智能制造概论和技术共31页文档
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《智能制造技术导论》2.1-智能制造系统概述
2024/3/11
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智能制造技术导论
第二章 智能制造系统
The End
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智能制造技术导论
2024/3/11
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智能制造技术导论
第二章 智能制造系统
二、智能制造系统架构
智能制造系统架构通过生命周期、系统层级和智能功能三个维度
构建完成，主要解决智能制造标准体系结构和框架的建模研究。
2024/3/11
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智能制造技术导论
第二章 智能制造系统
2024/3/11
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图 2-1 智能造系统架构
智能制造技术导论
工业和信息化精品系列教材——智能制造技术
智能制造技术导论
2024/3/11
第二章 智能制造系统
第二章 智能制造系统
第一节 智能制造系统概述
第二节 智能制造系统的自动化 第三节 智能制造系统的信息化 第四节 典型案例
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智能制造技术导论
2024/3/11
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第二章 智能制造系统
1 第一节
智能制造系统的概述
3. 智能功能
智能功能包括资源要素、系统集成、互联互通、信息融合和新兴业态等五层。
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智能制造技术导论
第二章 智能制造系统
4. 示例解析
智能制造系统架构通过三个维度展示了智能制 造的全貌。为更好的解读和理解系统架构，以 可编程逻辑控制器、工业机器人和工业互联网 为例，分别从点、线、面三个方面诠释智能制 造重点领域在系统架构中所处的位置及其相关 标准。
智能制造技术导论
2024/3/11
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第二章 智能制造系统
智能制造系统的定义 智能制造系统架构 智能制造系统特点 智能制造系统典型特征
智能制造PPT课件
《德国2020高技术战略》发布，并重点推 出11个“未来项目”
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、构建新的商业模式的产官学一体的项目。“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。
智能制造
目录
1、智能制造的概述 2、智能制造的发展现状及趋势 3、智能制造关键技术 4、智能制造应用案例
1.智能制造概述
智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）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。
智能制造关键技术：工业互联网
智能制造关键技术：云计算
• 云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡）、热备份冗余等传统计算 机和网络技术发展融合的产物。
智能制造关键技术：工业大数据
• 工业大数据的典型应用包括产品创新、产品故障诊断与预测、工业生产线物联网分析、工业企业供应链 优化和产品精准营销等诸多方面。
智能制造技术
• IMS 是智能技术集成应用的环境, 也是智能制造模式展现的载体。IMS 理念建立在自组织、分布自治和 社会生态学机制上, 目的是通过设备柔性和计算机人工智能控制, 自动地完成设计、加工、控制管理过程, 旨在解决适应高度变化的环境制造的有效性。
智能制造概论 模块二 智能制造关键技术
8
1.2 构建赛博物理系统模型
