《智能制造概论》课件 （第四讲：智能制造的核心技术之-工业物联网）

智能制造概论高等职业教育“十三五”规划教材

第四讲智能制造核心技术二、工业物联网三、工业机器人四、3D打印技术五、RFID射频技术五、云计算与工业大数据六、虚拟现实技术七、人工智能技术一、概述八、实时定位和机器视觉技术一、概述（1）日、美、欧（1991年）：在共同发起实施的前“智能制造国际合作研究计划”中定义“智能制造系统是一种在整个制造过程中贯穿智能活动，并将这种智能活动与智能机器有机融合，将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场销售等各个环节以柔性方式集成起来的能发挥最大生产力的先进生产系统”。（2）百度百科：“智能制造”采用了路甬祥报告中的定义，“一种由智能机器人和人类专家共同组成的人机伊特化智能系统，它在制造过程中中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新、扩展到柔性化、智能化和高度集成化”。（3）美国(2011年)：智能制造（SmartManufacturingLeadershipCoalition，SMLC）发表了《实施21世纪智能制造》报告。定义智能制造是先进智能系统强化应用、新产品制造快速、产品需求动态响应，以及工业生产和供应链网络实时优化的制造。智能制造的核心技术是网络化传感器、数据互操作性、多尺度动态建模与仿真、智能自动化，以及可扩展的多层次的网络安全。智能制造概念（4）中国：在《智能制造科技发展“十二五”专项规划中》，定义智能制造是“面向产品全生命周期，实现泛在感知条件下的信息化制造，是在现代传感技术，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，实现设计过程智能化，制造过程智能化和制造装备智能化等。智能制造系统最终要从以人为主要决策核心的人机和谐系统向以机器为主题的自主运行转变”。在中国《2015年智能制造试点示范专项行动实施方案》中，定义智能制造是“基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个关节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。具有以智能工程为载体，以关键制造环节智能化为核心，以端到端数据流为基础、以网络互联为支撑等特征，可有效缩短产品研制周期，降低运营成本，提高生产效率，提升成品质量，降低资源能源消耗”。智能制造概念智能制造的概念

面向产品的全生命周期，以新一代信息技术为基础，以制造系统为载体，在其关键环节或过程，具有一定自主性的感知、学习、分析、决策、通信与协调控制能力，能动态地适应制造环境的变化，从而实现某些优化目标.全生命周期信息技术制造系统关键环节或过程自主性动态地适应制造环境实现某些优化目标简单说：智能制造（intelligentManufacture,IM）是指由具有人工智能的机器和人类专家共同组成的人机一体化智能制造系统。智能制造概念

智能制造是利用云计算、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：一、工业互联网、物联网

工业互联网、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（CPS)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。

在智能制造发展过程中，主要有以下几种关键技术：一、工业互联网、物联网物联网（TheInternetofThings，IT）可以实现物品问的全面感知、可靠传输和智能处理，利用事先在物品或设施中嵌入的传感器与现代化数据采集设备，将客观世界中的物品信息最大程度地数据化，再利用物品识别技术与通信技术将数据化的物品信息连入互联网，形成一个物品与物品相互连接的巨大的分布式网络，然后再把这些信息传递到后台服务器上进行整理、加工、分析和处理，最后利用分析与处理的结果对客观世界中的物品进行管理和相应控制。物联网技术实现了客观世界中的物物相连，它是继计算机、互联网之后，蓬勃兴起的世界信息技术的又一次革命，是人类社会以信息技术应用为核心的技术延展。物联网与传统产业的全面融合，将成为全球新一轮社会经济发展的主导力量。二、

云计算技术（CloudComputing）云计算由分布式计算、并行处理、网格计算发展而来，是一种新兴的商业计算模型。目前仍然缺乏普遍一致的定义。IBM公司于2007年年底宣布了云计算计划，在IBM的技术白皮书《CloudComputing》中的云计算定义：“云计算一词用来同时描述一个系统平台或者一种类型的应用程序。一个云计算的平台按需进行动态地部署、配置、重新配置以及取消服务等。在云计算平台中的服务器可以是物理的服务器或者虚拟的服务器。高级的计算云通常包含一些其他的计算资源，例如存储区域网络（SANs）、网络设备、防火墙以及其他安全设备等。云计算在描述应用方面，描述了一种可以通过互联网Internet进行访问的可扩展的应用程序。‘云应用’使用大规模的数据中心以及功能强劲的服务器来运行网络应用程序与网络服务。任何一个用户可以通过合适的互联网接入设备以及一个标准的浏览器就能够访问一个云计算应用程序。”云计算将互联网上的应用服务以及在数据中心提供这些服务的软硬件设施进行统一的管理和协同合作。云计算将IT相关的能力以服务的方式提供给用户，允许用户在不了解提供服务的技术、没有相关知识以及设备操作能力的情况下，通过Internet获取需要的服务，具有高可靠性、高扩展性、高可用性、支持虚拟技术、廉价以及服务多样性的特点。

