智能制造概论 课件 1.1 智能制造的产生

《智能制造概论》课程1.1智能制造的产生1.1智能制造的产生

1.1.1制造业发展历程及其在国民经济中的作用1.1.2各国智能制造的发展及其原因1.1.3智能制造的概念

1.1.1制造业发展历程及其在国民经济中的作用1.1智能制造的产生1.制造及制造业的定义制造是指将原材料加工成适用的产品或器物。制造业是指对制造资源(物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等)按照市场要求,通过制造过程转化为可供人们使用或利用的大型工具、工业品及生活消费产品的行业。2.全球制造业发展历程工业革命发展历程如图所示。制造业直接体现了一个国家的生产力水平,是划分发展中国家与发达国家的重要依据,制造业在世界发达国家的国民经济中占有重要份额,是支撑产业升级、保障经济韧性的核心支柱。

第一次工业革命前,采矿、冶金和制造技术在欧亚各国已得到较大发展。18世纪后半叶,詹姆斯·瓦特改良了蒸汽机,这标志着第一次工业革命的产生,揭开了近代工业化大生产的序幕。这次工业革命的结果是机械生产代替了手工劳动,经济社会从以农业、手工业为基础转型为以工业、机械制造业带动经济发展的模式,制造企业的雏形开始形成,企业逐渐形成作坊式的管理模式。2.全球制造业发展历程

19世纪后半叶至20世纪初,以电气化运动为标志的第二次工业革命逐渐兴起。电气驱动的制造装备(如机床)逐步进入并主导制造业,制造业电气化的时代由此揭开序幕。电力技术的广泛应用,极大地推动了化工、钢铁、内燃机等相关领域的技术革新,使汽车、船舶、机车、石油等一系列新型制造行业迅速兴起。2.全球制造业发展历程

20世纪中叶,电子与信息技术标志着第三次工业革命的到来。电子计算机与信息技术的广泛应用促进了制造过程自动化控制程度大幅提升,机器开始逐渐取代人类作业,生产率、良品率、分工合作程度、机械设备寿命等均随之得到大幅提高。在此阶段,工厂大量采用由PC、PLC、单片机等电子信息技术产品控制的机械设备进行生产。生产组织形式也从工场转变为现代大工厂,人类进入产能过剩时代。2.全球制造业发展历程

进入21世纪,第四次工业革命步入分散化生产的新时代。互联网、大数据、云计算、物联网等新技术与工业生产相结合,从而实现工厂智能化生产和工厂直接与消费需求对接。企业的生产组织形式从现代大工厂模式转变为虚实融合的新型工厂形态,这类工厂通过建立柔性生产系统,实现个性化生产。2.全球制造业发展历程中国制造业发展历程大致可分为三个阶段：(1)第一阶段:20世纪80年代,制造业复苏。(2)第二阶段:20世纪90年代,装备迈向现代化。(3)第三阶段:2000年至今,产品的创新化与信息化升级。3.中国制造业发展历程(1)第一阶段:20世纪80年代,制造业复苏。

从新中国成立后到改革开放前,我国初步建立了较为完整的制造业体系,能够制造各类工业和消费产品。在这个时期,我国制造业主要制造工业产品,在消费品制造方面,仅能提供基本的生活保障,消费品种类匮乏。改革开放以后,我国制造业迅速崛起,多种电子产品和轻工产品被大规模生产,并且电子产品逐渐有了自己的品牌,市场开始出现供不应求的局面。到20世纪80年代后期,全国各省市开始大力兴建各类工业园区,充足的劳动力、较低的土地和原材料成本及巨大的国内市场,吸引了大批国外制造企业进入我国,从而形成外资、合资和合作企业共存的局面。3.中国制造业发展历程(2)第二阶段:20世纪90年代,装备迈向现代化。

