā)展歷程

數(shù)控加工技術按照控制系統(tǒng)的發(fā)展，經(jīng)歷了五個階段發(fā)展階段具

體

內(nèi)

容1948年美國帕森斯公司（ParsonsCo．）提出了數(shù)控機床的初始設想。1952年，美國麻省理工學院試制成功世界上第一臺數(shù)控機床。這是一臺三坐標數(shù)控立式銑床，采用的是脈沖乘法器原理，其數(shù)控系統(tǒng)全部采用電子管元件，稱之為第一代數(shù)控系統(tǒng)。1959年由于在計算機行業(yè)中研制出晶體管元件，因而數(shù)控系統(tǒng)開始廣泛采用晶體管和印刷電路板，從而跨入第二代數(shù)控系統(tǒng)。1965年小規(guī)模集成電路以其體積小、功耗低廣泛應用于數(shù)控系統(tǒng)，使得數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進一步提高。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。1970年在美國芝加哥國際機床展覽會上，首次展示以小型計算機取代專用計算機的第四代數(shù)控系統(tǒng)，即計算機數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControl，CNC）。1974年美、日等國數(shù)控生產(chǎn)廠家，在美國Intel公司開發(fā)的微處理器技術基礎上，首先研制出以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)（Micro-computerNumericalControl，CNC，MNC）。由于中、大規(guī)模集成電路集成度和可靠性高，價格低廉，這種以微處理器技術為特征的第五代數(shù)控系統(tǒng)很快占據(jù)領先地位。CNC系統(tǒng)的組成和結構特點組

成具

體

結

構硬件結構單微處理機結構在此結構中，只有一個微處理機集中控制、分時處理數(shù)控的多個任務。有的CNC裝置有兩個以上的微處理機，但只有一個微處理機能夠控制系統(tǒng)總線，而其他微處理機成為專用的智能部件，不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲器。多微處理機結構此結構是指具有兩個或兩個以上的微處理機構成的處理部件，處理部件之間采用緊耦合，有集中式操作系統(tǒng)，共享資源；或者具有兩個或兩個以上的微處理機構成的功能模塊，功能模塊間采用松耦合，有多重操作系統(tǒng)有效地實行并行處理。

多微處理機CNC裝置采用模塊結構，一般由6種功能模塊組成，即CNC管理模塊，CNC插補模塊，位置控制模塊．可編程控制模塊，操作、控制數(shù)據(jù)輸入輸出及顯示模塊，存儲器模塊。軟件結構軟件的結構取決于裝置中軟件和硬件的分工，也取決于軟件本身的工作性質(zhì)。CNC系統(tǒng)軟件包括零件程序的管理軟件和系統(tǒng)控制軟件兩大部分。零件程序的管理軟件實現(xiàn)屏幕編輯、零件程序的存儲及調(diào)度管理、與外界的信息交換等功能。系統(tǒng)控制軟件是一種前后臺結構式的軟件。前臺程序（即實時中斷服務程序）承擔全部實時功能，而準備工作及協(xié)調(diào)處理則在后臺程序中完成。后臺程序是一個循環(huán)運行的程序，在其運行過程中實時中斷服務程序不斷插入，共同完成零件加工任務。發(fā)展趨勢具

體

體

現(xiàn)總線式、模塊化結構的CNC裝置采用多微處理機、多主總線體系結構，提高系統(tǒng)計算能力和響應速度。模塊化有利于滿足用戶需要，構成最小至最大系統(tǒng)。在PC機基礎上開發(fā)CNC裝置充分利用通用PC機豐富的軟件資源，隨PC機硬件的升級而升級，適當配置高分辨率的彩色顯示器。通過田像、多窗口、菜單驅(qū)動以及多媒體等方式，得到友好的人機界面。PC數(shù)控PC既作為人機界面，同時利用其大容量存儲能力和較強的通信能力，又可作機床控制用，成為PC數(shù)控。開放性現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)要求控制系統(tǒng)的硬件體系結構和功能模塊具有兼容性，軟件的層次結構、模塊結構、接口關系等均符合規(guī)范標準，以方便于機床制造商將特殊經(jīng)驗植入系統(tǒng)，讓數(shù)控機床用戶有自動化開發(fā)環(huán)境。數(shù)控功能豐富，控制功能加強大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數(shù)控功能，同時也加強CNC系統(tǒng)的控制功能。它具備通信聯(lián)網(wǎng)能力，支持多種通用和專用的網(wǎng)絡操作，為工廠自動化提供基礎設備。實現(xiàn)多過程、多通道控制將多種控制功能，如刀具破損檢測、物料搬運、機械手控制等，都集成到數(shù)控系統(tǒng)中．使系統(tǒng)實現(xiàn)多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務，或控制多臺和多種機床的能力。面向車間編程和智能化面向車間編程技術（Workshop-OrientedProgramming，WOP）和智能化。系統(tǒng)能提供會話編程、藍圖編程和

CAD/CAM等面向車間的編程技術和實現(xiàn)二三維加工過程的動態(tài)仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。數(shù)控加工技術的發(fā)展趨勢3.FMS和CIMS