一、赛博物理系统组件及其协同模型 赛博物理系统基本组件包括传感器、执行器和决策控制单元，以及闭环反
馈控制结构构成基本功能逻辑单元，执行CPS最基本的监测和控制功能。
《智能制造概论》
9
1.2 构建赛博物理系统模型 一、赛博物理系统组件及其协同模型
在基于事件驱动 的CPS行为模型中， 实现CPS系统组件 的协调。
《智能制造概论》
13
1.2 构建赛博物理系统模型 三、赛博物理系统调度模式
（二）编程模式 在管理模式下的编程模式
《智能制造概论》
14
1.2 构建赛博物理系统模 型 三、赛博物理系统调度模式 （三）完成调度考虑因素 在数字化车间中，CPS系统完成调度考虑因素主要有四条：
■ 1考虑物理过程连续性、并发性与计算过程的离散型、及顺序性的本质区别。
《智能制造概论》
11
1.2 构建赛博物理系统模型 三、赛博物理系统调度模式 （一）管理模式
《智能制造概论》
12
1.2 构建赛博物理系统模型 三、赛博物理系统调度模式
（二）编程模式 对无线传感网节点操作系统来说，很重要的问题是如何有效利用系统资源
来管理当前任务。当前的节点操作系统任务管理模型分为事件驱动系统和多线 程系统两类。
工业互联网标识解析体系国家顶级节点日均解析量突破4000万次，二级节点的 数量达到158个，覆盖25个省、自治区、直辖市，标识注册总量近600亿。
分享时刻： 请留心看一看生活学习的地方有没 有用到5G基站，谈一谈互联网技术 进步有哪几个阶段，为生产生活带 来了哪些便利？
《智能制造概论》
33
储备知识
《智能制造概论》
智能制造技术1-概述
37 2016-12-30 Page No. 37
1.1 我国工业化和制造业的概述
中国社会科学院经济学部主任陈佳贵等人撰写的《中国 工业化报告（2009）》提出以下几点值得注意：
1）2000年，中国工业现代化水平的综合指数范围为21~31 。
2）2004年，中国工业现代化水平的综合指数范围为31~41 ，实际计算结果为36.7。这表明我国整体工业的现代 化水平已经超过世界最先进水平的1/3，我国工业现代 化的进程已完成了1/3的历程。
智能制造概论 第一章
先进制造工程学院
一、概项目论介之绍概述
1、学校依托我院正在做什么：
●面向工业4.0和“中国制造2025”的工业发展前景，拟 建集成先进设计、柔性制造、智能检测、质量监控和制造信 息化的开放性、可重组的典型生产环境。
● 构建一个能展现从机械制造基础到智能制造系统训练 为主的生产现场，为学生掌握典型机械产品设计与制造工艺 技术提供必备的实践教学环境。
电力、计算机制造和纺体工业的现代化水平；
42 2016-12-30 Page No. 42
7
1.1 我国工业化和制造业的概述
医药、通信设备制造、汽车、食品和造纸这5个工业行业， 与我国工业整体现代化水平大体相当，基本完成了1/3强的
现代化历程； 排在最后的是机床工具工业、水泥工业和煤炭工业，其 现代化水平不仅低于我国整体工业现代化水平，甚至还未 达到世界先进水平的30%，没有完成现代化进程的1/3路程。
的诞生。
2016-12-30 Page No. 33
二、第二次产业革命：1879-1945
1）又称为：电气革命。 2）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、电
机（西门子）等电气化产品。 3）制造业肇始了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理
1.1 我国工业化和制造业的概述
中国社会科学院经济学部主任陈佳贵等人撰写的《中国 工业化报告（2009）》提出以下几点值得注意：
1）2000年，中国工业现代化水平的综合指数范围为21~31 。
2）2004年，中国工业现代化水平的综合指数范围为31~41 ，实际计算结果为36.7。这表明我国整体工业的现代 化水平已经超过世界最先进水平的1/3，我国工业现代 化的进程已完成了1/3的历程。
智能制造概论 第一章
先进制造工程学院
一、概项目论介之绍概述
1、学校依托我院正在做什么：
●面向工业4.0和“中国制造2025”的工业发展前景，拟 建集成先进设计、柔性制造、智能检测、质量监控和制造信 息化的开放性、可重组的典型生产环境。
● 构建一个能展现从机械制造基础到智能制造系统训练 为主的生产现场，为学生掌握典型机械产品设计与制造工艺 技术提供必备的实践教学环境。
