智能制造概论 课件 第一章-绪论

第一章

绪论主讲人：任明仑

时间：2024年6月《智能制造导论》内容提纲引导案例与学习目标第一节、概述第二节、智能制造系统的要素与特征第三节、智能制造的模式变革第四节、智能制造的技术体系第五节、智能制造的发展趋势第2页光刻机是芯片制造工艺中的核心设备，其制造技术难度高，被誉为半导体工业“皇冠上的明珠”。引导案例

制造难点┃多学科技术融合精密制造智能控制材料学

微电子学...┃光学加工精度级高EUV光刻机的反射镜需要达到皮米级精度对表面粗糙度及面精度要求极高┃机械加工精度级高7nm光刻机光刻的线条宽度相当于5个原子并列┃自动控制精度级高EUV光的产生是用二氧化碳激光每秒5万次去轰击液态锡滴

EUV光刻机的制造过程极其复杂，没有任何一个国家可独立完成，是一个需要集中多个制造强国共同完成的高端装备。第3页

学习目标学习目标本章围绕智能制造的产生和发展过程，介绍智能制造的内容体系。通过本章学习，学生应该掌握以下知识：（1）智能制造的发展历程、战略地位；（2）我国以及其他主要国家的智能制造发展战略；（3）智能制造系统的构成与信息物理系统；（4）智能制造系统的传统要素、新要素以及特征；（5）智能制造的新模式：大规模定制、服务型制造、动态企业联盟等；（6）智能制造技术体系：主要内容框架、基础设施、支撑技术以及系统应用等；（7）智能制造的发展趋势：人机共融制造、工业元宇宙以及软件定义制造等。内容提纲引导案例与学习目标第一节、概述第二节、智能制造系统的要素与特征第三节、智能制造的模式变革第四节、智能制造的技术体系第五节、智能制造的发展趋势智能制造的产生，是制造环境变化和信息技术发展共同作用的结果。1.1智能制造的发展历程第一阶段：数字化制造（20世纪50年代-20世纪90年代）特征：①

数字化产品：数控机床、工业机器人

②

数字化制造过程：CAD/CAE/CAPP/CAM...③

制造全过程集成和优化:计算机集成制造系统CIMS第二阶段：网络化制造（20世纪90年代-21世纪10年代）特征：①

数字化互联产品

②协同化制造过程③制造方式的服务化第三阶段：智能化制造（21世纪10年代-现在）特征：①

智能互联产品

②智能集成制造系统③制造系统具备了“认知学习”能力发展阶段技术信息移动互联网大数据5G移动通信物联网人工智能环境制造个性化需求服务型制造大规模定制制造资源环境压力产品创新1.2智能制造在经济社会发展中的战略地位智能制造支撑传统产业的转型升级，是推动产业变革的关键技术；智能制造是数字经济发展的重要内容，是社会经济发展的战略性主导产业；数字鸿沟在智能制造快速发展的背景下愈发凸显，提高劳动者数字素养是解决数字鸿沟问题的关键。数字鸿沟数字素养┃导致基于数字经济的利益分配趋向不均等化，进而产生强者愈强、弱者愈弱的马太效应。┃培养适应数字化、网络化、智能化生产方式的新型人才。1.3世界制造强国的智能制造发展战略21世纪以来，制造业发达国家都制定了智能制造发展的国家战略，力图继续占据世界制造业竞争的制高点。代表性的战略有德国的工业4.0、美国的工业互联网和日本的社会5.0。德国工业4.0产生背景：德国是传统设备供应商，为了未来继续占领设备制造业领先地位，2011年首次提出“工业4.0”的概念。内容：“工业4.0”是指利用信息物理系统（CPS）将生产中的供应、制造和销售信息数据化、智慧化，最后达到快速、有效、个性化的产品供应。美国工业互联网日本”社会5.0”产生背景：2012年底，GE发布《工业互联网：打破智慧与机器的边界》白皮书，首次提出工业互联网的概念。内容：倡议通过连接人、数据与机器，构建一个开放且具有全球覆盖性的工业级互联网络。产生背景：智能制造影响社会各方面发展，日本于2016年提出“社会5.0”概念，以智能制造为基础，实现整个社会的智能化协同。内容：旨在通过物联网、人工智能、机器人技术以及云计算等尖端科技手段，构建一个高度融合现实空间与虚拟空间的超智能社会。1.4我国智能制造发展战略我国发展战略

国务院2021年12月印发了《“十四五”智能制造发展规划》。

《规划》提出推进智能制造的总体路径是：立足制造本质，紧扣智能特征，以工艺、装备为核心，以数据为基础，依托制造单元、车间、工厂、供应链等载体，构建虚实融合、知识驱动、动态优化、安全高效、绿色低碳的智能制造系统，推动制造业实现数字化转型、网络化协同、智能化变革。

