智能制造概论 课件 第2章 智能制造装备技术

《智能制造概论》课程2.1工业机器人技术

2.1.1工业机器人概述2.1工业机器人技术

1.工业机器人的定义工业机器人是指面向工业领域的多关节机械手或多自由度自动化装置,能够通过程序控制或人工示教,自动执行重复性、高精度或危险环境下的生产任务。其核心特征是可编程性、通用性、自主性,是智能制造与工业自动化的核心载体。2.1.1工业机器人概述2.1.1工业机器人概述

一台完整的工业机器人包括操作机、驱动系统、控制系统和可更换的末端执行器四个部分。2.1.1工业机器人概述

2.工业机器人的分类

按从低级到高级的发展程度分类（1）第一代机器人（2）第二代机器人（3）第三代机器人（4）第四代机器人2.1.1工业机器人概述

2.工业机器人的分类

按坐标形式分类（1）直角坐标机器人（2）圆柱坐标机器人（3）球坐标机器人

（4）关节机器人2.1.1工业机器人概述

2.工业机器人的分类

（1）直角坐标机器人直角坐标机器人的臂部可沿三个直角坐标轴移动。2.1.1工业机器人概述

2.工业机器人的分类

（2）圆柱坐标机器人圆柱坐标机器人的臂部可做升降、回转和伸缩运动。2.1.1工业机器人概述

2.工业机器人的分类

（3）球坐标机器人球坐标机器人的臂部能做回转、俯仰和伸缩运动。2.1.1工业机器人概述

2.工业机器人的分类

（4）关节机器人关节机器人的臂部有多个转动关节,运动空间更大。2.1.1工业机器人概述

2.工业机器人的分类

按执行机构运动的控制机制分类

（1）点位型机器人指机器人的控制执行机构由一点到另一点准确定位，适用于机床上下料、点焊和搬运、装卸等一般作业；（2）连续轨迹型机器人连续轨迹型机器人的可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。2.1.1工业机器人概述

2.工业机器人的分类

按执行机构运动的控制机制分类2.1.1工业机器人概述3.工业机器人的特点

工业机器人具备以下突出特点:（1）可重复编程（2）拟人化（3）通用性好（4）技术先进（5）应用广泛

2.1.2工业机器人的结构2.1工业机器人技术2.1.2工业机器人的结构工业机器人的结构是实现其功能的基础,主要包括机械部分、传感部分和控制部分三个模块。2.1.2工业机器人的结构

1.机械部分在工业机器人的结构中,机械部分通常被视为工业机器人本体。该部分主要可划分为两大系统：驱动系统与机械结构系统。（1）驱动系统的传动系统可以是液压传动系统、电动传动系统、气动传动系统,或者是以上几种系统结合起来的综合传动系统。（2）机械结构系统主要包括操作机和末端执行器等部分。2.1.2工业机器人的结构

2.传感器部分传感器部分包括感受系统和机器人-环境交互系统。（1）感受系统作为传感部分的核心,由内部传感器模块与外部传感器模块组成。其核心功能在于精准捕获内部及外部环境中具有关键作用的信息,为工业机器人的决策与运行提供数据支撑。（2）机器人-环境交互系统作为工业机器人系统架构中的关键组成部分,承担着实现工业机器人与外部环境设备之间有效连接与协同运作的重要职能。2.1.2工业机器人的结构

3.控制部分控制部分可以分为两个系统:人机交互系统和控制系统。（1）人机交互系统是一种用于实现操作人员介入机器人控制流程,并搭建两者之间沟通桥梁的装置。（2）控制系统作为工业机器人的核心指挥模块,主要依据预先设定的机器人作业指令程序,并结合传感器实时反馈的各类信号,对执行机构进行精准调控,从而确保工业机器人能够按照预定要求完成相应的运动轨迹与功能任务。

2.1.3工业机器人的核心技术2.1工业机器人技术2.1.3工业机器人的核心技术

1.整机技术整机技术是聚焦于工业机器人领域的一项关键技术,其核心目标在于全面提升工业机器人产品的可靠性与控制性能;通过优化本体设计与制造工艺,提高工业机器人的负载与自重之比,同时达成工业机器人的系列化设计及批量化制造。

整机技术主要包括本体优化设计技术、机器人系列化标准化设计技术、机器人批量化生产制造技术、快速标定和误差校正技术、机器人系统软件平台等。2.1.3工业机器人的核心技术

2.部件技术部件技术是指以研发高性能工业机器人零部件,满足关键部件需求为目标的机器人技术。部件技术主要包括高性能伺服电机设计制造技术、高性能/高精度机器人专用减速器设计制造技术、开放式/跨平台机器人专用控制技术、变负载高性能伺服控制技术等。2.1.3工业机器人的核心技术

3.集成应用技术集成应用技术是指以提升工业机器人任务重构和偏差自适应调整能力,提高人机交互性能为目标的机器人技术。集成应用技术主要包括基于智能传感器的智能控制技术、远程故障诊断及维护技术,以及基于末端力检测的力控制及应用技术、快速编程和智能示教技术、生产线快速标定技术、视觉识别和定位技术等。

2.1.4工业机器人技术的应用2.1工业机器人技术2.1.4工业机器人技术的应用1.汽车制造领域工业机器人在汽车制造领域的应用历史悠久且技术成熟,已成为提升生产率、产品质量和操作灵活性的核心驱动力。随着汽车产业向电动化、智能化、轻量化转型,工业机器人的应用场景和技术要求不断升级。工业机器人在汽车生产中占比超过30%,主要用于焊接、涂装、装配等环节。2.1.4工业机器人技术的应用2.金属加工领域工业机器人在金属加工领域的应用已覆盖切割、焊接、打磨、锻造、冲压等多个环节。工业机器人通过高精度、高稳定性及柔性化操作,显著提升了金属的加工效率、产品质量和生产安全性。激光切割机器人携带高功率激光头,通过聚焦光束来熔化或汽化金属材料,并配合数控系统实现动态轨迹控制。2.1.4工业机器人技术的应用3.电子电器领域工业机器人广泛用于电子元器件的检验与测试,例如芯片引脚共面性检测、电池电芯电压分选、显示屏坏点筛查等。通过融合机器视觉、X射线检测和红外热成像技术,工业机器人能够识别0.01mm级的微小缺陷。2.1.4工业机器人技术的应用4.物流与仓储领域工业机器人在物流与仓储领域的应用已成为提升供应链效率、降低成本和增强操作灵活性的核心驱动力。通过自动化搬运、智能分拣、精准存储和实时数据管理,机器人技术正在重塑传统物流模式,推动行业向无人化、柔性化、智能化方向发展。谢谢观看《智能制造概论》课程2.2增材制造技术2.2增材制造技术

2.2.1增材制造概述增材制造(AM)是20世纪90年代初期涌现的一项新兴制造技术。经过近年来的发展,该技术面向航空航天、轨道交通、新能源、新材料、医疗仪器等战略性新兴产业领域已经显现出巨大的应用价值和广阔的发展前景,是智能制造的重要发展方向。如今,增材制造已跻身世界先进制造领域发展最为迅猛、技术研究最为活跃、受关注程度最高的学科方向之列。2.2.1增材制造概述

