智能制造应用基础 课件 第7、8章 智能制造企业操作系统的构建、智能制造单元控制与管理系统

——建设方案《智能制造应用基础》高等教育出版社第7章

智能制造企业操作系统的构建

7.17.27.37.4智能制造企业操作系统数据统计与要求建立智能制造企业的数据系统智能制造企业数据系统分析7.1节智能制造企业操作系统第7章

智能制造企业操作系统的构建7.1智能制造企业操作系统-智能制造企业

智慧终端设计与制造的企业链中，主要包括了产品的感知层、网络层、执行层和应用层四大层面。

在感知层领域中，产品涵盖了智能传感器、RFID、机械视觉及系统设计等关键技术领域，而企业链主要包括惠岚科技、禾赛科技、北醒电子等运营商;在网络层领域中，产品涵盖了云计算、大数据分析、SCADA、工业互联网技术等关键技术领域，而企业链主要包括华为、百度、阿里巴巴、腾讯等一批知名企业;在执行层领域中，产品主要为实现各种复杂智能机器人生产、制造需求的设备终端平台和系统集成产品，包括智能机器人、数控机床、3D立体打印成型等系列设备;在应用层领域中，产品主要对象为各类复杂智能生产线。

7.1智能制造企业操作系统-智能制造企业企业智能制造的意义7.1智能制造企业操作系统-智能制造企业操作系统

智能制造企业操作系统，顾名思义，是一种专门为智能制造企业设计的操作系统。它集成了先进的信息技术、自动化技术、人工智能等技术，为企业提供了一个全新的生产和管理平台。通过该系统，企业可以实现生产过程的智能化、精细化、高效化，从而提升生产效率、降低成本、增强市场竞争力。系统主要包括以下功能：1）处理器管理2）存储器管理3）设备管理4）文件管理5）作业管理7.1智能制造企业操作系统-智能制造企业操作系统主要应用：1）模块化、嵌入式的控制系统设计技术2）新型的传感技术3）智能制造系统的协同技术4）先进控制与优化的技术5）高可靠实时通信的网络技术6）故障诊断与健康维护的技术7）智能制造系统识别技术8）智能制造系统功能安全技术9）特种工艺与精密制造技术智能制造企业操作系统的特点：1）高度集成2）智能化决策3）自动化控制4）安全性高智能制造企业操作系统的应用：1）智能制造操作系统的功能智能制造企业操作系统具有通用操作系统所具备的功能，并且包括语音识别、机器视觉、执行系统和认知行为系统。2）智能制造操作系统的意义首先，智能制造则需要将更广泛的利益攸关者纳人考虑，而这对跨学科的理解、沟通、合作、整合提出了更高的要求。其次，达成的重要变革在于解决了大规模生产与个性化定制之间的矛盾。最后，产品从概念、设计到研发、生产的过程，将由于智能制造系统打通上下游。7.2节数据统计与要求第7章

智能制造企业操作系统的构建

数据统计工具：（1）MicrosoftOfficeExcel2）存储器管理1）数据透视：一个数据透视表可以变成十几种报表。2）统计分析：是一种比较科学、精确和客观的测评方法。3）图表功能：有助于展示数据，几乎是Excel专有。4）高级筛选：在Excel表格中所提供出来了的一些比较高级的筛选查询的筛选功能。5）自动汇总功能：这个功能其他程序都有，但是Excel简便灵活。6）高级数学计算：函数计算，程序中使用算法可以用上。7.2数据统计与要求（2）SAS软件1）功能强大，统计方法齐、全、新2）使用简单，操作灵活3）提供联机帮助功能（3）R软件1）数据存储和处理系统2）数组运算分析工具:对向量、矩阵数组等进行运算3）完整连贯的统计分析工具4）优秀的统计制图功能5）简单的编程语言6）R软件是一个免费的软件

