智能制造技术与数字化工厂 课件 第一章 智能制造概述

第1章智能制造概述CONTENTS目录1.1智能制造的起源科技革命：纺织机械&蒸汽机技术18世纪中叶的第一次工业革命引领人类进入机械生产时代行业需求：家庭手工作坊无法满足社会化商品交换的需求技术创新：纺织机械&蒸汽机的发明等产业变革：机器代替手工劳动，生产力大幅提高，手工业开始发展。19世纪中期第二次工业革命科技革命：电力及内燃机技术引领人类社会进入“电气时代“行业需求：单个机械生产率见顶，产生社会化生产的需求技术创新：电机的发明/电气设备/流水线等产业变革：更高效率的流水线和自动化电气设备代替了大量人力劳动，重工业开始发展。科技革命–计算机、数字技术20世纪后期的第三次工业革命引领人类社会进入“信息时代”行业需求：制造业进入稳定发展阶段，产生精益生产的需要技术创新：计算机及互联网/原子能/生物工程等产业变革：出现数控机床以及流程管理系统、计算机辅助设计系统等工业软件，效率进一步提高。21世纪开始的第四次工业革命引领人类社会进入“智能时代”科技革命–深度学习、人工智能行业需求：需求的快速变动/人力成本上升，产生智能生产需求技术创新：物联网/云计算/5G/大数据/人工智能/机器人等产业变革：出现智能工厂、智能物流、C2M等新模式。全产业链协同发展，生产效率再次提高。工业革命是生产制造模式的变革

第一次工业革命:小作坊的生产制造模式第二次工业革命:手工流水线生产制造模式第三次工业革命:自动化流水线生产制造模式第四次工业革命:互联自动化智能化生产制造模式20世纪80年代末：概念提出随着人工智能在制造领域中的应用，美国赖特、伯恩在1988年正式出版的《制造智能》一书中，正式提出“智能制造（IntelligentManufacturing）”概念，即“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”。

智能制造概念的历史沿革20世纪90年代：概念扩展日、美、欧共同发起实施“智能制造国际合作研究计划”提出“智能制造系统是一种在整个制造过程中贯穿智能活动,并将这种智能活动与智能机器有机融合,将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场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”。

智能制造概念的历史沿革21世纪以来：概念发展2010年9月，美国在华盛顿举办的“21世纪智能制造（SmartManufacturing）的研讨会”指出，智能制造是对先进智能系统的强化应用，使得新产品得以快速制造，产品需求的动态响应以及对工业生产和供应链网络的实时优化成为可能。美国国家标准与技术研究院：智能制造指的是全集成的协同制造系统，该系统可以作出实时响应，以满足工厂、供应链网络和客户不断变化的需求和条件。

智能制造概念的历史沿革小结本节从四次工业革命的角度讲述了智能制造的来源，并介绍了智能制造概念的历史沿革，下一节介绍智能制造的发展现状。谢谢收看！CONTENTS目录1.2智能制造的发展现状智能制造相关概念智能制造技术是利用计算机模拟制造业领域专家的分析、判断、推理、构思和决策等智能活动，并将这些智能活动和智能机器融合起来，贯穿应用于整个制造企业的各子系统，以实现整个制造企业经营运作的高度柔性化和高度集成化，从而取代或延伸制造环境领域专家的部分脑力劳动，并对制造业领域专家的智能信息进行收集、存储、完善、共享、集成和发展，是一种极大提高生产效率的先进制造技术。智能制造相关概念智能制造系统主要是由智能产品、智能生产和智能服务三大功能系统以及智能制造云和工业互连网络两大支撑系统集成而成的。智能制造相关概念

智能制造是一个大概念，大系统。智能制造是先进制造技术与新一代信息技术的深度融合，贯穿于产品、制造、服务全生命周期的整个环节以及相应系统的优化集成，实现制造的数字化、网络化、智能化，不断的提升企业产品质量、效益和制造的水平。

