《智能制造基础与应用》 智能制造关键技术.pptx

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1、 1 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术第三章第三章 智能制造关键技术智能制造关键技术第二节第二节工业物联网工业物联网第三节第三节工业机器人工业机器人第四节第四节3D打印技术打印技术第五节第五节RFID射频技术射频技术第六节第六节云计算与大数据云计算与大数据第七节第七节虚拟现实与人工智能技术虚拟现实与人工智能技术第一节第一节概述概述第八节第八节智能制造的信息安全技术智能制造的信息安全技术概概 述述11第一节第一节 3 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 智能智能制造是利用智能科学的理论、技术、方法和云计算、物联网、制造是利用智能科学的理论、技术、方法和云计算、物联网、移动互

2、联、大数据、自动化、智能化等技术手段，实现工业产品研发移动互联、大数据、自动化、智能化等技术手段，实现工业产品研发设计、生产制造过程与机械装备、经营管理、决策和服务等全流程、设计、生产制造过程与机械装备、经营管理、决策和服务等全流程、全生命周期的网络化、智能化、绿色化，通过各种工业资源与信息资全生命周期的网络化、智能化、绿色化，通过各种工业资源与信息资源整合和优化利用，实现信息流、资金流、物流、业务工作流的髙度源整合和优化利用，实现信息流、资金流、物流、业务工作流的髙度集成与融合的现代工业体系。集成与融合的现代工业体系。4 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 在在智能制造发展过程中，

3、主要有以下几种关键技术：智能制造发展过程中，主要有以下几种关键技术：一、一、工业工业互联网、物联网互联网、物联网 工业工业互联网、工业物联网是互联网、物联网在工业中的应用互联网、工业物联网是互联网、物联网在工业中的应用,是实现是实现智能生产制造的基础，在智能工业生产制造体系中，把人、设备、生产智能生产制造的基础，在智能工业生产制造体系中，把人、设备、生产线、工厂车间、供应商、客户紧密地连接在一起。设备和设备的互联成线、工厂车间、供应商、客户紧密地连接在一起。设备和设备的互联成为生产线；单机智能设备相互连接成为智能生产线；智能车间、智能工为生产线；单机智能设备相互连接成为智能生产线；智能车间、智

4、能工厂、供应链等有关工矿企业、客户互联形成产业链网络。基于设备与人厂、供应链等有关工矿企业、客户互联形成产业链网络。基于设备与人互联的信息物理系统（互联的信息物理系统（CPS)也是工业互联网、物联网的核心，能极大地也是工业互联网、物联网的核心，能极大地提升人员效率、工业效益，创造更多价值，为用户提供更好服务。提升人员效率、工业效益，创造更多价值，为用户提供更好服务。5 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 二、二、工业云、云制造工业云、云制造 工业工业云是智能工业的基础设施，通过云计算技术为工业企业提供服云是智能工业的基础设施，通过云计算技术为工业企业提供服务，是工业企业的社会资源实现

5、共享的一种信息化创新模式务，是工业企业的社会资源实现共享的一种信息化创新模式。工业云平台工业云平台 6 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 云云制造是一种利用网络和云制造服务平台，按用户需求组织网上制制造是一种利用网络和云制造服务平台，按用户需求组织网上制造资源（制造云），为用户提供各类按需制造服务的一种网络化制造新造资源（制造云），为用户提供各类按需制造服务的一种网络化制造新模式。云制造技术将现有网络化制造和服务技术同云计算、云安全、高模式。云制造技术将现有网络化制造和服务技术同云计算、云安全、高性能计算、物联网等技术融合，实现各类制造资源（制造硬设备、计算性能计算、物联网等技术融

