智能制造基础与应用（第2版）教案 第三章 智能制造关键技术

教案(首页)山东劳动职业技术学院授课日期班次课时课题第三章智能制造关键技术教学时数4【教学目标】1、了解智能制造都有哪些关键技术？2、掌握工业物联网、工业机器人、RFID、3D打印、云计算与大数据等技术的原理。【重点难点】工业机器人的组成；3D打印技术的原理；RFID技术的应用。【教具、参考书】《智能制造基础与应用（第二版）》机械工业出版社王芳、赵中宁主编【教学过程】教案纸山东劳动职业技术学院第6页一、概述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、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、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、业务工作流的髙度集成与融合的现代工业体系。在智能制造发展过程中，主要有以下几种关键技术：工业互联网、物联网，工业云、云制造，工业自动化设备及工业软件，工业大数据，智能制造、智能生产、智能工厂，增材制造，虚拟现实技术二、工业物联网1.定义：通过RFID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，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，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化的决策控制。2.物联网的体系结构3.工业物联网中的关键技术（1）传感器技术：信息的泛在化对工业的传感器和传感装置提出了更高的要求。微型化：元器件的微小型化，节约资源与能源。智能化：自校准、自诊断、自学习、自决策、自适应和自组织等人工智能技术。低功耗与能量获取技术：电池供电，用阳光、风、温度、振动。（2）通信技术：调制与编码技术、自适应跳频技术、信道调度技术、通信协议多样性、多标准有线及无线技术。（3）网络技术：网络路由技术、互联技术、共存技术、跨层设计与优化技术。网络管理与基础服务技术：低开销高精度的时间同步技术、快速节点定位技术、实时网络性能监视与预警技术、工业数据的分布式管理技术。（4）信息处理技术。海量信息处理：工业信息出现爆炸式增长，构建海量感知信息，获取、高效融合、特征提取和内容理解为一体。实时信息处理：工业流程监视与控制需求。新型制造模式：多源异构感知信息融合。（5）安全技术：工业设备控制、网络安全和数据安全，阻止非授权实体的识别、跟踪和访问，非集中式的认证和信任模型，能量高效的加密和数据保护，异构设备间的隐私保护技术。4.工业物联网应用前景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。工业物联网通过ThingstoThings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。从当前技术发展和应用前景来看，工业物联网的应用主要集中在以下几个方面：（1）制造业供应链管理企业利用物联网技术，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链管理体系，提高供应链效率，降低成本。（2）生产过程工艺优化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。（3）生产设备监控管理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，提高维护效率，降低维护成本。（4）环保监测及能源管理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污染源及污染治理环节关键指标的实时监控。（5）工业安全生产管理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面的安全状态信息，全方位获取生产环境中的安全要素，有效保障了工业生产安全。三、工业机器人1.定义及特点：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，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。（1）可编程；（2）拟人化；（3）通用性；（4）涉及的学科相当广泛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、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。2.工业机器人种类（1）移动机器人（AGV）；（2）点焊机器人；（3）弧焊机器人；（4）激光加工机器人；（5）真空机器人；（6）洁净机器人四、3D打印技术1.定义：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。2.打印流程：五、RFID射频技术1．RFID定义RFID（RadioFrequencyIdentification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，它的基本原理是利用射频信号和空间称合或雷达反射的传输特性,从一个贴在商品或者物品上叫做电子标签或者RFID标签中读取数据,从而实现对物品或者商品的自动识别。2.特点（1）快速扫描RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签；（2）体积小型化、形状多样化；（3）抗污染能力和耐久性；（4）可重复使用；（5）穿透性和无屏障阅读；（6）数据的记忆容量大；（7）安全性3.RFID射频技术应用（1）RFID标签技术电子标签是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。电子标签上的数据可以加密，存储数据容量大，存储信息容易更改，因而它比条形码的应用范围更广泛，使用起来也更方便。（2）RFID门禁控制门禁控制器通常是指分体式门禁控制系统，主要用于门禁管理系统的底层控制。通过和计算机的命令、数据通信，使管理者可以随时掌握门和防区的实际情况，便于在紧急情况下迅速作出反应。（3）RFID智能卡智能卡也叫IC卡，是一个带有微处理器和存储器等微型集成电路芯片的、具有标准规格的卡片。智能卡已应用到银行、电信、交通、社会保险、电子商务等领域，IC电话卡、金融IC卡、社会保险卡和手机中的SIM卡都属于智能卡的范畴。六、云计算与大数据1.云计算与大数据云计算（cloudcomputing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。2.云计算大数据平台的主要技术框架（1）Hadoop：Hadoop是一个海量数据分布式处理的开源软件框架，Hadoop能支持PB级海量数据，可扩展性强。可靠、高效、可扩展和开源的特性，使Hadoop技术得到了迅猛发展，并在2008年成为Apache的顶级项目。从2003年Google公开发布MapReduce的思想，到2006年Amazon使用Hadoop成为全球最早提供成熟云计算服务的供应商之一，再到如今IBM、微软、DELL、EMC2、阿里巴巴、腾讯各大国内外厂商都商用了自己的Hadoop平台，Hadoop已经取得了辉煌的成绩，得到了越来越广泛的应用。（2）Spark。Spark是一款开源的基于内存计算的分布式计算系统，能够对大数据进行快速分析处理。Spark项目2010年由加州伯克利大学AMP实验室开发，2014年2月，Spark成为Apache软件基金会的顶级开源项目，Spark基于内存计算实现，加快了数据分析处理速度。HadoopMapReduce以批处理方式处理数据，每个任务都需要HDFS的读写，耗时较大，在机器学习和数据库查询等数据计算过程中，Spark的处理速度可以达到HadoopMapReduce的100倍以上。七、虚拟现实与人工智能技术1.定义：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，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，能够使用户沉浸到该环境中。2.特征：（1）多感知性指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。（2）存在感指用户感到作为主角存在丁模拟环境中的真实程度。（3）交互性指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度.（4）自主性指虚拟环境中的物体依据现实世界物理运动定律动作的程度。3.关键技术：（1）实时三维计算机图形；（2）显示；（3）声音；（4）感觉反馈；（5）语音。八、智能制造的信息安全技术1.信息安全关键技术（1）安全芯片；（2）安全操作系统；（3）密码技术；（4）信息安全总体技术2.智能制造中的信息安全技术（1）工业云安全技术（2）工业物联网安全技术（3）工控系统安全技术教案(末页)山东劳动职业技术学院【小结】【作业】1.什么是智能制造？2.智能制造的关键技术主要有哪些？3.什么是物联网？4.工业物联网的应用主要集中在哪几个方面？5.工业机器人有哪些特点？6.工业机器人的常用种类有哪些？7.3