計算機技術的飛速發(fā)展，計算機控制的數(shù)控機床在自動化領域中取代了機械式的自動機床，因此使建立適合于多品種、小批量生產(chǎn)的柔性加工生產(chǎn)線成為可能。作為這種技術具體應用的柔性制造系統(tǒng)（FMS）、柔性制造單元（FMC）和柔性制造自動線（FML）等柔性制造設備紛紛問世，其中柔性制造系統(tǒng)（FMS）最具代表性。FMS的產(chǎn)生和發(fā)展FMS是一種高效率、高精度、高柔性的加工系統(tǒng)，是制造業(yè)向現(xiàn)代自動化發(fā)展（計算機集成制造系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、無人工廠）的基礎設備。柔性制造技術將數(shù)控技術、計算機技術、機器人技術以及生產(chǎn)管理技術等融為一體，通過計算機管理和控制實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時調(diào)度，最大限度地發(fā)揮設備的潛力，減少工件搬運過程中的等待時間損失，使多品種、中小批量生產(chǎn)的經(jīng)濟效益接近或達到大批量生產(chǎn)的水平，從而解決了機械制造業(yè)高效率與高柔性之間矛盾的難題，被稱為是機械制造業(yè)中一次劃時代的技術革命。FMS（柔性制造系統(tǒng)）FMS作為當今世界制造自動化技術發(fā)展的前沿科技，是實現(xiàn)計算機集成制造（CIM）、智能制造（IM）、精益生產(chǎn)（LP）、敏捷制造（AM）等先進制造生產(chǎn)模式的基礎，為未來機械制造工廠勾畫出一幅宏偉的藍圖，將成為21世紀機械制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式。

由數(shù)控加工設備、物流儲運裝置和計算機控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)。

由多工位的數(shù)控加工系統(tǒng)、自動化的物料儲運系統(tǒng)和計算機控制的信息系統(tǒng)組成。FMS的定義與基本組成續(xù)前組

成具

體

內(nèi)

涵加工系統(tǒng)加工系統(tǒng)的功能是以任意順序自動加工各種工件，并能自動地更換工件和刀具。加工系統(tǒng)通常包括由兩臺以上的數(shù)控機床、加工中心或柔性制造單元以及其他的加工設備所組成。物流系統(tǒng)在FMS中，工件、工具流統(tǒng)稱為物流，物流系統(tǒng)即物料儲運系統(tǒng)，由輸送系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)和操作系統(tǒng)組成，通常包含有傳送帶、有軌運輸車、無軌運輸車、搬運機器人、上下料托盤、交換工作臺等機構，能對刀具、工件和原材料等物料進行自動裝卸和運輸、儲備。信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)包括過程控制及過程監(jiān)視兩個系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對FMS的運行控制、刀具監(jiān)控和管理、質(zhì)量控制，以及FMS的數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡通信。FMS的主要功能和優(yōu)點作業(yè)計劃與調(diào)度功能制造功能，在柔性制造系統(tǒng)中，由數(shù)控機床這類設備承擔制造任務自動輸送工件和刀具的功能自動監(jiān)視（對刀具磨損、破損的監(jiān)測）、自動補償、自診斷等功能自動交換工件和刀具的功能自動保管毛坯、工件、半成品、工夾具、模具的功能主要功能具備優(yōu)點具

體

效

益有很強的柔性制造能力由于FMS備有較多的刀具、夾具以及數(shù)控加工程序，因而能接受各種不同的零件加工，柔性度很高。FMS的這一“柔性”特點，對新產(chǎn)品開發(fā)特別有利。提高設備利用率，減少設備成本與占地面積在FMS中，工件是安裝在托盤上輸送的，并通過托盤能夠快速也在機床上進行定位與夾緊，節(jié)省了工件裝夾時間。此外，因借助計算機管理而使加工不同零件時的準備時間大為減少，有很多準備工作可在機床工作時間內(nèi)同時進行。機床利用率的提高使得每臺機床的生產(chǎn)率提高，相應地可以減少設備數(shù)量。減少直接生產(chǎn)工人，提高勞動生產(chǎn)率FMS除了少數(shù)操作由人力控制外（如裝卸、維修和調(diào)整），可以說正常工作完成是由計算機自動控制的。在這一控制水平下，F(xiàn)MS通常實施24小時工作制，將所有靠人力完成的操作集中安排在白班進行，晚班除留一人看管之外，系統(tǒng)完全處于無人操作狀態(tài)下工作，直接生產(chǎn)工人大為減少，勞動生產(chǎn)率提高。減少在制品數(shù)量，提高對市場的反應能力由于FMS具有高柔性、高生產(chǎn)率以及準備時間短等特點，能夠?qū)κ袌龅淖兓龀鲚^快的反應，沒有必要保持較大的在制品和成品庫存量。產(chǎn)品質(zhì)量提高FMS自動化水平高，工件裝夾次數(shù)和經(jīng)過機床數(shù)減少，夾具的耐久性好，工人可把注意力更多地放在機床和零件的調(diào)整上，有助于零件加工質(zhì)量的提高。FMS可以逐步地實現(xiàn)實施計劃若建一條自動線，F(xiàn)MS可進行分步實施，每一步的實施都能進行產(chǎn)品的生產(chǎn)，因為FMS的各個加工單元都具有相對獨立性。主要優(yōu)點

CIM概念中有兩個基本觀點CIM與CIMS的概念

企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，即從市場分析、產(chǎn)品設計、加工制造、經(jīng)營管理到售后服務的全部生產(chǎn)活動是一個不可分割的整體，要緊密連接，統(tǒng)一考慮。CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）

整個生產(chǎn)過程實質(zhì)上是一個數(shù)據(jù)的采集、傳遞和加工處理的過程。最終形成的產(chǎn)品可看做是數(shù)據(jù)的物質(zhì)表現(xiàn)。CIMS是基于CIM哲理而組成的現(xiàn)代制造系統(tǒng)，是CIM思想的物理體現(xiàn)。

