智能制造系统建模与仿真 课件 第1章 智能制造技术的产生及发展

智能制造系统建模与仿真第1章智能制造技术的产生及发展1.1智能制造的产生1.1.1智能制造的发展历程1.1.2我国制造业的发展形势1.1.3智能制造是建设制造强国的主攻方向1.2智能制造的概念及特征1.2.1智能制造的定义1.2.2智能制造的特征1.2.3智能制造的关键技术1.3推进智能制造对制造企业的价值2思维导图4（e）智慧农业（b）智能医疗（c）智能交通（a）智能家居（d）智慧教育（f）智能物流智能技术不断发展和应用，目前已经渗透到人们的生活中，为生活带来了很多便利和改变智能制造技术是智能技术发展的重要基础之一，其产生及发展对智能技术的发展至关重要。1.1智能制造的产生1.1.1智能制造的发展历程56行业创新成果家电目前一条生产线可支持500多个型号的柔性大规模定制，生产节拍缩短到10秒一台，是全球冰箱行业生产节拍最快、承接型号最广的工厂。服装按照用户需求选择配料和设计，并在机器人和人工辅助的共同协作下完成定制。工厂内的机器人、3D打印机和针织机由计算机设计程序直接控制，这将减少生产不同产品时所需要的转换时间。服装构建了包含20多个子系统的平台数字化运营系统，其大数据处理系统已报有超过1000万亿种设计组合，超过100万亿种款式组合。家居通过模块化产品设计、智能制造技术、智能物流技术、自动化技术、技术应用，实现制造端制造体系的智能集成，从而支撑大规模定制商业模式的实现。表1-1大规模定制应用案例1.1.2我国制造业的发展形势7图1-1近年我国制造业发展情况目前中国制造业的发展主要体现在如下两个方面：1、中国制造业高质量发展的强烈需求2、中国制造业创新发展的历史性机遇制造业发展依靠科技创新,科技创新驱动制造业发展,制造业发展和科技创新的最重要的一个交汇点是智能制造。数字化、网络化、智能化技术与先进制造技术深度融合形成的智能制造技术，新一代人工智能技术与先进制造技术深度融合所形成的新一代智能制造技术，成为新一轮工业革命的核心技术，成为第四次工业革命的核心驱动力。推进制造强国战略，包括了推进智能制造工程、产业体系现代化工程、产业基础高级化工程、质量与品牌工程、绿色制造工程、服务型制造工程、高端装备创新工程等重大工程。其中，智能制造--制造业数字化网络化智能化是推进制造强国战略的制高点、突破口和主攻方向。81.1.3智能制造是建设制造强国的主攻方向先进制造业领域集群地域集群产业

新一代信息技术深圳电子信息产业集群全球重要的电子信息产业基地武汉芯屏端网产业集群中国光电子产业基地合肥智能语音产业集群中国智能语音产业基地

高端装备制造西安航空航天立业集群中国大中型飞机研制生产的重要基地长沙工程机械产业集群中国工程机械行业的“母体”株洲轨道交通立业集群中国最大轨道交通装备制造产业基地先进材料制造宁波石化产业集群规模居全国七大石化立业基地前列苏州纳米新材料产业集群全球最大的纳米技术应用产业集聚区

生物医药制造北京中关村生物医药产业集群领跑全国生物医药产业上海张江生物医药产业集群全球瞩目的生物医药产业创新集群江苏泰州生物医药产业集群中国唯一的国家级医药高新区9表1-1

我国主要先进制造业集群10图

青岛海尔模具公司的“模具云设计平台”1.2智能制造的概念及特征1.2.1智能制造的定义11“智能制造”可以从制造

和

智能两方面来理解。首先，制造是指把原材料变成产品的过程。广义的制造不限于加工和生产。对于一个制造企业来说，制造活动包含一切“把原材料变成使用的产品”的相关活动，如市场调研、产品研发、工艺制造、设备运维、装配检验、产品回收等。其次，智能是由“智慧”和“能力”两个词组成。从感觉到记忆再到思维这一过程，称为“智慧”，智慧的结果产生了行为和语言，将行为和语言的表达过程称为“能力”，两者合称为“智能”。因此，将感觉、记忆、回忆、思维、语言、行为的整个过程称为智能过程，它是智力和能力的表现。12分类传统制造智能制造智能制造的影响设计常规产品面向功能需求设计新产品周期长虚实结合的个性化设计、个性化产品、面向客户需求设计数值化设计、周期短、可实时动态改变设计理念与使用价值观变化设计方式变化设计手段变化产品功能变化加工加工过程按计划进行半智能化加工与人工检测生产高度集中组织人机分离减材加工成型方式加工过程柔性化，可实时调整全过程智能化加工与在线实时监测生产组织方式个性化网络化人机交互智能控制减材、增材多种加工成型方式劳动对象变化生产方式变化生产组织方式变化加工方法多样化新材料、新工艺不断出现管理人工管理为主企业内管理计算机信息管理技术机器与人交互指令管理延伸到上下游企业管理对象变化管理方式变化管理手段变化管理范围扩大服务产品本身产品全生命周期服务对象范围扩大服务方式变化服务责任增加表1-2