1.增材制造的定义

增材制造也称作3D打印，它是相对于传统的机械加工等“减材制造”技术而言的，该技术基于离散堆积原理，以粉末或丝材为原材料，采用激光、电子束等高能束进行原位冶金熔化、快速凝固或分层切割，逐层堆积叠加形成所需要的零件。

增材制造由零件三维数据驱动，直接制造零件，它集成了CAD（计算机辅助设计）技术、CAM（计算机辅助制造）技术、CNC（计算机数控）技术、新材料技术及激光技术等多种先进技术。2.2.1增材制造概述

1.增材制造的定义与传统制造技术相比，增材制造不仅能够通过使用精准的几何形状和材料用量来减少浪费，而且因不需要大量使用其他辅助工具和仪器，实现了生产率的提升，这使得过去受到传统制造方式的约束而无法实现的复杂结构件制造变为可能。2.2.1增材制造概述2.增材制造成型原理及其工艺

增材制造的过程主要包括：

对CAD构造的产品三维模型进行分层切片，得到各层界面的轮廓，按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的纸（或树脂固化、粉末烧结等），形成各界面并逐步叠加成三维产品。2.2.1增材制造概述2.增材制造成型原理及其工艺增材制造技术体系可分解为几个彼此联系的基本环节：构造三维模型、模型近似处理、切片处理、后处理等。增材制造过程如所示。2.2.1增材制造概述2.增材制造成型原理及其工艺

根据材料成型原理的不同，可以将增材制造技术分为以下几种工艺：

（1）光固化快速成型（SLA）（2）激光烧结成型（SLS）（3）分层实体制造成型（LOM）（4）熔融沉积成型（FDM）（5）选择性激光熔化成型（SLM）2.2.1增材制造概述

（1）光固化快速成型（SLA）

光固化快速成型工艺又叫作立体光刻印刷。

光固化快速成型的工艺原理如下：

液槽中装满了液态光敏树脂，控制系统指挥激光器按照零件各层的截面轮廓，在树脂表面逐点进行扫描；被激光扫描到的区域，光敏树脂会发生聚合而固化；完成一层固化后，工作台会下降一个层厚的距离，接着进行下一层的扫描工作；新固化的树脂层会与前一层紧密粘结，这样层层叠加，直到整个零件制造完成，最终形成一个三维的实体原型。2.2.1增材制造概述

（1）光固化快速成型（SLA）

光固化快速成型工艺原理图如下：2.2.1增材制造概述

（2）激光烧结成型（SLS）

激光烧结成型是利用激光照射粉末材料使其烧结，在计算机的控制下逐层堆积，最终形成所需形状。

根据所使用的粉末材料类型，激光烧结可分为直接烧结法和间接烧结法。2.2.1增材制造概述

（2）激光烧结成型（SLS）

激光烧结的工作原理：

利用铺粉辊在工作台或已成型的零件的上表面铺上一层很薄的粉末材料，并将这层材料加热到低于其烧结点的某个温度；随后，在计算机的控制下，激光束会按照零件当前层的轮廓对粉末进行扫描，使其与已成型部分紧密粘连；完成一个层面的烧结后，工作台会下降一个粉末层的高度，接着进行下一层的烧结过程，如此重复，直到整个零件制作完成。2.2.1增材制造概述（2）激光烧结成型（SLS）

激光烧结过程中，成型区的温度控制非常关键，若偏离最适成型温度较多，制件表面容易出现严重的球化现象，进而影响成型件的表面质量。激光烧结成型工艺原理如图所示。2.2.1增材制造概述

（3）分层实体制造成型（LOM）分层实体制造成型工艺如下：送料辊筒将背面带有热熔胶的纸材推进一个设定的步距，然后热压辊将纸材紧密地辊压在基底或已完成的叠层上，使其粘贴在一起。控制系统根据零件的当前轮廓指挥激光切割器进行层面的切割工作，完成当前层的切割后，接着进行下一层的制作，如此反复粘贴、切割、粘贴，直到模型制造完成，再将多余的废料除去。2.2.1增材制造概述（3）分层实体制造成型（LOM）分层实体制造成型工艺原理如图所示。2.2.1增材制造概述（4）熔融沉积成型（FDM）熔融沉积成型又称为熔丝成型。成型工艺原理：

熔融沉积成型装置的喷头可以沿x、y轴两个方向运动，工作台沿z轴方向运动，加热装置将热熔性丝状材料（简称丝材）加热至稍高于固化温度的熔融状态，喷头按照零件的截面轮廓信息在xy平面内运动并将熔融材料涂敷在前一层面，使其与之熔结在一起，完成一个面的沉积后，工作台下降一个预设增量的高度，继续涂覆、沉积，直至零件堆积成型。2.2.1增材制造概述（4）熔融沉积成型（FDM）成型工艺原理如图所示。

2.2.1增材制造概述（5）选择性激光熔化成型（SLM）以激光作为能量来源，根据三维CAD模型的切片数据，在金属粉末床层上按照预定路径逐层进行扫描。扫描过程中，金属粉末被激光熔化，随后凝固，实现冶金结合，最终形成与模型设计一致的金属零件。SLM技术解决了传统技术在制造复杂形状金属零件时遇到的难题，能够直接制造出近乎全致密且具备优良力学性能的金属零件。2.2.1增材制造概述

增材制造的优点：1.设计自由度高

增材制造技术可以制造出传统加工方法难以实现的复杂几何形状和内部结构，为设计师提供了极大的设计自由度。2.制造过程简化

无需传统的刀具、夹具和多道加工工序，增材制造技术通过逐层堆积材料的方式直接生成零件，大大简化了制造过程。2.2.1增材制造概述3.快速响应市场需求

增材制造技术能够快速制造出样品和零件，缩短了产品开发周期，使企业能够更快地响应市场需求。

4.材料利用率高

由于材料是按需添加的，增材制造过程中材料浪费较少，这有助于提高材料利用率并降低制造成本。2.2.1增材制造概述5.定制化生产能力强增材制造技术适合进行小批量、多品种的定制化生产，能够满足消费者的个性化需求。

6.集成化制造增材制造可以实现零件的一体化制造，减少装配环节，提高产品的整体性能和可靠性。7.降低成本通过减少刀具、夹具、模具的使用，以及缩短研发周期和减少材料浪费，增材制造技术有助于降低企业的整体制造成本。2.2.1增材制造概述2.2增材制造技术

2.2.2增材制造的关键技术（1）材料单元的控制技术在增材制造技术中，控制材料单元在堆积过程中的物理和化学变化是一项挑战，特别是在金属直接成型过程中，激光所形成的微小熔池的尺寸及周围环境对制造精度和制件的性能有着直接的影响。2.2.2增材制造的关键技术（2）设备的再涂层技术增材制造过程中，自动化涂层是实现材料逐层累加的必要工序，而再涂层的工艺方法则对零件材料在累加方向上的精度和质量起着决定性作用。随着技术的发展，分层厚度逐步向0.01mm级发展，因此，如何控制以实现更薄的层厚并保持其稳定性，成了提高制件精度和降低表面粗糙度的核心要素。2.2.2增材制造的关键技术

