智能制造（IMS及绿色制造（GM）.ppt

1、1,智能制造 (IM)及 绿色制造（GM）,2,是否能改变这一现状？,一、智能制造的提出,3,1.定义 智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思。和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造包括智能制造系统（IMS)和智能制造技术(IMT) 。,二、智能制造简介,4,2.智能制造主要研究内容,智能制造主 要研究内容,智能制造理论 和系统设计技术,智能制造单 元技术的集成,智能机器的设计,智能设计,智

2、能工艺 过程编程,加工过程的 智能控制,智能质量控制,生产与经营 的智能决策,智能监测诊 断及补偿,生产过程的 智能调度,5,3.智能制造系统的特点,智能制造系统的特点,自组织能力,自律能力,自学习和自维护能力,整个制造系统的智能集成,人机一体化智能系统,虚拟现实,6,4.国内外发展状况,7,三.智能制造的技术支撑,智能制造的支撑技术,人工智能技术,并行工程技术,虚拟制造技术,信息网络技术,8,人工智能是“人工”和“智能”的有机结合，是智能制 造的基础。,智能,人工,人工智能,1. 人工智能技术,9,智能体能够对外界的刺激作出反应，并能产生相应的调整、自我管理、自主活动并能与其他智能体交互协作

3、，且具有学习能力。,智能体特征,主动性,反应性,社会性,进化性,自治性,智能体是人工智能领域中一个很重要的概念。任何独立的能够思想并可以同环境交互的实体都可以抽象为智能体。,10,每一个子系统都可以看作是一个智能体,制造系统,车 间 控 制 系 统,产 品 规 划 控 制 系 统,任 务 协 调 系 统,任 务 执 行 系 统,机 械 控 制 系 统,任 务 计 划 系 统,11,人工智能的实现,实现方法,工程学法,模拟法,采用传统编 程技术实现,模拟人或生物 的特性实现,复杂、繁琐、易错,有学习性且易于适 应环境,12,并行工程是一种基于平行任务的工作方法，它 引用了一种方法，在产品开发过程

4、中把设计工程功 能，制造工程功能，以及其他的功能综合起来，相 互协调，以节省必须的时间将产品投放市场。,2.并行工程技术简介,13,并行工程的各个内在环节是相互联系的,需求 分析,市场 分析,销售 服务,制造 运行,工艺 规划,14,并行工程环境下的铸造CAD/DAE系统框图,15,什么是虚拟制造？虚拟制造”是近几年由美国首先提出的一种全新概念。美国空军Wright实验室的定义为：“虚拟制造是仿真、建模和分析技术及工具的综合应用，以增强各层制造设计和生产决策与控制 ”。,3.虚拟制造技术简介,16,虚拟生产系统约束,仿真模型,仿真结果,生产系统,生产结果,仿真分析,生产实施,建模,比较 评估,

5、实际生产系统约束,虚拟制造和实际制造的关系,17,虚拟制造技术应用广泛,18,虚拟机床模拟加工,19,物料在螺旋输送机内流动仿真,20,从广义概念上来理解，计算机集成制造系统，柔性制造等可以看作是智能制造应用的例子。,三.智能制造的应用,21,柔性制造系统（FMS）就是把 若干台数控加工系统 物料搬运系统 上下工件系统（回转式托盘和工业机器人）、 立体仓库、 优化调度管理（信息控制） 集成起来，形成较完整的加工、装卸、运输、管理 的系统，它具有监视、诊断、修复、自动转换加工 产品品种的功能。,22,FMS的构成框图,柔性制造系统,物流系统,加工系统,信息物流系统,贮存,输送,搬运,过程控制,过

6、程监视,以任意顺序 自动加工各 种工件并能 自动更换刀 具,自动地 任意存 取加工 对象,自动地 按可变 节拍连 接个加 工装置,加工系 统与输 送系统 之间自 动连接,加工系 统和物 流系统 的自动 控制,实现在 线数据 的自动 采集和 处理,23,柔性制造系统,24,高精度数控机床CNC,25,自动化制造系统是柔性制造中非常重要的。 自动导引小车AGV,26,机器手臂,27,自动化立体仓库,28,将各种不同的生产技术集成在一个系统中就形成了自动化生产系统，这种生产系统或（生产线）可以提高质量缩短循环周期、节省制造成本和人力、增加安全性。,29,智能制造技术可应用于柔性制造系统过 程监控及智

