(3.6.1)--3.5智能制造技术.ppt

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1、智能制造技术智能制造技术智能制造技术智能制造技术CONTENTS目 录1 1智能制造2 2智能加工3 3 智能机床智能机床 学习目标模块三制造自动化技术1.了解智能制造与智能制造系统的含义（重点）（重点）；2.理解智能加工与传统加工的区别；3.了解智能机床的结构与工作原理（难点）（难点）；1智能制造3.5 智能制造技术模块三制造自动化技术 “绿色、智能、超常、融合、服绿色、智能、超常、融合、服务务”是由中国机械工程学会在中国机械工程技术路线图中为我国机械制造业未来发展归纳的五大趋势。由此可见，我国将智能制造放在机械制造业今后发展的重要位置，这不仅着眼于中国机械工程技术发展的实际，也体现了世界机

2、械工程技术发展的大趋势。一、一、智能制造的地位3.5 智能制造技术模块三制造自动化技术 智能制造是面向产品全生命周期，在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备的智能化。智能制造模式突出了知识在制造活动中的价值地位，而知识经济又是继工业经济后的主体经济形式，因而可以说，智能制造是影响未来制造业发展的重要生产模式，是现代制造技术发展的一个战略方向。二、二、智能制造的含义智能制造，源于智能制造，源于人工智能人工智能的研究。的研究。一般一般认为认为智能是知智能是知识识和智力的和智力的总总和，前者

3、是智能的基和，前者是智能的基础础，后者是指，后者是指获获取取和运用知和运用知识识求解的能力。求解的能力。智能制造智能制造应应当包含智能制造技当包含智能制造技术术和智能制造系和智能制造系统统，智能制造系，智能制造系统统不不仅仅能能够够在在实实践中不断地充践中不断地充实实知知识库识库，而且，而且还还具有自学具有自学习习功能，功能，还还有搜集与理有搜集与理解解环环境信息和自身的信息，并境信息和自身的信息，并进进行分析判断和行分析判断和规规划自身行划自身行为为的能力。的能力。中文名智能制造中文名智能制造外文名外文名Intelligent ManufacturingIntelligent Manufac

4、turing起源于人工智能的研究起源于人工智能的研究性性质质智能是知智能是知识识和智力的和智力的总总和和3.5 智能制造技术模块三制造自动化技术 所谓智能制造系统，通常是指由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统，在产品制造的各个环节以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，同时收集、存储、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。三、三、智能制造系统的含义谈起智能制造，首先应介绍日本在谈起智能制造，首先应介绍日本在19901990年年4 4月所倡导的月所倡导的“智能制造系统智能制造系统IMS”IM

5、S”国际合作研究计划。许多发达国家如美国、欧洲共同体、加拿大、国际合作研究计划。许多发达国家如美国、欧洲共同体、加拿大、澳大利亚等参加了该项计划。该计划共计划投资澳大利亚等参加了该项计划。该计划共计划投资1010亿美元，对亿美元，对100100个项目个项目实施前期科研计划。实施前期科研计划。毫无疑问，智能化是制造自动化的发展方向。在制造过程的各个环节几乎都广泛应用人工智能技术。专家系统技术可以用于工程设计，工艺过程设计，生产调度，故障诊断等。也可以将神经网络和模糊控制技术等先进的计算机智能方法应用于产品配方，生产调度等，实现制造过程智能化。而人工智能技术尤其适合于解决特别复杂和不确定的问题。但

6、同样显然的是，要在企业制造的全过程中全部实现智能化，如果不是完全做不到的事情，至少也是在遥远的将来。有人甚至提出这样的问题，下个世纪会实现智能自动化吗？而如果只是在企业的某个局部环节实现智能化，而又无法保证全局的优化，则这种智能化的意义是有限的。2智能加工3.5 智能制造技术模块三制造自动化技术 在传统机械加工中，具有一定技能和经验的操作者起着决定性作用。在加工过程中，操作者有以下特点:用自己的眼、耳、鼻、身等感觉器官监视加工过程以及设备工作状况和工件加工质量；依据自己的感受和经验，通过大脑判断加工过程是否正常，并作出相应的决策；用手脚四肢对加工过程实施相应的操作和处理。一、一、传统加工的特点