智能制造技术智能制造系统智能制造主要国家纷纷进行战略部署

德国工业４.0战略确保德国装备制造业领导地位高水平出口美国先进制造业伙伴计划（ＡＭＰ）国家制造业创新网络页岩气等能源革命印度制造业战略广泛吸引外部直接投资建设一批大型制造业基地法国新工业法国依靠技术创新推动工业全面复苏重新构建法国工业的新竞争实力英国英国制造2050重振英国制造业，提升国际竞争力注重价值链整合日本日本制造业白皮书基于大数据的制造业发展机器人、清洁能源汽车、再生医疗以及3D打印技术中国中国制造2025智能制造是主攻方向重点突破10大领域韩国制造业创新3.0加强信息技术与制造业融合打造智能工厂智能制造给企业带来的巨大价值

生产效率成倍提升品质持续改善实现精益生产实现生产透明化通过对生产信息的智能化分析和跟踪，不断挖掘设备以及作业潜能，提高生产效率，持续改善管理目标。实时采集详细测试数据生产过程的全面品质管理关注事中控制，事后分析持续改善产品品质。工业智能制造通过触发式自动数据采集，减少录入环节，为各级生产管理人员提供所需实时生产数据。通过实时采集生产信息，全面了解生产进度，消除生产管理“黑箱”，实现生产的全透明化管理。提高生产执行能力采用先进的制造物联技术，规范管理、将车间生产的“黑箱”透明化，提高制造企业的核心竞争力。智能制造的全生命周期实施流程

产品生命周期管理STEP4STEP3STEP2STEP1数字化生产制造过程数字化工厂规划数字化产品设计

1.数字化产品设计（1）CAD、CAE、CAM建设（建模）（2）PDM建设（产品数据管理）（3）ERP建设（企业资源计划）（4）MES建设（生产制造执行系统）

2.数字化工厂规划研发设计数字化生产准备数字化生产制造数字化运营管理数字化营销服务数字化

3.数字化生产制造过程

4.产品生命周期管理PLM:产品全生命周期管理EAM:企业资产与维修管理Lean:指精益生产QMS:指质量管理体系EH&S：环境、健康、安全APS：高级计划系统小结本节我们介绍了智能制造的概念、发展现状及智能制造全生命周期的实施流程，下一节介绍中国智能制造发展方向。谢谢收看！CONTENTS目录1.3中国智能制造的发展方向

中国发展智能制造的战略背景1.环境与资源的制约加剧劳动力与原材料等成本日益上涨发达国家纷纷出台重振制造业的强力政策,部分制造业企业开始从我国迁出2.发达国家加快高端制造业发展的国家战略提振实体经济，增强国家竞争优势需要具备提供高质量、高附加值的产品与服务的能力。3.现代制造业与新一代信息技术深度融合的发展趋势发达国家谋求“再工业化”，抢抓先进制造业制高点发展中国家加快工业化步伐，利用更低成本承接国际产业转移

“中国制造2025“背景及意义1.制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路2.中国制造业仍然大而不强我国制造业持续快速发展，建成了门类齐全、独立完整的产业体系，有力推动工业化和现代化进程，显著增强综合国力，支撑世界大国地位自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面差距明显，转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。《中国制造2025》由百余名院士专家着手制定，为中国制造业未来10年设计顶层规划和路线图，通过努力实现中国制造向中国创造、中国速度向中国质量、中国产品向中国品牌三大转变，推动中国到2025年基本实现工业化，迈入制造强国行列。中国制造2025战略目标

中国制造2045中国制造2035中国制造2025世界强国强国领先地位强国中位制造业强国强国之列制造业大国总体规划：三十年，三步走4十大重点领域五大工程四项原则两化融合一个目标信息化与工业化深度融合市场主导、政府引导国家制造业创新中心建设工程大力推进智能制造新一代信息技术高档数控机床和机器人航空航天装备海洋工程装备及高技术船舶先进轨道交通装备既立足当前，又着眼长远化工业强基工程绿色发展工程节能与新能源汽车电力装备新材料生物医药及高性能医疗器械农业机械装备高端装备创新工程中国制造2025——战略规划五条方针创新驱动质量优先绿色发展机构优化人才为本制造强国“三步走”战略全面推进、重点突破自主发展和合作共赢这里还一条到南太平洋的。培养全球眼光世界格局迫在眉睫！亚投行的巨大支撑用一路一带眼光看《中国制造2025》对外：26国、44亿人、21万亿$经济总量丝绸之路经济带：中国经中亚、俄罗斯至欧洲（波罗的海）；中国经中亚、西亚至波斯湾、地中海；中国至东南亚、南亚、印度洋。21世纪海上丝绸之路：从中国沿海港口过南海