电力、计算机制造和纺体工业的现代化水平；
42 2016-12-30 Page No. 42
7
1.1 我国工业化和制造业的概述
医药、通信设备制造、汽车、食品和造纸这5个工业行业， 与我国工业整体现代化水平大体相当，基本完成了1/3强的
现代化历程； 排在最后的是机床工具工业、水泥工业和煤炭工业，其 现代化水平不仅低于我国整体工业现代化水平，甚至还未 达到世界先进水平的30%，没有完成现代化进程的1/3路程。
的诞生。
2016-12-30 Page No. 33
二、第二次产业革命：1879-1945
1）又称为：电气革命。 2）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、电
机（西门子）等电气化产品。 3）制造业肇始了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理
智能制造技术 ppt课件
智能制造技术组成
主要包括：
新型传感技术 模块化、嵌入式控制系统设计技术 先进控制与优化技术 系统协同技术 故障诊断与健康维护技术 高可靠实时通信网络技术 功能安全技术 特种工艺与精密制造技术 识别技术
智能制造技术特征
02
以关键制造环节智能化为核心，以端到端数据流为基础、以网络互联为支撑 端到端数据流 ：打破原有的业务流程与过程控制流程相脱节的局面让底层的制造现场的信息能实时向上贯穿到计划层，使得工厂、车间能够实时监视现场的生产状况与设备信息，并根据获取的信息来优化生产调度与资源配置。
智能制造技术重要性
智能制造技术的应用
05
01
全自动焊接生产线
02
6杆并联运动机床
03
04
05
06
07
08
09
机器人双机搬运
冲压搬运机器人
工业机器人码垛
机器人椅脚自动抛光
加工中心集成机器人
德国机床全自动化
智能制造技术的应用
水路两用蛇形机器人
与传统制造区别
06
Hale Waihona Puke 发生问题人根据经验分析问题
人根据经验调整5个要素
解决问题
人积累经验
传统制造运行逻辑
材料 机器 方法 测量 维护
智能制造运行逻辑
怎么实现智能化制造
07
怎么实现智能化制造
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：使用相同或不同的网络将工厂/车间中的各种计算机管理软件、智能装备连接起来，以实现设备与设备之间、设备与人之间的信息互通和良好交互。 数字化：指借助于各种计算机工具，一方面在虚拟环境中对产品物体特征、生产工艺甚至工厂布局进行辅助设计和仿真验证，例如我们使用CAD进行产品二维、三维设计，另一方面，对生产过程进行数字化管理， 智能化：可分为两个阶段，当前阶段是面向定制化设计，支持多品种小批量生产模式，通过使用智能化的生产管理系统与智能装备，实现产品全生命周期的智能管理，未来愿景则是实现状态自感知、实时分析、自主决策、自我配置、精准执行的自组织生产。这就要求首先实现生产数据的透明化管理，各个制造环节产生的数据能够被实时监测和分析，从而做出智能决策，并且智能化系统要能接受企业最高领导层的决策(BI)，及有突发情况要能接受人工干预（手动@流浪地球MOSS），此外，还应提升产品本身的智能化，如提供友好的人机交互、语言识别、数据分析等智能功能，并且生产过程中的每个产品和零部件是可标识、可跟踪的，甚至产品了解自己被制造的细节以及将被如何使用
主要包括：
新型传感技术 模块化、嵌入式控制系统设计技术 先进控制与优化技术 系统协同技术 故障诊断与健康维护技术 高可靠实时通信网络技术 功能安全技术 特种工艺与精密制造技术 识别技术
智能制造技术特征
02
以关键制造环节智能化为核心，以端到端数据流为基础、以网络互联为支撑 端到端数据流 ：打破原有的业务流程与过程控制流程相脱节的局面让底层的制造现场的信息能实时向上贯穿到计划层，使得工厂、车间能够实时监视现场的生产状况与设备信息，并根据获取的信息来优化生产调度与资源配置。
智能制造技术重要性
智能制造技术的应用
05
01
全自动焊接生产线
02
6杆并联运动机床
03
04
05
06
07
08
09
机器人双机搬运
冲压搬运机器人
工业机器人码垛
机器人椅脚自动抛光
加工中心集成机器人
德国机床全自动化
智能制造技术的应用
水路两用蛇形机器人
与传统制造区别
06
Hale Waihona Puke 发生问题人根据经验分析问题
人根据经验调整5个要素
解决问题
人积累经验
