《智能制造技术》课件-项目1：智能制造概述与体系

智能制造技术郑重说明课件制作不易，请尊重本课件制作者的知识产权，本课件仅限教学使用，不得发布到网上，不能拿来参加教学比赛、申报教学成果等！1760-1860机械化1861-1950电气化1951-2010自动化2011至今智能化发展历程制造业的发展历程水力蒸汽机电力电动机电子技术计算机网络智能化1765年，织工哈格里夫斯发明了“珍妮纺织机”——序幕。1785年，英国人瓦特制成的改良型蒸汽机——蒸汽时代1807年，美国人富尔顿制成以蒸汽为动力的汽船试航成功。1814年，英国人史蒂芬孙发明了“蒸汽机车”，从此人类的交替运输业进入以蒸汽为动力的时代。

制造业的发展历程1）第一次工业革命：机械化2）第二次工业革命：电气化19世纪中期，法拉第、麦克斯韦提出了电磁理论，由“蒸汽时代”进入“电气时代”。1866年，德国人西门子制成了发电机，电灯、电话、发报机相继出现。

同时期，内燃机出现，四轮汽车问世，——汽车、飞机、石油、化学工业。制造业的发展历程3）第三次工业革命：自动化20世纪四五十年代，电子计算机、互联网络的出现，推动了信息产业的快速发展。

苏联、美国、中国相继成功发射人造卫星，宇宙飞船进入太空，人类第一次登上了月球。原子弹试制成功，计算机不断更新换代。制造业的发展历程21世纪以后，物联网、大数据、机器人及人工智能的发展，制造业进入了智能化、个性化和集成化模式。

第四次工业革命的核心是网络化、信息化与智能化的深度融合。”私人定制“式工业模式将成为最新一次工业革命的主要标志。4）第四次工业革命：智能化制造业的发展历程

20世纪60年代后，社会对产品的需求正从大批量产品转向多品种、小批量甚至单件产品上。产品性能的复杂化及功能的多样化，使制造系统开始由能量驱动型转变为信息驱动型，不仅要具备柔性，还要表现出智能性。传统制造技术计算机技术与科学人工智能新型的制造技术与系统智能制造技术智能制造系统智能制造产生的背景-1988年，美国纽约大学的怀特教授和卡内基梅隆大学的布恩教授出版了《智能制造》一书，首次提出了智能制造的概念，并指出智能制造的目的是使智能机器人在没有人工干预的情况下进行小批量生产。-1989年，布恩教授组织完成了首台智能加工工作站的样机。

智能制造的发展状况

-1991-1993年度，美国国家科学基金（NSF）着重资助了有关智能制造的诸项研究。-1990年，日本东京大学Furkawa教授等人正式提出了智能制造系统国际合作计划，并被日本立案为国际共同研究开发项目。

-2011年和2012年美国相继启动“先进制造业伙伴计划”（AMP）和“先进制造业国家战略计划”，推行“再工业化”和“制造业回归”。

智能制造的发展状况

在欧洲，2012年年初，德国提出了工业4.0(即第四次工业革命)战略，将工业4.0作为德国的国家战略，并设立专项资金支持该计划的实施。

在2013年的德国汉诺威工业博览会上，西门子展示了融合规划、工程和生产工艺以及相关机电系统于一体的工业4.0全面解决方案。

智能制造的发展状况

-2014年，日本实施名为“以3D打印造型技术为核心的产品制造革命”的大规模研究开发项目，加大企业开发智能制造技术的财政投入。-2014年，欧盟实施欧盟“2020地平线”计划，将智能型先进制造系统作为创新研发的优先项目。

智能制造的发展状况

-1989年，在“机械制造走向2000年——回顾、展望与对策”大会上，首次把智能制造系统提到议事日程上来。-1990年,华中理工大学首次组建智能制造学科组，开始从事IMS关键技术的预研工作。

-1991年,杨叔子教授等人首次提出智能制造技术是面向21世纪的制造技术。-2012年4月，科技部发布《智能制造科技发展“十二”专项规划》，发展目标是针对七大战略性新兴产业、传统制造业，实现设计过程智能化、制造过程智能化和制造装备智能化。