6、合，实现各类制造资源（制造硬设备、计算系统、软件、模型、数据、知识等）统一的、集中的智能化管理和经营，系统、软件、模型、数据、知识等）统一的、集中的智能化管理和经营，为制造业全生命周期过程提供可随时获取的、按需使用的、安全可靠的、为制造业全生命周期过程提供可随时获取的、按需使用的、安全可靠的、优质廉价的各类制造活动服务。它是一种面向服务、高效低耗和基于知优质廉价的各类制造活动服务。它是一种面向服务、高效低耗和基于知识的网络化智能制造新模式，目前在航天、汽车、模具行业已有成功的识的网络化智能制造新模式，目前在航天、汽车、模具行业已有成功的试点和示范应用，并开始推广。试点和示范应用，并开始推广。7

7、 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术工业工业制造相关技术制造相关技术云云制造制造服务平台服务平台 8 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 三、三、工业自动化设备及工业软件工业自动化设备及工业软件 工业自动化工业自动化设备包括数字化仪表、半导体非电量（物理、化学，设备包括数字化仪表、半导体非电量（物理、化学，生物等变量）的各种传感器及数字测量仪表、生物等变量）的各种传感器及数字测量仪表、RFID及其读写器；单片及其读写器；单片机、各类嵌入式计算机及模块组件；工控机、数控装置、可编程控制机、各类嵌入式计算机及模块组件；工控机、数控装置、可编程控制器、工业机器人、分布式控制系统；

8、行业电子的应用产品，如汽车电器、工业机器人、分布式控制系统；行业电子的应用产品，如汽车电子、航空电子、机械电子、纺织电子等产品。子、航空电子、机械电子、纺织电子等产品。9 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 四、四、工业大数据工业大数据 工业工业大数据包括产品数据、运营数据、管理数据、供应链数据、大数据包括产品数据、运营数据、管理数据、供应链数据、研发数据等企业内部数据，以及国内外市场数据、客户数据、政策研发数据等企业内部数据，以及国内外市场数据、客户数据、政策法律数据等企业外部数据，信息化、网络化带来了海量的结构化与法律数据等企业外部数据，信息化、网络化带来了海量的结构化与非结构化

9、数据，数据本身最基本的特征是及时性、准确性、完整性，非结构化数据，数据本身最基本的特征是及时性、准确性、完整性，大数据的实时采集和处理带来更高的研发生产效率以及更低的运营大数据的实时采集和处理带来更高的研发生产效率以及更低的运营成本。这为更精准、更高效、更科学地进行管理、决策以及不断提成本。这为更精准、更高效、更科学地进行管理、决策以及不断提升智能化水平提供了保证。升智能化水平提供了保证。10 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 五、五、智能制造、智能生产、智能工厂智能制造、智能生产、智能工厂 狭义狭义智能制造是指生产智能仪表、智能控制装置、智能机器人、智能制造是指生产智能仪表、智能

10、控制装置、智能机器人、智能控制软件、智能执行机构等智能设备的制造业。广义智能生产制智能控制软件、智能执行机构等智能设备的制造业。广义智能生产制造是指将信息技术、网络技术和智能技术应用于工业生产制造领域，造是指将信息技术、网络技术和智能技术应用于工业生产制造领域，实现产品生产、研发、经营管理及服务全流程的数字化、网络化、信实现产品生产、研发、经营管理及服务全流程的数字化、网络化、信息化、自动化、智能化、绿色化，是智能化的生产工厂和制造企业。息化、自动化、智能化、绿色化，是智能化的生产工厂和制造企业。11 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 六、六、增材制造增材制造 增增材制造（材制造（

11、Additive Manufacturing，AM）技术是采用材料逐）技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除切削加工渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除切削加工技术，是一种技术，是一种“自下而上自下而上”的制造方法。近二十年来，的制造方法。近二十年来，AM技术取得了技术取得了快速的发展，快速的发展，“快速原型制造（快速原型制造（Rapid Prototyping）”、“三维打印三维打印(3D Printing)”、“实体自由制造实体自由制造(Solid Free-form Fabrication)”之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。

12、之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。12 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术广义增材制造广义增材制造 13 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 七、七、虚拟虚拟现实技术现实技术 虚拟虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。14 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关