云制造是一种利用网络和云计算服务平台，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、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试点和示范应用，并开始推广。工业制造相关技术云制造服务平台

三、

工业大数据大数据（BigData）一般指体量特别大，数据类别特别大的数据集，并且无法用传统数据库工具对其内容进行抓取、管理和处理。大数据具有五个主要的技术特点，可以总结为5V特征。1．数据量大，计量单位从TB级别上升到PB、EB、ZB、YB及以上级别。2．数据类别大。数据来自多种数据源，数据种类和格式日渐丰富，既包含生产日志、图片、声音，又包含动画、视频、位置等信息，已冲破了以前所限定的结构化数据范畴，囊括了半结构化和非结构化数据。3．数据处理速度快。在数据量非常庞大的情况下，也能够做到数据的实时处理。4．价值密度低。随着物联网的广泛应用，信息感知无处不在，信息海量，但存在大量不相关信息，因此需要对未来趋势与模式做可预测分析，利用机器学习、人工智能等进行深度复杂分析。5．数据真实性高。随着社交数据、企业内容、交易与应用数据等新数据源的兴起，传统数据源的局限被打破，企业愈发需要有效的信息之力，以确保其真实性及安全性。

三、

工业大数据大数据是工业4.0时代的重要特征，目前，数字化、网络化和智能化等现代化制造与管理理念在工业界普及开来，工业自动化和信息化程度得到前所未有的提升。而工业产品遍布全球各个角落，这些产品从设计制造到使用维护再到回收利用，整个生命周期都涉及海量的数据，这些数据就是工业大数据。工业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。四、工业机器人技术机器人是一种由主体结构、控制器、指挥系统和监测传感器组成的，能够模拟人的某些行为、能够自行控制、能够重复编程、能在二维空间内完成一定工作的机电一体化的生产设备。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，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，是工业自动化水平的最高体现。工业机器人经过近六十年的迅速发展，随着对产品加工精度要求的提高，关键工艺生产环节逐步由工业机器人代替工人操作，再加上各国对工人工作环境的严格要求，高危、有毒等恶劣条件的工作逐渐由机器人进行替代作业，从而增加了对工业机器人的市场需求。在工业发达国家中，工业机器人及自动化生产线成套装备己成为高端装备的重要组成部分及未来发展趋势，工业机器人已经广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、物流、制造业等领域。机器人的性能正向高速度、高精度、高可靠性、低价格、便于操作和维修方面发展；而机器人的机械结构向着模块化、可重构化发展。在国外，已经有模块化装配机器人产品问市。工业机器人的控制系统向基于PC的开放型控制器方向发展，便于标准化和网络化。五、3D打印技术3D打印技术以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，基于离散材料逐层叠加的成形原理，通过有序控制将材料逐层堆积，从而制造出实体产品。3D打印是“增材制造”的主要实现形式。传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余部分，得到零部件，再以拼装、焊接等方法组合成最终产品。与传统的“去材加工”相比，3D打印技术不需要刀具、模具，所需工装、夹具较少；能够大幅度缩短生产准备周期，从而加速制造过程；能够制造出传统工艺方法难以加工，甚至无法加工的结构，从而实现自由制造；能够精确制造出复杂零件，从而有效提高材料利用率，而且产品的结构越为复杂，其制造优势也越为显著。3D打印技术几乎可以制造任意复杂程度的形状和结构；既可以制造单一材料的产品，又能够实现异质材料零件制造；3D打印允许跨越多个尺度（从微观结构到零件级的宏观结构）设计并制造具有复杂形状的特征；3D打印可以在一次加工过程中完成功能结构的制造，从而简化甚至省略装配过程。3D打印技术为其设计、过程建模和控制、材料和机器、生物医学应用、能源和可持续发展应用、社区发展、教育等各方面均带来了巨大的机遇与挑战。广义增材制造六、射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，RFID）射频识别技术又称为无线射频识别，是一种无线通信技术，可以通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，无须识别系统与特定目标之间进行机械或光学接触。常用的无线射频有低频（125～134.2kHz）、高频（13.56MHz）和超高频三种。RFID读写器分为移动式和固定式两种。