《智能控制技术》课件 5.1先进制造模式

第5章智能制造系统章节目录12先进制造模式智能制造系统目录3制造自动化系统4制造信息系统5MES平台各模块的功能与应用随着近年来科学技术的蓬勃发展，“中国制造”正在向着“中国智造”的方向突飞猛进。随着5G时代的到来，国内诸多科技企业不断崛起，有力推进了“中国智造”的进程。与传统制造业相比，智能制造是在先进制造技术的基础上，与新一代信息技术进行了深度融合，具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等特征，提高了制造业质量、效率效益和柔性的先进生产方式。项目引入自2020年起在全球范围内爆发了新冠疫情，全国各处医疗资源紧缺。此时，许多智能制造企业凭借自身技术、资源与优势，开发并推出各种智能系统与服务，助力疫情下的民生与生产。智能制造在医疗行业的应用更是解决了疫情下医护人员人手不足、医疗资源短缺等紧急难题。2021年11月，工业和信息化部、国家标准化管理委员会组织编制了《国家智能制造标准体系建设指南（2021版）》，推动了各地区、各行业的智能制造高质量发展。项目引入能根据平台各模块的功能，完成完整的订单操作。能根据平台的功能，完成质量关管理模块的查看。学习目标了解先进制造模式的基本知识。了解智能制造系统的基本概念。掌握智能制造系统的构成。了解制造自动化系统的基本知识。了解制造信息系统的基本知识。职业能力目标能根据项目要求，完成平台各模块的功能与应用。能通过先进制造模式的学习，提高爱国的品德素养。能通过项目实施的学习，提高学生的独立思考和动手操作能力。职业能力目标5.1先进制造模式服务教育成就未来北京新大陆时代教育科技有限公司5.1.1先进制造模式的基本知识5.1.2 先进制造模式的实现手段5.1.2先进制造模式的应用领域5.1.3先进制造模式的优势和挑战5.1先进制造模式先进制造模式指利用先进技术和创新方法，以高效、灵活、智能的方式进行生产的一种模式。先进制造模式包括了数字化、自动化、智能化等技术的应用，以提高生产效率、降低成本、提升产品质量和灵活性。5.1.1先进制造模式的基本知识先进制造模式包括了以下方面：智能制造柔性制造绿色制造协同制造定制化制造……5.1.1先进制造模式的基本知识通过先进制造模式，可减少对环境的影响，资源的可持续利用和环境保护得到极大的重视，从而实现可持续发展。先进制造模式涵盖了工业互联网、物联网、人工智能、大数据分析等技术的应用，以实现生产过程的数字化、智能化和网络化。通过先进制造模式，企业可更好地适应市场需求的变化，提高竞争力，实现可持续发展。5.1.1先进制造模式的基本知识中国制造2025是中国政府提出的一项重要战略，也是先进制造模式的成功案例，旨在推动中国制造业向高端、智能化和可持续发展的方向转型升级。中国制造2025的目标是通过技术创新、产业升级和结构调整，提高中国制造业的整体竞争力和附加值。该战略包含了促进技术创新、加强产业协同发展、推动绿色可持续发展、培育人才和提升技能等方面，为中国制造业提供了重要的发展机遇，促进了制造业的转型升级和创新发展，推动了中国经济的可持续发展。5.1.1先进制造模式的基本知识先进制造模式的特点如下。数字化：通过数字技术和信息系统实现生产过程的数字化管理和控制。自动化：利用自动化设备和机器人等技术实现生产过程的自动化操作。智能化：通过人工智能和大数据分析等技术实现生产过程的智能化决策和优化。柔性化：通过灵活的生产线和生产设备实现生产过程的灵活调整和适应性。5.1.1先进制造模式的基本知识5.1.1先进制造模式的基本知识5.1.2 先进制造模式的实现手段5.1.3先进制造模式的应用领域5.1.4先进制造模式的优势和挑战5.1先进制造模式先进制造模式是一种以提高产品质量、市场竞争力、生产规模和生产速度为目标的生产方式，其实现手段包括多种技术和管理方法，包括控制技术、信息技术、自动化技术、精益管理、供应链管理、创新设计等。其中，先进控制技术是实现先进制造模式的重要手段之一。5.1.2

先进制造模式的实现手段先进制造模式强调生产过程的自动化、柔性化、智能化和信息化，而先进控制技术可以通过对生产过程的精确控制，提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量和生产安全性。先进控制是指那些与传统的单回路控制不同，并且在控制效果上比常规PID控制更好的控制策略的统称。5.1.2

先进制造模式的实现手段先进控制包括了预测控制、推断控制、统计过程控制、模糊控制、神经控制、非线性控制以及鲁棒控制等多种先进的控制方法。这些控制策略的目标是提高系统的性能、适应复杂系统和应对不确定性。5.1.2