13、键技术思考题：思考题：1.什么是智能制造？什么是智能制造？2.智能制造的关键技术主要有哪些？智能制造的关键技术主要有哪些？工业工业物联网物联网22第二节第二节 16 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 一、物一、物联网的定义联网的定义 物物联网是通过联网是通过RFID技术、无线传感器技术以及定位技术等自动识别、技术、无线传感器技术以及定位技术等自动识别、采集和感知获取物品的标识信息、物品自身的属性信息和周边环境信息，采集和感知获取物品的标识信息、物品自身的属性信息和周边环境信息，借助各种电子信息、传输技术将物品相关信息聚合到统一的信息网络中，借助各种电子信息、传输技术将物品相关信息聚

14、合到统一的信息网络中，并利用云计算、模糊识别、数据挖掘以及语义分析等各种智能计算技术对并利用云计算、模糊识别、数据挖掘以及语义分析等各种智能计算技术对物品相关信息进行分析融合处理，最终实现对物理世界的高度认知和智能物品相关信息进行分析融合处理，最终实现对物理世界的高度认知和智能化的决策控制。化的决策控制。目前目前物联网的传输技术非常丰富，包括：蓝牙、物联网的传输技术非常丰富，包括：蓝牙、Zigbee、WIFI、超、超短波数传电台、短波数传电台、GPRS等等。主要可以概括为以太网终端、等等。主要可以概括为以太网终端、WIFI终端、终端、2G/3G终端等，当然有些智能终端具有上述两种或两种以上的接

15、口。终端等，当然有些智能终端具有上述两种或两种以上的接口。17 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术物物联联网网的的体体系系结结构构 18 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 感知感知层是物联网的皮肤和五官层是物联网的皮肤和五官,用来识别物体，采集信息。感知层包用来识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、标签和读写器、摄像头、GPS等，主要作等，主要作用是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。用是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。网络层网络层是物联网的神经中枢和大脑，进行信息传递

16、和处理。网络层包是物联网的神经中枢和大脑，进行信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心和信息处理中心等。网络层将括通信与互联网的融合网络、网络管理中心和信息处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。应用层应用层是物联网的是物联网的“社会分工社会分工”，与行业需求结合，实现广泛智能化。，与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社

17、会分工，最终构成人类社会。智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。19 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 三、三、工业工业物联网中的关键技术物联网中的关键技术 工业工业物联网通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别技术、物联网通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实现在工业现场采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程、技术，实现在工业现场采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程、采集其声、光、热、电等各种需要的信息。具有环境感知能力的各类采集

18、其声、光、热、电等各种需要的信息。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等，不断融入到工业生产终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等，不断融入到工业生产的各个环节，从而大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本的各个环节，从而大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。20 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术工业工业物联网中的关键技术物联网中的关键技术 21 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术四、工业四、工业物联网应用前景物联网应用前景工业物联网的应用改变了

19、传统工业中被动的信息收集方式，实现自动、准工业物联网的应用改变了传统工业中被动的信息收集方式，实现自动、准确、及时地收集生产过程参数。传统的工业生产采用确、及时地收集生产过程参数。传统的工业生产采用M2M（Machine to Machine）的通信模式，实现了机器与机器间的通信。而工业物联网通过）的通信模式，实现了机器与机器间的通信。而工业物联网通过Things to Things的通信方式实现了人、机器和系统三者之间的智能化、的通信方式实现了人、机器和系统三者之间的智能化、交互式无缝连接，从而使得企业与客户、市场的联系更为紧密，企业可以感交互式无缝连接，从而使得企业与客户、市场的联系更为紧

20、密，企业可以感知到市场的瞬息万变，大幅提高制造效率、改善产品质量、降低产品成本和知到市场的瞬息万变，大幅提高制造效率、改善产品质量、降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。22 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 23 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 24 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术基于基于物联物联网的网的现代现代工业工业系统系统体系体系结构结构 25 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 1制造业供应链管理制造业供应链管理 企业企业利用物联网技术，能及时掌握原材料采购、库存、销售等