数据统计工具：（4）SPSS1）操作简便2）编程方便3）功能强大4）数据接口5）模块组合6）针对性强7.2数据统计与要求（5）Python1）简单2）易学3）速度快4）免费、开源5）可嵌入性6）规范的代码数据统计要求：（1）客观性原则（2）量化原则（3）规范性原则（4）制度性原则（5）统计工作要求智能制造企业操作系统的数据统计要求：（1）实时性（2）准确性（3）可追溯性（4）可靠性（5）可扩展性1）选择合适的操作系统2）加强数据采集3）建立完善的数据管理体系4）加强技术研发和创新5）培训和管理人员7.3节建立智能制造企业的数据系统第7章

智能制造企业操作系统的构建智能制造企业数据系统的优势：（1）提高生产效率（2）优化决策（3）提升产品质量（4）降低运营成本（5）增强企业竞争力7.3建立智能制造企业的数据系统企业数据系统的核心功能（1）订单管理（2）设计支撑管理（3）工艺流程设计管理（4）生产管理（5）检测管理（6）搬运管理（7）外协管理（8）消息和告警系统（9）智能决策支持系统（10）可视化看板（11）客户专区（12）组织管理（13）权限、账号管理（14）移动支持系统（15）一切均可配置7.3建立智能制造企业的数据系统普通企业数据系统建立:（1）分析业务场景（2）标准制定（3）数据标准落地映射和落地评估（4）数据整改智能制造企业数据系统建立:（1）明确数据系统的目标与需求（2）数据收集与整合（3）数据分析与挖掘（4）数据可视化与呈现（5）系统优化与迭代7.4节智能制造企业数据系统分析第7章

智能制造企业操作系统的构建7.4智能制造企业数据系统分析数据的经济性（1）数据经济性的商业模式（2）数据经济性的方法1）从消费互联网到产业互联网2）从共享产品服务到共享生产能力3）从传统基础设施到融合基础设施（3）数据经济性的阶段数据的目标性（1）数据目标性的定位

1）外部分析

2）内部分析（2）数据目标性的确定

1）数据愿景承接企业愿

2）数据目标对齐业务目标7.4智能制造企业数据系统分析（3）数据目标性的规划1）模型工具2）战略一致性模型3）阿姆斯特丹信息模型（4）数据架构（5）数据治理战略一致性模型阿姆斯特丹信息模型7.4智能制造企业数据系统分析智能制造企业数据的经济性分析（1）智能制造企业数据经济性概述（2）智能制造企业数据经济性的体现1）生产流程优化

2）精准决策支持3）个性化定制服务（3）提升智能制造企业数据经济性的建议1）加强数据基础设施建设2）培养数据驱动的企业文化（4）深化产学研合作1）建立长期稳定的合作关系2）共享资源和成果3）开展联合研究和项目合作4）培养人才（5）积极参与国际交流与合作1）深入了解目标市场2）提高产品和服务质量3）加强品牌宣传和推广4）建立国际销售渠道5）培养国际化人才7.4智能制造企业数据系统分析智能制造企业数据的目标性分析（1）确定数据目标的重要性（2）如何确定数据目标

明确企业战略目标：市场需求、业务发展、竞争态势、技术进步。

为了实现数据目标与战略目标的一致性，智能制造企业可以采取以下措施：1）建立跨部门协作机制：加强企业内部各部门之间的沟通与协作，确保数据的收集、处理和分析能够满足企业整体发展的需要。2）制定详细的数据计划：根据战略目标和业务需求，制定详细的数据计划，包括数据来源、处理流程、分析方法和应用场景等方面。3）建立数据质量管理体系：确保数据的准确性、完整性和一致性，为企业决策提供可靠的支持。4）持续优化数据目标：根据企业战略和市场变化，对数据目标进行持续优化和调整，保持数据目标的时效性和针对性。（3）分析业务流程（4）识别关键绩效指标7.4智能制造企业数据系统分析（5）数据目标的实施1）制定数据收集计划（a）明确数据源。（b）选择合适的数据采集方法。（c）设定数据采集频率。（d）确定数据的存储和处理方式。（e）保证数据质量和准确性。（f）制定应急计划。（g）持续优化和改进。2）建立数据处理流程（a）数据清洗。（b）数据整合。（c）数据转换。（d）数据处理速度和效率。（e）数据存储和管理。（f）持续优化和改进。3）应用数据分析工具（a）工具的功能性。（b）易用性和用户友好性。（c）数据处理能力。（d）数据可视化能力。（e）集成和连接性。（f）可扩展性和定制性。（g）数据安全和隐私保护。（h）成本效益分析。（i）社区支持和生态系统。（j）持续更新和升级。4）持续改进和优化——建设方案

