智能制造技术1-概述.pdf

1、1智能制造概论第一章先进制造工程学院 2016-12-30 Page No. 2项目介绍 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。一、概论之概述 1、学校依托我院正在做什么：2016-12-30 Page No. 3新建实训工厂效果图-1 2016-12-30 Page No. 4新建实训工厂房效果图-22016-12-30 Page No. 5 2016-12-30

2、 Page No. 6建设内容 先进制造技术实验平台 机械制造基础实验室 机械类专业基础教学实验中心22016-12-30 Page No. 7（一）先进制造技术实验平台车削加工中心立式加工中心五轴加工中心 直角坐标机器人（1） 直角坐标机器人（2）LED教学显示屏移动机器人轨道 装配机器人 AGV移动机器轨道1-1.先进制造技术实验平台示意图（工程中心一楼） 1-2.先进制造系统安装位置图（工程中心一楼）项目介绍迷你魔精密车床33台迷你魔精密铣床17台迷你魔精密车床33台、迷你魔台式精密钻铣床17台（新建实训工厂）（二）机械制造基础实验室 21台典型机械加工设备（新建实训工厂）机械制造基础实

3、验室（续）2016-12-30 Page No. 112-1.机械制造基础实验室设备安装位置图（新建实训工厂） 2016-12-30 Page No. 12（三）机械类专业基础教学实验中心 实验中心包括以下6个子实验室： 1. 力学检测实验室 2. 机械原理实验室 3. 液压与气动实验室 4. 机械电气传动实验室 5. 检测技术实验室 6. 3D打印机及油泥模型实验室33-1-1 电子万能试验机布局图（工程中心三楼） 1. 力学检测实验室 3-1-2 电子式扭转试验机布局图（工程中心三楼）机械原理实验室设备布局图（工程中心三楼） 2. 机械原理实验室 3-3-1 液压传动实验室布局图（工程中心

4、三楼）3. 液压与气动实验室3-3-2 气压传动实验室布局图（新建实训工厂） 机械电气传动实验室布局图（工程中心三楼）交流伺服数控工作台 26台， 实验室面积 120m2 4. 机械电气传动实验室4检测设备实验室布局图（工程中心三楼） 5. 检测技术实验室 3D打印机设备（工程中心三楼）6. 3D打印机及油泥模型实验室3 场地需求及设计 2-7 机械类专业基础教学实验室设备安装位置图(工程中心三楼)2016-12-30 Page No. 22 2、基本概念2.1 概念 制造（Manufacturing): 是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。狭义：为机电产品的机械加工工艺

5、过程（机械加工和装配）广义：国际生产工程学会1990年： 制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称（本课程)。(Manufacturing is series of interrelated activities and operations involving the design，planning，production，quality assurance，management and marketing of the products of the manufacturing industries。)2016

6、-12-30 Page No. 23 2.1.1制造技术的发展历史：远古制造已有几十万年的历史，人类起源于制造,石刀石斧的制造、鱼骨做针古代制造已有5000年的历史，包括瓷器制造、青铜器的制造、指南车的制造 近代制造也有200年的历史，包括各种机床的制造，汽车,飞机的制造 2016-12-30 Page No. 24 2.1.1制造技术的发展历程：现代制造可以从20世纪80年代算起，包括数字化制造、柔性制造、快速原型制造、微纳制造、特种加工、虚拟制造、一体化制造、绿色制造、自动化制造、网络化制造等。52016-12-30 Page No. 25 20世纪制造业的变迁从手工作坊到机械工厂从单件小

7、批到大量生产分工可以提高工作效率标准化可以实现零件互换大量生产可以降低成本制造技术的历史回顾 2016-12-30 Page No. 26 20世纪初的制造车间由集中动力源驱动的天轴 变速用的 多级皮带轮皮带传动皮带车床工人劳动强度大工作不安全拥挤、昏暗、嘈杂德国斯图加特“奔驰”汽车博物馆的实物模型2016-12-30 Page No. 27 牛头刨床20世纪50年代的机床 普通车床：交流电机驱动和齿轮变速 摇臂钻床 卧式镗功率和速度明显提高劳动条件改善，仍然人工操作加工复杂形状零件有难度 2016-12-30 Page No. 28多刀加工专用组合机床 2个工件：车床主轴箱体16把刀具同时加