21、信息，通过利用物联网技术，能及时掌握原材料采购、库存、销售等信息，通过大数据分析还能预测原材料的价格趋向、供求关系等，有助于完善和优化供应大数据分析还能预测原材料的价格趋向、供求关系等，有助于完善和优化供应链管理体系，提高供应链效率，降低成本。例如，空中客车通过在供应链体系链管理体系，提高供应链效率，降低成本。例如，空中客车通过在供应链体系中应用传感网络技术，构建了全球制造业中规模最大、效率最高的供应链体系。中应用传感网络技术，构建了全球制造业中规模最大、效率最高的供应链体系。26 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术空客公司供应链体系空客公司供应链体系 27 智能制造基础与应用 第三

22、章 智能制造关键技术 2生产过程工艺优化生产过程工艺优化 工业工业物联网的泛在感知特性提高了生产线过程检测、实时参数采集、材料物联网的泛在感知特性提高了生产线过程检测、实时参数采集、材料消耗监测的能力和水平，通过对数据的分析处理可以实现智能监控、智能控制、消耗监测的能力和水平，通过对数据的分析处理可以实现智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护，提高生产力，降低能源消耗。智能诊断、智能决策、智能维护，提高生产力，降低能源消耗。3生产设备监控管理生产设备监控管理 利用利用传感技术对生产设备进行健康监控，可以及时跟踪生产过程中各个工业传感技术对生产设备进行健康监控，可以及时跟踪生产过程中各

23、个工业机器设备的使用情况，通过网络把数据汇聚到设备生产商的数据分析中心进行处机器设备的使用情况，通过网络把数据汇聚到设备生产商的数据分析中心进行处理，能有效地进行机器故障诊断、预测，快速、精确地定位故障原因，提高维护理，能有效地进行机器故障诊断、预测，快速、精确地定位故障原因，提高维护效率，降低维护成本效率，降低维护成本。28 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 4环保监测及能源管理环保监测及能源管理 工业工业物联网与环保设备的融合可以实现对工业生产过程中产生的各种物联网与环保设备的融合可以实现对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理环节关键指标的实时监控。在化工、轻工、火电厂等企

24、污染源及污染治理环节关键指标的实时监控。在化工、轻工、火电厂等企业布署传感器网络，不仅可以实时监测企业排污数据，而且可以通过智能业布署传感器网络，不仅可以实时监测企业排污数据，而且可以通过智能化的数据报警及时发现排污异常并停止相应的生产过程，防止突发性环境化的数据报警及时发现排污异常并停止相应的生产过程，防止突发性环境污染事故发生。污染事故发生。5工业安全生产管理工业安全生产管理 工业工业物联网技术通过把传感器安装到矿山设备、油气管道、矿工设备物联网技术通过把传感器安装到矿山设备、油气管道、矿工设备等危险作业环境中，可以实时监测作业人员、设备机器以及周边环境等方等危险作业环境中，可以实时监测作

25、业人员、设备机器以及周边环境等方面的安全状态信息，全方位获取生产环境中的安全要素，将现有的网络监面的安全状态信息，全方位获取生产环境中的安全要素，将现有的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台。平台。29 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术基于物联网的公交智能调控系统基于物联网的公交智能调控系统 30 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术基于物联网的仓储物流方案基于物联网的仓储物流方案 31 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术思考题：思考题：1.什么是物联网？什么是物联网？2.工业物联网的关键技术有哪些？工业物

26、联网的关键技术有哪些？3.工业物联网的应用主要集中在哪几个方面？工业物联网的应用主要集中在哪几个方面？工业机器人工业机器人33第三节第三节 33 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 一、一、工业机器人定义及特点工业机器人定义及特点 工业机器人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是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行。34 智

27、能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 工业机器人工业机器人最显著的特点有以下几个最显著的特点有以下几个：1可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种产品，特可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种产品，特别是具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造别是具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分系统中的一个重要组成部分。2拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大拟人化。工业机器人在机械结

28、构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的器人还有许多类似人类的“生物传感器生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。35 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 3通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器

29、人人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。4工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合：机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环子学的结合：机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是能力、推理