本章结束！《智能制造应用基础》课程组——建设方案《智能制造应用基础》高等教育出版社第8章

智能制造单元控制与管理系统

8.18.28.38.4智能制造单元智能制造管理目标智能制造单元的管理系统智能制造单元的产品建模与仿真8.1节智能制造单元第8章

智能制造单元控制与管理系统智能制造车间的体系结构

8.1智能制造单元8.1智能制造单元智能制造车间构成：（1）物联感知层（2）数据传输层1）基于串行口的通信方式。2）基于局域网的通信方式3）基于现场总线的通信方式。（3）分析处理层

1）关联指通过车间制造数据的关联分析，发现其间隐藏的关系。2）预测指利用关联分析结果，描述车间制造过程与性能指标的内在关系。3）调控指基于车间性能预测模型，找到车间运行过程的关键制造参数并进行控制。（4）应用服务层关联＋预测＋调控：1）车间制造大数据预处理方法2）车间制造大数据时序分析方法3）车间制造大数据关系网络建模方法4）车间运行状态预测方法5）车间运行状态决策方法8.2节智能制造管理目标第8章

智能制造单元控制与管理系统8.2智能制造管理目标

生产管理系统是一个复杂的系统。管理部门必须从系统的各个方面有效地收集信息，以便制定有效的措施，保证系统的稳定有序运行。

智能制造管理系统的主要目标是：（1）准确定位故障，提高故障处理效率；（2）准确展示生产计划，明确实际生产状态；（3）实现协同管理，提高整体工作效率；（4）生产状态的实时监控和及时控制；（5）及时高效，及时处理各种异常情况；（6）及时反馈各种异常情况，有针对性地改进管理；（7）数据分析为生产管理运营方案提供优化解决方案；（8）为工厂产品提供有效的数据追溯。

（1）原材料编码；（2）生产部门制定生产计划；（3）印制工艺卡；（4）接收原材料；（5）物料转移车间；（6）各个过程的全面控制；（7）质量检验室，合格；（8）产品包装；（9）产品线；（10）产品储存；（11）异常管理、设备管理、人员管理、质量管理、汇总、统计等。8.2智能制造管理目标8.3节智能制造单元的管理系统第8章

智能制造单元控制与管理系统8.3智能制造单元的管理系统

MES制造执行系统。MES可以提供制造数据管理、计划调度管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、为企业提供过程控制等生产管理模块。8.3智能制造单元的管理系统

MES是企业CIMS信息集成的环节，是实施企业敏捷制造战略、实现敏捷车间生产的基本技术手段。MES系统在国外知名企业的应用已经成为一种普遍现象，国内很多企业也逐渐开始使用这种技术来提升自身的核心竞争力。MES位于计划层和现场自动化系统执行层之间，主要负责车间生产管理和排程执行。8.3智能制造单元的管理系统

与其他系统相比，EMS具有以下特点：（1）使用强大的数据采集引擎，整合数据采集通道（RFID、条码设备、PLC、传感器、IPC、PC等），覆盖整个工厂生产现场，确保实时、准确、全面地采集现场海量数据；（2）搭建工厂生产管理系统数据采集的基础平台，具有良好的可扩展性；（3）采用先进的RFID、条形码和移动计算技术，打造从原材料供应、生产、销售到物流闭环的条形码系统；（4）全面、完整的产品跟踪和可追溯性功能；（5）监控生产过程的状态；（6）实时库存管理和看板管理；（7）实时、全面、准确的性能和质量分析SPC；（8）在微软上开发。NET平台，支持Oracle/SQLServer等主流数据库。系统采用C/S结构和B/S结构相结合，易于安装和升级；（9）个性化工厂信息门户（portal），通过WEB浏览器，可以随时随地掌握生产现场的实时信息；（10）强大的MES技术团队确保快速实施并降低项目风险。8.3智能制造单元的管理系统