8、工进给驱动液压控制我国第一台组合机床 UT-001多刀加工，效率显著提高机械、电气、液压综合自动化构成自动生产线的基本单元2016-12-30 Page No. 2990年代的计算机数控机床卧式加工中心托板自动交换 立式加工中心超高速数控铣床大型数控龙门铣床电火化加工机床 激光切割机床 2016-12-30 Page No. 30现代数控加工车间62016-12-30 Page No. 31信息化网络化的加工中心数码相机 铣削卡盘加工任务完成情况和机床状态可用手机查询信息塔(e-Tower) 车间工作地信息化，具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网，实时反映机床工作状态和加工进

9、度 操作权限由指纹确认。工件试切时，可在屏幕上观察加工过程。故障报警显示、在线帮助排除 指纹确认操作许可 2016-12-30 Page No. 321）用机器代替手工，从作坊形成工厂 19世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。2）从单件生产方式发展成大量生产方式 泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。 福特：零件互换技术，1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术 柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造制造业发展的历程2016-12-30 Page No. 33制造业是产业革

10、命的主力军一、 第一次产业革命：1733-18781）又称为：蒸汽革命。2）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。3）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明4）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论 的诞生。 2016-12-30 Page No. 34二、第二次产业革命：1879-19451）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论的诞生。4）麦克斯韦电动力学理论推动了20世纪初开始的无线电、微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微波探测等技术的发展。5）牛顿力学和电动力学又为量子力学的

11、发展指引了道路，导致了量子场论的创立。2016-12-30 Page No. 35三、第三次产业革命：1945-19721）又称为：电子（原子）革命。2）产业革命的标志：原子弹（1945）、电子计算机（1946）、晶体管（1948）、集成电路、微电子技术等。3）微电子制造技术开创了全新的信息时代。 2016-12-30 Page No. 36四、第四次产业革命：1973-1）又称为：高新技术产业革命。2）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微电子产品、电脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮列车、新一代飞机、机器人、生物工程产品、新一代药物、绿色食品、转基因产品等等。3）微器件制造工艺，如拉单

12、晶、掺杂、扩散、离子注入、外延、溅射、化学沉积（CVD）、光刻、表面贴装、自动化组装、进而到纳米器件制造工艺将把高新技术产业革命推向顶峰。72016-12-30 Page No. 37我国制造业的回顾与发展 1.1 我国工业化和制造业的概述 为了从多方位的视角来了解我国工业和制造业发展的状况，我们以中国工业化报告（2009）的数据为依据，将其与2015年出版的制造强国战略研究：综合卷中的数据，以及中国现代化报告20142015：工业现代化研究中的数据做对比，并分析。 37 2016-12-30 Page No. 381.1 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

13、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2131。2）2004年，中国工业现代化水平的综合指数范围为3141，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。 382016-12-30 Page No. 391.1 我国工业化和制造业的概述1.1 我国工业化和制造业的概述3）比较2000年和2004年的中国工业现代化指数的数据，“十五”期间前4年中国工业化的现代化水平提高了8分，平均每年提高2分。如果不考虑其他因素的影响，仅仅简单地按照工业现代化指数年平均增长

14、速度的趋势外推，大约在2040年前后我国将实现工业现代化。 由此可以得出以下结论：我国工业现代化正处在中期阶段，进程的速度很快，但实现工业现代化还任重道远。 39 2016-12-30 Page No. 401.1 我国工业化和制造业的概述 40我国15个行业工业现代化水平综合指数的汇总 中国工业化报告（2009）还对我国15个重点工业行业的现代化水平做了分析，按采矿和能源、高技术、中高技术、中低技术和低技术5大工业门类，每类选取3个行业的工业现代化水平进行具体研究和评价。1.1 我国工业化和制造业的概述 2016-12-30 Page No. 411.1 我国工业化和制造业的概述 工业化和制