智能制造的发展状况-2015年5月，国务院印发《中国制造2025》，提出要以智能制造作为主攻方向，强化工业基础能力，提高综合集成水平，促进产业转型升级。-2016年8月，工信部、财政部联合制定《智能制造发展规划（2016-2020年）》，指出加快发展智能制造，是培育我国经济增长新动能的必由之路。

-2021年12月，工信部、发改委等八部门联合对外发布《“十四五”智能制造发展规划》，推动制造业实现数字化转型、网络化协同、智能化变革。

智能制造的发展状况智能制造的概念与范式目前国际和国内尚无统一准确的智能制造定义，《智能制造发展规划(2016—2020年)》给出描述性定义：智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。智能制造的概念

智能制造更新了自动化制造的概念，使其向柔性化、智能化、高度集成化扩展。

智能制造概念智能制造包括智能制造技术（IMT）与智能制造系统（IMS）。智能制造概念1、智能制造技术（IMT）

智能制造技术是指一种利用计算机模拟制造专家的分析、判断、推理、构思和决策等智能活动，并将这些智能活动与智能机器有机融合，使其贯穿应用于制造企业的各个子系统(如经营决策、采购、产品设计、生产计划、制造、装配、质量保证和市场销售等)的先进制造技术。智能制造概念2、智能制造系统（IMS）

智能制造系统是一种由部分或全部具有一定自主性和合作性的智能制造单元组成的、在制造活动全过程中表现出相当智能行为的制造系统。

其最主要的特征在于工作过程中对知识的获取、表达与使用。智能制造概念

根据知识来源，智能制造系统可分为两类：（1）非自主式制造系统——系统的知识由人类的制造知识总结归纳而来。（2）主式制造系统——在工作过程中不断自主学习、完善与进化自有的知识，具有强大的适应性以及高度开放的创新能力。智能制造概念制造过程智能化生产模式智能化经营模式智能化智能制造概念智能制造范式智能制造特点：数字化、网络化、智能化1、数字化制造数字化制造是在制造技术和数字化技术融合的背景下，通过对产品信息、工艺信息和资源信息进行数字化描述、集成、分析和决策，进而快速生产出满足用户要求的产品。智能制造的三个范式—实现生产全过程的集成和优化。—在产品方面，形成数控机床等“数字一代”创新产品;

—广泛数字化设计、建模和仿真方法及数字化装备;2、数字化网络化制造从本质上讲，就是“互联网+”制造，是在数字化制造的基础上实现网络化，应用工业互联网、工业云的技术实现联通和集成。智能制造的三个范式—在产品方面：产品实现网络连接,设计、研发实现协同与共享；—在制造方面：打通整个制造系统的数据流、信息流；—在服务方面：企业生产开始从以产品为中心向以用户为中心转型。3、数字化网络化智能化制造主要特征表现在制造系统具备了“认知学习”能力，制造领域的知识产生、获取、应用和传承效率将发生革命性变化，显著提高创新与服务能力，从根本上引领和推进第四次工业革命。智能制造的三个范式智能制造技术郑重说明课件制作不易，请尊重本课件制作者的知识产权，本课件仅限教学使用，不得发布到网上，不能拿来参加教学比赛、申报教学成果等！智能制造的特征智能工厂是实现智能制造的载体。1、智能工厂实现智能制造的利器：数字化、网络化的工具软件和制造装备。智能工厂中，借助于各种生产管理工具/软件/系统和智能设备，打通企业从设计、生产到销售、维护的各个环节，实现产品仿真设计、生产自动排程、生产过程监控、物料自动配送等智能化生产。智能制造内容计算机辅助工具计算机仿真工具工厂/车间业务与生产管理系统智能装备新一代信息技术CAX：CAD、CAE、CAPP、CAM物流仿真、工程物理仿真、工艺仿真ERP、MES、PLM、PDM物联网、云计算、大数据数控机床、机器人、3D打印机、智能检测与装配装备2、制造环节智能化互联网技术的普及促使制造业从“生产型”向“服务型”转变。企业只有领先于竞争对手完成数字化、网络化与智能化的转型升级，方能在瞬息万变的市场上立于不败之地。