智能制造与传统制造的异同1.2.2智能制造的特征13智能制造经历了长期实践演化过程，具备数字化、网络化和智能化制造三个最基本的特征。图1-2智能制造的三种基本范式（1）数字化14图1-4图1-3

数控机床的数控系统CAD—计算机辅助设计；CAM—计算机辅助制造；CNC—计算机数控；PID—比例积分微分数字化制造是通过对产品信息、工艺信息和资源信息进行数字化描述、集成、分析和决策，进而快速生产出满足用户要求的产品。大量采用CAD/CAE（计算机辅助工程）/CAPP（计算机辅助工艺规划）/CAM等数字化设计、建模和仿真方法；大量采用数控机床等数字化装备；建立了信息化管理系统，采用MRPII（制造资源计划）/ERP（企业资源计划）/PDM（产品数据管理）等，对制造过程各种信息与生产现场实时信息进行管理，提升各生产环节的效率和质量。（2）数字化、网络化15图1-4互联网+数控机床“互联网+制造”主要特征表现为：第一，在产品方面，数字技术、网络技术得到普遍应用，产品实现网络连接。第二，在制造方面，实现横向集成、纵向集成和端到端集成。第三，在服务方面，企业与用户通过网络平台实现联接和交互。企业生产开始从以产品为中心向以用户为中心转型，企业形态也逐步从生产型企业向生产服务型企业转型。案例：三一重工是我国工程机械领域最早进行数字化转型的企业，2008年筹建的三一重工18号厂房是亚洲最大的数字化制造车间。之后，三一重工推进网络化进程，自主部署基于设备全球互联的物联网、大数据平台，为用户提供包括预测性维护、物联网金融等新业务，显著提高了三一产品的质量、水平和效益。目前，三一重工已发展成位居世界前列的工程机械制造企业。16a）数字化车间b）大数据平台（1）智能生产：面向定制化设计，支持多品种小批量生产模式，通过使用智能化的生产管理系统与智能装备，实现生产过程全生命周期的智能化管理，以及状态自感知、实时分析、自主决策、自我配置、精准执行的自组织生产。17（3）数字化、网络化、智能化图1-5

吉利汽车余姚工厂是具有国际先进水平的轿车生产工厂（2）智能产品：一方面，产品本身的智能化提升，如提供友好的人机交互、语言识别、数据分析等智能功能;另一方面，生产过程中的每个产品和零部件是可标识、可跟踪的，甚至产品了解自己被制造的细节以及将被如何使用。18图1-6新一代智能机床（3）智能服务:利用互联网、云计算、大数据分析等新技术，提供远程检测诊断、运营维护、技术支持等售后智能服务。从“以产品为中心”向“以用户为中心”的根本性转变，完成深刻的供给侧结构性改革。19图1-7维尚家具集团的智能化生产与服务1.2.3智能制造的关键技术20智能制造所要解决的核心问题是知识的产生与传承过程，其关键技术分别为：①识别技术。②实时定位技术③信息物理融合技术④网络安全技术⑤系统协同技术1.3推进智能制造对制造企业的价值推进智能制造,可以给制造企业带来多方面的价值,主要包括以下几方面。快速应对市场波动,缩短产品上市周期。21图1-8

波音777采用全数字化设计、测试与装配②促进企业降本增效，实现少人化。22发那科(FANUC)机器人采用标准化和系列化，批量生产,通过机器人装配机器人的大部分部件，同时，通过协作机器人配合工人完成机器人线缆的装配。图1-9发那科双机弧焊机器人工作站③实现企业运作的可视化、透明化，实时洞察企业运营状态。④提高生产效率，缩短交货期。⑤提高企业质量管控水平。⑥助力企业节能降耗。23图1-11施耐德电气“零碳工厂”及绿色供应链等领先实践案例图1-10华星光电生产车间本章小结

本章通过智能制造相关的一些背景资料，介绍了从工业