7、3.5 智能制造技术模块三制造自动化技术 智能加工是让机器代替熟练技术工人完成上述工作，是在没有人干预情况下自动进行的。二、二、智能加工的特点3.5 智能制造技术模块三制造自动化技术 与传统加工方式比较，智能加工综合应用了传感检测技术、信息处理技术、人工智能技术以及实时控制技术等，不仅具有自适应调整和控制能力，还具有自主学习功能，可根据系统作业过程不断积累经验，创造新知识。智能加工是一种柔性度和自动化水平更高的制造技术，它不仅减轻人们的体力劳动，还能减轻人们的脑力劳动，使产品制造过程能够自动、连续、准确、高速、可靠地进行。三、三、智能加工与传统加工的区别智能制造和传统的制造相比，智能制造系统具

8、有以下特征：自律能力自律能力即搜集与理解环境信息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。具有自律能力的设备称为“智能机器”，“智能机器”在一定程度上表现出独立性、自主性和个性，甚至相互间还能协调运作与竞争。强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。人机一体化人机一体化IMS不单纯是“人工智能”系统，而是人机一体化智能系统，是一种混合智能。基于人工智能的智能机器只能进行机械式的推理、预测、判断，它只能具有逻辑思维（专家系统），最多做到形象思维（神经网络），完全做不到灵感（顿悟）思维，只有人类专家才真正同时具备以上三种思维能力。因此，想以人工智能全面取代制造过程中人类专家的智能，独

9、立承担起分析、判断、决策等任务是不现实的。人机一体化一方面突出人在制造系统中的核心地位，同时在智能 机器的配合下，更好地发挥出人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相互“理解”、相互协作的关系，使二者在不同的层次上各显其能，相辅相成。因此，在智能制造系统中，高素质、高智能的人将发挥更好的作用，机器智能和人的智能将真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。虚拟现实技术虚拟现实技术这是实现虚拟制造的支持技术，也是实现高水平人机一体化的关键技术之一。虚拟现实技术(Virtual Reality)是以计算机为基础，融合信号处理、动画技术、智能推理、预测、仿真和多媒体技术为一体；借助各种音像和传感装置，虚

10、拟展示现实生活中的各种过程、物件等，因而也能拟实制造过程和未来的产品，从感官和视觉上使人获得完全如同真实的感受。但其特点是可以按照人们的意愿任意变化，这种人机结合的新一代智能界面，是智能制造的一个显著特征。自组织超柔性自组织超柔性智能制造系统中的各组成单元能够依据工作任务的需要，自行组成一种最佳结构，其柔性不仅突出在运行方式上，而且突出在结构形式上，所以称这种柔性为超柔性，如同一群人类专家组成的群体，具有生物特征。学习与维护学习与维护智能制造系统能够在实践中不断地充实知识库，具有自学习功能。同时，在运行过程中自行故障诊断，并具备对故障自行排除、自行维护的能力。这种特征使智能制造系统能够自我优化

11、并适应各种复杂的环境。智能技术智能技术1 1、新型传感技术、新型传感技术高传感灵敏度、精度、可靠性和环境适应性的传感技术，采用新原理、新材料、新工艺的传感技术（如量子测量、纳米聚合物传感、光纤传感等），微弱传感信号提取与处理技术。2 2、模块化、嵌入式控制系统设计技术、模块化、嵌入式控制系统设计技术不同结构的模块化硬件设计技术，微内核操作系统和开放式系统软件技术、组态语言和人机界面技术，以及实现统一数据格式、统一编程环境的工程软件平台技术。3 3、先进控制与优化技术、先进控制与优化技术工业过程多层次性能评估技术、基于大量数据的建模技术、大规模高性能多目标优化技术，大型复杂装备系统仿真技术，高阶