RFID通过将小型的无线设备贴在物件表面，并采用RFID阅读器进行自动的远距离读取，提供了一种精确、自动、快速地记录和收集目标的工具。RFID技术已成为制造型企业业务流程精益化的关键之一，可以有效减少企业的生产库存，提高生产率和质量，从而提高制造企业的竞争力。早在2000年，空客公司就认识到这种技术优势，应用RFID技术与各大航空公司进行工具租赁业务。到2006年，空客有15个项目的赢利都得益于RFID技术。之后，空客公司决定在全公司范围内使用零件序列化的自动识别技术（包括RFID），增加飞机全生命周期的可视化，这被称为价值链可视化计划，空客公司则称之为“空客业务雷达”。RFID技术成为简化业务流程、降低库存和提高经营活动效率与质量的强大武器，大大提高了企业竞争优势。七、实时定位和机器视觉技术在实际生产制造现场，需要对多种材料、零件、工具、设备等资产进行实时跟踪管理；在制造的某个阶段，材料、零件、工具等需要及时到位和撤离；生产过程中，需要监视对制品的位置行踪，以及材料、零件、工具的存放位置等。这样，在生产系统中需要建立一个实时定位网络系统，以完成生产全程中角色的实时位置跟踪。这就是实时定位系统（RealTimeLocationSystem，RTLS）。RTLS是一种基于信号的无线电定位手段，可以采用主动式，或者被动感应式。其中主动式分为到达角度定位以及到达时间差定位、到达时间定位、双向飞行时间定位、近场电磁测距定位等。未来世界是一个无处不在的感知世界，物联网的兴起将掀起定位技术革新的又一波新高潮，实时定位已经成为一种应用趋势。七、实时定位和机器视觉技术机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。它是计算机学科的一个重要分支，它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术，涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。是用于生产、装配或包装的有价值的机制。它在检测缺陷和防止缺陷产品被配送到消费者的功能方面具有不可估量的价值。机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。可以在最快的生产线上对产品进行测量、引导、检测、和识别，并能保质保量的完成生产任务。八、虚拟制造技术虚拟制造技术（VirtualManufacturingTechnology，VMT）是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真,以增强制造过程各级的决策与控制能力。虚拟制造是基于虚拟现实技术来实现的。它是在一个统一的模型之下对设计和制造等过程集成，将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上，其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时地、并行地模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期中各种对产品设计的影响、预测、检测、评价产品性能和产品可制造性等，从而更有效的、经济的、柔性的来进行生产，使得生产周期和成本最低、产品设计质量最优，生产效率最高。它是多学科、多领域知识的综合，其产生的虚拟产品和虚拟制造系统，要在计算机上以直觉、生动精确的方式体现出来，它拥有产品和相关制造过程的全部信息，包括虚拟设计、制造和控制产生的数据、相关知识和模型信息。九、人工智能技术（ArtificialIntelligence，AI）人工智能是研究用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门技术，目标是让机器像（单一）个体一样思考和学习，从而理解世界。自从1956年斯坦福大学JohnMcCarthy教授（图灵奖获得者）、麻省理工学院MarvinLeeMinsky教授（图灵奖获得者）、贝尔实验室的ClaudeE11woodShannon、IBM公司的NathanielRochester四位学者在美国达特蒙斯大学首次提出了“人工智能”这一术语以来，人工智能迅速发展成为一门广受关注的交叉和前沿学科，沿着“从符号主义走向连接主义”和“从逻辑走向知识”两个方向蓬勃发展，在象棋博弈、机器证明和专家系统等方面取得了丰富成果，并应用于机器人、语言识别、图像识别和自然语言处理等。近年来，随着深度学习算法、脑机接口技术进步，使得人工智能基本理论和方法的研究开始出现新的变化，特别是以2016年谷歌围棋人工智能AlphaGo以4：1战胜韩国棋手李世石为标志，人工智能再次成为大众关注的热点。AlphaGo技术本质是大数据+深度学习，AlphaGo通过大量的训练数据（包括以往的棋谱和自我对局），训练了一个价值神经网络用以评估局面上的大量选点，又训练了一个策略神经网络负责走子，在蒙特卡洛树搜索中同时使用这两个网络。思考题：1.什么是智能制造？2.智能制造的关键技术主要有哪些？工业物联网2第二节

