智能制造系統(tǒng)建模與仿真 課件 第1章 智能制造技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展

智能制造系統(tǒng)建模與仿真第1章智能制造技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展1.1智能制造的產(chǎn)生1.1.1智能制造的發(fā)展歷程1.1.2我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展形勢(shì)1.1.3智能制造是建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的主攻方向1.2智能制造的概念及特征1.2.1智能制造的定義1.2.2智能制造的特征1.2.3智能制造的關(guān)鍵技術(shù)1.3推進(jìn)智能制造對(duì)制造企業(yè)的價(jià)值2思維導(dǎo)圖4（e）智慧農(nóng)業(yè)（b）智能醫(yī)療（c）智能交通（a）智能家居（d）智慧教育（f）智能物流智能技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用，目前已經(jīng)滲透到人們的生活中，為生活帶來(lái)了很多便利和改變智能制造技術(shù)是智能技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，其產(chǎn)生及發(fā)展對(duì)智能技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。1.1智能制造的產(chǎn)生1.1.1智能制造的發(fā)展歷程56行業(yè)創(chuàng)新成果家電目前一條生產(chǎn)線可支持500多個(gè)型號(hào)的柔性大規(guī)模定制，生產(chǎn)節(jié)拍縮短到10秒一臺(tái)，是全球冰箱行業(yè)生產(chǎn)節(jié)拍最快、承接型號(hào)最廣的工廠。服裝按照用戶需求選擇配料和設(shè)計(jì)，并在機(jī)器人和人工輔助的共同協(xié)作下完成定制。工廠內(nèi)的機(jī)器人、3D打印機(jī)和針織機(jī)由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序直接控制，這將減少生產(chǎn)不同產(chǎn)品時(shí)所需要的轉(zhuǎn)換時(shí)間。服裝構(gòu)建了包含20多個(gè)子系統(tǒng)的平臺(tái)數(shù)字化運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，其大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)已報(bào)有超過(guò)1000萬(wàn)億種設(shè)計(jì)組合，超過(guò)100萬(wàn)億種款式組合。家居通過(guò)模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、智能制造技術(shù)、智能物流技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)制造端制造體系的智能集成，從而支撐大規(guī)模定制商業(yè)模式的實(shí)現(xiàn)。表1-1大規(guī)模定制應(yīng)用案例1.1.2我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展形勢(shì)7圖1-1近年我國(guó)制造業(yè)發(fā)展情況目前中國(guó)制造業(yè)的發(fā)展主要體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：1、中國(guó)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的強(qiáng)烈需求2、中國(guó)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的歷史性機(jī)遇制造業(yè)發(fā)展依靠科技創(chuàng)新,科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)制造業(yè)發(fā)展,制造業(yè)發(fā)展和科技創(chuàng)新的最重要的一個(gè)交匯點(diǎn)是智能制造。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合形成的智能制造技術(shù)，新一代人工智能技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合所形成的新一代智能制造技術(shù)，成為新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù)，成為第四次工業(yè)革命的核心驅(qū)動(dòng)力。推進(jìn)制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，包括了推進(jìn)智能制造工程、產(chǎn)業(yè)體系現(xiàn)代化工程、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級(jí)化工程、質(zhì)量與品牌工程、綠色制造工程、服務(wù)型制造工程、高端裝備創(chuàng)新工程等重大工程。其中，智能制造--制造業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化是推進(jìn)制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的制高點(diǎn)、突破口和主攻方向。81.1.3智能制造是建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的主攻方向先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域集群地域集群產(chǎn)業(yè)

新一代信息技術(shù)深圳電子信息產(chǎn)業(yè)集群全球重要的電子信息產(chǎn)業(yè)基地武漢芯屏端網(wǎng)產(chǎn)業(yè)集群中國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)基地合肥智能語(yǔ)音產(chǎn)業(yè)集群中國(guó)智能語(yǔ)音產(chǎn)業(yè)基地

高端裝備制造西安航空航天立業(yè)集群中國(guó)大中型飛機(jī)研制生產(chǎn)的重要基地長(zhǎng)沙工程機(jī)械產(chǎn)業(yè)集群中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)的“母體”株洲軌道交通立業(yè)集群中國(guó)最大軌道交通裝備制造產(chǎn)業(yè)基地先進(jìn)材料制造寧波石化產(chǎn)業(yè)集群規(guī)模居全國(guó)七大石化立業(yè)基地前列蘇州納米新材料產(chǎn)業(yè)集群全球最大的納米技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)