传统制造运行逻辑
材料 机器 方法 测量 维护
智能制造运行逻辑
怎么实现智能化制造
07
怎么实现智能化制造
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：使用相同或不同的网络将工厂/车间中的各种计算机管理软件、智能装备连接起来，以实现设备与设备之间、设备与人之间的信息互通和良好交互。 数字化：指借助于各种计算机工具，一方面在虚拟环境中对产品物体特征、生产工艺甚至工厂布局进行辅助设计和仿真验证，例如我们使用CAD进行产品二维、三维设计，另一方面，对生产过程进行数字化管理， 智能化：可分为两个阶段，当前阶段是面向定制化设计，支持多品种小批量生产模式，通过使用智能化的生产管理系统与智能装备，实现产品全生命周期的智能管理，未来愿景则是实现状态自感知、实时分析、自主决策、自我配置、精准执行的自组织生产。这就要求首先实现生产数据的透明化管理，各个制造环节产生的数据能够被实时监测和分析，从而做出智能决策，并且智能化系统要能接受企业最高领导层的决策(BI)，及有突发情况要能接受人工干预（手动@流浪地球MOSS），此外，还应提升产品本身的智能化，如提供友好的人机交互、语言识别、数据分析等智能功能，并且生产过程中的每个产品和零部件是可标识、可跟踪的，甚至产品了解自己被制造的细节以及将被如何使用
智能制造课件
智能制造课件智能制造已成为现代制造业发展的重要方向，它通过融合先进的传感技术、自动化控制系统和信息技术，实现了生产过程的智能化和自动化。
智能制造课件旨在帮助学生了解智能制造的基本概念、原理和应用，并培养其在智能制造领域的思维能力和创新意识。
一、智能制造概述智能制造是将先进的传感、控制和信息技术应用于整个制造过程，实现制造过程的智能化和自动化。
它通过将物理世界与数字世界相融合，实现了生产系统的高效性、灵活性和可持续发展。
二、智能制造的核心技术1. 传感技术：传感器是智能制造的重要组成部分，它能够将物理量转化为电信号，并传输给控制器进行处理。
传感技术的发展使得制造过程中的各种参数能够实时监测和控制，从而提高生产的精度和稳定性。
2. 自动化控制系统：自动化控制系统负责对生产过程进行监控和控制，它能够根据传感器的反馈信息，实现对生产过程的自动调节和优化。
自动化控制系统在智能制造中起到了关键的作用。
3. 信息技术：信息技术在智能制造中扮演着连接各个环节的重要桥梁。
通过信息技术的支持，制造过程中的各种数据能够实时采集、传输和分析，从而实现对生产过程的全面监控和优化。
三、智能制造的应用领域智能制造已经在各个领域得到了广泛的应用，例如汽车制造、航空航天、电子产品制造等。
智能制造能够大幅提高生产效率、降低生产成本，并且能够实现个性化定制和灵活生产，更好地满足市场需求。
四、智能制造的未来发展趋势1. 大数据和人工智能的应用：随着大数据和人工智能技术的不断发展，智能制造将进一步实现对各环节的数据分析和智能决策，从而实现更高效、更精准的生产过程。
2. 人-机协作：未来智能制造将更加注重人与机器的协作，人们将成为智能制造系统的重要组成部分，发挥其创造力和创新能力。
3. 网络化生产：智能制造将与互联网深度融合，构建起一个全球性的智能制造网络，实现资源的共享与优化配置。
结语智能制造课件通过介绍智能制造的概念、原理和应用，帮助学生了解智能制造技术的发展趋势与前景，以及对个人和社会的影响。
智能制造技术概述(PPT 29页)
感 知：各种智能传感器，智能仪表 测控网络：通过计算机实时网络技术实现感知到的信
息的收集、传输、管理、使用的技术。 研究目标：研究微型多功能集成智能传感器与传输技
术，RFID和物联网智能终端技术；开发基 于工业总线的即插即用技术和实时网络操 作系统，开发基于M2M和制造物联网的 产品设计 、生产、管理和服务技术。
2.2.3 面向制造的综合推理技术
制造过程中的推理：制造过程中的推理是不确定、不 精确、不完整的推理问题。
研究目标：建立不确定、不精确、非完整信息的分 布/混合推理技术；研究抽象代数、计算 几何、微分几何在数控加工、自动装配、 逆向工程、机器视觉、形位测量与误差评 定中的应用。
2.2.4 图形化建模与仿真技术
智能制造是人类的智慧向制造装备转移的过程。
？
1.2 智能制造的技术体系
制造智能： 感知与测控网络 机器学习与制造知识发现 面向制造的综合推理 图形化建模与仿真 智能全息人机交互
