智能制造概论智能制造 课程教学大纲

【智能制造概论】【IntroductionofIntelligentManufacturing】一、基本信息课程代码：【2080478】课程学分：【3】面向专业：【智能制造工程、机械设计制造及自动化】课程性质：【专业教育课程】开课院系：【机电学院智能制造系】使用教材：教材【智能制造概论清华大学出版社2021年5月第1版】参考书目【智能制造技术概论范君艳等主编华中科技大学出版社第2版】 【智能制造的信息安全李晖等主编清华大学出版社2022年7月第1版】【数字化与智能化车间朱海平著清华大学出版社】【制造执行系统技术及应用饶运清著清华大学出版社】【机器人学战强著清华大学出版社】【生产系统建模与仿真朱海平著清华大学出版社】智能制造联播（ACIML）网址：【/all?keyword=%E6%99%BA%E8%83%BD%E5%88%B6%E9%80%A0%E8%81%94%E6%92%AD&from_source=webtop_search&spm_id_from=333.788&search_source=3】先修课程：【高等数学（1）理工类2100013（6学分）】【高等数学（2）理工类2100015（5学分）】【大学物理（1）2100001（3学分）】二、课程简介（必填项）智能制造是中国制造强国战略的重要议题之一，逐渐成为未来制造业发展的核心内容。由于智能制造具有学科交叉、行业融合的特点，需要较高的知识广度和深度，其学习过程具有一定的难度，因此有必要形成完整的智能制造知识体系。本课程以智能制造为主线，系统性地总结和归纳了智能制造整体框架，着重介绍了：(1)智能制造的发展历程；(2)智能制造的基本结构和架构，包括智能制造的定义、内涵、支撑系统与功能系统等；(3)现代制造的基本理念，包括可持续发展、以客户为中心以及精益生产等；(4)智能制造的核心技术，包括数据获取与处理、数字孪生、建模与仿真、工业机器人、智能控制、智能调度以及工业互联网等；(5)从企业进化维度看智能制造，包括产品进化、过程进化以及企业生态系统进化等；(6)智能制造精要，包括数据驱动、软件定义、虚实融合以及整体联系等；(7)下一代智能制造，包括人机共融、云机器人、数字工程师以及商业智能等。本课程理论联系实际，为学生全面阐述智能制造的核心思想与关键技术，着重介绍了智能制造所需的意识和思维方式的提炼，是联系高等数学、大学物理与后续其它智能制造工程专业课程的重要纽带。三、选课建议（必填项）本课程适合于机械制造及自动化、智能制造工程、汽车服务工程专业二年级的本科生修学，要求学生具有高等数学、大学物理方面的基础知识和技能，能基本掌握交直流电路的分析计算方法，理解变压器、交流电动机工作原理、机械特性和正确使用方法，了解机床电气设备的基本控制回路。四、课程与专业毕业要求（学习成果）的关联性（必填项）专业毕业要求关联性课程目标LO01-1：具有解决智能制造工程问题所需的数学与自然科学知识及其应用能力；LO01-2：具有解决智能制造工程问题所需的工程基础知识及其应用能力；LO01-3：具有解决智能制造工程问题所需的专业基础知识及其应用能力；H1LO01-4：具有解决智能制造工程问题所需的专业知识及其应用能力。LO02-1：能够运用专业基础知识等相关理论，识别和判断复杂智能制造工程问题的关键技术和关键参数；LO02-2：能认识到解决复杂智能制造工程问题有多种方案，并能通过文献研究分析寻求（工程问题的）有效解决方案；LO02-3：能够将数学、自然科学、工程基础知识运用于智能制造工程问题的表述；LO02-4：能基于数学、自然科学和工程原理，证实解决方案的合理性。LO03-1：掌握智能机电系统设计的基本方法，并能够针对复杂智能制造工程问题进行分析，提出设计目标、确定解决方案；LO03-2：能够设计满足智能机电系统或装备特定需求的部件、单元或工艺过程；LO03-3：能够在设计中综合考虑社会、健康、安全、法律、伦理、文化及环境等因素，体现一定的创新意识；M2LO03-4：能够以设计报告、工程图纸或实物的形式呈现设计成果。LO04-1：能够应用所学知识对智能制造工程相关问题制定实验方案；LO04-2：能够根据实验方案构建实验系统或过程，并能进行实验；LO04-3：能正确分析和解释实验数据/结果，并能通过信息综合得到合理有效的结论。LO05-1：了解智能制造工程学科发展现状，能够在实践中初步掌握并使用现代工程技术、方法、工具或装备；LO52：能够初步运用所选恰当现代工程工具对复杂智能机电系统工程问题进行预测和模拟，并能够理解所用现代工具的工作原理及其局限性；LO05-3：掌握智能制造工程领域重要文献资料的来源和获取方法。