12、导数连续运动规划、电子传动等精密运动控制技术。4 4、系统协同技术、系统协同技术大型制造工程项目复杂自动化系统整体方案设计技术以及安装调试技术，统一操作界面和工程工具的设计技术，统一事件序列和报警处理技术，一体化资产管理技术。5 5、故障诊断与健康维护技术、故障诊断与健康维护技术在线或远程状态监测与故障诊断、自愈合调控与损伤智能识别以及健康维护技术，重大装备的寿命测试和剩余寿命预测技术，可靠性与寿命评估技术。6 6、高可靠实时通信网络技术、高可靠实时通信网络技术嵌入式互联网技术，高可靠无线通信网络构建技术，工业通信网络信息安全技术和异构通信网络间信息无缝交换技术。7 7、功能安全技术、功能安全

13、技术智能装备硬件、软件的功能安全分析、设计、验证技术及方法，建立功能安全验证的测试平台，研究自动化控制系统整体功能安全评估技术。8 8、特种工艺与精密制造技术、特种工艺与精密制造技术多维精密加工工艺，精密成型工艺，焊接、粘接、烧结等特殊连接工艺，微机电系统（MEMS）技术，精确可控热处理技术，精密锻造技术等。9 9、识别技术、识别技术低成本、低功耗RFID芯片设计制造技术，超高频和微波天线设计技术，低温热压封装技术，超高频RFID核心模块设计制造技术，基于深度三位图像识别技术，物体缺陷识别技术3智能机床2015年9月10日，工业和信息化部公布2015年智能制造试点示范项目名单，46个项目入围。

14、这些项目包括沈阳机床（集团）有限责任公司申报的智能机床试点、北京航天智造科技发展有限公司申报的航天产品智慧云制造试点、中化化肥有限公司申报的化肥智能制造及服务试点等。46个试点示范项目覆盖了38个行业，分布在21个省，涉及流程制造、离散制造、智能装备和产品、智能制造新业态新模式、智能化管理、智能服务等6个类别，体现了行业、区域覆盖面和较强的示范性。沈阳机床也是本次金属切削机床行业中入选的企业。工信部在2015年启动实施“智能制造试点示范专项行动”，主要是直接切入制造活动的关键环节，充分调动企业的积极性，注重试点示范项目的成长性，通过点上突破，形成有效的经验与模式，在制造业各个领域加以推广与应用

15、。工信部部长苗圩在会议上表示，智能制造日益成为未来制造业发展的重大趋势和核心内容，也是加快发展方式转变，促进工业向中高端迈进、建设制造强国的重要举措，也是新常态下打造新的国际竞争优势的必然选择。而推进智能制造是一项复杂而庞大的系统工程，也是一件新生事物，这需要一个不断探索、试错的过程，难以一蹴而就，更不能急于求成。为此，“要用好试点示范这个重要抓手。3.5 智能制造技术模块三制造自动化技术 智能机床，是在加工过程中能够自我感知、智能监测、智能调节、智能决策和维护，保证高效、优质、低耗多目标优化运行的机床。一、一、智能机床的结构组成3.5 智能制造技术模块三制造自动化技术 在机床加工过程中，不同

16、类型的传感器对加工过程、加工精度、机床和工具工作状态等进行在线监测，依据智能分析诊断模块对刀具磨损、工艺系统颤振等异常状态进行诊断。二、二、智能机床的工作原理课后小结模块三制造自动化技术本次课我们从智能制造、智能加工、智能机床三个方面学习了有智能制造技术的知识，希望同学们课后能认真复习本节的内容。本次课的学习就到这里，同学再见！案例分析：从制造大国到制造强国，我国智能制造转型如何破局？案例分析：从制造大国到制造强国，我国智能制造转型如何破局？我国十四五规划将在2021年全面展开，未来五年将是打造数字经济未来五年将是打造数字经济新优势的重要阶段。以智能制造为契机推动制造业高质量发展，既是中国数字