（3）高效制造技术增材制造正不断向大尺寸构件的制造领域拓展。比如,利用金属激光直接成型技术制造飞机上的钛合金框架结构件。框架结构件长度可达6m,如何实现多激光束同时作业,以提升制造速度,并确保各增材组织间的一致性及制造结合区的品质,是当前的技术难题。2.2.2增材制造的关键技术

（4）软件技术增材制造技术的发展离不开软件的支持，其中三维建模软件、数据处理软件及控制软件等构成了其核心基础。三维建模软件主要负责进行产品的数字化设计和仿真，并生成STL文件；数据处理软件负责进行STL文件的接口输入、可视化、编辑、诊断检验及修复、插补、分层切片，完成轮廓数据和填充线的优化，生成扫描路径、支撑及加工参数等；控制软件将数控信息输出到步进电动机，控制喷射频率、扫描速度等参数，从而实现产品的快速制造。2.2.2增材制造的关键技术（5）新材料技术成型材料是增材制造技术发展的关键要素之一，它使得产品能够从“点”到“线”再到“面”最终构成“体”，实现快速成型。目前常用材料有金属粉末、光敏树脂、热塑性塑料、石膏、纸、生物活性高分子等，并实现了工程应用。2024年，GE航空使用HEA（高熵合金）材料打印的涡轮盘通过地面测试，重量减轻15%，寿命提升3倍。2025年，国内医疗科技领域的领军企业先健科技（深圳）有限公司推出的Zn-3Mg-0.8Sr合金支架完成临床试验，其降解产物促进血管内皮化。2.2.2增材制造的关键技术

（6）再制造技术再制造技术以受损零件为对象，对失效部位进行修复处理，使零件恢复完整的结构和使用功能，并可根据实际需求进行性能优化。再制造过程首先需要对缺损零件进行清洗，然后制订详尽的修复计划，接着通过逆向工程技术创建缺损零件的精确三维模型，最后按照预定的路径进行精准的映射修复，其整个成型过程要求更高的精确度和可控性。再制造技术赋予了废旧产品新生命，延长了产品的服务周期，促进了产业可持续发展，成为增材制造技术的一个重要发展方向。2.2.2增材制造的关键技术2.2增材制造技术

2.2.3增材制造的应用

1.航空航天领域航空航天领域希望获得重量轻、强度大，甚至可以导电的部件，相关研究机构正在研发满足这些要求的材料，并着手制订材料及工艺的标准，以确保机器和零部件的质量保持一致性。2.2.3增材制造技术的应用

1.航空航天领域

西安铂力特公司以Ti64材料利用激光立体成形技术为某大型飞机打印了一个长达3m多的零件，该零件整体性能优于传统锻件，且各部位性能指标稳定，强度保持在920~950MPa之间，延伸率处于16%~18%范围内，最关键之处是在330MPa的载荷条件下，其疲劳寿命超过106h,相比于传统锻件的1.9×105h有较大的提升;而在修复方面，修复后零件性能几乎堪比新品性能。2.2.3增材制造技术的应用

2.汽车领域增材制造技术在汽车领域的技术要求相较于航空航天领域更为宽松，其市场前景更为广阔。从模型设计到复杂模具的制造加工，再到实现复杂零部件的轻量化直接成型，增材制造技术正逐步渗透到汽车领域的各个环节。2.2.3增材制造技术的应用3.生物医疗领域根据材料的发展状况及其生物学特性，生物增材制造技术分为三个应用层次：

一是医疗模型和体外医疗器械的制造，主要应用增材制造技术设计、制造三维模型或体外医疗器械，如3D打印胎儿模型、假肢等；

二是永久植入物的制造，主要用增材制造技术来制造永久植入物，如为患者打印股骨头植入物或下颌骨植入物等；三是细胞组织打印，主要用来构建体外生物结构体，如肾脏、人耳等，但该应用层次目前尚处于实验室研究阶段。2.2.3增材制造技术的应用4.装备制造领域增材制造技术作为一种新兴的加工方式，在传统加工方式已经非常成熟的工业装备制造领域崭露头角。凭借其独特的优势，增材制造技术有望显著提升工业装备的制造水平。因此，众多企业正积极行动，努力将这一技术尽快融入工业装备的实际生产中。2.2.3增材制造技术的应用5.军事领域增材制造技术广泛应用于军事技术研发辅助领域。增材制造技术可以制造具有复杂几何形状和高精度的军事零部件，如导弹弹体、坦克车体、发动机部件等。这些部件在传统制造方式下难以加工或成本高昂，而增材制造技术则能够使其轻松制造，显著提高了军事装备的性能和可靠性。2.2.3增材制造技术的应用2.2增材制造技术

2.2.4增材制造的发展方向目前，增材制造技术仍面临诸多挑战，如材料方面的限制、成型精度与成型速度的矛盾、设备及材料的价格昂贵等。未来，该技术将在新材料及创新工艺技术、装备与关键部件的研发，以及与传统制造工艺的融合发展等方面进行深入探索与研究。增材制造技术要克服一些技术瓶颈，实现关键技术上的突破。例如，与传统制造结构保持同样的强度；减小成型过程中的变形，细化光斑、优化材料和工艺，以提高制造精度；进行工艺创新与优化，提高光束能量以提高制造效率等。2.2.4增材制造技术的发展方向

2.材料方面对于金属材料激光增材制造技术而言，其所使用的原材料是金属粉末，金属粉末的品质对最终成型的零部件的质量具有重大影响。然而，目前还没有专门为激光增材制造生产的金属粉末，激光增材制造工艺所使用的金属粉末都是为等离子喷涂、真空等离子喷涂和高速氧燃料火焰喷涂等热喷涂工艺开发的，都使用雾化工艺制造。这类金属粉末在生产过程中可能会形成一些空心颗粒，这些空心颗粒用来激光增材制造时，会导致零件出现孔洞、裂纹等缺陷。2.2.4增材制造技术的发展方向