CIMS是通過討算機硬件和軟件，并綜合運用現(xiàn)代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、系統(tǒng)工程技術，將企業(yè)生產(chǎn)全部過程中有關人、技術、經(jīng)營管理三要素及其信息流與物流有機地集成并優(yōu)化運行的復雜的大系統(tǒng)。系

統(tǒng)

組

成具

體

內(nèi)

涵功能系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)包括預測、經(jīng)營決策、各級生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)技術準備、銷售、供應、財務、成本、設備、人力資源的管理信息功能。工程設計自動化系統(tǒng)通過計算機來輔助產(chǎn)品設計、制造準備以及產(chǎn)品測試，即CAD/CAPP/CAM階段。制造自動化系統(tǒng)由數(shù)控機床、加工中心、清洗機、測量機、運輸小車、立體倉庫、多級分布式控制計算機等設備及相應的支持軟件組成，根據(jù)產(chǎn)品工程技術信息、車間層加工指令，完成對零件毛坯的作業(yè)調(diào)度及制造。這是CIMS信息流和物流的結合點，是CIMS最終產(chǎn)生經(jīng)濟效益的聚集地。質(zhì)量保證系統(tǒng)包括質(zhì)量決策、質(zhì)量檢測、產(chǎn)品數(shù)據(jù)的采集、質(zhì)量評價、生產(chǎn)加工過程中的質(zhì)量控制與跟蹤功能。該系統(tǒng)保證從產(chǎn)品設計、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品檢測到售后服務全過程的質(zhì)量。支撐系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡支撐系統(tǒng)即企業(yè)外部的廣域網(wǎng)、內(nèi)部的局域網(wǎng)及支持CIMS各子系統(tǒng)的開放型網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，采用標準協(xié)議可以實現(xiàn)異機互聯(lián)、異構局域網(wǎng)和多種網(wǎng)絡的互聯(lián)。該系統(tǒng)滿足不同子系統(tǒng)對網(wǎng)絡服務提出的不同需求，支持資源共享、分布處理、分布數(shù)據(jù)庫和適時控制。數(shù)據(jù)庫支撐系統(tǒng)支持CIMS各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和信息集成，覆蓋了企業(yè)全部數(shù)據(jù)信息，在邏輯上是統(tǒng)一的，在物理上是分布式的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

CIMS的基本組成1.

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及其執(zhí)行程序

物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)和移動通訊網(wǎng)等信息載體將具有獨立功能的普通物體實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是指通過傳感器技術、標識識別技術、圖像視頻技術和定位技術等感知技術，實時感知企業(yè)或工廠中需要監(jiān)控、連接和互動的裝備，并構建企業(yè)辦公室的信息化系統(tǒng)，打通辦公信息化系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場設備的直接聯(lián)系。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術在制造企業(yè)或智能工廠中的具體應用。

物聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)實世界中的“人-機-物”實現(xiàn)數(shù)字化，任何具有網(wǎng)絡功能的設備都可以接入互聯(lián)網(wǎng)，為智能制造提供各種服務。2.2.2

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡制造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術優(yōu)勢工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)涉及的技術領域

優(yōu)

勢具

體

體

現(xiàn)產(chǎn)品智能化產(chǎn)品中加人大量電子技術元素，實現(xiàn)產(chǎn)品功能的智能化。例如，通過在產(chǎn)品中植入

RFID芯片，記錄產(chǎn)品的靜態(tài)信息，如出廠日期、編號和產(chǎn)品類型等;通過在產(chǎn)品中植人智能傳感器，可記錄設備運行數(shù)據(jù)，如檢測設備的運行狀態(tài)等，并通過網(wǎng)絡傳送至后臺信息系統(tǒng)中。實時售后服務通過無線網(wǎng)絡，獲取全球范圍內(nèi)產(chǎn)品運行的狀態(tài)信息，經(jīng)過后臺信息化系統(tǒng)的分析、處理和反饋，實施在線售后服務，提高服務水平過程監(jiān)控與管理工廠可以通太網(wǎng)或現(xiàn)場總線采集生產(chǎn)設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)實施生產(chǎn)控制和設備維護，包括供需轉換、工時統(tǒng)計、部件管理、產(chǎn)品質(zhì)量在線監(jiān)測和設備狀況監(jiān)測等。物流管理在工廠內(nèi)外的物流設備中植入RFID，實現(xiàn)對物品位置、數(shù)量和交接的管理和控制，提高物流流通效率，對特殊儲藏要求的貨品實施在線監(jiān)測與防偽，實現(xiàn)了信息在真實世界和虛擬空間之間的智能化流動。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術優(yōu)勢基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢發(fā)展趨勢具