到印度洋，延伸至欧洲；从中国沿海港口过南海

到南太平洋。对内：全国调动两个核心区：新疆(陆)、福建(海)四门户：西北、东北、广西、云南八高地：西安；兰州、西宁；宁夏；重庆；成都、郑州、武汉、长沙、南昌、合肥；西安、宁夏、重庆、上海自贸区；前海等开放合作区；“互联网+”对“中国制造2025”

的现实意义“互联网+”——跨界、跨领域交互的载体和平台（无形之手）通过这一平台，实现多层面、深领域、跨业界的合作交互。交互过程中必将产生商业模式、产品体验、服务方式大创新，很可能带来大跨越，使中国制造业跨越3.0，实现4.0。信息跨界交流更加频繁，将会推动生产要素再分配、再优化。随着要素、信息资源的层层递进和深化交互，基础技术领域短板会被补齐，体现后发优势。

中国制造2025——目标引导、平台搭建、资源要素互动（有形之手）通过政府平台，可以有效地对目标进行引导，搭建平台，推动资源要素互动。老龄化社会带来的劳动力减少资源匮乏，能效仍需提升产业转移带来的国内制造业空心化发展中国家技术实力不断增强经济全球化中，需要对市场做出快速响应保持制造业国际领先地位所需的标准化需要根据消费者需求，实现差异化、个性化的生产制造业占据全国GDP的25%、出口总额的60%，影响极大12356784工业4.0的社会背景工业4.02011年1月2012年4~10月2014年4月2012年3月2013年4月工业4.0发展战略发布；由VDMA、BITKOM、ZVEI组成秘书处，组建工业4.0平台工业4.0平台发布白皮书（实施计划）2010年德国科学-产业经济研究联盟与德国国家科学与工程院（Acatech）共同制定工业4.0发展战略《德国2020高技术战略》行动计划发布，11个“未来项目”缩减为10个（投资84亿欧元）；“工业4.0”一词首次出现（投资2亿欧元）在德国科学-产业经济研究联盟（ForschungsunionWirtschaft-Wissenschaft）的倡导下，开始研究工业4.0

《德国2020高技术战略》发布，并重点推出11个“未来项目”（面向气候/能源、保健/营养、交通、安全、通信5个领域）工业4.0的提出工业4.0概念什么是工业4.0通过互联网等通信网络将工厂与工厂内外的事物和服务连接起来，创造前所未有的价值、构建新的商业模式。

“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。发展优势在生产能力上，工业4.0将确保仅一次性生产，且产量很低时的获利能力，确保工艺流程的灵活性和资源利用率。另一方面，工业4.0将使人的工作生涯更长，工作与生活更加平衡，高工资时产业仍有强大竞争力。实现方式主要是通过CPS（信息物理系统），总体掌控从消费需求到生产制造的所有过程，由此实现高效生产管理。“一”个核心，互联网+制造业，信息物理系统（CPS）应用于制造业“二”大主题智能生产智能服务“三”项集成纵向集成横向集成端到端系统工程“八”项计划监管架构资源利用效率工业宽带基础安全和保障标准化和参考架构管理复杂系统工作的组织和设计培训和持续职业发展工业4.0工业4.0：核心内容“四”个特征生产可调节需求可变通过程可监控产品可识别CPS智能工厂智能生产智能物流工业4.0：三大主题

智能工厂重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现

主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术等在工业生产过程中的应用等。主要通过互联网、物联网、物联网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服务匹配，得到物流支持。中国制造2025&德国工业4.0中国制造2025≠德国工业4.0相似之处：占领世界工业发展先机，提升国家工业发展水平。1.《中国制造2025》强调的一个主攻方向是“智能制造”，这也是“工业4.0”的核心思想2.《中国制造2025》中提及的作为智能制造基础的信息物理系统（CPS），也是德国“工业4.0”所强调的核心概念中国制造2025&德国工业4.0中国制造2025≠德国工业4.0不同之处：一个由自动化向智能迈进，一个由大向强发展。1“中国制造2025”和“工业4.0”两个战略是中德两国在不同时代提出来的；2.“中国制造2025”和“工业4.0”两个战略定位也是不同的；3.中国制造业与德国制造业的工