智能制造概论 课件 第三章-3.2 智能制造系统

3.2智能制造系统主讲人：焦建玲时间：2024年12月《智能制造导论》第1页内容提纲第三章智能制造的系统工程技术一、智能制造生态系统二、智能制造系统及其构成三、智能制造的系统集成第2页第三章智能制造的系统工程技术智能制造系统生态智能制造系统生态是智能制造系统在特定环境下的生存和发展状态。根据智能制造系统的层级和相应的环境界定，智能制造系统生态可以是设备级系统生态、车间/工厂级系统生态，也可以是企业级系统生态，还可以是整个制造业级系统生态。随着智能化程度的不断提高，制造系统中的成员和其生存、发展环境之间的相互作用日益增强。强调单方面追求自身利益而忽视利益相关者的整体利益以及系统生态共生发展的传统经营理念已经过时。现在，制造单元或企业不再仅仅视自己为孤立的实体，而是积极与相关方合作，形成一个有机整体。这种将自身命运与整个系统生态息息相关，并最终创造出超越单一单元或企业组织能力的价值的思维方式，正在成为越来越重要的经营理念。因此，构建良好的系统生态是实现智能制造系统目标，提升智能制造水平的基础和关键。第3页第三章智能制造的系统工程技术智能制造生态系统智能制造生态系统指在一定的时间和空间范围内，为实现特定制造目标而形成的智能制造系统与其生存的市场、技术、政策等环境通过能量流动、物质循环、信息交互过程构成的统一整体，在这个统一整体中，智能制造系统与环境相互影响、相互制约，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。美国智能制造生态系统模型美国国家标准与技术研究院（NationalInstituteofStandardsandTechnology，NIST）于2016年2月发布的《智能制造系统标准》，从商业（Business）、产品（Product）和生产（Production）三个维度对智慧工厂的生态系统进行了模型化表述。商业生命周期主要涉及供应方和需求方之间的互动。产品生命周期关注从产品设计开始，直至产品生命周期结束的整个信息流程和控制过程。生产生命周期则集中于生产设施的设计、调度、执行及最终的退役过程。第4页第三章智能制造的系统工程技术智能制造生态系统具有开放性、互动性和协作性等特点。智能制造生态系统的特点开放性意味着智能制造生态系统是一个开放系统，不断地与外界环境进行物质、能量、信息交换。智能制造生态系统的开放性是多层次的，不仅要素是开放的，子系统和系统都是开放的。开放性互动性指构成生态系统的要素、子系统之间实时、安全、多模式的沟通与互动，从而确保协作更加顺利，进而惠及整个生态系统。在智能制造环境下，互动性进一步发展为智能互联。互动性协作性强调构成智能制造生态系统的各子系统之间，子系统与系统之间的协同性。由于目标不一致，甚至存在冲突，协作对于维持整个生态系统的动态平衡尤为重要。协作性第5页二智能制造系统及其构成第三章智能制造的系统工程技术智能制造系统大致经历了三个阶段，分别为自动化系统阶段、信息化系统阶段和协同化系统阶段。智能制造系统发展的三个阶段分别实现了制造的自动化控制，信息化管理和智能化协同。智能制造系统概述自动化系统阶段利用计算机技术，将产品设计制造过程中的孤立自动化子系统有机集成，形成适应多品种、小批量生产的智能化制造系统，实现整体效益的优化。典型的代表系统有计算机集成制造系统和现代集成制造系统。协同化系统阶段是在信息化系统的基础上，通过进一步引入先进的协同技术和互联网技术，实现企业内部各环节之间以及企业与外部供应商、合作伙伴之间的紧密协作和信息共享。典型的代表系统包括供应链管理系统（SCM）和协同制造系统。信息化系统阶段的发展是在自动化系统的基础上，通过引入信息技术和网络通信技术，实现生产过程中信息的高效流通和管理。典型的代表系统包括生产执行系统（MES）和企业资源计划系统（ERP）。第6页二智能制造系统及其构成第三章智能制造的系统工程技术智能制造系统是一个庞大而复杂的系统，涵盖了智能产品、智能生产以及智能服务等多个功能系统，并且依赖于智能制造云和工业互联网等关键支撑系统。