體

體

現(xiàn)制造過程向全球化的協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展隨著企業(yè)逐漸實現(xiàn)跨國的產(chǎn)品開發(fā)、營銷和服務，對信息系統(tǒng)提出了支持多語種、多工廠、多個企業(yè)實體的開發(fā)與管理需求，以及全球協(xié)作開發(fā)的需求。工業(yè)發(fā)達國家的許多企業(yè)將信息化技術綜合集成，并廣泛應用于研發(fā)、管理、財務運作、營銷和服務等核心業(yè)務，實現(xiàn)了產(chǎn)品研制、采購和銷售等在全球范圍內(nèi)的協(xié)作，在全球范圍進行資源的優(yōu)化配置。生產(chǎn)和研發(fā)向精益化方向發(fā)展通過整合各種產(chǎn)品生產(chǎn)、服務反饋的數(shù)據(jù)，企業(yè)可以把物理世界與數(shù)字世界充分關聯(lián)起來，為企業(yè)提供一種企業(yè)級的產(chǎn)品數(shù)字化樣機開發(fā)環(huán)境，使產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性有了系統(tǒng)的保障。同時，高度的信息共享使企業(yè)可以通過優(yōu)化業(yè)務流程和資源配置，強化運行細節(jié)管理和過程管理，追求持續(xù)改進，推動企業(yè)不斷適應內(nèi)外環(huán)境變化，提高核心競爭力和創(chuàng)造效益的能力，達到精益管理，提高制造業(yè)生產(chǎn)力。制造設計從高能耗向低能高效轉變將工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用與“綠色、環(huán)保、節(jié)能、低碳經(jīng)濟”的發(fā)展理念緊密結合，充分利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)更精細、更簡單和更高效的管理，幫助企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和社會效益，實現(xiàn)智能制造綠色設計和綠色制造的行業(yè)要求。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用實際應用具

體

內(nèi)

涵制造業(yè)供應鏈管理工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用于企業(yè)原材料采購、庫存和銷售等環(huán)節(jié)，通過完善和優(yōu)化企業(yè)供應鏈管理體系，提高了供應鏈效率，降低了成本?？罩锌蛙嚬就ㄟ^在供應鏈體系中應用傳感網(wǎng)絡技術，構建了全球制造業(yè)中規(guī)模最大、效率最高的供應鏈體系。生產(chǎn)過程工藝優(yōu)化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術的應用提高了生產(chǎn)線過程檢測、實時參數(shù)采集、生產(chǎn)設備監(jiān)控和材料消耗監(jiān)測的能力和水平，生產(chǎn)過程的智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策和智能維護水平不斷提高，優(yōu)化了生產(chǎn)流程。生產(chǎn)設備監(jiān)控管理各種傳感技術與制造技術的融合實現(xiàn)了對生產(chǎn)設備操作使用記錄設備故障診斷的遠程監(jiān)控，智能工廠可建立產(chǎn)品生產(chǎn)綜合服務中心，通過傳感器和網(wǎng)絡對設備進行在線監(jiān)測和實時監(jiān)控，并提供設備維護和故障診斷的解決方案。環(huán)保監(jiān)測及能源管理工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與環(huán)保設備的融合實現(xiàn)了對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種污染源及污染治理各環(huán)節(jié)關鍵指標的實時監(jiān)控。在重點排污企業(yè)排污口安裝無線傳感設備，不僅可以實時監(jiān)測企業(yè)排污數(shù)據(jù)，而且可以遠程關閉排污口，防止突發(fā)性環(huán)境污染事故發(fā)生。電信運營商已開始推廣基于物聯(lián)網(wǎng)的污染治理實時監(jiān)測解決方案工業(yè)安全生產(chǎn)管理工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術與工廠生產(chǎn)設備相融合，可對工廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種污染源進行實時監(jiān)控。把傳感器應用到設備、油氣管道中，可以感知危險環(huán)境中工作人員、設備機器和周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息等，還可對危險物品的運輸進行監(jiān)控，準確描述每一批運輸物料的特征，從而追蹤到每一個貨柜或散貨中的原物料，為運輸提供更多的安全保障。通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術可將現(xiàn)有的網(wǎng)絡監(jiān)管平臺提升為系統(tǒng)、開放和多元的綜合網(wǎng)絡監(jiān)管平臺，實現(xiàn)實時感知、準確辨識、快捷響應及有效控制。2.網(wǎng)絡化制造網(wǎng)絡化制造的基本概念覆蓋企業(yè)內(nèi)外部、四通八達的網(wǎng)絡環(huán)境產(chǎn)品生命周期過程的協(xié)同不同企業(yè)制造資源的共享供應鏈上各方利益的共贏核心概念網(wǎng)絡化制造的主要內(nèi)容網(wǎng)絡化制造的支撐環(huán)境網(wǎng)絡化制造的關鍵是協(xié)同集團公司與子公司的協(xié)同子公司之間的協(xié)同集團與其他合作伙伴的協(xié)同集團與用戶的協(xié)同集團與供應商的協(xié)同分散制造系統(tǒng)網(wǎng)絡化制造技術網(wǎng)絡化制造技術的特征特征具

體

內(nèi)

涵技術特征

①

時間特征。網(wǎng)絡使信息能快速傳輸與交互．使制造系統(tǒng)中信息傳輸過程的時間效率發(fā)生根本性變化，可在制造過程中利用地球時差實現(xiàn)不間斷的24小時設計作業(yè)等。

②

空間特征?；诰W(wǎng)絡的異地設計、異地制造使企業(yè)走出圍墻，走向全球，使得分散在各地的企業(yè)根據(jù)市場機遇隨時組成動態(tài)聯(lián)盟，實現(xiàn)資源共享，拓展了企業(yè)空間。

③

集成特征

網(wǎng)絡和信息快速傳輸與交互，支持企業(yè)內(nèi)外實現(xiàn)信息集成、功能集成、過程集成、資源集成及企業(yè)之間的集成。待續(xù)網(wǎng)絡化制造技術的特征特征具

體

內(nèi)

涵功能特征

①

敏捷響應特征?；诰W(wǎng)絡的敏捷制造和并行工程等技術可顯著縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，迅速響應市場。