3.工艺方面

进一步优化激光增材制造技术的工艺流程，解决成型过程中存在的缺陷问题，并加强对该过程中零件内应力演变规律、变形开裂行为、凝固组织形成机制及内部缺陷产生机理等关键基础科学问题的深入研究。2.2.4增材制造技术的发展方向谢谢观看《智能制造概论》课程2.3智能检测技术智能制造是一种全新的制造模式，其核心融合了机器智能和人类智能，使生产过程具备自我感知、自我调节、自我诊断、自主决策及自我修复等功能。智能制造的生产流程聚焦于制造、产品及服务的深度整合与交互，借助互联网、移动通信技术、大数据分析、云计算等多样科技手段，与机器人、智能装置紧密协作，实现产品、设备、人员与服务之间的互联互通。在这个过程中，智能检测技术是进行设备联通、数据采集与交互的技术基础，也是智能制造实现过程中的关键。2.3智能检测技术完整的智能制造系统主要包括5个层级：设备层、控制层、车间层、企业层和协同层，如图所示。2.3智能检测技术在智能制造系统中，控制层与设备层广泛依赖于各种测量仪器与数据采集任务，这就要求有实时高效的智能检测设备作为支撑。因此，智能检测技术是智能制造系统中不可或缺的核心环节，它为上层的车间层、企业层与协同层提供了坚实的数据基础。智能仪器等各种智能硬件的使用，是智能生产线、智能车间、智能工厂互通互联的硬件基础。2.3智能检测技术2.3智能检测技术

2.3.1智能检测技术的定义智能检测技术是综合性技术领域，它涵盖了测量、检验、信息处理、决策判断以及故障诊断等多个方面。

智能检测技术通过让检测设备模拟人类的智能行为，巧妙地将计算机技术、信息技术以及人工智能等先进技术融合在一起。2.3.1智能检测技术的定义

智能检测技术的特点：测量过程高度软件化，能够实现快速且高精度的测量；具备高度的灵活性，内置的智能反馈和控制子系统使其能够应对各种复杂场景；智能检测技术能够同时检测多个参数，并进行数据融合处理，展现出强大的智能化功能和广泛的应用能力。2.3.1智能检测技术的定义2.3智能检测技术

2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类1.智能检测系统的工作原理智能检测系统指的是能自动完成测量、数据处理、显示（输出）测试结果的一类系统的总称。它是在标准的测控系统总线和仪器总线的基础上组合而成的，采用计算机、微处理器作为控制器，通过测试软件完成对性能数据的采集、变换、处理、显示等操作，具有高速度、多功能、多参数、测量速度快、精度高、智能化、功能强等特点。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类1.智能检测系统的工作原理智能检测系统包含基础控制层、自适应参数层和智能层。系统内部有两个信息流，一个是被测信息流，另一个是内部控制信息流。被测信息流在系统中的传输要求不失真或失真在允许范围内。智能检测系统工作原理如图所示。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类2.智能检测系统的结构组成智能检测系统包括硬件、软件两大组成部分。智能检测系统的硬件一般有传感器、数据采集模块、处理器等。智能检测系统的软件一般包括操作系统、数据处理与分析算法、用户界面软件等。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类2.智能检测系统的结构组成智能检测系统的结构如图所示。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类2.智能检测系统的结构组成（1）智能检测系统的硬件智能检测系统的硬件包括控制主机、若干单片机以及传感器等，它们共同构成了智能检测系统的基本架构。各种被测信号由传感器转换成所需的电信号，传感器输出的电信号经调节放大后，变成DC0～DC5V电压信号，经模数转换后送单片机进行初步数据处理。单片机通过通信电路将数据传输到主机，实现检测系统的数据分析和测量结果的存储、显示、打印、绘图，以及与其他计算机系统的联网通信。对于直流输出的传感器信号，则不需要交流放大和整流滤波等环节。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类智能检测系统的硬件基本结构如所示。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类2.智能检测系统的结构组成（2）智能检测系统的软件智能检测系统的软件是其实现智能化功能的核心，它负责数据处理、分析决策、设备控制以及人机交互等关键任务。

智能检测系统的软件一般包括操作系统、数据处理与分析算法、用户界面（UI）与交互软件、通信协议栈与中间件等。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类

操作系统作为软件的基础，负责管理硬件资源（如CPU、内存、存储器）、提供任务调度、进程管理、内存分配和文件系统等基本服务。

数据处理与分析算法主要功能是对传感器采集的原始数据进行清洗、转换、特征提取和模式识别，以支持后续的决策和控制。

用户界面与交互软件的功能是提供人机交互接口，支持数据可视化、参数设置、设备控制等功能，使用户能够方便地与智能检测系统进行交互。

通信协议栈与中间件的功能是实现设备间或设备与云平台的数据传输和协议解析，确保数据的可靠传输和系统的互联互通。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类3.智能检测系统的分类

(1)按被测对象分类依据被测对象的不同特性,智能检测系统可以分为在线实时智能检测系统和离线智能检测系统。在线实时智能检测系统主要用于生产与试验现场,如粮食烘干系统的水分检测控制、热力参数运行的测量控制、病人的医疗诊断、武器的性能测试等。离线智能检测系统主要用于对非运行状态的对象进行检测,如集成电路参数检测、仪器产品质量检验、地形勘探系统测量等。2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类(2)按标准接口总线系统分类依据所采用的标准接口总线系统的不同,智能检测系统可以分为计算机通用总线系统、IEC-625系统、CAMAC系统、HP-IL系统、RS-232C系统、CAN系统、FC系统等。随着新的接口与总线系统的诞生,必将有新类型的智能检测系统问世。

2.3.2智能检测系统的原理、组成及分类2.3智能检测技术

2.3.3智能检测技术的应用1.工业领域的应用在智能制造过程中需要进行各种检查、测量和零件的识别应用。例如，航空航天零件尺寸检测、自动装配精度检测、电子装配线自动零件定位、饮料瓶盖印刷质量检测、机械零件的自动识别分类等。这些应用实例均为连续大批量生产场景，且对外观、质量都有很高的要求，因此需要使用智能检测技术。随着现代企业逐渐采用更为灵活的生产模式，生产测量室在车间现场的重要性不断提升，同时，抽样检查的覆盖范围和频率也日益标准化和规范化。2.3.3智能检测技术的应用1.工业领域的应用目前，在工业领域，机器视觉识别检测广泛应用于汽车制造、食品加工、电子制造、包装等方面，主要用于检验产品外形和表面缺陷，如机械零件尺寸测量、金属表面视觉检测、二极管基片检查、印制电路板缺陷检查、零件焊缝缺陷自动识别等。2.3.3智能检测技术的应用1.工业领域的应用1）AGV视觉识别系统自动导引车（automatedguidedvehicle，AGV）是根据电磁或光学信号实现自动导引的装置。它能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护及各种运载功能。它的工作原理是利用视觉传感器获取AGV前方或下方路面的环境信息，然后经过控制系统的识别和解析，生成控制指令，从而使AGV小车沿规定的路线行驶。2.3.3智能检测技术的应用2）工件尺寸检测系统CCD图像传感器具有高分辨率和高灵敏度，具有较宽的动态范围，这些特点决定了它可以广泛应用于自动控制和自动测量，尤其适用于图像识别技术。CCD图像传感器在检测物体的位置、工件尺寸的精确测量及工件缺陷的检测方面有独到之处。2.3.3智能检测技术的应用2.医疗领域的应用

在医疗领域，可以采用机器视觉技术进行医学的辅助诊断。首先，采集核磁共振、超声波、激光、X射线、γ射线等对人体检查记录的图像，再利用数字图像处理技术、信息融合技术对这些医学图像进行分析、描述和识别，最后得出相关信息。