15、造业的概述 工业现代化水平的综合指数是由以下反映经济、技术、能源效率、环保、信息化等9项具体指标按不同权重计算出来的，很好地体现了工业现代化的定量水准，即：制造业中每个员工的增加值（即全员劳动生产率，权重为35）；主要生产设备达到国际化水平比例（权重为8）；制造业信息能力（权重为8）；工业增加值与原材料工业增加值比例（权重为7）；工业品贸易竞争指数（权重为8）；高技术出口品占制成品出口比例（权重为7）；研发投入强度（权重为7）；每千克能源产生GDP（权重为10）；每千克CO2排放量对应的GDP（权重为10）； 4 2016-12-30 Page No. 421.1 我国工业化和制造业的概述 总

16、体上看，我国不同工业行业之间的现代化差距较大，存在着严重的不平衡。在上述15个行业中：造船、钢铁、石油这3个行业的工业现代化水平最高，达到了世界先进水平的50%以上，完成了工业现代化进程的一半路程； 电力、计算机制造和纺织这3个行业的工业现代化水平基本接近50%，超过我国整体工业的现代化水平； 421.1 我国工业化和制造业的概述 82016-12-30 Page No. 43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

17、世界先进水平的30%，没有完成现代化进程的1/3路程。1.1 我国工业化和制造业的概述 2016-12-30 Page No. 44 2013年中国工程院会同工信部和国家质检总局组织开展的“制造强国战略研究”重大咨询项目，历时一年有余。为国家规划中国制造2025进行了充分的理论和技术准备。 44目前国内外对制造强国的概念和内涵没有统一的描述。制造强国战略研究：综合卷中的“制造强国”的内涵包括以下3个方面： 规模和效益并举； 规模和效益并举； 规模和效益并举。1.1 我国工业化和制造业的概述 2016-12-30 Page No. 451.1 我国工业化和制造业的概述 在制造强国内涵界定的基础上

18、，制造强国具有以下主要特征： 雄厚的产业规模。优化的产业结构。良好的质量效益。持续的发展能力。 451.1 我国工业化和制造业的概述 2016-12-30 Page No. 461.1 我国工业化和制造业的概述 制造强国战略研究：综合卷中构建了由4项一级指标、18项二级指标构成的制造业评价体系（详见表2）制定了制造强国评价体系各级指标权重（详见表3）。46表2 制造强国评价指标体系2016-12-30 Page No. 471.1 我国工业化和制造业的概述 表3 制造强国评价体系各级指标权重471.1 我国工业化和制造业的概述 2016-12-30 Page No. 481.1 我国工业化和制

19、造业的概述 综合分析制造业综合指数，可得出以下结 论：各国制造业都经历了一个从弱到强的过程，此过程与其工业化进程基本吻合。工业化完成后，各国的制造业发展出现了分化。重视制造业发展的美国、德国、日本保持了强有力的竞争优势。2012年，在主要工业化国家的制造业综合指数分布中，美国遥遥领先，处于第一方阵；德国、日本处于第二方阵；中国、英国、法国、韩国处于第三方阵。中国与第一、第二方阵国家的差距主要是全员劳动生产率低、增加值率低、创新能力薄弱、知名品牌缺乏。 481.1 我国工业化和制造业的概述92016-12-30 Page No. 491.1 我国工业化和制造业的概述 中国现代化报告2014201

20、5工业现代化研究涵盖了世界131个国家19702010年的工业现代化定量评价。在19702010年间，中国第一次工业现代化指数从17提高到65，40年提高了48点。改革开放以来，中国工业现代化取得巨大成就。2010年中国属于工业初等发达国家。 中国第一次工业现代化指数排名世界第57位； 第二次工业现代化指数为38，排名世界第52位； 中国综合工业现代化指数为34，排名世界第59位。 中国工业指标发展不平衡。 491.1 我国工业化和制造业的概述 2016-12-30 Page No. 501.1 我国工业化和制造业的概述 中国现代化报告20142015工业现代化研究涵盖了世界131个国家197

21、02010年的工业现代化定量评价。2010年，中国在工业生产、工业经济、工业环境和工业要素4个方面88个发展指标的水平大致是： 3.4%的指标达到工业发达水平； 19.3%的指标为中等发达水平； 67.0%的指标为初等发达水平； 10.2%的指标为欠发达水平。 501.1 我国工业化和制造业的概述2016-12-30 Page No. 511.2 从人口/质量维度分析我国制造业的状况 发明并不是创新，只有将发明用于经济活动并取得成功才算创新。 著名经济学家熊彼特 国外有统计，能够取得经济成功的科技项目不到10%。面对新工业革命，也应该强调这个逻辑。技术能否取得经济上的成功，与国情密不可分。中国