②

資源共享特征。通過網(wǎng)絡分散在各地的信息資潭、設備資源、人才資潭可實現(xiàn)共享和優(yōu)化利用。

③

企業(yè)組織模式特征。網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫技術將使得封閉性較強的金字塔式遞階結構的傳企業(yè)組織模式向著基于網(wǎng)絡的、扁平化的、透明度高的、項目主線式的組織模式發(fā)展。

④

生產(chǎn)方式特征。從過去的大批量、少品種和現(xiàn)在的小批量、多品種將發(fā)展到小批量、多品種定制型生產(chǎn)方式。21世紀的市場將愈來愈體現(xiàn)個性化需求的特點，因此基于網(wǎng)絡的定制將是滿足這種需求的一種有效模式。

⑤

客戶參與特征?？蛻舨粌H是產(chǎn)品的消費者，而且還將是產(chǎn)品的創(chuàng)意者和設計參與者?；诰W(wǎng)絡的DFC（Designforcustomer）和DBC（Designbycustomer）技術將為用戶參與產(chǎn)品設計提供可能。

⑥

虛擬產(chǎn)品特征。虛擬產(chǎn)品、虛擬超市和網(wǎng)絡化銷售將是未來市場競爭的重要方式。用戶足不出戶，可在網(wǎng)上定制所喜愛的產(chǎn)品，并迅速見到其虛擬產(chǎn)品，而且可進行虛擬使用和產(chǎn)品性能評價。⑦

遠程控制特征。設備的寬帶聯(lián)網(wǎng)運行，可實現(xiàn)設備的遠程控制管理，以及設備資源的異地共享。⑧

遠程診斷特征?；诰W(wǎng)絡可實現(xiàn)設備及生產(chǎn)現(xiàn)場的遠程監(jiān)視及故障診斷。續(xù)前網(wǎng)絡化制造環(huán)境下的自動化制造系統(tǒng)

網(wǎng)絡化制造在一定程度上擴展了自動化制造系統(tǒng)的概念，網(wǎng)絡化制造環(huán)境下的機床或自動化制造設備將不再是孤立的加工系統(tǒng)，而是在網(wǎng)絡環(huán)境下與工程設計系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)直接相連的一個節(jié)點，可以實現(xiàn)遠程動態(tài)重構設備布局、遠程加工過程管理和控制、遠程設備監(jiān)控及遠程故障診斷和維修等功能。網(wǎng)絡化制造平臺網(wǎng)絡化制造平臺的類型網(wǎng)絡化制造的運行支撐技術網(wǎng)絡化制造的運行管理策略一般通用型區(qū)域通用型通用支撐技術數(shù)字化與自動化相關支撐技術管理策略具

體

操

作制造資源的配置針對特定的制造項目，確定制造資源動態(tài)整合的目標，以及實施的評價標準。在一定的制造資源范圍內(nèi)進行整合．形成一個能夠完成特定產(chǎn)品制造全過程的制造于系統(tǒng)。制造過程的規(guī)劃與調(diào)度根據(jù)定制產(chǎn)品的設計與制造工藝要求確定（虛擬）企業(yè)制造項目的目標。包括產(chǎn)品的功能與質(zhì)量需求．對產(chǎn)品制造技術的要求，交貨期對制造總工期的限制，成本預算對制造總費用的限制，制訂制造項目規(guī)劃與調(diào)度方察。制造過程中的控制客戶需求的改變、關鍵參數(shù)估計得不準確，以及其他不可預知的因素將導致制造項目執(zhí)行過程與原有項目調(diào)度方案產(chǎn)生差異。有時這種差異將不得不導致項目目標的重新設定。制造過程的控制問題實質(zhì)上是一個在某種資源約束范圍內(nèi)快速求得解決方案的過程。制造過程結束后的評價建立一整套跨企業(yè)制造項目結束后評價體系，以便對完成的每一個制造項目，從項目的周期范圍內(nèi)的技術與質(zhì)量、時間和費用等各方面進行全面評價。網(wǎng)絡化制造的運行管理策略網(wǎng)絡化制造方面的研究正在全球迅速興起，圍繞網(wǎng)絡化制造模式的研究，或者在與網(wǎng)絡化制造有關的研究中出現(xiàn)了一系列新概念、新觀點和新思想，如敏捷制造、并行工程、虛擬制造、虛擬企業(yè)和動態(tài)聯(lián)盟等。這些新概念、新觀點、新思想無不體現(xiàn)了企業(yè)基于網(wǎng)絡的制造理念，同時以此為基礎的網(wǎng)絡化制造的研究和應用也在迅速發(fā)展。國家自然科學基金、國家863計劃、國家九五科技攻關計劃網(wǎng)絡化制造研究的現(xiàn)狀分散網(wǎng)絡化制造系統(tǒng)（DNPS）現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)網(wǎng)絡（CIMSNET）區(qū)域性網(wǎng)絡化制造系統(tǒng)

國際標準化組織（ISO）的定義是：工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機。

我國國家標準GB/T12643—90將工業(yè)機器人定義為“一種能自動定位控制，可重復編程的，多功能的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操持工具用以完成各種作業(yè)?！?/p>

操作機定義為“一種機器，其機構通常由一系列互相鉸接或相對滑動的構件所組成。宏觀世界通常有幾個自由度，用以抓取或移動物體（工具或工件）”

工業(yè)機器人可以理解為：是一種模擬人手臂、手腕和手功能的機電一體化裝置，它可把任一物體或工具按空間位姿的時變要求進行移動，從而完成某一工業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)要求。1.