生物醫(yī)藥制造北京中關(guān)村生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)集群領(lǐng)跑全國(guó)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)上海張江生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)集群全球矚目的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新集群江蘇泰州生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)集群中國(guó)唯一的國(guó)家級(jí)醫(yī)藥高新區(qū)9表1-1

我國(guó)主要先進(jìn)制造業(yè)集群10圖

青島海爾模具公司的“模具云設(shè)計(jì)平臺(tái)”1.2智能制造的概念及特征1.2.1智能制造的定義11“智能制造”可以從制造

和

智能兩方面來(lái)理解。首先，制造是指把原材料變成產(chǎn)品的過(guò)程。廣義的制造不限于加工和生產(chǎn)。對(duì)于一個(gè)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，制造活動(dòng)包含一切“把原材料變成使用的產(chǎn)品”的相關(guān)活動(dòng)，如市場(chǎng)調(diào)研、產(chǎn)品研發(fā)、工藝制造、設(shè)備運(yùn)維、裝配檢驗(yàn)、產(chǎn)品回收等。其次，智能是由“智慧”和“能力”兩個(gè)詞組成。從感覺(jué)到記憶再到思維這一過(guò)程，稱為“智慧”，智慧的結(jié)果產(chǎn)生了行為和語(yǔ)言，將行為和語(yǔ)言的表達(dá)過(guò)程稱為“能力”，兩者合稱為“智能”。因此，將感覺(jué)、記憶、回憶、思維、語(yǔ)言、行為的整個(gè)過(guò)程稱為智能過(guò)程，它是智力和能力的表現(xiàn)。12分類傳統(tǒng)制造智能制造智能制造的影響設(shè)計(jì)常規(guī)產(chǎn)品面向功能需求設(shè)計(jì)新產(chǎn)品周期長(zhǎng)虛實(shí)結(jié)合的個(gè)性化設(shè)計(jì)、個(gè)性化產(chǎn)品、面向客戶需求設(shè)計(jì)數(shù)值化設(shè)計(jì)、周期短、可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)改變?cè)O(shè)計(jì)理念與使用價(jià)值觀變化設(shè)計(jì)方式變化設(shè)計(jì)手段變化產(chǎn)品功能變化加工加工過(guò)程按計(jì)劃進(jìn)行半智能化加工與人工檢測(cè)生產(chǎn)高度集中組織人機(jī)分離減材加工成型方式加工過(guò)程柔性化，可實(shí)時(shí)調(diào)整全過(guò)程智能化加工與在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)組織方式個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)化人機(jī)交互智能控制減材、增材多種加工成型方式勞動(dòng)對(duì)象變化生產(chǎn)方式變化生產(chǎn)組織方式變化加工方法多樣化新材料、新工藝不斷出現(xiàn)管理人工管理為主企業(yè)內(nèi)管理計(jì)算機(jī)信息管理技術(shù)機(jī)器與人交互指令管理延伸到上下游企業(yè)管理對(duì)象變化管理方式變化管理手段變化管理范圍擴(kuò)大服務(wù)產(chǎn)品本身產(chǎn)品全生命周期服務(wù)對(duì)象范圍擴(kuò)大服務(wù)方式變化服務(wù)責(zé)任增加表1-2

智能制造與傳統(tǒng)制造的異同1.2.2智能制造的特征13智能制造經(jīng)歷了長(zhǎng)期實(shí)踐演化過(guò)程，具備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化制造三個(gè)最基本的特征。圖1-2智能制造的三種基本范式（1）數(shù)字化14圖1-4圖1-3