先进制造模式的实现手段先进控制技术是一种应用于工业自动化系统中的高级控制方法，旨在提高系统的性能、稳定性和效率。先进控制技术利用了先进的数学模型和算法来优化系统的控制策略，以实现更精确、更快速的响应。5.1.2

先进制造模式的实现手段常见的先进控制技术有:模型预测控制（ModelPredictiveControl，MPC）自适应控制最优控制鲁棒控制自适应模糊控制……5.1.2

先进制造模式的实现手段1、模型预测控制模型预测控制是一种在过程控制中广泛应用的先进控制策略，它在满足特定约束条件的情况下，对控制过程进行优化。自1980年代开始，MPC已经被应用于化学工厂和炼油厂的工业过程控制中。近年来，MPC也被应用于电力系统的平衡模型以及电力电子学领域，取得了良好的应用效果。5.1.2

先进制造模式的实现手段模型预测控制是一种基于过程动态模型的先进控制策略，通常通过系统辨识获得线性经验模型。MPC的特点在于针对当前时间段进行最优控制，然后在下一个时间段内继续进行最优控制，这与LQR控制器不同。MPC能够预测未来事件并采取相应的处理措施，而PID控制器不具备这样的预测功能。MPC几乎都是通过数字控制实现，但也有研究表明，使用特殊设计的模拟电路可以使反应时间更快。5.1.2

先进制造模式的实现手段广义预测控制（GeneralizedPredictiveControl，GPC）和动态矩阵控制（DynamicMatrixControl，DMC）都是模型预测控制的典型示例。5.1.2

先进制造模式的实现手段MPC是一种基于系统动态模型的控制方法，通过预测系统未来的行为来优化控制策略。可以处理多变量、非线性和时变系统，并在控制过程中考虑约束条件。下图是MPC系统框图。5.1.2

先进制造模式的实现手段模型预测控制系统2、自适应控制自适应控制技术可以根据系统的变化自动调整控制策略，以适应不确定性和变化的工况。可以提高系统的鲁棒性和适应性，并减少对系统模型的依赖。自适应控制系统由参考模型、控制器和自适应率组成。5.1.2

先进制造模式的实现手段5.1.2

先进制造模式的实现手段自适应控制系统控制器主要由被控对象的反馈控制器和前馈控制器组成，并可根据自适应率进行调整。参考模型实际上是一种理想控制系统，其输出代表了期望的性能，规定了调节系统的特性要求，如最大超调量、阻尼时间等。自适应率被用来减小被控对象输出与参考模型期望输出之间的误差，通过调整控制器参数或产生辅助输入来实现。5.1.2

先进制造模式的实现手段3、最优控制最优控制技术通过优化目标函数来确定最佳的控制策略。可以在给定约束条件下最大化系统的性能，并考虑系统的动态特性和非线性效应。最优控制理论所研究的问题可以概括为：对于一个受控的动力学系统或运动过程，从一组允许的控制方案中找到最优的控制方案，使得系统的运动从某个初始状态转移到指定的目标状态的同时，其性能指标达到最优。5.1.2

先进制造模式的实现手段例如，确定一个最优控制策略以使空间飞行器在从一条轨道转换到另一条轨道的过程中消耗最少的燃料，选择一个温度调节规律以及相应的原料配比以使化工反应过程达到最高的产量。制定一项最合理的人口政策从而使人口发展过程中的老化指数、抚养指数和劳动力指数等达到最优等，这些都是一些典型的最优控制问题。5.1.2

先进制造模式的实现手段4、鲁棒控制鲁棒控制技术可以处理系统参数不确定性和外部扰动，以保持系统的稳定性和性能。通过设计鲁棒控制器来抵抗不确定性，并提供对系统的保护。5.1.2

先进制造模式的实现手段5、自适应模糊控制适应模糊控制技术结合了模糊逻辑和自适应控制方法，以处理复杂和模糊的系统。可以根据系统的输入和输出数据自动调整模糊规则和参数，以实现更好的控制性能。5.1.2

先进制造模式的实现手段先进控制技术广泛应用于诸多领域，包括化工、电力、交通、机械等。通过先进控制技术，可以有效提高系统的稳定性、响应速度和能源效率，减少人工干预和运营成本，同时提高产品质量和生产效率。5.1.2