工業(yè)機器人的概念2.2.3

工業(yè)機器人

現(xiàn)代工業(yè)機器人一般由機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、智能系統(tǒng)四大部分組成2.

工業(yè)機器人的基本組成和結構特點工業(yè)機器人的組成1——基座2——腰部3——臂部4——腕部

工業(yè)機器人操作機可以簡化成各連桿首尾相接，末端開放的一個開式連桿系，連桿末端一般無法加以支撐，因而操作機的結構剛度差。

在組成操作機的開式連桿系中，每根連桿都具有獨立的驅(qū)動器，因而屬于主動連桿系。不同連桿之間的運動沒有依從關系，操作機的運動更為靈活，但控制起來也更復雜。

連桿驅(qū)動轉矩在運動過程中的變化規(guī)律比較復雜，連桿的驅(qū)動屬于伺服控制型，對機械傳動系統(tǒng)的剛度、間隙和運動精度都有較高的要求。

連桿的受力狀態(tài)，剛度條件和動態(tài)性能都隨位姿的改變而變化，因此容易發(fā)生振動或其它不穩(wěn)定現(xiàn)象。工業(yè)機器人的結構特點自由度工作精度工業(yè)機器人的技術指標工作范圍額定負數(shù)最大工作速度整機技術最小運動慣量設計原則3.工業(yè)機器人的關鍵技術高強度高剛度設計原則可靠性設計原則部件技術集成應用技術本體設計三原則

按結構形式分類。可分為直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型、關節(jié)型機器人。按驅(qū)動方式分類。可分為電力驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動以及復合式驅(qū)動機器人。按控制類型分類。可分為伺服控制、非伺服控制機揣人。按自由度數(shù)目分類?？煞譃闊o冗余度機器人和有冗余度機器人。按用途分類。可分為焊接機器人、搬運機器人、噴涂機器人、裝配機器人以及其他專門用途的機器人。4.工業(yè)機器人的分類按基座形式分為固定式和移動式機器人；按操作機運動鏈型式分為開鏈式、閉鏈式和局部閉鏈式機器人；按應用機能分為順序型、示教再現(xiàn)型、數(shù)值控制型、智能型機器人；按負載大小分為重型、中型、小型、微型機器人等。按自由度數(shù)目分類。分為無冗余度機器人和有冗余度機器人。

工業(yè)機器人最早應用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。工業(yè)機器人延伸了人的手足和大腦功能，它可代替人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)機器人與數(shù)控加工中心、自動搬運小車以及自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS），實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。

隨著工業(yè)機器人技術的發(fā)展，其應用已擴展到宇宙探索、深海開發(fā)、核科學研究和醫(yī)療福利領域。火星探測器就是一種遙控的太空作業(yè)機器人。工業(yè)機器人也可用于海底采礦，深海打撈和大陸架開發(fā)等。在核科學研究中，機器人常用于核工廠設備的檢驗和維修，如前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生事故后，就利用機器人進入放射性現(xiàn)場檢修管道。在軍事上，工業(yè)機器人則可用來排雷和裝填炮彈。醫(yī)療福利和生活服務領域中，機器人應用更為廣泛，如護理、導盲、擦窗戶等。5.工業(yè)機器人在現(xiàn)代制造業(yè)中的應用工業(yè)機器人操作機構的優(yōu)化設計技術機器人控制技術多傳感系統(tǒng)機器人的結構靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，且二者有一體化趨勢機器人遙控及監(jiān)控技術，機器人半自主和自主技術虛擬機器人技術6.工業(yè)機器人技術的研究熱點多智能體控制技術微型和微小機器人技術軟機器人技術仿人和仿生技術機器人的一體化/智能化機器人的人機/多機協(xié)調(diào)化機器人的信息化/標準化機器人的模塊化/柔性化機器人的微型化7.工業(yè)機器人技術的發(fā)展趨勢機器人的精密化大范圍作業(yè)發(fā)展趨勢3D打印是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的快速成形技術。3D打印技術是以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用激光束、熱熔噴嘴等方式將金屬粉末、陶瓷粉末、塑料、細胞組織等特殊材料進行逐層堆積黏結最終疊加成型，制造出實體產(chǎn)品。3D打印將三維實體變?yōu)槿舾蓚€二維平面，通過對材料的處理并逐層疊加進行生產(chǎn)。這種數(shù)字化制造模式不需要復雜的工藝、不需要龐大的機床、不需要眾多的人力，直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中便可生成任何形狀的零件，大大降低了制造的復雜度。使生產(chǎn)制造得以向更廣的生產(chǎn)人群范圍延伸。2.2.4

3D打印技術1.3D打印技術概述3D打印技術的過程大體可以分以下4步加以描述通過CAD建模2.3D打印的工作原理及過程近似處理CAD模型對STL文件進行切片處理修整成形待續(xù)用CAD軟件設計工件3D模型工件樣品三維掃描工件3D模型轉化成STL格式文伴前處理分層切片，求得每層截面輪廓成形2D薄片層打印成形疊加成3D工件修整工件后處理最終工件3D打印流程3.3D打印方法類