智能制造设备： 工况感知与智能识别 性能预测与智能维护 智能规划与智能编程 智能数控与伺服驱动
智能制造系统： 系统建模与自组织 智能制造执行系统 智能企业管控 智能供应链管理 流程智能控制
内 容：数控功能的提高，如视觉伺服功能、力反馈与 力/位反馈混合控制功能、振动控制功能、负荷控制功 能、质量调控功能、伺服参数和插补参数自调整功能、 各种误差补偿功能等。
研究目标： 完善伺服控制技术，实现系统参数自动识别、控制参数
自动配置、多轴参数的自动优化、振动主动控制； 完善基于视觉感知的伺服控制，实现防碰撞技术，实现
算； 互联网、物联网及射频识别技术（RFID，电子标签） 数学：数理逻辑、数学机械化、随机过程与统计分析、运
筹与决策分析、计算几何、非线性系统动力学等
息的收集、传输、管理、使用的技术。 研究目标：研究微型多功能集成智能传感器与传输技
术，RFID和物联网智能终端技术；开发基 于工业总线的即插即用技术和实时网络操 作系统，开发基于M2M和制造物联网的 产品设计 、生产、管理和服务技术。
2.2.3 面向制造的综合推理技术
制造过程中的推理：制造过程中的推理是不确定、不 精确、不完整的推理问题。
研究目标：建立不确定、不精确、非完整信息的分 布/混合推理技术；研究抽象代数、计算 几何、微分几何在数控加工、自动装配、 逆向工程、机器视觉、形位测量与误差评 定中的应用。
2.2.4 图形化建模与仿真技术
智能制造是人类的智慧向制造装备转移的过程。
？
1.2 智能制造的技术体系
制造智能： 感知与测控网络 机器学习与制造知识发现 面向制造的综合推理 图形化建模与仿真 智能全息人机交互
智能制造设备： 工况感知与智能识别 性能预测与智能维护 智能规划与智能编程 智能数控与伺服驱动
智能制造系统： 系统建模与自组织 智能制造执行系统 智能企业管控 智能供应链管理 流程智能控制
内 容：数控功能的提高，如视觉伺服功能、力反馈与 力/位反馈混合控制功能、振动控制功能、负荷控制功 能、质量调控功能、伺服参数和插补参数自调整功能、 各种误差补偿功能等。
研究目标： 完善伺服控制技术，实现系统参数自动识别、控制参数
自动配置、多轴参数的自动优化、振动主动控制； 完善基于视觉感知的伺服控制，实现防碰撞技术，实现
算； 互联网、物联网及射频识别技术（RFID，电子标签） 数学：数理逻辑、数学机械化、随机过程与统计分析、运
筹与决策分析、计算几何、非线性系统动力学等
智能制造概论
C=εA/d A
（2-11）
d
ε
《智能制造概论》
2.2.4 压阻式传感器 1.压阻效应
单晶硅材料在受力作用后，电阻率将随作用力而
变化，这种物理现象称为压阻效应。半导体材料电阻
的变化率ΔR/R主要由Δρ/ρ引起，即取决于半导体
材料的压阻效应，所以可以用下式表示
R R
(2-12)
式中π为压阻系数；σ为压应力；ρ为半导体材料的
漂移指在一定时间间隔内，传感器的输出存在着 与被测输入量无关的，不需要的变化。漂移常包括零 点漂移和灵敏度漂移，每一种又可分为时间漂移（简 称时漂）和温度漂移（简称温漂）。时漂是指在规定 的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化；温漂是 指由周围温度变化所引起的零点或灵敏度的变化。
《智能制造概论》
传感器的零漂可表示为： 零漂 Y0 100%
a) 丝式
b) 箔式
12 3 1 电极 2 半
《智能制造概论》
2.2.3 电容式力及压力传感器
1.电阻应变效应
电容式传感器的基本工作原理可以用图所示的平 板电容器来说明，设两极板相互覆盖的有效面积为A(m2) 两 极板间的距离为 d(m) ，极板间介质的介电常数为 ε(F•m-1)，在忽略板极边缘影响的条件下，平板电容 器的电容量C(F)为
国家标准GB7665-87对传感器的定义是：“能感受 规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器 件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
《智能制造概论》
传感器组成如图所示，敏感元件是在传感器中直接 感受被测量的元件。即被测量通过传感器的敏感元件 转换成一个与之有确定关系、更易于转换的非电量。 这一非电量通过转换元件被转换成电参量。转换电路 的作用是将转换元件输出的电参量转换成易于处理的 电压、电流或频率量。应该指出，有些传感器将敏感 元件与传感元件合二为一了。