先进制造模式的实现手段5.1.1先进制造模式的基本知识5.1.2 先进制造模式的实现手段5.1.3先进制造模式的应用领域5.1.4先进制造模式的优势和挑战5.1先进制造模式先进制造模式广泛应用于各个行业，包括：汽车制造电子制造航空航天医药制造……它可以提高生产效率、降低成本、提高产品质量和灵活性。5.1.3先进制造模式的应用领域1、汽车制造先进制造模式在汽车制造领域的应用包括智能制造、3D打印技术、柔性制造系统、协作机器人、虚拟现实和增强现实。智能制造利用物联网、大数据和人工智能等技术实现汽车制造的智能化和自动化；3D打印技术可以快速制造和个性化定制汽车零部件；柔性制造系统可以根据需求快速调整生产线，实现多品种、小批量生产；协作机器人与人类工人共同工作，提高生产效率和安全性；虚拟现实和增强现实技术提供更直观、交互式的汽车设计和制造体验。5.1.3先进制造模式的应用领域这些应用推动汽车制造向智能化、个性化和可持续发展方向发展。先进制造模式的应用可以提高汽车制造的效率、质量和灵活性，推动汽车行业向智能化、个性化和可持续发展的方向发展。5.1.3先进制造模式的应用领域2、电子制造先进制造模式在电子制造领域的应用包括智能制造、自动化生产线、表面贴装技术、柔性制造系统、质量控制和可持续发展。智能制造利用物联网、大数据和人工智能等技术实现电子制造的智能化和自动化；自动化生产线可以提高生产效率和质量，减少人工操作；表面贴装技术可以快速、精确地将电子元件贴装到电路板上；柔性制造系统可以根据需求快速调整生产线，实现多品种、小批量生产；质量控制技术可以实时监测和检测产品质量，提高产品一致性和可靠性；可持续发展包括节能减排、资源循环利用和环境友好的制造过程。5.1.3先进制造模式的应用领域先进制造模式应用于电子制造领域不仅可以提高生产效率、产品质量和技术水平，还可以实现柔性生产、推动可持续发展。5.1.3先进制造模式的应用领域3、航空航天先进制造模式在航空航天领域应用广泛，包括3D打印技术、智能制造、自动化生产线、柔性制造系统、质量控制技术、虚拟仿真技术等。3D打印技术可以快速制造复杂形状的零部件，提高生产效率和质量；智能制造利用物联网、大数据和人工智能等技术实现实时监测和优化生产过程，提高生产效率和质量；自动化生产线减少人工操作，提高生产效率和一致性，降低人为错误的风险；5.1.3先进制造模式的应用领域柔性制造系统可以快速调整生产线，实现多品种、小批量生产，提高生产的灵活性和适应性；质量控制技术实时监测和检测产品质量，提高产品一致性和可靠性，确保航空航天器的安全性；虚拟仿真技术在设计和生产阶段进行模拟和测试，减少实际试验的成本和时间，提高产品的设计和制造效率。先进制造模式的应用推动了航空航天技术的发展和进步，实现更高效、更精确、更可靠的生产和制造。5.1.3先进制造模式的应用领域4、医药制造先进制造模式在医药制造领域应用广泛，包括3D打印技术、智能制造、自动化生产线、柔性制造系统、质量控制技术、虚拟仿真技术等。3D打印技术可以制造复杂的药物释放系统、人工器官和组织等，提高药物的治疗效果和患者的生活质量；智能制造利用物联网、大数据和人工智能等技术实现实时监测和优化生产过程，提高生产效率和质量；自动化生产线减少人工操作，提高生产效率和一致性，降低人为错误的风险；5.1.3先进制造模式的应用领域柔性制造系统可以快速调整生产线，实现多品种、小批量生产，提高生产的灵活性和适应性；质量控制技术实时监测和检测产品质量，提高产品一致性和可靠性，确保药物的安全性和疗效；虚拟仿真技术在药物研发和生产阶段进行模拟和测试，减少实际试验的成本和时间，提高药物的研发效率和制造质量。先进制造模式的应用推动了医药技术的发展和进步，实现更高效、更精确、更可靠的药物研发和制造，提高患者的治疗效果和生活质量。5.1.3先进制造模式的应用领域5.1.1先进制造模式的基本知识5.1.2 先进制造模式的实现手段5.1.3先进制造模式的应用领域5.1.4先进制造模式的优势和挑战5.1先进制造模式先进制造模式具有其独特优势，包括：提高生产效率降低成本提高产品质量灵活性5.1.4先进制造模式的优势和挑战1、优势先进制造模式具备的优势如下。提高生产效率：采用自动化和数字化技术，实现生产过程的高度自动化和智能化。通过使用先进的机器人、自动化设备和智能控制系统，可以大大提高生产效率，减少人力资源的需求，并且可实现24小时不间断生产，可以大大缩短了生产周期，提高产品的交付速度。降低成本：通过优化生产流程、减少废品和能源消耗、提高设备利用率等方式降低生产成本。自动化和数字化技术的应用可减少人力成本，并且可提高生产的精确度和一致性，减少人为因素引起的错误和损失。此外，通过实时监控和数据分析可优化生产计划和资源配置，进一步降低了成本。5.1.4先进制造模式的优势和挑战提高产品质量：通过自动化和数字化技术可提高产品的一致性和精确度。自动化设备和智能控制系统可以减少人为因素对产品质量的影响，提高产品的制造精度和稳定性。此外，通过实时监控和数据分析可及时发现和纠正生产过程中的问题，提高产品的质量控制能力。提高产品灵活性：通过数字化技术可实现生产过程的灵活