型累積技術基

本

材

料擠壓打印熔融沉積式（FDM）

熱塑性塑料、共晶系統(tǒng)金屬、可食用材料線打印電子束自由成型制造（EBF）

幾乎任何合金粒狀打印直接金屬激光燒結（DMLS）

幾乎任何合金電子束熔化成型（EBM）

鈦合金選擇性激光熔化成型（SLM）

鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼、鋁選擇性熱燒結（SHS）熱塑性粉末選擇性激光燒結（SLS）熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末粉末層噴頭3D打印石膏3D打?。≒P）石膏層壓打印分層實體制造（LOM）紙、金屬膜、塑料薄膜光聚合打印立體光固化成型（SLA）

光固化樹脂

數(shù)字光處理（DLP）光固化樹脂WT制作模塊五智能制造的核心技術

中國正在大力建設“數(shù)字中國”，在“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能等領域收獲一批創(chuàng)新成果。分享經(jīng)濟、網(wǎng)絡零售、移動支付等新技術新業(yè)態(tài)新模式不斷涌現(xiàn)，深刻改變了中國老百姓生活。

——2018年11月18日，習近平在亞太

經(jīng)合組織第二十六次領導人非正

式會議上的講話1.數(shù)據(jù)概說

數(shù)據(jù)（data）是關于自然、社會現(xiàn)象和科學試驗的定量或定性的記錄，是對客觀事物的邏輯歸納，是用于表示客觀事物的未經(jīng)加工的的原始素材。數(shù)據(jù)具有數(shù)值屬性、物理屬性。2.3.1

智能制造的數(shù)字化基礎數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是信息的表現(xiàn)形式和載體，可以是符號、文字、數(shù)字、語音、圖像、視頻等。數(shù)據(jù)可以是連續(xù)的值，可以是離散的。2.3

智能制造的核心技術

大數(shù)據(jù)（Bigdata），或稱巨量數(shù)據(jù)、海量數(shù)據(jù)，指的是所涉及的數(shù)據(jù)量規(guī)模巨大到無法通過目前主流軟件工具，在合理時間內(nèi)達到截取、管理、處理、并整理成為幫助企業(yè)經(jīng)營決策更積極目的的信息。大數(shù)據(jù)具有4個特點大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)巨大數(shù)據(jù)類型多樣處理速度快價值密度大

采用Value（價值）、Validity（有效性）、Veracity（準確性）和Visibility（可見性）等特征來定義大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)技術是指從各種各樣海量類型的數(shù)據(jù)中，快速獲得有價值信息的能力。適用于大數(shù)據(jù)的技術包括大規(guī)模并行處理（MPP）數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘電網(wǎng)、分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫、云計算平臺、互聯(lián)網(wǎng)、可擴展的存儲系統(tǒng)。大數(shù)據(jù)技術

簡而言之，大數(shù)據(jù)技術就是從大數(shù)據(jù)中提取大價值的挖掘技術，即根據(jù)特定目標，從數(shù)據(jù)收集與存儲、數(shù)據(jù)篩選、算法分析與預測、數(shù)據(jù)分析結果展示，直至輔助作出最正確的抉擇。大數(shù)據(jù)的作用就是挖掘出各個行業(yè)的關鍵運作路徑，幫助決策，提升社會運作效率。

指在工業(yè)領域中，圍繞典型制造模式，從客戶需求到銷售、訂單、計劃、研發(fā)、設計、工藝、制造、采購、供應、庫存、發(fā)貨和交付、售后服務、運維、報廢或回收再制造等整個產(chǎn)品全生命周期各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)和相關技術及應用的總稱。工程大數(shù)據(jù)

除了具有一般大數(shù)據(jù)的3V特征外，還具有價值性、高準確性和閉環(huán)性的特點生產(chǎn)經(jīng)營相關業(yè)務數(shù)據(jù)設備物聯(lián)數(shù)據(jù)外部數(shù)據(jù)工程大數(shù)據(jù)的來源工程數(shù)據(jù)的類型類

別具

體

內(nèi)

涵從數(shù)據(jù)來源分研發(fā)數(shù)據(jù)域研發(fā)設計數(shù)據(jù)，開發(fā)測試數(shù)據(jù)等。生產(chǎn)數(shù)據(jù)域控制信息、工況狀態(tài)、工藝參數(shù)、系統(tǒng)日志等。運維數(shù)據(jù)域物流數(shù)據(jù)、產(chǎn)品運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品售后服務數(shù)據(jù)等。管理數(shù)據(jù)域系統(tǒng)設備資產(chǎn)信息、客戶與產(chǎn)品信息、產(chǎn)品供店要權據(jù)、業(yè)務統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。外部數(shù)據(jù)域與其他主體共享的數(shù)據(jù)等。從數(shù)據(jù)形式分結構化數(shù)據(jù)由二維表結構來邏輯表達和實現(xiàn)的數(shù)據(jù)。半結構化數(shù)據(jù)并不符合關系型數(shù)據(jù)或其他數(shù)據(jù)表的形式關聯(lián)起來的數(shù)據(jù)模型結構，但包含相關標記，用來分隔語義元素以及對記錄和字段進行分層。非結構化數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結構不規(guī)則或不完整，沒有預定義的數(shù)據(jù)模型，不方便用數(shù)據(jù)庫二維邏輯表來表現(xiàn)的數(shù)據(jù)，包括所有格式的辦公文檔，文本、圖片、XML、HTML、各類報表、圖像和音頻、視頻信息等。從數(shù)據(jù)處理角度分原始數(shù)據(jù)來自上游系統(tǒng)的，沒有做過任何加工的數(shù)據(jù)。衍生數(shù)據(jù)通過對原始數(shù)據(jù)進行加工處理后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。工程數(shù)據(jù)的表示方法