30、判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。计算机技术的应用密切相关。36 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 当今当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。1技术先进。工业机器人集精密化、柔性化、智能化、软件应用技术先进。工业机器人集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于一体。通过对过程实施检测、控制、优化、调度、开发等先进制造技术于一体。通过对过程实施检测、控制、优化、调度、

31、管理和决策，实现增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗和环管理和决策，实现增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗和环境污染，是工业自动化水平的最高体现境污染，是工业自动化水平的最高体现。2技术升级。工业机器人与自动化成套装备具备精细制造、精细技术升级。工业机器人与自动化成套装备具备精细制造、精细加工以及柔性生产等技术特点，是继动力机械、计算机之后，出现的全加工以及柔性生产等技术特点，是继动力机械、计算机之后，出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具，是实现生产数字化、自动化、面延伸人的体力和智力的新一代生产工具，是实现生产数字化、自动化、网络化以及智能化的重要手段网络化以及智能化的

32、重要手段。37 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 3应用领域广泛。工业机器人与自动化成套装备是生产过程的关键设备，应用领域广泛。工业机器人与自动化成套装备是生产过程的关键设备，可用于制造、安装、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车整车及汽车零可用于制造、安装、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车整车及汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等众多行业，应用领域非常广泛医药、冶金及印刷出版等众多行业，应用领域非常广泛。4技术综合性强。工业机器人与自动化成套技术

33、，集中并融合了多项学技术综合性强。工业机器人与自动化成套技术，集中并融合了多项学科，涉及多项技术领域科，涉及多项技术领域，包括工业机器人控制技术、机器人动力学及仿真、机包括工业机器人控制技术、机器人动力学及仿真、机器人构建有限元分析、激光加工技术、模块化程序设计、智能测量、建模加工器人构建有限元分析、激光加工技术、模块化程序设计、智能测量、建模加工一体化、工厂自动化以及精细物流等先进制造技术，技术综合性强。一体化、工厂自动化以及精细物流等先进制造技术，技术综合性强。38 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术二、二、工业机器人种类工业机器人种类工业机器人的种类主要包括以下几种：工业机器人

34、的种类主要包括以下几种：1移动机器人（移动机器人（AGV）2点焊机器人点焊机器人3弧焊机器人弧焊机器人4激光加工机器人激光加工机器人5真空机器人真空机器人6洁净机器人洁净机器人 39 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 1.移动移动机器人（机器人（AGV）移动机器人（移动机器人（AGV）是）是工业机器人的一种类型，它由计算机控制，具有移、工业机器人的一种类型，它由计算机控制，具有移、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能，它可广泛应用于机械、电子、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能，它可广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能，也用于纺织、卷

35、烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能，也用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统（以自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统（以AGV作为活动装配平作为活动装配平台台）。）。移动移动机器人是物流技术的核心技术和设备，用现代物流技术配合、支机器人是物流技术的核心技术和设备，用现代物流技术配合、支撑、改造、提升传统生产线，实现点对点自动存取的高架箱储、作业和搬撑、改造、提升传统生产线，实现点对点自动存取的高架箱储、作业和搬运相结合，实现精细化、柔性化、信息化，缩短物流流程，降低物料损耗，运相结合，实现精细化、柔性化、信息化，缩短物流流程，降低物料损耗，减少占地面积，降低建设投资

36、。减少占地面积，降低建设投资。40 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术移移动动机机器器人人AGV 41 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 2点焊机器人点焊机器人 焊接焊接机器人具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能机器人具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等特点，焊接质量明显优于人工焊接，大大提高了点焊作业的力强等特点，焊接质量明显优于人工焊接，大大提高了点焊作业的生产率。生产率。42 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工作，随着汽车工业的发展，点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工作，随着汽车工业的发展，焊接生产线