22、最大的国情或许就是人口多，它对生产和消费方式有极大的影响，继而影响了市场和制造业。 5 2016-12-30 Page No. 521.2 从人口/质量维度分析我国制造业的状况 要分析未来，应该先了解过去。 我们首先看到：中国改革开放前30年，其实是农业劳动力向非农产业转移的过程。 改革开放之初，中国还是个农业社会；现在，虽然城镇化率刚超过50%，但务农的劳动力已经很少了。 522016-12-30 Page No. 531.2 从人口/质量维度分析我国制造业的状况 据国务院参事姚景源先生介绍：现在的农村人口大约只有1.5亿：包括4千万老人、5千万妇女、6千万留守儿童。劳动力人口的转移会带来生

23、产效率的极大提高。 改革开放前的农业总产值只占工农业总产值的40%左右。大体上看，当时一个工人创造的价值大约是农民的2030倍。按照这个比例计算，劳动力人口的转移就可以大体解释为10%左右的GDP增长率。 人力投入在经济发展过程中的重要性可见一斑。53 2016-12-30 Page No. 54 人力投入会带来资源和设备的投入，但中国企业的投入往往是简单的扩大再生产：许多产品的产量占到世界的一半左右，而技术水平却不高。 比如，每万名工人的机器人使用量只占发达国家的十分之一左右。 劳动力成本低是导致这种现象的重要原因：从经济角度看，企业多雇佣几个工人比采用自动化程度更高的设备、生产线更划算。

24、劳动力成本低意味着消费者更加偏重低价格，而自动化程度低的企业对原料、设备质量的要求往往较低，产品质量也往往较低。很多企业为了降低价格，宁可牺牲质量。 541.2 从人口/质量维度分析我国制造业的状况102016-12-30 Page No. 55因而： 我国的制造业往往就建立在低成本、低质量、低劳动生产率的基础上。1.2 从人口/质量维度分析我国制造业的状况 2016-12-30 Page No. 56 当时的中国企业对提高产品质量和劳动生产效率的积极性不高。纵然可以买到、引进先进技术，也未必愿意采用。对提高劳动生产率和质量的创新也往往缺乏兴趣。 在这种情况下，推动工业革命时缺乏市场基础，难以

25、取得经济上的成功，强行推进只会拔苗助长。然而，随着“刘易斯拐点”的到来，情况正在悄悄地发生着改变。 在经济发展过程中，农村富余劳动力会转移到非农产业，转移结束的时间点称为“刘易斯拐点”。有人认为中国的“刘易斯拐点”大约发生在2008年前后，拐点前后的发展模式是有极大区别的。 561.2 从人口/质量维度分析我国制造业的状况2016-12-30 Page No. 57 过去，农民工找工作难，工资长期不变。 2008年后，东南沿海开始出现用工荒。此后几年，农民工工资大约上升了34倍。前几年，江浙出现了大量企业倒闭和老板“跑路”的现象，这与劳动力危机密切相关。2012年开始，中国1660岁之间的劳动

26、力总人口开始减少。大约与此同时，中央提出了“新常态”的概念。 571.2 从人口/质量维度分析我国制造业的状况 2016-12-30 Page No. 58 其实，更严重的劳动力问题还没有到来。 受计划生育政策、经济发展以及受教育年限增长的影响，中国的人口出生率早已低于世代更替水平。从90年代开始，每年新出生的人口大约维持在1600万。与之相比，1962年中国出生了大约2800万人口。 由此可见，到2022年，中国1660岁的劳动力人口大约要减少1200万。考虑到新增劳动力人口可能以白领为主，届时每年减少的体力劳动者可能会接近2000万，而这样的减少幅度大约要维持十年。 581.2 从人口/质