机器视觉技术对辅助医生诊断人体病源大小、形状和异常，并在实施有效治疗中扮演了关键角色。不同医学影像设备得到的是不同特性的生物组织图像，如X射线反映的是骨骼组织，核磁共振影像反映的是有机组织图像，而医生往往需要考虑骨骼有机组织的关系，因而需要利用数字图像处理技术将两种图像适当地叠加起来，方便开展医学分析。

2.3.3智能检测技术的应用3.交通领域的应用

在轨道交通装备的试验、运行过程中，需要对其数据进行实时记录与分析，为车辆状态评估与分析提供基础。

铁路运输中的货车运行故障动态图像检测系统(TFDS)是一套通过高速像机阵列实时动态拍摄货车车底和侧下部的全部可视信息，实现过车信息、故障及其图像、检修处理信息和车辆部件图像等数据的精确采集和信息管理。

2.3.3智能检测技术的应用4.桥梁领域的应用

在桥梁领域，智能化检测包括基于导电性材料的混凝土裂缝分布式自动检测系统和智能混凝土技术，以及前沿的基于机器视觉的检测方法。基于导电性材料的检测技术虽然使用方便、设备简单、成本低廉，但是需要事先在混凝土结构上涂刷或者埋设导电性材料，而且应用智能混凝土技术还有无法确定裂缝位置和裂缝宽度等一系列问题，距实用化还有较长的距离。基于机器视觉的检测方法是利用CCD相机获取桥梁外观图片，然后运用计算机处理后自动识别出裂缝图像，并从背景中分离出来后进行裂缝参数计算的方法，它具有便捷、直观、精确、非接触、再现性好、适应性强、灵活性高、成本低廉的优点，能解放劳动力，排除人为干扰，具有很好的应用前景。2.3.3智能检测技术的应用2.3智能检测技术

2.3.4智能检测技术的发展方向1.智能仪器功能设计与标准制定

应加强智能仪器功能设计和标准制定的深入研究,系统解决制约智能传感器和智能仪器的研发、设计、材料、工艺、检测和产业化等关键问题,研制出能满足智能制造和智能工厂要求的智能传感器和智能仪器产品,积极推广在数字化生产线改造、智能单元及智能车间建设等项目中的应用。2.3.4智能检测技术的发展方向1.智能仪器功能设计与标准制定在智能制造与物联网技术深度融合的发展趋势下,智能仪器主要向着微型化、智能化、多功能化、网络化方向发展。研制具有数据采集、存储、分析、处理、控制、推理、决策、传输和管理等多项功能于一体的智能仪器。研制体积小、功耗低、功能强,能够嵌入生产设备、智能生产线,便于灵活配置,具有操作自动化、自测试、自学习、自诊断和数据自处理、自发送等功能的智能仪器,实现检测过程的智能化。2.3.4智能检测技术的发展方向

2.离散行业的智能制造解决方案在离散制造行业里,底层生产环节对智能化有着极高的要求。该行业不仅需要实现设备状态的检测与数据采集,还需要结合完整的工艺流程和业务需求,进行数据的融合与分析,为整体的智能制造系统提供完整的解决方案,以工艺管理信息化平台、智能仪器、自动化试验设备为基础,不断完善产品体系,为离散行业的智能制造模式提供思路与研发产品。2.3.4智能检测技术的发展方向

3.智能检测技术智能检测技术将检测环节嵌入生产线,使其分布于智能设备之中,实现实时检测。在此过程中,检测数据能够自动完成记录、存储、处理及管理等一系列操作。将智能检测技术与智能生产线的构建相结合,通过在生产线上引入红外线、激光、可见光等机器视觉目标定位测试技术,以及可变接口的智能测试适配技术、分布式实时测试采集技术、非接触方式检测技术、自动化测试控制技术等,实现实时检测。

开展满足智能制造要求的支撑性检测技术研究,进行分布式协同检测软件开发。2.3.4智能检测技术的发展方向4.故障预测与健康状态管理(PHM)技术PHM技术是在基于状态的实时视情维修理念不断发展的基础上衍生而来的,为设备的可靠运行与智能化管理提供了有力支撑。

在智能制造系统中,可以结合PHM技术进行装备的状态分析与管理,实时发现生产、试验等环节的问题,并能够从工业互联网的角度去看待智能设备和智能生产运营,强调资产设备中的状态感知、数据监控与分析、设备健康状况监控、故障频发区域与周期监控、故障发生预测,从而大幅度提高运行维修效率,是密集应用大数据智能制造系统维护和智能工厂建设的重要工具。2.3.4智能检测技术的发展方向谢谢观看《智能制造概论》课程2.4物联网技术2.4物联网技术

2.4.1物联网技术概述

1.物联网的定义物联网（internetofthings，IoT）是指利用局部网络或互联网等通信技术，把传感器、控制器、机器、人和物等通过新的方式相互连结在一起，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。在制造业中，物联网技术运用一系列感知手段，包括传感器技术、标识识别、图像视频处理以及定位技术等，来实时监测和管控企业与工厂内的各项需要监控、连接及交互的装备。同时，它帮助企业建立起办公信息化系统，并促成这一系统与生产现场设备的直接通信，从而实现两者间的无缝对接。2.4.1物联网技术概述

2.物联网的特征物联网具有全面感知、可靠传递和智能处理三大特征。（1）全面感知。全面感知是指物联网具备在任何时间、任何地点获取物体相关信息的能力。（2）可靠传递。可靠传递意味着物联网利用无线通信网络与互联网的深度融合，能够确保所获取的物体信息被实时且精确地传送出去。（3）智能处理。智能处理是指物联网利用智能计算技术，对数据进行分析和处理，最终实现智能化决策和控制。2.4.1物联网技术概述

3.物联网的优势

1）产品功能的智能化

物联网技术在产品中植入识别技术元素，可实现产品功能的智能化。

将RFID标签嵌入产品内，可以存储产品的固定信息，诸如生产日期、序列号、类别等；而内置智能传感器则能监测并记录设备的工作状态数据，这些数据随后通过网络传输至后台的信息管理系统。2.4.1物联网技术概述

3.物联网的优势

2）售后服务的实时性物联网利用无线网络技术，能够在全球范围内捕捉产品的运行状态信息。这些信息随后被后台信息系统接收、分析和处理，进而实时提供在线售后服务，有效提升了服务质量和效率。2.4.1物联网技术概述

3.物联网的优势

3）监控管理的过程化

工厂能够借助以太网或者现场总线技术，收集生产设备的实时运行数据，以实现对生产流程的精准控制和对设备的及时维护，包括供需调度、工时统计、部件管理、产品质量在线监测、设备状况监测、能源使用监测等。2.4.1物联网技术概述