37、要求焊钳一体化，重量越来越大，焊接生产线要求焊钳一体化，重量越来越大，165公斤点焊机器人是公斤点焊机器人是当前汽车焊接中最常用的一种机器人。当前汽车焊接中最常用的一种机器人。2008年年9月，我国机器人研究月，我国机器人研究所研制完成国内首台所研制完成国内首台165公斤级点焊机器人，并成功应用于奇瑞汽车公斤级点焊机器人，并成功应用于奇瑞汽车焊接车间。焊接车间。2009年年9月，经过优化和性能提升的第二台机器人完成并月，经过优化和性能提升的第二台机器人完成并顺利通过验收，使得我国焊接机器人整体技术指标已经达到国外同类顺利通过验收，使得我国焊接机器人整体技术指标已经达到国外同类机器人水平。机器人

38、水平。43 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 3弧焊机器人弧焊机器人 弧焊机弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。关键技术包括：器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。关键技术包括：(1)弧焊机器人系统优化集成技术：弧焊机器人采用交流伺服驱动技术以弧焊机器人系统优化集成技术：弧焊机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高刚性的及高精度、高刚性的RV减速机和谐波减速器，具有良好的低速稳定性和高速减速机和谐波减速器，具有良好的低速稳定性和高速动态响应，并可实现免维护功能。动态响应，并可实现免维护功能。(2)协调控制技术：控制多机器人及变位机协调运动，既能保持焊枪和工协调控制技术：

39、控制多机器人及变位机协调运动，既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求，又能避免焊枪和工件的碰撞件的相对姿态以满足焊接工艺的要求，又能避免焊枪和工件的碰撞。44 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 (3)精确焊缝轨迹跟踪技术：结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的精确焊缝轨迹跟踪技术：结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的优点，采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器人对复杂工优点，采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏件进行焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获

40、得焊缝跟踪的残余偏差，基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正，在各种工况下差，基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正，在各种工况下都能获得最佳的焊接质量。都能获得最佳的焊接质量。45 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 4激光加工机器人激光加工机器人 激光加工激光加工机器人是将机器人技术应用于激光加工中，通过高精度工业机器机器人是将机器人技术应用于激光加工中，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业。激光加工机器人可以通过示教盒进行在线操人实现更加柔性的激光加工作业。激光加工机器人可以通过示教盒进行在线操作，也可通过离线方式进行编程。作，也可通过离线方式

41、进行编程。46 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 5真空机器人真空机器人 真空真空机器人是一种在真空环境下工作的机器人，主要应用于半导体工业中，机器人是一种在真空环境下工作的机器人，主要应用于半导体工业中，实现晶圆在真空腔室内的传输。真空机械手难进口、受限制、用量大、通用性强，实现晶圆在真空腔室内的传输。真空机械手难进口、受限制、用量大、通用性强，是制约半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键部件是制约半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键部件。47 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 6洁净机器人洁净机器人 洁净洁净机器人是一种在洁净环境中使用的工业机器人

42、。随着生产技术水平不断机器人是一种在洁净环境中使用的工业机器人。随着生产技术水平不断提高，其对生产环境的要求也日益苛刻，很多现代工业产品生产都要求在洁净环提高，其对生产环境的要求也日益苛刻，很多现代工业产品生产都要求在洁净环境进行，洁净机器人是洁净环境下生产需要的关键设备。境进行，洁净机器人是洁净环境下生产需要的关键设备。48 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 三、三、典型机器人系统案例典型机器人系统案例 1.输送输送线系统线系统一机三线自动码垛系统输送线一机三线自动码垛系统输送线应用应用领域领域：机器人及输送机器人及输送线物流自动化线物流自动化系统可应用于系统可应用于建材、家电、

43、建材、家电、电子、化纤、电子、化纤、汽车、食品等汽车、食品等行业行业。49 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 2.机器人机器人涂胶涂胶工作站工作站 机器人机器人涂胶工作站主要包括机器人、涂胶工作站主要包括机器人、供胶系统、涂胶工作台、工作站控制系供胶系统、涂胶工作台、工作站控制系统及其它周边配套设备。工作站自动化统及其它周边配套设备。工作站自动化程度高，适用于多品种、大批量生产，程度高，适用于多品种、大批量生产，可广泛地应用于汽车风挡、汽车摩托车可广泛地应用于汽车风挡、汽车摩托车车灯、建材门窗、太阳能光伏电池涂胶车灯、建材门窗、太阳能光伏电池涂胶等行业。等行业。50 智能制造基础与