7、能化故障诊断。,刀具工作状态 检测与预警,加工工件质量检 测与误差补偿,加工设备转台监 控与故障诊断,加工过程状态监 控与故障诊断,智能化过程监控及智 能化故障诊断内容,30,智能监控,31,柔性制造系统的优点显而易见,32,四、绿色制造,1、绿色制造的概念及特点 绿色制造（Green Manufacturing-GM）是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标使得产品从设计、制造、包装、运输、回收、的整个生命周期中对环境负面影响最小、资源利用率最高。其特点如下：,33,绿色制造是三个领域方面的问题的交叉： （1）制造问题 （2）环境问题 （3）资源问题。,制造问题,环境问题,资源

8、问题,绿色制造,2、绿色制造的问题领域,34,3.绿色制造研究的内容体系,绿色制造研究的内容体系,绿色制造的理论体系和总技术,绿色制造的专题技术,绿色制造的支撑技术,绿色制造的理论体系,绿色制造的多生命周期工程,绿色制造系统,绿色制造的物能资源系统,绿色设计技术,绿色材料的选择技术,绿色包装技术,绿色处理技术,绿色制造的数据库和知识库,制造系统环境影响评估系统,绿色ERP管理模式和绿色供应链,绿色制造的实施工具,35,（1）ISO1400环境管理系统 1993年6月，ISO成立了第207技术委员会 （TC207）专门负责环境管理工作，ISO中央 秘书处为TC207预留了100个标准号，标准号

9、为IS014001ISO14100，统称为ISO1400系 列标准。1996年9月，出台了两个国际标准 ISO14001和ISO14004标准，这是环境管理 体系标准化发展的一个重要里程碑。,4、绿色制造环境标志和立法,36,ISO1400国际环境标准的基本框架,37,（2）环境标志 德国是最先使用环境标志的国家，自1978年采用了著名的“蓝色天使（blue angle）”环境标注，目前有20多个国家设计推广了环境标志计划。,德国的“蓝色天使” 加拿大的“环境选择”,38,日本的“生态标志” 北欧的“北欧天鹅“,美国的“绿色封” 中国的“环“,39,五、绿色产品,1.绿色产品的定义及特点 绿色

10、产品（Green Product），目前尚无公认的 权威定义，但绿色产品应该符合以下几个方面 在其生命周期中、符合特定的环保要求，对人体 无害，对环境无影响或影响极小。 产品结构尽量简单而不降低功能，节约材料能源。 在其使用寿命结束后，其零部件能翻新、回收、重用或者安全处理掉。,40,2.典型的绿色产品 （1）绿色汽车 绿色汽车是一种以无污染能源替代普通汽油为燃 料汽车，如丰田公司推出的马自达HR-X8汽车，以 液氢替代汽油，不产生二氧化碳和其它污染物。 以氢转子发动机推动的马自达HR-X8汽车,41,（2）绿色物流装备 电瓶叉车,42,圆管带式输送机,全封闭厢式货车,43,3.绿色产品评价指

11、标体系 评价体系从环境属性、能源属性、资源属 性、经济属性四个方面对产品进行评价。,绿色产品评价指标体系,环境属性,能源属性,资源属性,经济属性,生态破坏 物质性污染 物理因素引起的污染,能源类型 能源利用率等,材料资源 设备资源 人力资源 信息资源,设计成本 生产成本 使用成本 维护成本 回收处理成本,44,六、绿色制造的专题技术,1. 绿色制造专题技术包含的内容 绿色制造专题技术主要包括绿色材料的选择、绿色设计、绿色加工工艺、绿色包装、绿色回收等。 以物流装备的生命周期绿色制造技术为例：,45,2.绿色材料 的选择 （1）材料选 择的原则应 考虑三个方 面的因素: 技术性原则 经济性原则