數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)CAD—計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；CAM—計(jì)算機(jī)輔助制造；CNC—計(jì)算機(jī)數(shù)控；PID—比例積分微分?jǐn)?shù)字化制造是通過(guò)對(duì)產(chǎn)品信息、工藝信息和資源信息進(jìn)行數(shù)字化描述、集成、分析和決策，進(jìn)而快速生產(chǎn)出滿足用戶要求的產(chǎn)品。大量采用CAD/CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）/CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃）/CAM等數(shù)字化設(shè)計(jì)、建模和仿真方法；大量采用數(shù)控機(jī)床等數(shù)字化裝備；建立了信息化管理系統(tǒng)，采用MRPII（制造資源計(jì)劃）/ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）/PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）等，對(duì)制造過(guò)程各種信息與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息進(jìn)行管理，提升各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的效率和質(zhì)量。（2）數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化15圖1-4互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)控機(jī)床“互聯(lián)網(wǎng)+制造”主要特征表現(xiàn)為：第一，在產(chǎn)品方面，數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到普遍應(yīng)用，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。第二，在制造方面，實(shí)現(xiàn)橫向集成、縱向集成和端到端集成。第三，在服務(wù)方面，企業(yè)與用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)接和交互。企業(yè)生產(chǎn)開(kāi)始從以產(chǎn)品為中心向以用戶為中心轉(zhuǎn)型，企業(yè)形態(tài)也逐步從生產(chǎn)型企業(yè)向生產(chǎn)服務(wù)型企業(yè)轉(zhuǎn)型。案例：三一重工是我國(guó)工程機(jī)械領(lǐng)域最早進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的企業(yè)，2008年籌建的三一重工18號(hào)廠房是亞洲最大的數(shù)字化制造車間。之后，三一重工推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程，自主部署基于設(shè)備全球互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為用戶提供包括預(yù)測(cè)性維護(hù)、物聯(lián)網(wǎng)金融等新業(yè)務(wù)，顯著提高了三一產(chǎn)品的質(zhì)量、水平和效益。目前，三一重工已發(fā)展成位居世界前列的工程機(jī)械制造企業(yè)。16a）數(shù)字化車間b）大數(shù)據(jù)平臺(tái)（1）智能生產(chǎn)：面向定制化設(shè)計(jì)，支持多品種小批量生產(chǎn)模式，通過(guò)使用智能化的生產(chǎn)管理系統(tǒng)與智能裝備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程全生命周期的智能化管理，以及狀態(tài)自感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、自我配置、精準(zhǔn)執(zhí)行的自組織生產(chǎn)。17（3）數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化圖1-5

吉利汽車余姚工廠是具有國(guó)際先進(jìn)水平的轎車生產(chǎn)工廠（2）智能產(chǎn)品：一方面，產(chǎn)品本身的智能化提升，如提供友好的人機(jī)交互、語(yǔ)言識(shí)別、數(shù)據(jù)分析等智能功能;另一方面，生產(chǎn)過(guò)程中的每個(gè)產(chǎn)品和零部件是可標(biāo)識(shí)、可跟蹤的，甚至產(chǎn)品了解自己被制造的細(xì)節(jié)以及將被如何使用。18圖1-6新一代智能機(jī)床（3）智能服務(wù):利用互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等新技術(shù)，提供遠(yuǎn)程檢測(cè)診斷、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、技術(shù)支持等售后智能服務(wù)。從“以產(chǎn)品為中心”向“以用戶為中心”的根本性轉(zhuǎn)變，完成深刻的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。19圖1-7維尚家具集團(tuán)的智能化生產(chǎn)與服務(wù)1.2.3智能制造的關(guān)鍵技術(shù)20智能制造所要解決的核心問(wèn)題是知識(shí)的產(chǎn)生與傳承過(guò)程，其關(guān)鍵技術(shù)分別為：①識(shí)別技術(shù)。②實(shí)時(shí)定位技術(shù)③信息物理融合技術(shù)④網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)⑤系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)1.3推進(jìn)智能制造對(duì)制造企業(yè)的價(jià)值推進(jìn)智能制造,可以給制造企業(yè)帶來(lái)多方面的價(jià)值,主要包括以下幾方面?？焖賾?yīng)對(duì)市場(chǎng)波動(dòng),縮短產(chǎn)品上市周期。21圖1-8

波音777采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)、測(cè)試與裝配②促進(jìn)企業(yè)降本增效，實(shí)現(xiàn)少人化。22發(fā)那科(FANUC)機(jī)器人采用標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，批量生產(chǎn),通過(guò)機(jī)器人裝配機(jī)器人的大部分部件，同時(shí)，通過(guò)協(xié)作機(jī)器人配合工人完成機(jī)器人線纜的裝配。圖1-9發(fā)那科雙機(jī)弧焊機(jī)器人工作站③實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)作的可視化、透明化，實(shí)時(shí)洞察企業(yè)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。④提高生產(chǎn)效率，縮短交貨期。⑤提高企業(yè)質(zhì)量管控水平。⑥助力企業(yè)節(jié)能降耗。23圖1-11施耐德電氣“零碳工廠”及綠色供應(yīng)鏈等領(lǐng)先實(shí)踐案例圖1-10華星光電生產(chǎn)車間本章小結(jié)

本章通過(guò)智能制造相關(guān)的一些背景資料，介紹了從工業(yè)