44、应用 第三章 智能制造关键技术 3.焊接系统焊接系统 应用领域应用领域：自动自动机器人焊接工作机器人焊接工作站可广泛地应用于铁路、站可广泛地应用于铁路、航空航天、军工、冶金、航空航天、军工、冶金、汽车、电器等各个汽车、电器等各个行业。行业。51 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 优点优点：稳定和提高焊接质量；稳定和提高焊接质量；提高劳动生产率；提高劳动生产率；改善工人劳动强度，改善工人劳动强度，机器人可在有害环境下工作；机器人可在有害环境下工作；降低了对工人操作技术的要求；降低了对工人操作技术的要求；缩短了产品改缩短了产品改型换代的准备周期（只需修改软件和必要的夹具即可），减少相应

45、的设备投资。型换代的准备周期（只需修改软件和必要的夹具即可），减少相应的设备投资。因此，在各行各业已得到了广泛的应用。该系统一般多采用熔化极气体保护焊因此，在各行各业已得到了广泛的应用。该系统一般多采用熔化极气体保护焊（MIG、MAG、CO2焊）或非熔化极气体保护焊（焊）或非熔化极气体保护焊（TIG、等离子弧焊）方法。、等离子弧焊）方法。设备一般包括：焊接电源、焊枪和送丝机构、焊接机器人系统及相应的焊接软件设备一般包括：焊接电源、焊枪和送丝机构、焊接机器人系统及相应的焊接软件及其它辅助设备等。及其它辅助设备等。52 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 四、四、自动装箱系统自动装箱系统

46、 机器人机器人自动装箱、码垛工作站是一种集成化的系统，它包括工业机器人、控制自动装箱、码垛工作站是一种集成化的系统，它包括工业机器人、控制器、编程器、机器人手爪、自动拆叠盘机、托盘输送及定位设备和码垛模式软件等。器、编程器、机器人手爪、自动拆叠盘机、托盘输送及定位设备和码垛模式软件等。它还配置自动称重、贴标签和检测及通讯系统，并与生产控制系统相连接，以形成它还配置自动称重、贴标签和检测及通讯系统，并与生产控制系统相连接，以形成一个完整的集成化包装生产线。一个完整的集成化包装生产线。应用应用领域领域机器人自动装箱、码垛工作站可应用于建材、家电、电子、化纤、汽车、食品等行机器人自动装箱、码垛工作站

47、可应用于建材、家电、电子、化纤、汽车、食品等行业。业。53 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术酒类装箱码垛线酒类装箱码垛线 54 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术思考题：思考题：1.工业机器人有哪些特点？工业机器人有哪些特点？2.工业机器人的常用种类有哪些？工业机器人的常用种类有哪些？3D打印打印技术技术44第四节第四节 56 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 一、一、3D打印技术特点及发展历史打印技术特点及发展历史 3D打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末打印是快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料

48、等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造。该技术在珠宝、鞋类、等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。育、地理信息系统、

49、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。57 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术 3D打印技术出现在打印技术出现在20世纪世纪90年代中年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等等“打印材料打印材料”，与电脑连接后，通过电，与电脑连接后，通过电脑控制把脑控制把“打印材料打印材料”一层层叠加起来，一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为技术称为3D立体打

50、印技术。立体打印技术。3D打印流程打印流程 58 智能制造基础与应用 第三章 智能制造关键技术1986年，美国科学家年，美国科学家Charles Hull开发了第一台商业开发了第一台商业3D印刷机。印刷机。1993年，麻省理工学院获年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。印刷技术专利。1995年，美国年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。打印机。2005年，市场上首个高清晰彩色年，市场上首个高清晰彩色3D打印机打印机Spectrum Z510由由ZCorp公司研制公司研制成功。成功。2010年年11月，美国月，美国Jim Ko