改革开放的第二个十年,随着国家政策不断调整,以及发达国家为降低制造成本而纷纷开展去工业化和产业转移活动,大量外资涌入中国,催生了数量庞大的外资与合资制造企业。到20世纪90年代,伴随着民营经济的崛起和外资制造业的进入,苏南模式和温州模式成为两种典型的发展模式,沿海地区的制造业得到迅速发展,万人工厂数量激增,“MadeinChina(中国制造)”全球闻名。3.中国制造业发展历程(3)第三阶段:2000年至今,产品的创新化与信息化升级。2000年以来,我国制造业进入新一轮高速发展期,以船舶、机床、汽车、工程机械、电子与通信等产业的产品创新尤为迅速,进而带动了对重型机械、模具及钢铁等原材料需求的大幅增长,从而促进整个制造业产业链的发展。自2010年起,我国已成为世界第一制造业大国。在联合国工业大类目录中,我国是唯一具有所有工业门类制造能力的国家。工业和信息化部数据显示,截至2024年,中国制造业增加值占GDP比重达31.6%,总增量达40.5万亿元,连续15年保持全球领先地位。我国是全球制成品出口第一大国,也是世界重要的制造业基地。3.中国制造业发展历程(1)制造业是高新技术实现产业化的重要载体与核心驱动力。(2)制造业是吸纳劳动就业的核心领域。(3)制造业是扩大出口的关键产业。(4)制造业是国家安全的重要保障。4.制造业在国民经济中的作用1.1智能制造的产生

1.1.2各国智能制造的发展及其原因(1)美国罗克韦尔自动化公司时任董事会主席基斯·诺斯布什认为“智能制造”就是在工业生产中将自动化与信息化深度融合,以提升生产率、加速响应市场变化的制造方式。2012年3月,宣布将投资10亿美元,建立全美制造业创新网络,其中智能制造的框架和方法、数字化工厂、3D打印等,均被列为优先发展的重点领域。2012年,《华盛顿邮报》提出,人工智能、机器人技术及数字化制造,将成为助力美国重回制造业优势地位的三大核心技术。1.各国智能制造的发展(2)欧洲英国《经济学家》杂志提出,制造业的数字化转型将成为引领第三次工业革命的核心驱动力。

欧盟委员会在“未来制造业:2020年展望”报告中提出,欧洲制造业要提高生产装备的智能化与自动化程度,达成制造环节和服务体系的有效集成;产品与工艺的更新路径应从线性模式调整为制造工程战略模式,从而能够同步处理各类相互关联的问题;同时,要发展虚拟工程和虚拟企业等新型商业模式1.各国智能制造的发展(3)日本日本早在1989年就提出了智能制造系统的概念,并于1990年4月启动了智能制造系统国际合作研究计划。

2011年,日本发布了第四期科技发展基本计划(2011—2015年)。为强化制造业竞争力,该计划将多功能电子设备、信息通信技术、测量技术、精密加工、嵌入式系统等作为重点研发方向;同时,加强智能网络、高速数据传输、云计算等智能制造支撑技术的研究。1.各国智能制造的发展(4)韩国

1999年,韩国提出了“数字经济”国家战略。在“数字经济”国家战略引领下,韩国政府制订了国家制造业电子化计划,建立了制造业电子化中心,将数字化工业设计和制造业数字化协作标准确立为创新研发的关键领域。目前,该战略已在电子、造船等行业取得了令人瞩目的成绩。2.各国智能制造发展的原因1.1智能制造的产生

1.1.3智能制造的概念1989年,日本提出了智能制造系统的概念。在美国怀特、布恩的专著《制造智能》中,将智能制造定义为“通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器人控制来对制造技工们的技能与专家知识进行建模,以使智能机器能够在没有人工干预的情况下进行小批量生产”。《麦格劳-希尔科技大词典》对智能制造的定义为“采用自适应环境和工艺要求的生产技术,最大限度地减少监督和操作,制造物品的活动”。1.智能制造概念的提出在智能制造的概念提出不久后,对智能制造的研究工作获得工业化发达国家的广泛重视,围绕智能制造技术与智能制造系统开展了国际合作研究。1990年,日、美等国共同发起实施的“智能制造系统国际合作研究计划”提出,智能制造系统是一种将智能活动贯穿于整个制造过程,并将这种智能活动与智能机器有机融合,将整个制造过程的订货、设计、生产、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.智能制造概念的发展21世纪以来,随着物联网、大数据、云计算等新一代信息技术的快速发展及应用,智能制造被赋予了新的内涵,即新一代信息技术条件下的智能制造(SM)。德国正式推出的“工业4.0”战略,虽未明确提出智能制造的概念,但包含了智能制造的内涵,即将企业的机器、存储系统及生产设施融入虚拟网络——信息物理系统(CPS)。在制造系统中,实体物理系统包括智能机器、存储系统和生产设施,它们能够相互独立地