一、物联网的定义（TheInternetofthings）最简明的定义：物联网产生于传媒领域，它以互联网、传统的电信网等信息载体为依托，以实现物物互连互通为核心，是互联网向物理领域的纵向和横向延伸。它让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通，具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。它是智能制造提升的关键所在。物联网其它的定义：物联网指的是将无处不在的末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”的，如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”，通过各种无线或有线的长距离/或短距离通讯网络连接物联网域名实现互联互通、应用大集成、以及基于云计算的软件即服务等模式，在内网、专网/或互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。“一句式”理解物联网把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换，即物物相息，以实现智能化识别和管理。

一、物联网的定义（TheInternetofthings）物联网国内外普遍公认的是MITAuto-ID中心Ashton教授1999年在研究RFID时最早提出来的。物联网在1999年中国提出来的时候叫传感网。中科院早在1999年就启动了传感网的研究和开发。与其它国家相比，我国的技术研发水平处于世界前列，具有同发优势和重大影响力。2005年11月27日，在突尼斯举行的信息社会峰会上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了物联网的概念。2009年8月，温家宝总理在无锡视察时提出“感知中国”，无锡市率先建立了“感知中国”研究中心，中国科学院、运营商、多所大学在无锡建立了物联网研究院。物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入了十一届全国人大三次会议政府工作报告，物联网在中国受到了全社会极大的关注。2009年8月24日，中国移动总裁王建宙在台湾公开演讲中，也提到了物联网这个概念。工信部总工程师朱宏任在中国工业运行2009年夏季报告会上表示，物联网是个新概念，到2009年为止还没有一个约定俗成的，大家公认的概念。他说，总的来说，“物联网”是指各类传感器和现有的“互联网”相互衔接的一种新技术。物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。物联网概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开，一方面是机场、公路、建筑物，另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在物联网时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球。物联网与智能电网均是智慧地球的有机构成部分。二、物联网的起源和发展二、物联网的起源和发展1999二、物联网的起源和发展二、物联网的起源和发展二、物联网的起源和发展二、物联网的起源和发展二、物联网的起源和发展二、物联网的起源和发展二、物联网的起源和发展二、物联网的起源和发展二、物联网的起源和发展建设物联网是当今科学技术发展与应用需求相适应而衍生的系统工程。物联网的应用领域日益广泛，已经在提高生产效率、保障生产安全、节能减排、保护生态和便捷生活等许多方面发挥作用。满足人类多种多样的需求是设计物联网的立足点，为人类提供多元化的服务是建设物联网的根本目的。但也有观点认为，物联网迅速普及的可能性有多大，尚难以轻言判定。毕竟RFID早已为市场所熟知，但新大陆等拥有RFID业务的相关上市公司定期报告显示出业绩的高成长性尚未显现出来，所以，对物联网的普及速度存在着较大的分歧。但可以肯定的是，在国家大力推动工业化与信息化两化融合的大背景下，物联网会是工业乃至更多行业信息化过程中，一个比较现实的突破口。而且，RFID技术在多个领域多个行业所进行的一些闭环应用。在这些先行的成功案例中，物品的信息已经被自动采集并上网，管理效率大幅提升，有些物联网的梦想已经部分的实现了。所以，物联网的雏形就象互联网早期的形态局域网一样，虽然发挥的作用有限，但昭示着的远大前景已经不容质疑。这几年推行的智能家居其实就是把家中的电器通过网络控制起来。可以想见，物联网发展到一定阶段，家中的电器可以和外网连接起来，通过传感器传达电器的信号。厂家在厂里就可以知道你家中电器的使用情况，也许在你之前就知道你家电器的故障。某一天突然有维修工上门告诉你家中空调有问题，你还惊异地不相信。物联网的发展，必然带动传感器的发展，传感器发展到一定程度，变形金刚会真地出现在我们的面前。二、物联网的起源和发展三、物联网的应用三、物联网的应用例1：物联网传感器产品已率先在上海浦东国际机场防入侵系统中得到应用。机场防入侵系统铺设了3万多个传感，传感器节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。而就在不久之前，上海世博会也与无锡传感网中心签下订单，购买防入侵微纳传感网1500万元产品。例2：ZigBee路灯控制系统点亮济南园博园。ZigBee无线路灯照明节能环保技术的应用是此次园博园中的一大亮点。园区所有的功能性照明都采用了ZigBee无线技术达成的无线路灯控制。例3：智能交通系统(ITS)是利用现代信息技术为核心，利用先进的通讯、计算机、自动控制、传感器技术，实现对交通的实时控制与指挥管理。交通信息采集被认为是ITS的关键子系统，是发展ITS的基础，成为交通智能化的前提。无论是交通控制还是交通违章管理系统，都涉及交通动态信息的采集，交通动态信息采集也就成为交通智能化的首要任务。三、物联网的应用对物联网简单区分，可大致分为两类，消费级物联网和工业级物联网。四、物联网的分类五、物联网行业发展环境五、物联网行业发展环境五、物联网行业发展环境五、物联网行业发展环境五、物联网行业发展环境五、物联网行业发展环境五、物联网行业发展环境六、物联网行业发展现状-全球-全球六、物联网行业发展现状-全球六、物联网行业发展现状-全球-全球六、物联网行业发展现状-全球六、物联网行业发展现状-中国六、物联网行业发展现状-中国六、物联网行业发展现状-中国六、物联网行业发展现状-中国七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析七、物联网产业链分析八、物联网行业发展前景及趋势八、物联网行业发展前景及趋势八、物联网行业发展前景及趋势八、物联网行业发展前景及趋势八、物联网行业发展前景及趋势八、物联网行业发展前景及趋势是物联网技术在制造企业或智能工厂中的应用，它通过传感器技术、标识识别技术、图像视频技术、定位技术等感知技术，实时感知企业或工厂中需要监控、连接和互动的装备，并构建企业信息化系统，打通信息化系统与生产现场设备的直接联系。它通过工业资源、数据和系统的网络互联，实现制造原材料的柔性配置、生产过程的按需执行、制造过程的合理优化和制造环境的快速适应，从而实现资源的高效利用，从而构建服务驱动的新型工业生态系统。具体来说，工业物联网是一个物与互联网服务相互交叉的网络体系。同时，它也是自动化与信息化深度融合的突破口。工业物联网是工业4.0的核心基础，它是利用局部网络或互联网等通信技术，把传感器、控制器、机器、人员和物品等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络，从而最大限度地提高机器效率以及整个工作的吞吐量。随着智能制造战略的持续推进以及企业转型的逐渐深入，物联网在工业转型中的应用价值愈发凸显。企业已经清楚的认识到，要想实现智能化决策和自动化生产离不开人机物的全面互联。当前，工业物联网热潮遍布神州大地，已成为政府、制造企业、互联网公司、物联网公司、电信运营商、IT和自动化厂商等各方关注的焦点。十、工业物联网（IndustrialInternetofThings，IIoT）工业物联网从下至上由三个层次构成，包括感知控制层、网络层和应用层。生产指标由企业信息化系统通过网络层自动下达至机器的执行系统；生产结果由感知控制层自动采集并通过网络层上传至应用层（一般是企业信息化系统），并在生产现场实现智能化的自动监控和报警；还可在云制造平台上对大数据进行分析挖掘，提高生产制造的智能化水平。感知层是物联网的皮肤和五官,用来识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS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。网络层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。应用层是物联网的“社会分工”，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，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。十、工业物联网（IndustrialInternetofThings，IIoT）1、物联网的体系结构2、基于物联网的现代工业系统体系结构