類

別具

體

內(nèi)

涵線表數(shù)表（NumericalTable）是指離散的數(shù)據(jù)列表。數(shù)表又分為以下幾種類型：經(jīng)驗計算式這類數(shù)表常用一個或一組計算公式表示，在手冊中常以表格形式出現(xiàn)，以便檢索和使用。簡單數(shù)表這類數(shù)表中的數(shù)據(jù)常用于表示某些獨立的常量，數(shù)據(jù)之間互相獨立，無明確的函數(shù)關系。根據(jù)表中數(shù)據(jù)與自變量個數(shù)不同，可以分為一維數(shù)表、二維數(shù)表和多維數(shù)表。列表函數(shù)數(shù)表這類數(shù)表中的數(shù)據(jù)通常是通過試驗方式測得的一組離散數(shù)據(jù)，相對應的數(shù)據(jù)之間可能存在某種函數(shù)關系，但是無法以明確的函數(shù)表達式加以描述。數(shù)表又可分為一維數(shù)表、二維數(shù)表和多維數(shù)表。線圖線圖（LineGraph）是工程數(shù)據(jù)的另一種表達方法。線圖不僅能表示設計參數(shù)之間函數(shù)關系，還能夠直觀地反映數(shù)據(jù)的變化趨勢，具有形象、生動等特點。常用的線圖形色括直線、折線或曲線等。在使用時可以直接在線圖中查得所需的參數(shù)。依靠計算公式線圖所表示的各個參數(shù)之間原本存在較復雜的計算公式，但為了便于手工計算，可以將公式轉換成線圖以供設計時查用；不依靠計算公式線圖所表示的各參間沒有或者不存在計算公式。2.數(shù)據(jù)的獲取和處理大數(shù)據(jù)分析應用流程需求分析和方案設計確定數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)預處理數(shù)據(jù)分析和挖掘可視化步驟一步驟二步驟三步驟四步驟五步驟六

數(shù)據(jù)分析是智能制造的核心技術之一，數(shù)據(jù)的獲取與處理可以為準確、高速、可靠的數(shù)據(jù)分析提供保障。數(shù)據(jù)預處理技術數(shù)據(jù)清理數(shù)據(jù)集成數(shù)據(jù)規(guī)范化數(shù)據(jù)規(guī)約數(shù)據(jù)離散化常用數(shù)據(jù)的挖掘算法

從數(shù)據(jù)挖掘的角度考慮，大數(shù)據(jù)分析方法如前所述，可分為：分類、聚類、關聯(lián)規(guī)則、預測分析等工程數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理處理方法具體操作特

點程序化處理將數(shù)表或線圖以某種算法編制成查閱程序，通過軟件系統(tǒng)直接調(diào)用。工程數(shù)據(jù)被直接編人查閱程序中，通過調(diào)用程序可以方便地查取數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)無法共享，程序無法共用，要更新數(shù)據(jù)必須更新程序（軟件）。文件化處理將數(shù)表和線圖中的數(shù)據(jù)存儲于獨立的數(shù)據(jù)文件中，通過程序讀取數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)與程序分離，可以實現(xiàn)有限的數(shù)據(jù)共享。它的局限性在于:查閱程序必須符合數(shù)據(jù)文件的存儲格式，即數(shù)據(jù)與程序之間存在著依賴關系。此外，由于數(shù)據(jù)文件獨立存儲，安全性和保密性較差，數(shù)據(jù)需要通過專門的程序進行更新。數(shù)據(jù)庫處理將數(shù)表及經(jīng)離散化處理的線圖數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)表的格式與數(shù)表、線圖的數(shù)據(jù)格式相同，且與軟件系統(tǒng)無關。系統(tǒng)程序可直接訪問數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)更新方便，真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。數(shù)據(jù)獲取技術

數(shù)據(jù)采集是從企業(yè)內(nèi)部和外部等數(shù)據(jù)源獲取各種類型的數(shù)據(jù)，并圍繞數(shù)據(jù)的使用，建立數(shù)據(jù)標準和管理機制，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)管控水平。它是獲得有效數(shù)據(jù)的重要途徑，也是工業(yè)大數(shù)據(jù)分析和應用的基礎。在智能制造中，數(shù)據(jù)分析往往需要更精細化的數(shù)據(jù)，因此對數(shù)據(jù)采集能力有著較高的要求。

常用的數(shù)據(jù)獲取技術以傳感器為主，結合RFID（射頻識別技術）、條碼掃描器、生產(chǎn)和監(jiān)測設備、PDA（個人數(shù)字助手），人機交互、智能終端等手段實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的信息獲取，并通過互聯(lián)網(wǎng)或現(xiàn)場總線等技術實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的實時準確傳輸。數(shù)據(jù)處理技術大數(shù)據(jù)分析應用流程數(shù)據(jù)清洗數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)儲存數(shù)據(jù)清理數(shù)據(jù)變換數(shù)據(jù)歸約指將各種傳感器在空間和時間上的互補與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準則或算法組合，來產(chǎn)生對觀測對象的一致性解釋和描述。通過數(shù)據(jù)融合可以有效地形成各個維度之間的互補，從而獲得更有價值的信息。

指用適當?shù)慕y(tǒng)計分析方法對收集來的大量數(shù)據(jù)進行分析，將它們加以匯總和理解并消化，以求最大化地開發(fā)數(shù)據(jù)的功能，發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用。