3.物联网的优势

4）物流管理的智能化物联网技术通过在工厂内外的物流设备上安装RFID标签，可以实现对物品位置、数量以及交接过程的全面管理和控制，从而显著提升物流运作效率。

此外，物联网技术还能对有特殊存储需求的货物进行在线监控，并确保其全生命周期可追溯，强化防伪管理。2.4.1物联网技术概述2.4物联网技术

2.4.2物联网的组成物联网由感知层、网络层和应用层三个部分组成，如图所示。2.4.2物联网的组成1.感知层感知层位于最底层，是整个物联网系统的基石与核心所在，负责执行关键的信息采集任务。它由两大组件构成：一是数据采集部分，二是无线传感器网络协同信息处理部分。这两部分共同协作，可随时随地获取物体的信息。基本的数据采集工具包括传感器、RFID阅读器、二维码标签和识读器、多媒体等。无线传感器网络协同信息处理需要短距离无线通信技术、组网技术、协同信息处理技术和传感器中间件技术等。2.4.2物联网的组成2.网络层网络层位于中间层，是物联网三大层次中标准化程度最高、产业化能力最强、技术最成熟的部分。物联网的网络层相当于人的神经中枢系统，它负责将感知层获取的信息安全地传输到应用层。

网络层包含接入网和传输网，分别实现接入功能和传输功能。其中接入网用来实现感知层的传感器网络、RFID网络的“最后一公里”的接入，包括光纤接入、无线接入、以太网接入、卫星接入等形式。传输网由公网和专网组成，典型的传输网包括电信网、广电网、互联网、电力通信网、专用网等。2.4.2物联网的组成3.应用层应用层位于最上层，它能够通过云计算平台对感知层采集的数据进行计算、处理和知识挖掘，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等方面的应用。

物联网应用层提供丰富的基于物联网的应用，是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）间的接口。它与行业需求相结合，实现物联网的智能应用。

物联网的应用层主要分为管理服务层和行业应用层。2.4.2物联网的组成3.应用层应用层位于最上层，它能够通过云计算平台对感知层采集的数据进行计算、处理和知识挖掘，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等方面的应用。

物联网应用层提供丰富的基于物联网的应用，是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）间的接口。它与行业需求相结合，实现物联网的智能应用。2.4.2物联网的组成3.应用层

管理服务层借助中间件软件能够在感知硬件和应用软件之间进行物理隔离和无缝连接，它不仅实现了大规模数据的快速集中与存储，还通过深入的数据挖掘和智能数据处理技术，为行业应用层提供了安全可靠的网络管理功能以及智能化的服务支持。

行业应用层为不同行业提供物联网服务，比如工业监控、智能农业、公共安全、远程医疗等。行业应用层主要由应用层协议组成，不同的行业需要制订不同的应用层协议。2.4.2物联网的组成2.4物联网技术

2.4.3物联网的关键技术物联网的关键技术分为硬件技术和软件技术两大部分。2.4.3物联网的关键技术硬件技术包括射频识别技术（RFID）、无线传感器网络技术（wirelesssensornetwork，WSN）、嵌入式智能及纳米技术；软件技术包括信息处理技术、自组织管理技术、安全技术。1.射频识别技术射频识别技术通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的。其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。RFID让物品能够“开口说话”，这就赋予了物联网一个特性，即可跟踪性，即人们可以随时掌握物品的准确位置及其周边环境。2.4.3物联网的关键技术1.射频识别技术一个完整的RFID系统主要由阅读器（reader）、电子标签（tag）和数据管理系统三部分组成。

阅读器是读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。它是RFID系统信息控制和处理中心，负责发送射频信号给标签，并接收标签返回的响应信号及标签信息。电子标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。它负责接收来自阅读器的信号，并把所要求的数据送回给阅读器。

数据管理系统主要是用于存储、处理和分析从阅读器收集到的数据。2.4.3物联网的关键技术2.无线传感网络

无线传感器网络是一个集成了分布式信息采集、传输及处理功能的网络信息系统，凭借其低成本、微型化、低功耗和灵活的组网方式、铺设方式及适合移动目标等特点受到广泛关注，是关乎国民经济发展和国家安全的关键技术。物联网正是通过遍布在各个角落和物体上的传感器以及由它们组成的无线传感器网络，来最终感知整个物质世界的。2.4.3物联网的关键技术2.无线传感网络网络节点由下列基本单元组成：传感单元（由传感器和模数转换功能模块组成）、处理单元（包括中央处理器、存储器、嵌入式操作系统等）、通信单元（由无线通信模块组成）及电源。此外，可以选择的其他功能单元包括：定位系统、移动系统及电源自供电系统等。2.4.3物联网的关键技术当前，物联网领域的传感器网络技术研究包括以下方面：1）先进测试技术及网络化测控2）智能化传感器网络节点3）传感器网络组织结构及底层协议4）对传感器网络的检测与控制5）传感器网络的安全2.4.3物联网的关键技术3.智能嵌入技术智能嵌入式技术旨在通过运用知识，采取多种方法和手段来高效达成预定目标。通过在物体中集成智能系统，我们可以赋予物体一定的智能特性，使它们能够主动响应或根据用户指令进行交互，这一技术在物联网中占据核心地位。2.4.3物联网的关键技术4.纳米技术纳米技术主要研究的是结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用，包括：纳米材料学、纳米动力学、纳米生物学、纳米医药学、纳米电子学等。

纳米材料是纳米技术的核心，涉及纳米尺度下材料的制备、性能表征和应用。纳米材料具有独特的物理、化学性质，如高强度、高韧性、优良的导电性和导热性等，这些性质使得纳米材料在各个领域都有广泛的应用。2.4.3物联网的关键技术4.纳米技术

纳米动力学主要研究微机械和微电机系统，包括微型传感器和执行器等。纳米技术在生物学和医药学领域的应用广泛，常见于制备具有识别能力的生物细胞、用于定向击杀癌细胞的生物医药等。纳米电子学是研究基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光电性质以及纳米电子材料的表征。2.4.3物联网的关键技术5.软件技术物联网的软件技术负责控制底层网络分布硬件的工作方式和工作行为，为各种算法、协议的设计提供稳定可靠的操作平台。物联网的软件技术能够助力用户高效地管理和运营物联网系统，实现信息的有效处理、确保运行安全、优化服务质量等多方面的功能，从而大幅降低物联网面向用户的使用复杂度。2.4.3物联网的关键技术5.软件技术物联网软件分层体系结构如图所示。2.4.3物联网的关键技术2.4物联网技术

2.4.4物联网的在制造业中应用1.供应链管理系统优化

在企业的原材料采购、库存管理以及销售等环节运用物联网技术能够增强并优化供应链管理流程，进而提升供应链的整体运作效率，并有效削减成本。

例如，空中客车公司（Airbus）通过在供应链体系中应用传感网络技术，成功打造了一个规模大且效率高的全球制造业供应链系统，实现了供应链管理的显著优化。2.4.4物联网在制造业中的应用2.生产工艺优化物联网技术不但能提高生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力，而且还能不断提高生产过程中的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护的水平。例如，钢铁企业运用物联网技术使得企业的各种设备、传感器等仪器连接在一起，实时采集和处理数据。基于采集到的数据，物联网平台可以提供智能化的决策与控制功能。物联网技术通过预设的算法和模型，自动调整工艺参数、优化生产流程，实现生产过程的自动化和智能化。2.4.4物联网在制造业中的应用3.产品设备监控管理