12、环境性原则,绿色制造的材料选择原则,技术性原则,经济性原则,环境性原则,材料力学性能,材料物理性能,材料化学性能,材料的价格,材料的加工费用,材料的回收处理费用,环境成本,现有材料生产供应情况,减少材料的品种和规格,材料资源的丰富程度,材料的回收和重用性能,材料开采提炼消耗的能量,材料的毒害性,46,（2） 面向环境的材料选择流程图,初步的工程计算和经验判断,初选材料A,初选材料B,初选材料C,制造成本,材料要求,材料属性,几何形状,环境费用,总费用计算,零件（材料A）总费用,零件（材料B）总费用,零件（材料C）总费用,选择费用最少的材料,材料选择结果,制造工艺选择,生命周期分析,47,3.绿

13、色设计技术 绿色设计是绿色制造的基础，要求产品生产在设计阶段要考虑如何使资源得到最佳的利用、能源消耗最小、污染最小、生态效益最佳， 同时还要保证技术的先进性。 （1）绿色设计的内容,产品的 绿色设计,绿色材料的 选择与管理,产品的 可回收 性设计,产品的 可拆卸 性设计,绿色产品 的成本分析,绿色产品 设计数据库,48,(2)绿色设计应考虑的环境、成本、制造的关系,费用,49,（3）绿色设计的方法 绿色设计的方法主要有以下三种： 生命周期设计方法 并行工程方法 模块化设计方法,50, 生命周期设计方法 如产品生命周期设计轮图所示，外圈是产品的评价函数所应考虑是因素，内圈是设计的各个环节。,51

14、,产品的生命周期图,制造,使用,电力,原材料的提取,材料的加工流通,岗位使用,“垃圾” 热量 废料 废水,52,并行工程方法 与传统的设计比较，并行设计实现了各环节间的信息交流与反馈，在每次决策都从优化产品生命周期的角度考虑，消除了设计过程中的反复修改。,53,绿色产品并行闭环设计流程图,绿色设计,可拆卸性、回 收性等评价,环境、经 济性评价,绿色设计 的材料库,环境数 据库,结构图库,绿色设计数据库,环境特征信息,评价结果,54,模块化设计 模块化设计科在三个不同层次上进行，即模块化产品系统设计、模块系统设计和模块化产品设计。 下图为模块化产品设计过程。,55,用户需求,定义参数,系列型谱制

15、定,模块选择,模块组合,分析计算,满意否,数据及图形库,优化设计软件包,机械零件设计软件包,有限元分析软件包,N,Y,结束,56,（1）绿色加工工艺的内容及开发策略 绿色加工工艺是指既能提高经济效益，又能减少环境影响的工艺。其开发策略主要包括以下几种： 优化、改进现有工艺。 开发替代工艺技术。 开发新型工艺。如干式切削工艺、冷扩展技术、快速原型制造技术等。,3.绿色加工工艺技术,57,绿色干式切削技术 切削液对环境污染严重， 直接危害工人的身体健康， 容易引起呼吸道和皮肤病， 干式切削技术是一种不采用 或采用少量切削液的切削技 术。,（2）典型新型绿色加工工艺,58,新西兰Solid Conc

16、epts Inc.公司数字化生 产、加工、及注塑成型技术。,快速原型制造技术。,59,(1)绿色包装的内涵3R1D原则： 3R： 实行包装减量化（reduce） 包装应利于重复利用（reuse） 包装应易于回收再生（recycle） 1D: 包装废弃物可以降解腐化（degradable）,4.绿色包装技术,60,（2）绿色包装材料的分类 绿色包装材料大致可分为三类： 可回收处理再造材料，如金属材料、玻璃材料、可降解材料等； 可自然风化回归自然的材料，如纸制品材料、可食性材料等； 可焚烧不污染大气且可能量再生材料，如复合材料和高分子材料等。,61,美国一家公司利用菌类和谷物颗等制造的包装材料，易于降解回收，对环境基本无污染。,62,物流装备的绿色处理需要在产品进行初始设计时，就应充分考虑产品、零部件及材料的可回收性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理工艺性等与可回收性有关的一系列问题 。,5.绿色回收技术,63,发达国家垃圾处理情况,再生,焚化,填埋,奧地利,比利时,加拿大,丹 麦,芬 兰,法 国,德 国,日 本,荷 兰,挪 威,瑞 典,瑞 士,英 国,美 国,64,（1）再制造的定义 再制造是使报废的产品