27、量维度分析我国制造业的状况2016-12-30 Page No. 59 劳动力危机的另一面是，促进中国制造业的升级。 劳动力危机的直接要求是提高劳动效率： 最近几年，长三角、珠三角等饱受劳动力危机困扰的东南发达地区开始推进所谓的“机器换人”，很多企业的劳动效率显著提高。 事实上，“机器换人”不仅仅是劳动效率的增长，还伴随着对原材料和设备质量要求的提高，对劳动者素质、配套服务业需求的增长。与此同时，随着劳动者收入的增长，对产品、环境质量的要求也逐步增强。这样，市场需求就能够成为推动技术发展，乃至技术革命的真正动力。 591.2 从人口/质量维度分析我国制造业的状况 2016-12-30 Page

28、 No. 60我国制造业面临的形势中国制造业规模已达世界第四位，仅次于美国、日本和德国。在钢铁、水泥、化纤、化肥、电视机、汽车摩托车等年产量都是世界第一。 112016-12-30 Page No. 61我国制造业面临的形势中国制造！世界第一制造大国！但是 2016-12-30 Page No. 62高档产品：外国品牌，中国制造。春秋战国、各霸一方，GDP算你的，利润分去一半中档产品：中国品牌，外国核心技术，你赚小头，他赚大头，价格大战，走进微利时代低档产品：自相杀价，争相出口，贸易壁垒重重：环保、安全加上反倾销制裁我国制造业面临的形势2016-12-30 Page No. 63究其原因（以机

29、电产品为例）1、产品落后。产品更新慢， 一些重要精密尖端产品自己不能生产，受制于外国。2、不掌握产品核心技术，核心技术没有自己的知识产权（专利问题）。3、机床装备数量虽多，但构成比十分落后。我们现在已经能设计制造一些中高档机床，但仍大量使用国外品牌的核心部件，如电机、数控系统、主轴单元甚至丝杠、导轨（材料）。 2016-12-30 Page No. 64究其原因（以机电产品为例）4、制造技术落后：制造技术工艺落后，加工精度低，工作效率和生产效率低。生产周期长，新产品试制周期长，流动资金占用多、消耗大、污染严重。5、管理落后，非生产人员比例大。产品的产量、产值、质量均远远落后于美、日、德等发达国

30、家。据统计我国机械制造业的人均产值仅为美国的1/25，日本的1/26。 2016-12-30 Page No. 65究其原因（以机电产品为例）6.研究费用及人力投入少，技术创新少。国外有些大公司的研发投入要占到销售收入的10%以上! 国内大多数企业还不到1%! 2016-12-30 Page No. 66我们肩负的使命从制造大国走向制造强国到2020年基本实现工业化 全面步入小康社会 振兴中华民族从世界加工车间 走向全球制造伙伴122016-12-30 Page No. 67 2.1.1 与制造相关的概念：制造技术（Manufacturing Technology) 按照人们所需的目的，运用知

31、识和技能，利用客观物资工具，将原材料物化为人类所需产品的工程技术。即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称。工程是科学和数学的某种应用，通过这一应用，使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构、机器、产品、系统和过程，是以最短的时间和精而少的人力做出高效、可靠且对人类有用的东西。将自然科学的理论应用到具体工农业生产部门中形成的各学科的总称。 制造过程 产品从设计、生产、使用、维修、报废、回收等的全过程，也称为产品生命周期。 2016-12-30 Page No. 68 2.1.1 与制造相关的概念：制造业 将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、信息、人力等）利用制造技术，通过制造过程，

32、转化为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。2016-12-30 Page No. 69 2.1.2 系统：系统的普遍客观存在性；系统的概念（何为系统）；系统的三个基本特征：由若干元素组成、相互作用及相互依赖、有机整体；系统的构成要素和结构决定了系统的功能和行为（每一个系统均有特定的结构）系统概念的精髓：整体观念和总体观念 2016-12-30 Page No. 70 2.1.3 制造系统：制造系统是制造业的基本组成实体。结构：是制造过程所涉及的硬件（物料、设备、工具、能源等）、软件（制造理论、工艺、信息等）、人员所组成的具有特定功能的有机整体。功能：输入制造系统的资源（原材料、能源、信

33、息、人力.）通过制造过程输出产品过程：制造生产的运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造装配、检验出厂、产品销售、售后服务、报废、回收、再利用等。2016-12-30 Page No. 71 2.1.3 制造系统工程：系统工程的定义（无统一定义）：著名科学家钱学森指出：系统工程是一门组织管理技术。系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法。有边缘学科的性质。因此研究对象：大型负责系统，是系统中各要素为实现系统整体目标发挥应用左右，是系统功能最优化；系统工程的主要特点：整体性；关联性；综合性；最优性； 2016-12-30 Page No. 72 2.1.3 制