智能制造内容实现智能制造，网络化是基础，数字化是工具，智能化则是目标。网络化网络化是指使用网络将工厂中的计算机系统、智能装备，甚至操作人员、物料、产品等连接起来，以实现设备与设备、设备与人、物料与设备之间的信息互通和良好交互。工业控制网络射频识别技术互联网大数据应用工业云服务企业协同制造产品远程诊断和维护智能制造内容数字化

——对产品物体特征、生产工艺、工厂布局进行辅助设计和仿真验证。常用软件：CAD、CAE、CAM、CAPP——对生产过程进行数字化管理CDDPDMPLM建立产品全生命周期数据集成和共享平台进行产品全生命周期管理管理产品相关信息智能制造内容数字化管理软件智能化—当前阶段：面向定制化设计，实现产品全生命周期的智能管理。—未来愿景：实现自组织生产。生产数据的透明化管理生产线的高度柔性产品本身的智能化智能制造内容需要实现：数字化通过产品的仿真验证网络化通过资源的动态配置与产品全程跟踪检测——实现个性化定制与柔性生产，提高了产品质量智能化将人工智能融入产品全生命周期——确保产品从设计到制造的一致性，节约开发成本、缩短开发周期——提高生产效率和产品核心竞争力智能制造内容3、网络互联互通智能制造的首要任务是信息的处理与优化，工厂内各种网络的互联互通则是基础与前提。实现面向企业的经营管理实现面向工厂/车间的生产管理实现面向生产制造过程的监视和控制实现面向生产制造过程的传感和执行智能制造内容4、端到端数据流

智能制造要求分布于各生产制造环节的系统实现互联互通，数据/信息交换要求从底层现场层向上贯穿至执行层甚至计划层网络，工厂/车间能够实时监视现场的生产状况与设备信息，根据获取的信息来优化和调整生产调度与资源配置。智能制造内容4、端到端数据流智能制造内容智能制造技术国家智能制造标准体系建设郑重说明课件制作不易，请尊重本课件制作者的知识产权，本课件仅限教学使用，不得发布到网上，不能拿来参加教学比赛、申报教学成果等！

智能制造系统架构

智能制造不仅是制造系统的智能化，还包括制造装备的智能化、产品的智能化、生产的智能化、管理的智能化和服务的智能化等方面。涵盖了产品从设计生产到服务整个生命过程。

“智能制造、标准先行”，标准化工作是实现智能制造的重要技术基础。

国家智能制造标准体系“三步法”原则横向集成纵向集成端到端集成系统架构

智能制造系统架构

生命周期是由设计、生产、物流、销售、服务等一系列相互联系的价值创造活动组成的链式集合。

生命周期中各项活动相互关联、相互影响。不同行业的生命周期构成不尽相同。（1）生命周期（端到端集成）产品活动

智能制造系统架构（2）纵向集成（系统层级）企业内部设备层

感知和操控物理流程单元层

监测和控制物理流程的层级车间层实现面向工厂/车间的生产管理企业层实现面向企业的经营管理协同层实现跨企业间业务协同

智能制造系统架构资源要素互联互通融合共享系统集成新兴业态生产时所需要使用的资源或工具及其数字化模型（3）横向集成企业外部

智能制造系统架构资源要素之间的数据传递与参数语义交换信息协同共享装备、生产线、车间、智能工厂之间,系统之间的数据交换和功能互连基于物理空间不同层级资源要素和数字空间集成与融合的数据、模型及系统国家智能制造标准体系“三步法”原则的第二步智能制造系统架构生命周期、系统层级智能装备智能工厂智能服务工业软件大数据、工业互联网关键技术标准基础共性标准行业应用标准智能特征维度

智能制造系统架构智能制造标准化体系框架第三步，结构分解细化对A、B的标准进行细化并落实BD和BE打通物理世界和信息世界支撑B、C智能制造的发展

智能制造的发展首先离不开工业机器人的发展，要求人和机器之间能够相互理解、相互感知、相互帮助，自然交互并保障彼此的安全。1、人机协作人机协作将成为下一代机器人的本质特征，人机协作的工作方式将在各个领域发挥越来越大的作用。