智能制造系统的构成智能产品构成了系统的重要部分智能生产是系统的核心环节智能服务是智能制造系统的重要延伸智能制造云和工业互联网等支撑系统为智能制造系统提供了强大的技术支持和保障第7页二智能制造系统及其构成第三章智能制造的系统工程技术智能制造系统的构成智能产品系统作为连接利益相关者与智能服务系统的桥梁，相较于传统产品系统，通过整合先进的传感器、执行器和通信模块，赋予了产品对环境的智能感知、智能分析决策、智能控制执行以及智能交互的能力。智能生产系统通过集成生产设备、机器人、传送装置、仓储系统等生产资源，形成具备自主、自适应、自重构等特性的循环网络。第8页二智能制造系统及其构成第三章智能制造的系统工程技术智能制造系统的构成智能服务系统智能服务系统通过智能服务平台、智能物流平台、智能运控平台等媒介，为智能产品系统的价值提升开辟了新路径。这些平台覆盖了产品设计、生产、销售和维护等全生命周期的服务，利用人工智能、大数据等前沿技术，为服务赋予了前所未有的新特性。1智能制造云作为智能制造系统的重要支撑，智能制造云通过利用云计算、大数据和人工智能等尖端技术，为制造企业提供全面的信息化和智能化服务。2工业互联网工业互联网，作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，已成为推动工业经济向数字化、网络化和智能化转型的重要基础设施。它通过实现人、机、物的全面互联，构建了覆盖全要素、全产业链、全价值链的全面连接的新型工业生产和制造服务体系。3第9页三智能制造的系统集成第三章智能制造的系统工程技术智能制造的系统集成系统集成是智能制造系统发展过程中的核心技术。智能制造系统集成的对象从信息扩展到过程，再扩展到过程和企业，并逐步扩展到基于智能制造的要素链和价值链的纵向集成、横向集成和端到端的集成三类。利用互联网、物联网等技术对分布式智能生产资源进行高度整合的横向集成；从产品生产流程的角度进行的纵向集成，涉及从企业底层的生产制造单元、制造执行系统（MES）到上层的企业资源计划（ERP）；针对产品生命周期全流程，从原料供应到研发设计、生产制造、销售服务的端到端集成；端到端集成是实现客户价值的途径，而横向集成和纵向集成则是最大化这种价值的保障。它们共同构成了智能制造的系统集成。智能制造的三大集成第10页三智能制造的系统集成第三章智能制造的系统工程技术智能制造的系统集成——横向集成横向集成是一种基于价值网络与企业间协同的集成方式，旨在通过价值链及信息网络的深度融合，实现企业内部与外部IT系统的无缝连接。它以产品供应链为核心，不仅关注企业内部物流、生产、营销等环节的优化配置，更强调跨越企业边界，将不同企业的资源、技术和信息进行高效整合。横向集成的主要目标是提供端到端的解决方案，本质上通过打通企业之间的网络化协同及合作，形成一个整合信息、物流、资源和数据的协同体系。这种集成策略旨在对资源、技术和信息进行合理化配置，实现不仅包括内部的工程、计划、生产、物流、销售，还包括外部的市场、研发人员、供应商、经销商和终端客户等各个节点和角色之间的信息集成和共享。第11页三智能制造的系统集成第三章智能制造的系统工程技术智能制造的系统集成——纵向集成纵向集成在企业内部实现了从原材料采购到产品销售的全业务流程贯通，形成了一个完整的纵向集成体系。其核心在于将企业中从底层的物理设备或装置到顶层的计划管理等不同层面的IT系统，例如执行器与传感器、控制器、生产管理系统、制造执行系统和企业资源计划等进行高度集成，实现企业内部的纵向通联和管控。实现企业内部的企业资源计划（ERP）、产品生命周期管理（PLM）、制造执行系统（MES）和数据采集与监视控制系统（SCADA）等信息化系统之间的深度集成和应用。信息流角度基于工业互联网（I-Internet）和工业物联网（I-IoT），实现物理设备（主要是底层数字化设备）的集成管控、互联互通和信息共享。物理对象角度信息化系统与物理设备的融合与集成，双向打通IT系统与物理设备之间数据和信息通道，实现指令下达、信息感知、状态反馈、动态调整等功能。信息与物理融合角度第12页三智能制造的系统集成第三章智能制造的系统工程技术智能制造的系统集成——端到端集成端到端集成指的是覆盖整个价值链的工程化数字集成，是在所有终端数字化的前提下实现的基于价值链与企业间协同的一种整