34、造系统工程：研究对象：系统工程是一门工程技术，但是他不局限于具体的工程对象；因此他不同于机械工程、电子工程、水利工程等；比如结合制造技术就形成了制造系统工程；制造系统工程：首先，制造系统是为达到预定制造目的而构建的物理组织系统，是由制造过程和软硬件及相关人员组成的有机整体；制造系统工程就是利用系统的观点、工程的意识是整体过程达到最优； 132016-12-30 Page No. 73 2.1.4 制造系统工程：研究对象：系统工程是一门工程技术，但是他不局限于具体的工程对象；因此他不同于机械工程、电子工程、水利工程等；而这门课结合了制造技术并形成了制造系统工程；制造系统工程：首先，制造系统是为达

35、到预定制造目的而构建 2016-12-30 Page No. 74 系统和整体的关系多元性、相关性、整体性 系统由两个或两个以上元素组成。 组成系统的元素或要素间按一定方式相互联系、相互作用，不存在孤立元 由系统的多元性和相关性产生了系统的整体性和统一性。制造系统工程（MSE） 定义与特征 系统整体性表征了系统的完善程度和特定功能，是区分系统的主要标志之一。 所谓系统的观点，首先是整体观点，强调从整体上认识和处题理问题（森林，树木） 1 课题意义及背景有机整体相互作用 相互依赖系统+系统观念 整体优化工程意识 专业深度制造基础2016-12-30 Page No. 75 3. 智能制造智能制造

36、在国际上尚无公认的定义。 目前比较通行的一种定义是, 智能制造技术是指在制造工业的各个环节, 以一种高度柔性与高度集成的方式,通过计算机来模拟人类专家的制造智能活动。因此, 智能制造的研究开发对象是整个机械制造企业。 2016-12-30 Page No. 76 其主要研究开发目标有二: 整个制造工作的全面智能化, 它在实际制造系统中首次提出了以机器智能取代人的部脑力劳动作为主要目标, 强调整个企业生产经营过程大范围的自组织能力; 信息和制造智能的集成与共享, 强调智能型的集成自动化。 2016-12-30 Page No. 77 3.1 智能制造概念的提出：80年代以来, 传统制造技术得到了

37、不同程度的发展,但存在着很多问题。 先进的计算机技术和制造技术向产品、 工艺和系统的设计人员和管理人员提出了新的挑战, 传统的设计和管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题, 这就促使我们借助现代的工具和方法, 利用各学科最新研究成果, 通过集成传统制造技术、 计算机技术与科学以及人工智能等技术, 发展一种新型的制造技术与系统, 这便是智能制造技术（IMT/IMS）。 2016-12-30 Page No. 78 智能制造（明确以下几点）：人是制造智能的重要来源 ,在制造业走向智能化过程中起着决定性作用。目前在整体智能水平上 ,与人工系统相比 ,人的智力仍然是遥遥领先的。 （人与智能系

38、统各自优势在哪里？）人力和自动化是一对技术矛盾 ：不可集成在一起。142016-12-30 Page No. 79 3.2 智能制造的物质基础： (1)数控机床和加工中心：美国于 1952 年研制成功第一台数控铣床 ,使机械制造业发生一次技术革命。 数控机床和加工中心是柔性制造的核心单元技术。柔性制造（内外兼修）:第一方面是系统适应外部环境变化的能力，可用系统满足新产品要求的程度来衡量；第二方面是系统适应内部变化的能力，可用在有干扰（如机器出现故障）情况下，系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量 2016-12-30 Page No. 80 数控加工中心的实时智能控制 ，表现为三个

39、方面: 第一是远程控制 ，通过通信线路对加工现场进行控制 ，对加工中心的加工操作和加工状态进行监视; 第二是故障识别与处理 ，如刀具磨损识别与自动更换备用刀具、 自激振动识别与自动抑制或消除等; 第三是自适应控制 ，根据检测到的过程控制信息自适应地改变加工参数。 2016-12-30 Page No. 81 “柔性”是相对于“刚性”而言的，传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。 (2)计算机辅助设计与制造提高了产品的质量和缩短产品生产周期 ,改变了传统用手工绘图、依靠图纸组织整个生产过程的技木管理模式。 (3)工业控制技术、 微电子技术与机械工业的结合 ， 机器人开创了工业生