国务院2015年5月印发的《中国制造2025》是中国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。

战略将紧握制造强国的战略任务和重点。提高国家制造业创新能力，推进信息化与工业化深度融合，强化工业基础能力，全面推行绿色制造，大力推动重点领域突破发展，深入推进制造业结构调整，积极发展服务型制造和生产性服务业，提高制造业国际化水平。新一代信息技术与制造业的深度融合为我国提供了抢占全球智能制造高地的重要机遇。为抓住这一历史性机遇，我国政府制定了一系列智能制造发展战略。习近平总书记指出，要以智能制造为主攻方向推动产业技术变革和优化升级，推动制造业产业模式和企业形态根本性转变。内容提纲引导案例与学习目标第一节、概述第二节、智能制造系统的要素与特征第三节、智能制造的模式变革第四节、智能制造的技术体系第五节、智能制造的发展趋势2.1智能制造系统智能制造：基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行等功能的新型生产方式。智能制造系统：是由设备、人和信息平台构成的实现智能制造的工具和平台，它通过集成各种先进技术和系统，实现对制造过程的全方位管理和优化，使制造活动能动态地适应需求和制造环境的变化。智能制造单元智能制造系统智能服务智能供应链智能信息平台智能制造生态2.2智能制造系统的要素为了实现智能制造的目标，需要对智能制造中所涉及的各要素进行有效组织。在智能化技术的支持下，数据成为智能制造系统中不可或缺的新要素。传统制造要素大数据工业企业运营管理相关的业务数据制造过程数据作用数字工程智能优化数据成为智能制造的新型要素企业外部数据智能决策模式创新特性数据交易数据确权数据定价2.3智能制造系统的特征智能制造系统具有自感知、自决策、自执行、自学习、自适应的特征。传统制造要素内容提纲引导案例与学习目标第一节、概述第二节、智能制造系统的要素与特征第三节、智能制造的模式变革第四节、智能制造的技术体系第五节、智能制造的发展趋势3.1大规模定制制造如今消费者需求普遍多样化、个性化，为客户提供定制化、高附加值的产品和服务成为未来市场的重要趋势，促使生产方式从大规模生产向大规模定制生产转变。大规模定制内涵：是在现代智能制造技术的基础上，企业为适应新时代的竞争环境，以类似大规模生产的成本和效率，为客户提供多样化的个性产品和服务，实现价值共创的一种制造模式。大规模定制制造的类型：

按订单组装、按订单制造、按订单设计3.2服务型制造随着市场的转变以及智能制造技术的进步，服务对制造业实体的经济效益影响越发显著；制造业的增值环节向着产品价值链的上下游延伸，从而形成了以客户为中心、提供基于产品的高附加值服务的产业模式——服务型制造。远程运维工艺优化从产品到“产品+服务”物理产品阶段核心产品阶段

产品服务系统产品服务系统阶段柔性支付服务内容增值服务从产品到“产品即服务”系统解决方案产品平台与生态圈

从产品到整体解决方案内容提纲引导案例与学习目标第一节、概述第二节、智能制造系统的要素与特征第三节、智能制造的模式变革第四节、智能制造的技术体系第五节、智能制造的发展趋势智能制造的技术体系围绕智能制造需求发展出的制造领域的数字化、网络和智能化技术方法，构成智能制造的重要支撑技术以信息技术和智能化技术为核心的智能制造技术，构成智能制造的基础设施智能制造技术应用具体制造场景，形成各类智能制造应用系统，是智能制造技术的集中体现内容提纲引导案例与学习目标第一节、概述第二节、智能制造系统的要素与特征第三节、智能制造的模式变革第四节、智能制造的技术体系第五节、智能制造的发展趋势5.1人机共融制造为了充分发挥人的创新能力和机器的高效性，人机共融制造应运而生，它将人的灵活性、创造性和决策能力与机器的精确性、效率和可靠性结合起来，形成一种全新的生产力量。人机关系的演变“主-从”关系“

伙伴关系“

协同模式人机人机协同认知决策人在回路人机信任智能过程可解释性认知计算模型价值判断态势理解控制权转移任务分配态势感知共识表示学习智能融合人机数据融合智能交互人机冲突处理协商5.2工业元宇宙工业元宇宙是利用最新信息通信技术与实体工业经济深度融合的新型工业生态系统。它基于扩展现实、数字孪生、区块链等技术，通过在虚拟与现实空间之间的虚实映射、交互和融合构建的复杂数字工业经济系统。工业元宇宙5.3软件定义制造随着数字化网络化智能化技术的应用，通过软件定义，赋予产品智能属性，使之能在不同场景下自动调整行为和性能，从而重新定义了产品设计和生产的方式。这种革命性变化，称为软件定义制造。软件支撑智能制造：软件定义制造通过将制造业全周期业务模型化、代码化和工具化，不仅提升产品和生产方式，也改善组织管理与产业生态，是智能制造关键实现路径。软件定义产品：通过软件来定义和控制其功能和特性的产品，使得产品可以通过软件编程和更新来实现快速迭代和定制化。软件定义企业：是指在企业运营和管理的过程中，广泛应用软件和虚拟化技术，通过软件来定义、优化和控制企业的核心流程、生产方式的一种企业模式。以光刻机为代表的高端装备的研发、生产和运维过程，是精密制造、智能控制和供应链协同发展的结果，需要新一代信息技术与先进制造技术的深度融合；智能制造不仅是推动制造产业变革的关键技术，也是带动数字经济全面发展的强大引擎，各国都把智能制造作为抢占世界制造业竞争制高点的重要领域；在信息技术的赋能作用下，数据作为制造系统的新型要素，渗透到制造生命周期全过程；智能制造系统是先进的设计生产和运维技术、系统工程技术、制造工程管理技术、信息平台技术在智能化赋能作用下的创新发展，这些系统构成了智能工厂这一智能制造的载体；制造系统在数字化网络化智能化的赋能下，出现了制造新模式和新业态，如服务