物联网技术能够实现对设备操作使用记录、设备故障诊断的远程监控。

GEOil&Gas集团（通用电气能源集团）在物联网技术应用方面取得了显著的成效。GEOil&Gas集团利用物联网技术，通过传感器和网络对设备进行在线监测和实时监控。这种远程监控方式使得集团能够实时获取设备的运行状态、故障预警以及维护需求等信息。GEOil&Gas集团在全球建立了多个面向不同产品的综合服务中心，这些服务中心通过物联网技术，对设备进行远程监控，并提供设备维护和故障诊断的方案。这种方式不仅提高了设备的可靠性和稳定性，还降低了维护成本和生产中断的风险。2.4.4物联网在制造业中的应用4.环保监测及能源管理

物联网技术与环保设备结合，可以对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标进行实时监控。例如，在企业排污口安装无线传感设备，不仅可以实时监测企业排污数据，还可以远程关闭排污口，防止突发性环境污染事故发生。

物联网技术在能源管理领域的应用，为能源的高效利用和可持续发展提供了有力支持。例如，物联网技术能够帮助企业实时采集能源使用数据，包括电力、燃气、水等多种能源的消耗情况，这些数据被传输到云平台或数据中心进行存储和分析。通过数据分析，企业可以了解能源的使用情况和趋势，发现能源浪费的瓶颈和原因，并采取相应的改进措施。2.4.4物联网在制造业中的应用5.企业安全生产管理物联网技术通过传感器等设备，实时监测企业生产现场的各种参数，如温度、湿度、压力、振动等。一旦这些参数超出预设的安全范围，系统就会立即发出预警，提醒管理人员及时采取措施，防止事故的发生。

在车间监控方面，物联网技术可以访问、识别和规范制造执行过程，使制造部门能够跟踪从开始到成品的生产过程，并发现潜在的机器问题和可能造成损害的不当员工行为。

通过物联网技术进行企业安全生产管理，能有效提高生产现场的安全性，降低生产成本，提高工作效率，增强可追溯性。2.4.4物联网在制造业中的应用谢谢观看《智能制造概论》课程2.5高档数控机床技术2.5高档数控机床技术高档数控机床是指配备了高速度运行、高精度加工、智能化控制、自动化检测、多轴协同联动及网络化通信等诸多先进功能的数字化数控机床。

在国际上,五轴联动数控机床等典型的高档数控机床技术被视为衡量一个国家工业化水平的关键标志。2.5高档数控机床技术

高档数控机床综合了多种高端技术，能够完成复杂的曲面加工和自动化加工，在机械制造、航空航天、船舶、军工、医疗器械等产业领域具有重要作用。

高档数控机床在“中国制造2025”战略中已经列为十个重点领域之一，其中提出要开发一批精密、高速、高效、柔性数控机床与基础制造装备及集成制造系统，加快高档数控机床等前沿技术和装备的研发，加快实现产业化。2.5高档数控机床技术

2.5.1数控机床的基本特点数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。

数控机床控制系统能够有逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床运转并加工零件。数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。2.5.1数控机床的基本特点

1.数控机床的加工原理

数控加工中将刀具与工件的位移量分割成一些最小的单位量，即最小位移量，由数控系统按照零件程序的要求使坐标移动若干个最小位移量（即控制刀具运动轨迹），从而实现刀具与工件的相对运动，完成对零件的加工。数控机床加工原理框图如下：2.5.1数控机床的基本特点

2.数控机床的特点

（1）高度柔性数控机床加工时，不需要人工控制刀具，不需要许多专用夹具，不需要经常调整机床，只要改变程序即可实现不同形状零件的加工。因此，数控加工适合单件或小批量产品的生产及新产品的开发，也适用于形状复杂、工序多、精度要求高的零件的加工。（2）加工精度高数控机床的精度一般可达0.005～0.1mm，机床本身的精度误差在微米级。此外，数控机床对零件的加工是按程序自动完成的，避免了人的操作误差，因此数控加工精度高。2.5.1数控机床的基本特点

2.数控机床的特点（3）生产效率高数控机床一般只需装夹一次零件，就可完成多个工序的加工。此外，数控机床具有主轴转速高、进给速度快的优点，因此大大提高了生产效率。

（4）减轻劳动强度数控机床的操作是按程序自动进行的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中主要是观察和监督机床运行，大幅降低了机床操作者的劳动强度。2.5.1数控机床的基本特点

2.数控机床的特点（5）经济效益好数控机床虽然设备昂贵，但加工时分摊到每个零件上的费用则较低。数控机床加工零件一般不需要制作专用夹具，节省了工艺装备费用。数控机床加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降，提高了经济效益。（6）利于生产管理现代化数控机床的加工可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，易于实现生产过程的自动化管理。2.5.1数控机床的基本特点2.5高档数控机床技术

2.5.1数控技术的发展现状目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。

在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；

在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；

在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。2.5.1数控技术的发展现状

1.开放结构的发展开放式数控系统有两种基本结构：

第一种结构是CNC+计算机主板形式。把一块计算机主板插入传统的CNC中，计算机主板完成程序的实时控制，CNC完成以坐标轴运动为主的实时控制。

第二种结构是计算机+运动控制板形式。把运动控制板插入计算机的标准插槽中做实时控制，而计算机主要做非实时控制。2.5.1数控技术的发展现状

2.伺服系统伺服技术是一种通过反馈来控制所需操作的设备的技术，它接收指令输入，并输出动力，从而实现精确的控制。

伺服系统就是用来控制被控对象的某种状态，使其能自动地、连续地、精确地复现输入信号的变化规律的系统，亦称随动系统。要求系统精确地跟踪控制指令、实现理想运动控制的过程一般称为“伺服控制技术”。伺服技术是构成数控系统的关键要素。2.5.1数控技术的发展现状

2.伺服系统伺服系统按照控制方式可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。（1）开环伺服系统开环伺服系统不带检测装置，没有来自位置传感器的反馈信号，系统信息流是单向的，实际值不再反馈回来。常用的执行元件是步进电动机，如果是大功率，常用电液脉冲马达作为执行元件。这类系统存在稳定性问题。2.5.1数控技术的发展现状（2）半闭环伺服系统半闭环伺服系统的角位移测量元件一般安装在数控机床的进给丝杠或电动机轴端，用测量丝杠或电动机轴旋转角位移来代替测量工作台直线位移。

由于这种系统未将丝杠螺母副、齿轮传动副等传动装置包含在闭环反馈系统中，因而称为半闭环控制系统。

这种系统不能补偿位置闭环伺服系统外的传动装置的传动误差，但可以获得稳定的控制特性。2.5.1数控技术的发展现状（3）闭环伺服系统闭环伺服系统带有检测装置，可以直接对工作台的位移量进行检测。