LO06-1：了解与智能制造工程相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规；LO06-2：能正确认识智能制造工程领域现状及新产品、新技术、新工艺、新材料的开发和应用，对于客观世界和社会的影响；M4LO06-3：能正确认识智能制造工程人员在工程实践中应承担的社会、安全和法律责任。LO07-1：能了解国家、地方关于环境和社会可持续发展的政策和法律法规；LO07-2：能正确认识和理解针对智能制造工程问题的工程实践对环境与社会可持续发展的影响。LO08-1：理解世界观、人生观的基本意义及其影响；LO08-2：具有健康的体质和良好的心理素质，理解个人在历史以及社会、自然环境中的地位；LO08-3：理解智能制造工程师的职业性质和责任，具有法律意识且在智能制造工程实践中能自觉遵守职业道德和规范。LO09-1：具备基本的人际交往与沟通能力，能够正确认识团队力量和智慧对复杂工程问题的作用和意义；LO09-2：能够理解一个多学科团队中每个角色对于整个团队目标的意义，能够在多学科团队中发挥作用。LO10-1：能通过口头或书面方式表达自己的想法，就复杂智能机电系统工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流；LO10-2：至少掌握一门外语，能够阅读本专业外文文献资料，并能够使用技术语言，在跨文化背景下进行沟通和交流。LO11-1：理解智能制造工程活动中涉及的重要经济与管理因素；LO11-2：具有在多学科环境中应用工程管理和经济决策知识的能力。LO12-1：能正确认识终身学习的重要性，具有自主学习和终身学习的意识；LO12-2：能针对个人或职业发展需求，采取适合的方式自主学习，并具有适应社会和智能制造工程技术发展的能力。备注1：LO=learningoutcomes（学习成果）；—关注；H—关注度高；M—关注度中；L—关注度低；倾斜字体所在行可以删除。备注2：该课程支撑的课程目标1、2、4：目标1：（知识要求）掌握宽厚的智能制造工程方面的基础知识、专业知识和基本技能。目标2：（能力要求）具备分析与解决智能制造设计、开发、生产、管理、创新过程中复杂工程问题的能力。目标4：（服务面向）能够从事传统制造转型升级、车间级的智能制造系统集成和运维、相关交叉领域的智能制造设计、开发、应用、管理、服务等工作。五、课程目标/课程预期学习成果（必填项）（预期学习成果要可测量/能够证明）专业能力写到毕业要求层级（二级编码），通用能力写到指标点层级（三级编码），如果是应用型本科试点专业全部写到指标点层级（三级编码）。在“课程目标（细化的预期学习成果）”这列要写清楚指标点（或者毕业要求）在本门课程里面的具体表现，撰写时以适当的行为动词引导。序号课程预期学习成果课程目标（细化的预期学习成果）教与学方式评价方式1工程知识（目标1）LO01-3：具有解决智能制造工程问题所需的专业基础知识及其应用能力1.理解智能制造的概念与内涵1.讲授法（授课2.自主学习1.作业评价2.平时提问3.期末考试了解业互联网及其层次结构、基础、核心与关键；了解互联网的技术体系与关键技术1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试1.熟悉工业机器人定义及特点、基本结构、种类1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试熟悉工业物联网的基本概念了解工业物联网的基本体系架构1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试熟悉智能控制的概念及特点了解智能控制的关键技术1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试了解智能制造的数据生态系统理解数字供应链的技术体系结构1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试了解工业物联网的关键技术和应用场景1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试了解数字孪生的概念1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试了解数据技术的基本概念了解智能制造中的业务数据化特点1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试1.熟悉智能车间的概念、演化过程和基本特征2.了解智能化车间的系统架构和关键技术与工具1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试1.熟悉MES的概念、内涵、发展历程和系统架构2.