工业物联网体系架构可分为四层，实体层包括各类智能产品及嵌入式软件和芯片等；传感层则是物联网的皮肤和五官，用于识别物体，采集信息，包括条码、二维码标签和读卡器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等；网络层是物联网的神经中枢和大脑，用于信息传递和处理，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；应用层是物联网的“社会分工”，即与行业专业技术及需求实现深度融合，最终实现行业智能化。在物联网各层之间，信息不是单向传递的，也有交互、控制等，所传递的信息多种多样，这其中关键是物品的信息，包括在特定应用系统范围内能唯一标识物品的识别码和物品的静态与动态信息。2、基于物联网的现代工业系统体系结构3、工业物联网的技术优势物联网集成了RFID、传感器、无线网络、中间件、云计算等新技术，其发展会极大地促进各行业的信息化进程，实现物与物、人与物的自动化信息交互与处理。物联网技术在制造业中的应用优势可归纳为以下几点：产品智能化：产品中加入大量电子技术元素，实现产品功能的智能化。例如，通过在产品

中植入RFID芯片，记录产品的静态信息，如出厂日期、编号、产品类型等；通过在产品中植入智能传感器，可记录设备运行数据，如检测设备的运行状态等，并通过网络传送至后台信息系统中。实时售后服务：通过无线网络，获取全球范围内产品运行的状态信息，经过后台信息化系统的分析、处理、反馈，实施在线售后服务，提高服务水平。3、工业物联网的技术优势过程监控与管理：工厂可以通过以太网或现场总线，采集生产设备的运行状态数据，实施生产控制和设备维护，包括供需转换、工时统计、部件管理、产品状况质量在线监测和设备状况监测与节能等。物流管理：在工厂内外的物流设备中植入RFID，实现对物品位置、数量、交接的管理和控制，提高物流流通效率，对特殊储藏要求的货品实施在线监测与防伪，实现了信息在真实世界和虚拟空间之间的智能化流动。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、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、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，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。4、工业物联网中的关键技术工业物联网中的关键技术传感器技术：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。通信技术：具体包括：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。网络技术：

组网技术：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。信息处理技术：海量信息处理：工业信息出现爆炸式增长，构建集海量感知信息，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。泛在信息处理服务与协同平台：设计、制造、管理过程中人-人之间、人-机之间和机-机之间的行为感知、环境感知、状态感知的综合性感知能力。安全技术：具体包括工业设备控制、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。

5、工业物联网的智能制造产业发展趋势物联网与智能制造技术相结合，对智能制造产业的发展产生了深远的影响。基于物联网的智能制造产业发展趋势有以下几个方面：1.制造过程向全球化的协同创新发展随着企业逐渐实现跨国的产品开发、营销和服务，对信息系统提出了支持多语种、多工厂、多个企业实体的开发与管理需求，以及全球协作开发的需求。工业发达国家的许多企业将信息化技术综合集成，并广泛应用于研发、管理、财务运作、营销、服务等核心业务，实现了产品研制、采购、销售等在全球范围内的协作，在全球范围进行资源的优化配置。5、工业物联网的智能制造产业发展趋势2.生产和研发向精益化的方向发展通过整合各种产品生产、服务反馈的数据，企业把物理世界与数字世界充分关联起来，为企业提供一种企业级的产品数字化样机开发环境，使产品的质量与可靠性有了系统的保障。同时，高度的信息共享，使企业可以通过优化业务流程和资源配置，强化运行细节管理和过程管理，追求持续改进，推动企业不断适应内外环境变化，提高核心竞争力和创造效益的能力，达到精益管理，从而提高制造业生产力。3.制造设计从高能耗向低能高效转变将物联网的应用与“绿色、环保、节能、低碳经济”的发展理念紧密结合，充分利用物联网技术，实现更精细、更简单、更高效的管理，帮助企业创造更大的经济效益和社会效益，实现智能制造绿色设计和绿色制造的行业要求。6、工业物联网应用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M2M（MachinetoMachine）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，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、降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。

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。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。空客公司供应链体系

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。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。

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，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平台。基于物联网的公交智能调控系统基于物联网的仓储物流方案1、工业互联网（IndustrialInternet）开放、全球化的网络，将人、数据和机器连接起来，