与半闭环相比，其反馈点取自输出量，避免了半闭环系统自反馈信号取出点至输出量间各元件引入的误差。

该类系统适用于对精度要求很高的数控机床，如镗铣床、超精车床、超精铣床等。在数控机床中，伺服电动机用于驱动进给轴和主轴，实现高精度的切削和加工。通过采用闭环控制系统，伺服电动机能够实时调整位置和速度，确保加工精度和表面质量。2.5.1数控技术的发展现状

3.CNC系统的联网借助网络通信能够实现数控系统从控制单台机床到多台机床的分级式控制。这种分级式控制通常分为三级：

（1）工厂管理级工厂管理级一般由以太网组成。工厂管理级网络主要负责整个工厂的生产管理和调度。它通常采用高速以太网以及TCP/IP协议进行网络互联，以实现数据的快速传输和共享。这一级别的网络还承担着与上层管理系统（如制造执行系统等）的对接任务，确保生产数据的及时上传和下达。2.5.1数控技术的发展现状（2）车间单元控制级车间单元控制级一般由DNC（分布式数字控制）功能进行控制。车间单元控制级网络主要负责车间内各CNC机床之间的通信和协调。

通过DNC功能形成网络可以实现对零件程序的上传，CNC数据的读、写，PLC数据的传送，存储器的操作，系统状态的采集和远程控制等。更高档次的DNC还可以对CAD、CAM、CAPP（计算机辅助工艺设计）以及CNC的程序进行传送和分级管理，提升了车间的生产效率和灵活性。CNC与通信网络联系在一起还可以传递维修数据，使用户与NC生产厂家直接通信，进而把制造厂家联系在一起，构成虚拟制造网络。2.5.1数控技术的发展现状（3）现场设备级现场设备级网络主要负责CNC机床与底层设备之间的通信和数据采集。

现场设备级与车间单元控制级及信息集成系统主要完成底层设备单机及I/O（输入输出）控制，连线控制，通信联网，在线设备状态监测，现场设备生产、运行数据的采集、存储、统计等功能，保证现场设备高质量完成生产任务，并将现场设备生产运行数据信息传送到工厂管理层，为工厂管理级提供数据。同时，它还可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执行。2.5.1数控技术的发展现状

4.功能不断发展和扩大经过五十年的发展，NC技术已经为制造技术的发展奠定了坚实的基础。

下面以西门子公司的SINUMERIK808D系列数控系统和SINUMERIKONE数控系统为例说明系统功能的发展。2.5.1数控技术的发展现状

4.功能不断发展和扩大

（1）SINUMERIK808D系列数控系统SINUMERIK808D系列数控系统是西门子公司研发的一种基于操作面板的紧凑型数控系统。SINUMERIK808D系列数控系统适用于普通数控车床、数控铣床及立式加工中心，能够满足车削和铣削等多种加工需求。该系统硬件主要包括控制系统、操作面板、驱动器以及电机等关键组件。其中，驱动器和电机的选择根据具体加工需求进行配置。2.5.1数控技术的发展现状

4.功能不断发展和扩大

（1）SINUMERIK808D系列数控系统SINUMERIK808D系列数控系统主要特点：

功能强大

操作简便

调试维修方便

高性价比2.5.1数控技术的发展现状

4.功能不断发展和扩大

（2）SINUMERIKONE数控系统SINUMERIKONE数控系统是西门子推出的一款高端数字化原生的数控系统，专为机床行业的数字化转型而设计。SINUMERIKONE引入了“数字孪生”的概念，能够在虚拟环境中对工作流程进行仿真和测试。2.5.1数控技术的发展现状

4.功能不断发展和扩大SINUMERIKONE数控系统主要特点：

虚拟调试功能

智能负荷自适应功能

智能动态响应自适应功能

多种编程选项功能

先进的用户界面功能2.5.1数控技术的发展现状2.5高档数控机床技术

2.5.2数控机床的发展现状

1.高档数控机床的发展现状美国、德国和日本目前在全球数控机床领域处于领先地位，它们在数控机床的研究与开发、设计制造以及实际应用方面，拥有先进的技术和丰富的经验。美国政府十分重视机床工业的发展，美国国防部等部门不断提出新的机床的发展方向、科研任务并提供充足的研发经费，积极吸引全球顶尖人才，尤其追求效率和创新，重视基础科研工作。2.5.2数控机床的发展现状

1.高档数控机床的发展现状美国的哈斯自动化公司（HaasAutomation，下文简称“哈斯”）是全球的数控机床制造商之一，其在数控机床制造领域具有显著的市场地位和竞争力。2.5.2数控机床的发展现状哈斯VF-2SS立式加工中心

1.高档数控机床的发展现状德国数控机床在高精度与高质量、高效与节能、模块化与集成化以及科研与创新等方面都表现出明显的优势，因而德国数控机床在全球市场上具有很高的竞争力和影响力。

德国数控机床主机配套件，机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统等各种功能部件在质量、性能上居世界前列。2.5.2数控机床的发展现状

1.高档数控机床的发展现状代表大型龙门加工中心最高水平的就是德国瓦德里希科堡公司（WALDRICHCOBURG）的产品。2.5.2数控机床的发展现状瓦德里希科堡公司的四轴加工中心

1.高档数控机床的发展现状

日本数控机床以其高精度、高质量、智能化与自动化的技术特点以及完善的产业链体系在全球范围内赢得了较高地位。

在机床部件配套领域，日本借鉴了德国的经验，而在数控技术和数控系统的研发上，则借鉴了美国的经验。通过吸收借鉴并改进这两个国家的先进技术，日本取得了丰硕的成果，进一步推动了自身在机床领域的进步与发展。2.5.2数控机床的发展现状2.5.2数控机床的发展现状日本马扎克数控机床

国内在新产品的开发速度及制造周期上尚无法满足用户的迫切需求。此外，零部件的制造精度、整机的精度的保持和可靠性方面仍有待提升。特别是大型机床所需的关键配套部件，例如数控系统、功能组件（如刀库、机械手以及两坐标铣头等），目前仍依赖国外进口。

国内大型机床制造企业的制造能力很强，但大而不精，主要是由于所采用的加工设备相对落后，且数控化普及程度不深，尤其是缺乏高精尖加工设备。同时，部分国内企业欠缺自主创新能力，而大型机床单件小批量的市场需求特点对技术创新的要求更为严苛。2.5.2数控机床的发展现状2.5高档数控机床技术

2.5.3数控机床的发展趋势1.高速化

主轴转速：目前采用电主轴即内装式主轴电动机的数控机床，其主轴转速最高可达200000r/min以上。

进给率：在分辨率为0.01μm时，数控机床的最大进给率可以达到240m/min，且能够确保复杂型面零件的精加工质量。

运算速度：开发出32位以及64位CPU的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫。运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1pm、0.01μm时仍能获得24～240m/min的进给速度。2.5.3数控机床的发展趋势

1.高速化

换刀速度：一些高档数控机床，由于拥有先进的换刀机构和控制系统，能够实现极快的刀具更换。目前国外先进加工中心的刀具更换时间普遍在