17、经济与实体经济融合发展的主攻方向，也是实现双循环新发展格局的关键突破口。新冠疫情暴发以来，制造业企业大都经历了生产中断、供应链断裂、复工复产的过程，老牌企业多年积累的竞争优势有可能被颠覆，新生企业也有可能抓住机遇快速发展壮大，行业竞争格局有望被重塑。然而现在很多制造企业陷入关注技术单点优化，轻视整体价值提升的误区，造成数据孤岛严重、设备和系统连通性差等问题。并且在智能制造转型方面，市场上大部分供应商不具备集成解决方案能力。这些都导致企业投资不小，但见效甚微。01 01 中国智能制造发展概况中国智能制造发展概况全球主要国家智能制造战略美国美国国家先进制造战略规划国家先进制造战略规划，该战略提出了

18、中小企业投资教育体系建设、多界合作关系、联邦投资、国家研发投入等战略目标，注重工业互联网的建设。美国先进制造领先战略，该战略强调通过发展新技术、培育人力、扩展提升国内制造业供应链3大战略方向。相关技术包括工业机器人、人工智能基础设施、网络空间安全、高性能材料、增材制造、连续制造、生物药物制造、半导体设计工具与制造、农业食品安全生产与供应链等。德国德国工业工业4.04.0战略实施建议战略实施建议，该战略提出并定义第四次工业革命即工业 4.0。工业4.0作为智能、网络化世界的一部分，重点是创造智能产品、程序和过程，关键主题为智能工厂、智能生产、智能物流。德国工业4.0重点关注5大领域价值网络下的横

19、向集成、全价值链的端到端工程、纵向集成和网络化制造系统、工作场所中新的社会基础设施、虚拟网络-实体物理系统技术。法国法国新工业法国新工业法国，该战略提出通过创新重塑工业实力，使法国处于全球工业竞争力第一梯队。该战略为期10年，主要解决3大问题：能源、数字革命和经济生活，共包含可再生能源、电池电动车无人驾驶、智慧能源等34项具体计划，展现了法国在第三次工业革命中实现工业转型的决心和实力。日本日本日本制造业白皮书日本制造业白皮书（以下简称白皮书），白皮书分析了日本制造业现状及面临问题，除了相继推出大力发展机器人、新能源汽车、3D打印等政策之外，特别强调了发挥IT的作用。白皮书还将企业的职业培训、面

20、向年轻人的技能传承、理工科人才培养等视作亟待解决的问题。白皮书已经更新到2019版，对于原有概念调整，开始专注到“互联工业”，与美国工业互联网建立不同的定位，希望突出“工业”的核心地位。中国中国中国制造中国制造20252025，文件主要纲领为：，文件主要纲领为：“一一”个目标：个目标：从制造业大国向制造业强国转变。“两两”化融合：化融合：信息化和工业化深度融合。“三三”步走战略目标：步走战略目标：第一步，力争用十年时间，迈入制造强国行列；第二步，到2035年，我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平；第三步，新中国成立一百年时，制造业大国地位更加巩固，综合实力进入世界制造强国前列。“四四”项

21、原则：项原则：市场主导、政府引导；立足当前，着眼长远；全面推进，重点突破；自主发展、合作共赢。“五五”条方针：条方针：创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本。“五五”大工程：大工程：制造业创新中心建设工程、工业强基工程、智能制造工程、绿色制造工程、高端装备创新工程。“十十”个重点领域突破：个重点领域突破：新一代信息技术、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械、农业机械装备。在中国制造2025基础上，国家又相继推出关于工业互联网、工业机器人、两化融合等政策，智能制造成为十四五规划重点。

22、02 02 中国智能制造企业发展情况中国智能制造企业发展情况目前我国智能制造企业发展已取得一些成绩：2016年到2018年，我国实施了249个智能制造试点示范项目，企业智能制造部署从试水到逐步铺开；有关部门也陆续完成了4项智能制造国家标准的制定或修订工作，企业智能化标准更为规范。20172018中国智能制造发展年度报告显示，我国已初步建成208个数字化车间和智能工厂，覆盖10大领域和80个行业，初步建立起与国际同步的智能制造标准体系。在全球的44个灯塔工厂中有12个工厂位于中国，并且其中有7个为端到端灯塔工厂。到2020年，我国重点领域的制造企业关键工序数控化率将超过50，数字化车间或智能工厂