了解MES设计的生产管控活动1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试了解D-H方法确定机器人各杆件坐标系及D-H矩阵，齐次变换和正、逆运动学的解法了解机器人动力学和相关力的分析理论；了解拉格朗日力学的分析方法。1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试了解数控机床自动加工过程，如何利用三维软件进行建模，规划刀路轨迹路线。了解如何生成NC代码，并利用仿真软件进行模拟加工。1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试了解离散事件系统仿真的基本概念了解生产系统仿真的特征1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试2设计/开发解决方案（目标2）LO03-3：能够在设计中综合考虑社会、健康、安全、法律、伦理、文化及环境等因素，体现一定的创新意识1.了解工业互联网平台的应用场景、构建方式1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试1.了解工业机器人的控制系统（硬件和软件）1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试1.了解工业物联网应用于设计和开发解决方案的关键技术1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试熟悉智能控制在制造中的应用1.讲授法（授课）2.视频、讨论3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试1.了解密码技术基础、身份认证与信任管理、云计算的数据安全、数据的隐私保护1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试了解智能控制的关键技术及其在制造中的应用1.讲授法（授课）2.视频、讨论3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试可以用数字孪生的思路，处理简单的现实问题1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试了解大数据关键技术了解数据处理技术1.讲授法（授课）2.视频、讨论3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试1.了解智能化车间在企业中的应用案例1.讲授法（授课）2.视频、讨论3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试1.了解MES技术在制造行业中的应用情况1.讲授法（授课）2.视频、讨论3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试1.了解智能化车间在企业中的应用案例1.讲授法（授课）2.视频、讨论3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试1.了解MES技术在制造行业中的应用情况1.讲授法（授课）2.视频、讨论3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试1.了解机器人运动学与动力学的相关建模仿真软件的应用1.讲授法（授课）2.视频、讨论3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试1.了解数控加工仿真软件的应用1.讲授法（授课）2.视频、讨论3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试1.了解离散事件建模与仿真方法，及其在生产物流企业分析中的应用原理和方法。1.讲授法（授课）2.视频、讨论3.自主学习1.作业评价2.讨论提问,导师即时评价3.期末考试3工程与社会（目标4）LO06-2：能正确认识智能制造工程领域现状及新产品、新技术、新工艺、新材料的开发和应用，对于客观世界和社会的影响1.了解工业互联网安全防护措施1.学生自学为主，教师指导为辅1.主体讨论,导师即时评价1.熟悉工业机器人应用领域1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.期末考试1.了解智能控制的发展趋势1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.期末考试理解基于PLC的智能机电传动控制在工程中的应用1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.