高端装备制造业是决定着整个产业链的战略性新兴产业，是我国的七大新兴产业之一，处于价值链的高端和产业链的核心环节。2、高端装备

大力培育和发展高端装备制造业，是提升我国制造业核心竞争力的必然要求，对于实现由制造业大国向强国的转变具有重要的战略意义。智能制造的发展——用户全程参与产品的各个环节，为消费者提供更加人性化的服务（1）产品的智能化——产品能被自动化生产线有效地识别、定位、追溯（2）制造装备的智能化——智能机械手、智能传感器、智能机床到智能生产线、智能工厂（3）生产方式的智能化——智能工厂完全按照消费者的个性化需求进行自动生产（4）管理的智能化——企业借助工业大数据更加科学、高效、灵活、便捷地管理企业（5）服务的智能化3、产业升级智能制造的发展

信息技术使不同环节的企业间得以实现信息共享，实现全球分散化生产。4、跨界融合

在智能制造时代，传统的集中式生产将向协同生产转变，企业之间的边界日益模糊，跨界融合将成为一种常态。智能制造的发展

我国制造业现状是“2.0补课，3.0普及，4.0示范”，要想实现智能制造必须2.0、3.0、4.0并行发展，既要在改造传统制造方面“补课”，又要在绿色制造、智能升级方面“加课”。我国制造业现状2015年，我国出台《中国制造2025》，把智能制造作为主攻方向，以期实现由制造大国向制造强国的跨越。目前，国内智能制造水平相比发达国家还存在较大差距，制造业面临全面升级改造。智能制造技术主讲教师：陈红梅智能制造发展现状郑重说明课件制作不易，请尊重本课件制作者的知识产权，本课件仅限教学使用，不得发布到网上，不能拿来参加教学比赛、申报教学成果等！我国制造业现状是“2.0补课，3.0普及，4.0示范”，要想实现智能制造必须2.0、3.0、4.0并行发展，既要在改造传统制造方面“补课”，又要在绿色制造、智能升级方面“加课”。我国制造业现状使用继电器、电气自动化来控制机械制造装备,但各生产环节和制造装备都是“信息孤岛”,生产管理系统与自动化系统信息不贯通,甚至企业尚未使用ERP系统或MES进行生产信息化管理。我国许多中小企业都处于此阶段。1、2.0实现“电气化与自动化”生产我国制造业现状广泛应用电子与信息技术,使得制造过程的自动化控制程度大幅度提高。使用网络化的基于PC、PLC或单片机的制造装备,因此制造装备具有一定智能功能(如标识与维护、诊断与报警等)，采用ERP系统和MES进行生产信息化管理，初步实现了企业内部的横向集成与纵向集成。2、3.0实现“信息化”生产我国制造业现状利用信息通信技术实现工厂中所有信息基础设施(包括智能制造装备、操作人员、物料、半成品和成品)的高度互联互通,借助计算机软件工具实现产品数字仿真设计及快速实体化“虚拟”实现,借助生产管理软件实现产品全生命周期和全制造流程数字化管理,利用互联网、云计算、大数据实现价值链企业协同生产、产品远程维护智能服务等,形成高度灵活、小规模、个性化的产品与服务新模式3、4.0实现“智能化”生产我国制造业现状对于制造企业而言,应着手完成传统生产装备网络化和智能化的升级改造，以及生产制造工艺数字化和生产过程信息化的升级改造。对于装备供应商和系统集成商，应加快实现安全可控的智能装备与工业软件的开发和应用，以及提供智能制造顶层设计与全系统集成服务。我国制造业现状2015年，我国出台《中国制造2025》，把智能制造作为主攻方向，以期实现由制造大国向制造强国的跨越。目前，国内智能制造水平相比发达国家还存在较大差距，制造业面临全面升级改造。我国制造业现状智能制造的发展趋势

智能制造的发展首先离不开工业机器人的发展，要求人和机器之间能够相互理解、相互感知、相互帮助，自然交互并保障彼此的安全。1、人机协作人机协作将成为下一代机器人的本质特征，人机协作的工作方式将在各个领域发挥越来越大的作用。

高端装备制造业是决定着整个产业链的战略性新兴产业，是我国的七大新兴产业之一，处于价值链的高端和产业链的核心环节。2、高端装备

大力培育和发展高端装备制造业，是提升我国制造业核心竞争力的必然要求，对于实现由制造业大国向强国的转