23、普及率超过20。软件领域，2019年中国智能制造系统集成产业持续高速发展，同比增长20.7%。而全国工业互联网市场规模在2019年也已突破700亿元。硬件领域，在多年来智能制造工程带动下，我国工业机器人、增材制造、工业传感器等新兴产业快速发展壮大，多种典型智能制造新模式推广应用，带动产业升级步伐明显加快。然而机遇与挑战并存，目前我国智能制造企业发展面临以下瓶颈：然而机遇与挑战并存，目前我国智能制造企业发展面临以下瓶颈：1 1、缺乏顶层设计、缺乏顶层设计很多制造企业还未从战略层面绘制智能制造发展蓝图。这导致数字化转型缺乏思想领导和战略规划，缺乏总体业务价值目标规划和现状评估分析，因此难以将新技术

24、与智能制造应用场景深度融合，而只能根据生产的实际需求进行系统局部建设或改造。企业由此陷入了重硬件轻软件、重局部轻整体的误区，投资不小却见效甚微。2 2、关注技术单点优化，轻视整体价值提升、关注技术单点优化，轻视整体价值提升大部分企业将智能制造建设等同于技术和硬件投资。比如很多企业部署自动化生产线将独立的工序连接在一起，或者用自动化设备取代人工。表面看其自动化水平提高了，但却带来了更多问题，例如，产线比之前更缺乏灵活性，只能适应单一品种的生产；设备管理系统没有跟进而造成设备故障频繁，反而增加了设备维护工作量。还有些企业一味地追求系统功能的大而全，企业的数字化系统跟自身的管理和业务流程不匹配，最终

25、导致投资的浪费与设备的闲置。3 3、具备集成能力解决方案供应商少、具备集成能力解决方案供应商少工业制造覆盖的领域众多，系统架构十分复杂，不同企业所面临的研发、制造、流程管理需求都不尽相同，标准化的解决方案往往难以直接为生产企业所使用。同时，智能制造涉及的技术非常多，比如云计算、工业机器人、机器视觉、数字孪生等等，而这些技术还在不断快速演进。因此，企业对合作伙伴的要求非常高，他们不仅要帮助企业进行现状评估、建立智能制造的顶层规划，设计整体框架，还要对数字化、智能化技术的应用进行总体设计，实现IT与工业自动化技术（OT）系统的集成。但是市场上大部分供应商专注于单一或者部分领域的解决方案，不具备一站

26、式的集成解决方案能力，对于缺乏自身系统集成能力的制造企业来说，推进智能制造的障碍很高。03 03 加速智能制造转型加速智能制造转型6 6大措施大措施即便企业认识到以上问题，仍旧无法快速突围并推动转型，实现总体价值提升。火石结合结智能制造转型中领先企业的共性，并参照实际项目经验，给出以下6点建议，以期给各行业不同发展阶段的企业一些借鉴与启发。确定场景价值确定场景价值顶层架构设计顶层架构设计夯实数字化基础夯实数字化基础引入核心应用引入核心应用实现系统互联和数据集成实现系统互联和数据集成建立持续创新的数字化组织和能力建立持续创新的数字化组织和能力04 04 总结总结中国作为制造大国，其制造基因早已印刻在每个省市的发展中。在从制造大国到制造强国转变的过程中，有雄厚制造优势的企业积极发展智能制造，打造全球领先的智能制造产业标杆。另外，有科技创新优势的地区，积极布局新兴技术产业发展，赋能本地及区域制造产业转型升级。经火石分析归纳，智能制造产业发展的主要因素有以下几点：1、政策驱动。享受政策牵引，布局新兴战略产业发展。2、存量升级。传统制造从智能装备制造与工业互联技术服务2个方向转型“智”造强区。3、行业势头示范。智能制造先行者提供发展范例。4、学术人才支撑。高校资源提供科技创新与人才支撑。https:/