它是全球工业系统与高级计算、分析、传感技术及互联网的高度融合。比现在的互联网更强调数据，更强调充分的连接，更强调数据的流动和集成以及分析和建模。工业互联网的本质是要有数据的流动和分析。“工业互联网”的概念最早由通用电气于2012年提出，随后美国五家行业龙头企业联手组建了工业互联网联盟(IIC)，将这一概念大力推广开来。除了通用电气这样的制造业巨头，加入该联盟的还有IBM、思科、英特尔和AT&T等IT企业。工业互联网的本质和核心是通过工业互联网平台把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接融合起来。可以帮助制造业拉长产业链，形成跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的互联互通，从而提高效率，推动整个制造服务体系智能化。有利于推动制造业融通发展，实现制造业和服务业之间的跨越发展，使工业经济各种要素资源能够高效共享。工业互联网的目标是升级那些关键的工业领域。2019年1月18日，工信部已印发《工业互联网网络建设及推广指南》，明确提出以构筑支撑工业全要素、全产业链、全价值链互联互通的网络基础设施为目标，着力打造工业互联网标杆网络、创新网络应用，规范发展秩序，加快培育新技术、新产品、新模式、新业态。到2020年，形成相对完善的工业互联网网络顶层设计。国家顶级节点是整个工业互联网标识解析体系的核心环节，是支撑工业万物互联互通的神经枢纽。按照工信部统一规划和部署，我国工业互联网标识解析国家顶级节点落户在北京、上海、广州、武汉、重庆五大城市。通用电气提出的“工业互联网”与德国明确提出的“工业4.0战略”有异曲同工之妙，被称为美国版工业4.0。无论是GE2012年提出的“工业互联网”，德国2013年提出的“工业4.0”，还是“中国制造2025”，其核心都是通过数字化的转型，提高制造业的水平。其发展方向不仅是像工业4.0那样实现制造业的信息化和智能化，更是希望实现各产业整体的数字化转型，更多关注信息系统的建设和完善。而德国看重的是工业生产流水线的整体发展。十一、工业物联网和工业互联网2、工业物联网和工业互联网的关系互联网与物联网之间的联系首先，物联网的通信渠道仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展到传感层的网络;第二，物联网用户可以通过互联网的通信渠道，端到端延伸和扩展到任何物与物之间，人与物之间。工业互联网追求数字化，工业物联网更加强调自动控制工业互联网未来的发展战略，是要将工业与互联网在设计、研发、制造、营销、服务等各个阶段进行充分融合，以提高整个系统运行效率。实际就是整个工业过程互联网化，重点强调的是企业信息的数字化。工业物联网不仅包括传统的软件要素，还包括硬件传感器、云服务平台和智能控制等。工业物联网除了要求数字化之外，更侧重于制造和运营的自动化和智能化，尤其是作为工业物联网核心的工业大数据的采集和处理，最终实现智能制造。工业物联网，是“工业4.0”实现的具体方式和抓手，要想实现智能制造，达到工业生产的个性化与定制化，必须借助于万物互联的工业物联网。工业互联网是指工业领域互联的网，而不是工业的互联网，工业物联网基本可以理解为工业领域的物联网。在企业内部，要实现工业设备（生产设备、物流装备、能源计量、质量检验、车辆等）、信息系统、业务流程、企业的产品与服务、人员之间的互联，实现企业IT网络与工控网络的互联，实现从车间到决策层的纵向互联；在企业间，要实现上下游企业（供应商、经销商、客户、合作伙伴）之间的横向互联；从产品生命周期的维度，要实现产品从设计、制造到服役，再到报废回收再利用整个生命周期的互联。这实际上与工业4。0提出的三个集成的内涵是相通的。工业物联网指的是物联网在工业的应用。工业互联网涵盖了工业物联网，但进一步延伸到企业的信息系统、业务流程和人员。工业互联网的概念实际上与国外提出的万物互联（InternetofEverything，将人、流程、数据和事物结合一起，使得网络连接变得更加相关，更有价值）理念有相似之处，相当于是工业企业的万物互联。十一、工业物联网和工业互联网思考题：1.什么是物联网？2.工业物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？4.工业物联网和工业互联网的关系？

工业机器人3第三节一、

工业机器人定义及特点

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。

工业机器人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“生物传感器”，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。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。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，特别是计算机技术的应用密切相关。

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。1．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、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。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、网络化以及智能化的重要手段。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，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、IC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。4．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，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。二、

工业机器人种类工业机器人的种类主要包括以下几种：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1.移动机器人（AGV）移动机器人（AGV）是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、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作为活动装配平台）。

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，减少占地面积，降低建设投资。移动机器人AGV2．点焊机器人

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。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，焊接生产线要求焊钳一体化，重量越来越大，165公斤点焊机器人是当前汽车焊接中最常用的一种机器人。2008年9月，我国机器人研究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焊接车间。2009年9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机器人水平。3．弧焊机器人

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：(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。(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。4．激光加工机器人