企业信息管理系统（ERP）

应用于智能制造的ERP，主要用于制造业的物质资源、资金资源和信息资源的整合和管理，具有明显的集成性、系统性、灵活性和实时性等显著特点。8.3智能制造单元的管理系统

ERP在系统中整合配置材料、人才、财务、信息等资源，实现企业资源的合理配置和利用。ERP的提出离不开计算机技术的高度发展。

综合管理主要包括三个方面：生产控制（计划、制造）、物流管理（配送、采购、库存管理）和财务管理（会计、财务管理）。这三个系统本身就是集成商，它们之间有相应的接口，可以很好地集成起来管理企业。此外，值得一提的是，随着企业对人力资源管理的重视，越来越多的ERP厂商将人力资源管理纳入ERP系统的重要组成部分。8.3智能制造单元的管理系统

ERP的优势主要体现在以下几个方面：缩短周转时间；物流与资金流的整合；加强物料和生产计划；模拟了不同市场条件对生产计划、产能需求计划、物资采购计划和仓储运输的影响；能够快速应对商业环境的变化；通过管理实现实时在线查询信息；为企业决策提供更准确、更及时的财务报告；及时提供各种管理报告和分析数据；制度本身具有严格的内部控制功能。

我国企业在实施ERP系统中存在的问题：（1）大量的外来词为ERP设置了较高的心理门槛。（2）国外ERP软件供应商有非常标准化的ERP实施方法，但他们不太了解中国企业的实际需求和定制流程。（3）国内许多ERP企业管理软件供应商在ERP实施方面有着丰富的经验，但没有科学规范的实施方法。（4）ERP软件供应商、提供业务流程再造的咨询公司、政府部门提供的ERP服务，以及倡导第三方监管的监管机构都从各自的角度提供了ERP实施建议和经验，但企业无法充分看到具体实施的方面。8.3智能制造单元的管理系统

PLM设计、制造和管理平台

PLM系统是将单个软件应用程序转换为基于SOA、跨学科、跨项目的阶段和计划，为大大小小的制造企业提供平台可扩展性和应用程序丰富性、灵活性和可配置性。8.3智能制造单元的管理系统

PLM系统平台总体设计方案

根据产品设计和工艺业务的需求，提出了PLM系统的构建方案。通过对产品、资源和工厂的数据集成管理，实现了产品从设计到制造全过程的信息支持。8.3智能制造单元的管理系统

Teamcenter设计的平台管理需求主要包括以下几个方面：（1）实现图形文档管理。（2）实现与CAD软件的集成。（3）产品结构管理。（4）工作流管理。（5）变革管理。（6）物料清单管理。8.3智能制造单元的管理系统

计算机集成制造系统（CIMS）（CIMS，ComputerIntegratedManufacturingSystem）是计算机应用技术在工业生产领域的主要分支技术之一。

CIMS通常包括以下两个基本点：（1）企业生产经营的各个方面，如市场分析与预测、产品设计、加工制造、企业管理、产品销售等生产经营活动，都是一个不可分割的整体。（2）企业的整个生产经营过程本质上是一个数据收集、传输和处理的过程，最终产品也可以看作是数据的物质表现。8.3智能制造单元的管理系统

CIMS一般可分为以下四个功能子系统和两个支持子系统：工程设计自动化子系统、管理信息子系统、制造自动化子系统、质量保证子系统、计算机网络子系统和数据库子系统。

CIMS的实施：（1）首先，必须改变原有的商业模式、体制和组织，以适应市场竞争的需要。因为CIMS是一种由多种技术支持的新型商业模式。（2）其次，在企业商业模式、体制和组织改革过程中，要充分重视人的因素，妥善处理人的因素，因为它涉及人的知识水平、技能和观念。（3）最后，CIMS的实施是一项复杂的系统工程，整个实施过程必须以正确的方法和标准化的实施步骤为指导，以减少盲目性和不必要的遗漏。8.3智能制造单元的管理系统