期末考试理解数字孪生的应用方式，为后续专业课程打下基础1.讲授法（授课）2.讨论法（主题讨论）3.自主学习1.作业评价2.平时小测验3.期末考试1.理解数据驱动和创新对智能制造的意义1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.期末考试1.了解智能化车间未来发展趋势1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.期末考试1.了解MES系统关键技术发展趋势1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.期末考试1.了解智能化车间未来发展趋势1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.期末考试1.了解MES系统关键技术发展趋势1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.期末考试1.了解多轴数控加工软件发展趋势1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.期末考试1.了解生产系统建模与仿真的发展趋势1.讲授法（授课）2.视频3.自主学习1.作业评价2.期末考试六、课程内容（必填项）单元知识点能力要求支持的课程目标教学难点1.智能制造的概念与内涵（2课时理论）1.现代制造模式、智能制造的基本概念L12.智能制造的发展历程、发展趋势L11.理解智能制造的概念与内涵2.了解智能控制关键技术，熟悉其在设计开发中的应用目标1、2所涉及的知识面广授课方式方法上需要研究视频辅助教学2.工业互联网介绍（3课时理论）1.工业互联网层次结构及其平台基础、核心与关键L12.工业互联网平台的技术体系与关键技术L13.工业互联网平台的应用场景、构建方式、安全防护措施L1了解业互联网及其层次结构、基础、核心与关键；了解互联网的技术体系与关键技术了解工业互联网在实际应用中安全防护措施目标1、2、4如何使学生对“工业互联网”有专业上的深入了解需要实际案例3.工业机器人介绍（3课时理论）1.工业机器人特点、种类及应用领域2.工业机器人组成和机械结构3.工业机器人控制系统（硬件和软件）1.熟悉工业机器人的基本结构、功能和使用场合目标1、2、4机器人的关节驱动如何使机器人安全可靠4.智能制造信息系统集成介绍（2课时理论）1.智能制造的数据生态系统2.数字化供应链3.智能制造面临的安全威胁1.了解智能制造的数据生态系统2.理解数字供应链的技术体系结构目标1、2数字供应链的技术体系结构5.智能制造信息安全技术介绍（4课时理论）1.密码技术基础2.身份认证与信任管理3.云计算的数据安全4.数据的隐私保护1.了解密码技术基础2.了解身份认证与信任管理3.了解云计算的数据安全4.了解数据的隐私保护目标1、2密码技术基础身份认证与信任管理6.工业物联网应用介绍（3课时理论）1.工业物联网的基本概念和体系架构2.工业物联网的关键技术3.工业物联网的应用情况和发展前景熟悉工业物联网的基本概念了解工业物联网的基本体系架构了解工业物联网应用于设计和开发解决方案的关键技术目标1、2无线技术频段、通信协议等串行通信概念物联网和互联网的区别7.智能控制介绍（3课时理论）1.智能控制的概念及特点和关键技术2.智能控制的应用和发展趋势3.基于PLC的智能机电传动控制熟悉智能控制的概念及特点了解智能控制的关键技术理解基于PLC的智能机电传动控制在工程中的应用目标1、2、4学生对PLC缺少了解8.数字孪生技术应用介绍（6课时理论）1.数字孪生产生的背景2.数字孪生的软件定义制造3.数字孪生制造技术原理4.数字孪生技术在各个领域中的实际应用熟悉数字孪生的基本概念了解数字孪生的关键技术理解数字孪生技术在实际工程中的应用目标1、2、4相关技术和实际贴合度高，发展迅速变化快9.智能制造数据技术介绍（6课时理论）1.智能制造与大数据的基本概念，数据采集实现数字化2.智能制造的核心技术之数据获取与处理3.智能制造与大数据：数据分析实现智能化1.了解数据获取技术、数据处理技术以及数据分析技术2.了解常见的数据处理流程，包括数据清洗、数据融合、数据分析以及数据存储目标1、2、4学生对概率论、数据处理缺少认识10.机器人运动学动力学建模与仿真介绍（2课时理论）1、机器人运动学相关概念2、机器人动力学相关概念1、了解机器人运动学的基本知识2、了解机器人动力学的基本知识目标1、2DH矩阵理解拉格朗日力学的分析方法11.加工过程建模仿真介绍（2课时理论）1、介绍三维建模软件2、介绍数控加工仿真软件1、了解三维建模软件的种类2、了解数控自动加工过程的仿真目标1、2没有相关数控加工知识，