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。5．真空机器人

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，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。6．洁净机器人

洁净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境进行，洁净机器人是洁净环境下生产需要的关键设备。

三、

典型机器人系统案例1.输送线系统一机三线自动码垛系统输送线应用领域：机器人及输送线物流自动化系统可应用于建材、家电、电子、化纤、汽车、食品等行业。2.机器人涂胶工作站

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，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等行业。3.焊接系统

应用领域：

自动机器人焊接工作站可广泛地应用于铁路、航空航天、军工、冶金、汽车、电器等各个行业。

优点：⑴稳定和提高焊接质量；⑵提高劳动生产率；⑶改善工人劳动强度，机器人可在有害环境下工作；⑷降低了对工人操作技术的要求；⑸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（MIG、MAG、CO2焊）或非熔化极气体保护焊（TIG、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及其它辅助设备等。

四、

自动装箱系统机器人自动装箱、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，以形成一个完整的集成化包装生产线。

应用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、食品等行业。酒类装箱码垛线思考题：1.工业机器人有哪些特点？2.工业机器人的常用种类有哪些？智能制造与3D打印技术第二讲

一、

3D打印技术的概念

3D打印技术，学术上又称“添加制造”（AdditiveManufacturing,AM）技术，也称增材制造或增量制造。根据美国材料与试验协会（ASTM）2009年成立的3D打印技术委员会（F42委员会）公布的定义，3D打印是一种与传统的材料加工方法截然相反，基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式。其采用直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。3D打印技术内容涵盖了PLM前端的“快速原型”（RapidPrototyping,RP）和全生产周期的“快速制造”（RapidManufacturing,RM）相关的所有打印工艺、技术、设备类别和应用。3D打印涉及的技术包括CAD建模、测量、接口软件、数控、精密机械、激光、材料等多种学科的集成。

二、3D打印具有如下特点和优势数字制造:借助CAD等软件将产品结构数字化，驱动机器设备加工制造成器件；数字化文件还可借助网络进行传递，实现异地分散化制造的生产模式。降维制造（分层制造）:即把三维结构的物体先分解成二维层状结构，逐层累加形成三维物品。因此，原理上3D打印技术可以制造出任何复杂的结构，而且制造过程更柔性化。堆积制造:“从下而上”的堆积方式对于实现非匀致材料、功能梯度的器件更有优势。直接制造:任何高性能难成型的部件均可通过“打印”方式一次性直接制造出来，不需要通过组装拼接等复杂过程来实现。快速制造:3D打印制造工艺流程短、全自动、可实现现场制造，因此，制造更快速、更高效。三、3D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（AEC）、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。3D打印技术出现在20世纪90年代中期，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。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印技术。3D打印流程1986年，美国科学家CharlesHull开发了第一台商业3D印刷机。1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机SpectrumZ510由ZCorp公司研制成功。2010年11月，美国JimKor团队打造出世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。2013年10月，全球首次成功拍卖一款名为“ONO之神”的3D打印艺术品。2013年11月，美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”(SolidConcepts)设计制造出3D打印金属手枪。四、3D的材料、设备和分类

类型累积技术基本材料挤压熔融沉积式(FDM）热塑性塑料，共晶系统金属、可食用材料线电子束自由成形制造(EBF)几乎任何合金粒状直接金属激光烧结（DMLS）几乎任何合金电子束熔化成型（EBM）钛合金选择性激光熔化成型(SLM)钛合金，钴铬合金，不锈钢，铝选择性热烧结（SHS）热塑性粉末选择性激光烧结（SLS）热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末粉末层喷头3D打印石膏3D打印(PP)石膏层压分层实体制造（LOM）纸、金属膜、塑料薄膜光聚合立体平板印刷（SLA）光硬化树脂数字光处理(DLP)光硬化树脂3D打印技术分类五、3D打印技术应用实例3D打印的复杂零件3D打印的能发射真正子弹的手枪3D打印的航空零件3D打印的火箭喷射器3D打印的无人机样机3D打印商业无人机国内首台空间在轨3D打印机日本研发的3D打印肝脏模型3D打印的头盖骨3D打印的胸腔北京大学成功实施世界首例3D打印脊椎植入3D打印运河住宅3D打印血管机思考题：1.3D打印技术的特点是什么？2.3D打印技术相对于减料加工，优势在什么地方？3.3D打印技术的常用类型有哪些?