CIMS的经济效益：（1）在工程设计自动化方面，可以提高产品开发和生产能力，推动技术含量高、结构复杂的产品开发，保证产品设计质量，缩短产品设计和工艺设计周期，加快产品更换，满足客户需求。占领市场。（2）在制造自动化或柔性制造方面，加强了产品制造的质量和灵活性，提高了设备利用率，缩短了产品制造周期，提高了生产能力，增强了产品供应能力。（3）在企业管理方面，企业的经营决策和生产管理趋于科学化。使企业能够快速准确地报价，在市场竞争中赢得时间；在实际生产中，解决了“瓶颈”问题，减少了在制品；同时，减少了库存资金的占用。8.3智能制造单元的管理系统

计算机辅助工艺设计系统（CAPP）根据产品设计提供的信息，设计产品的加工方法和制造工艺。CAPP结构示意图系统基本结构8.3智能制造单元的管理系统

工艺设计主要包括：（1）根据产品图纸，分析产品零部件的结构特点和技术要求；（2）了解产品生产计划和批次；（3）选择加工方法和使用的机床、工具、夹具和其他工装设备；（4）合理安排加工顺序；（5）选择基准，确定加工余量和毛坯，计算工艺尺寸和公差；（6）选择合理的切割量；（7）计算时间定额和加工成本；（8）编制包含上述所有数据的工艺文件和各种统计汇总卡8.3智能制造单元的管理系统

设计流程图

CAPP中包含的技术：（1）集团科技；（2）零件信息的描述和获取；（3）工艺设计决策机制；（4）过程知识的获取和表达；（5）生成流程图和其他文件；（6）数控加工指令—加工过程的自动生成和动态模拟；（7）建立过程数据库。8.3智能制造单元的管理系统专家系统的基本组成图

专家系统（ES）

专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统，用来解决需要人类专家处理的复杂问题。8.3智能制造单元的管理系统专家系统的发展经历了三个阶段，正在向第四代过渡。

第一代专家系统(dendral、macsyma等)具有高度专业化、解决专业问题能力强的特点。

第二代专家系统（mycin、casnet、prospector、hearingsay等）是一个单一的专业学科和面向应用的系统。其体系结构比较完整，可移植性得到了提高。

第三代专家系统是一个多学科综合系统。它使用多种人工智能语言，使用多种知识表示方法、推理机制和控制策略，并开始使用多种知识工程语言、框架系统和专家系统。8.3智能制造单元的管理系统专家系统结构

专家系统通常由六部分组成：

人机界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库和知识获取。其中，知识库和推理机是相互分离的，这是唯一的。专家系统的结构因专家系统的类型、功能和大小而异。8.3智能制造单元的管理系统专家系统运行流程

工作过程：

专家系统的基本工作过程是用户通过人机界面回答系统的问题，推理机将用户输入的信息与知识库中每个规则的条件相匹配，并将匹配规则的结论存储在综合数据库中。在中间部分的末尾，专家系统将得出最终结论并将其呈现给用户。8.3智能制造单元的管理系统

高性能专家系统应具有以下特点：（1）启发性。不仅能使用逻辑知识，也能使用启发性知识，它运用规范的专门知识和直觉的评判知识进行判断、推理和联想，实现问题求解。（2）透明性。它使用户在对专家系统结构不了解的情况下，可以进行相互交往，并了解知识的内容和推理思路，系统还能回答用户的一些有关系统自身行为的问题。（3）灵活性。专家系统的知识与推理机构的分离，使系统不断接纳新的知识，从而确保系统内知识不断增长以满足商业和研究的需要。8.4节智能制造单元的产品建模与仿真