RFID射频技术5第五节一、RFID射频技术定义及特点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。RFID读写器也分移动式的和固定式的，目前RFID技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。RFID系统架构2．RFID特点

射频识别系统最重要的优点是非接触识别，它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，大多数情况下不到100毫秒。有源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点。可用于流程跟踪和维修跟踪等交互式业务。

（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。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。

（3）抗污染能力和耐久性。传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损；RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。

（4）可重复使用。现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。

（5）穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。

（6）数据的记忆容量大。一维条形码的容量是50Bytes，二维条形码最大的容量可储存2至3000字符，RFID最大的容量则有数个MB。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。

（7）安全性。由于RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。RFID射频技术原理二、RFID射频技术应用

射频识别技术以其独特的优势，逐渐地被广泛应用于工业自动化、商业自动化和交通运输控制管理等领域。随着大规模集成电路技术的进步以及生产规模的不断扩大，射频识别产品的成本将不断降低，其应用也将越来越广泛。如电子标签、IC卡、智能卡、动物识别系统等，而且RFID技术已普遍应用在食品卫生、物流、零售、制造、服装、医疗、交通、防伪等各个领域，促进我国信息化快速发展。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。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。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。RFID在智能制造中，主要应用于物流系统。供应链的网链结构模型射频技术货物出库流程图

供应链是一个网络结构，由围绕核心企业的供应商、供应商的供应商和用户、用户的用户组成。供应链上一般有供应商、制造商、销售商以及最终客户4个节点，RFID技术在各个节点的应用优势主要有以下几个方面：1.加强供应商管理，促进原材料的快速周转在原材料供应环节，RFID技术给原材料供应商和制造商提供了一个共享信息的平台。采用RFID技术以后，带有RFID电子标签的原材料包装箱进入射频天线工作区时，电子标签将被激活，标签上的相关数据(如供应商、原材料名称、类型、数量等)都将被自动识别，可以实时地获取供应商及原材料的各种信息。因此，RFID技术可简化原材料的卸货、检验及等待工序，加快原材料的周转速度，提高企业的自动化水平，同时也可以对供应商进行实时控制及考核。2.优化采购管理，实现JIT(Justintime，准时制)生产在制造环节，制造型企业采用RFID技术可以优化采购管理并实现JIT生产，应用于从生产命令下达至产品完成的整个生产过程，因为RFID技术可以实现自动化流水线操作，实现对原材料、零部件、半成品和成品的识别与跟踪，进行物料动态管理，并可以收集生产过程中大量的实时数据，随时根据现场实际变动情况调整整个车间的生产工序节拍，由此减少人工处理的出错率，从而提高工人的工作效率和企业整体经济效益。另外，采用RFID技术后，生产车间可预先设置物料预警点，企业调度员可以利用便携式数据终端(Portabledataterminal，PDT)调用后台数据资料，并读取生产区库存物品的RFID标签信息，决定是否补货，从而实现流水线均衡生产，加强对产品质量的控制与追踪。

3.提高销售商品的管理水平，提升商品的销售业绩在商品销售环节，销售商应用RFID技术可以进行高效率的商品出入库、存储和销售信息管理，并可以用于商品防盗、货物有效监控等。现场管理人员只需将货物中来自于不同企业的商品信息扫入RFID处理终端，并上传至后台信息系统数据库，就可以实时地监控商品的销售流动情况，及时更新商品的库存信息，并根据不同商品的销售数据，可以统计分析畅销或滞销商品，并对大量的数据进行数据挖掘，制定相应的销售策略。另外，RFID电子标签可以有效监控商品的时效性，即当商品超过了保质期，电子标签及时地发出警报，并及时地提醒销售人员更新库存，以提高商品的库存周转率。4.方便客户，维护消费者利益在客户环节，消费者在超市购物时，挑选好商品后进行结算，此时只需将贴有RFID标签的商品通过RFID识读器过道，原来费时费力的结算就变得简单了，商品清点及统计也就自动完成，这时消费者可以自由选择现金、信用卡付款，也可以使用带有RFID标签的结算卡进行结算。因此，在结算过程中，商家节省了人力资源，而消费者也不用为排队而苦恼，极大地提高了顾客满意度。另外，RFID标签也可以防止商品的“假冒伪劣”现象。RFID标签就像公民的身份证，从商品下线时，就赋予了商品的身份，并一直跟踪商品的流动。因此，无论商品在哪个流动环节出了质量问题，制造商都无法推卸责任，由此切实维护了消费者的切身利益。物流管理中的RFID系统思考题：1.什么是射频技术？2.射频技术有什么特点？3.射频技术主要应用于什么场合?

云计算与大数据6第六节一、

云计算与大数据概述

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。因此，云计算甚至可以让你体验每秒10万亿次的运算能力，拥有这么强大的计算能力可以模拟核爆炸、预测气候变化和市场发展趋势。用户通过电脑、笔记本、手机等方式接入数据中心，按自己的需求进行运算。

按服务商提供云服务的资源所在层次分，云计算可以分为基础设施即服务(IaaS，InfrastructureasaService)、平台即服务(PaaS，PlatformasaService)和软件即服务(SaaS，SoftwareasaService)三个层面。国内外主要的云计算服务提供商

按照运营模式云计算可以分为公共云、私有云和混合云三种。公共云通常是指第三方提供商为用户提供的通过Internet访问使用的云，用户可以使用相应的云服务但并不拥有云计算资源；私有云是指企业自行搭建的云计算基础架构，可以为企业自身或外部客户提供独享的云计算服务，基础架构搭建方拥有云计算资源的自主权；混合云是指既有私有云的基础架构，也使用公共云服务的模式。云计算的运营模式分类

大数据（bigdata），指无法在一定时间范围内用