40、产的新局面 ,使生产结构发生重大变化 ,使制造过程更富于柔性扩展了人类工作范围。 2016-12-30 Page No. 82 (4) 专家系统、 基干知识的系统和智能辅助系统等。(5) 智能制造系统和计算机集成制造系统，用计算机一体化控制生产系统 ，使生产从概念、 设计到制造联成一体 ，做到直接面向市场进行生产 ，可以从事大小规模并举的多样化的生产; 2016-12-30 Page No. 83 3.3 柔性制造概念柔性制造系统（FMS): 应用计算机辅助制造技术，将数控机床、加工中心、物料自动储存传送装置和辅助控制装置等在计算机的统一控制下，形成柔性加工自动生产线，既柔性制造系统。柔性制造

41、技术是近年来国际上一些工业技术比较发达的国家为了进一步提高多品种、中小批量生产自动化，以及提高劳动生产率、降低生产成本缩短产品的研制或生产周期，增强产品更新换代和市场竞争能力而推出的一种新型制造技术。 2016-12-30 Page No. 84 相关概念：设备柔性：指制造系统中能加工不同类型零件所具备的转换能力，其中包括刀具转换、夹具转换等。工艺柔性：能以多种工艺方法加工某一零件组的能力。如镗、铣、钻、铰、攻螺纹等加工。工艺：劳动者利用生产工具对各种原材料、半成品进行增值加工或处理，最终使之成为制成品的方法与过程。工序柔性：能自动改变零件加工工序的能力。 3.3 柔性制造152016-12-

42、30 Page No. 85 3.3.1 概念路径柔性：能自动更变零件加工路径。如遇到系统中某台设备的故障,能自动将工件转换到另一台设备上加工。可以根据负荷,自动改变加工路线,提高利用率,减少等待时间。产品柔性：产品改变时能经济、迅速的转产。批量柔性：能在不同批量下运行都能获取经济效益。扩展柔性：能根据生产的需要组建和扩展生产能力。 3.3 柔性制造 2016-12-30 Page No. 86 特征： 与刚性自动化生产线相比，柔性制造生产线工序相对集中、没有固定的生产节拍、物流统一的路线，进行混流加工，实现在中、小批量生产条件下接近大量生产中采用刚性自动线所实现的高效率和低成本。柔性制造生产

43、线一般有如下3种形式： 柔性制造单元、柔性制造系统、独立制造岛。 3.3 柔性制造2016-12-30 Page No. 87 柔性制造单元（FMC） 通常由1-2台加工中心构成，并具有不同形式的刀具交换和工件的装卸、输送及储存功能。 除了机床的数控装置外，还有一个单元计算机来进行程序的管理和外围设备的管理。 FMS适合于小批量生产，加工形状比较复杂，工序不多而加工时间较长的零件。 3.3 柔性制造 2016-12-30 Page No. 88 柔性制造系统（FMS） 由2台以上的加工中心，以及清洗、检测设备组成，具有较完善的刀具和工件的输送和储存系统，除调度管理计算机外，还配有过程控制计算机

44、和分布式数控终端等，形成多级控制系统组成的局部网络。 FMS适合于加工形状复杂、加工工序繁多、并有一定批量的多种零件。 3.3 柔性制造2016-12-30 Page No. 89 独立制造岛（AMI） 独立制造岛是以成组技术为基础，由若干台数控机床和普通机床组成的制造系统，其特点是将工艺技术装备、生产组织管理和制造过程结合在一起，借助计算机进行工艺设计、数控程序管理、作业计划编制和实时生产调度等。 AMI使用范围广，投资相对较少，各方面柔性较高。 3.3 柔性制造 2016-12-30 Page No. 90 独立制造岛（AMI） 独立制造岛结合我国一部分中小企业资金有限无法大量购买先进制造

45、设备的具体情况，在引进部分关键数控设备的同时，允许采用部分普通设备，不过分强调无人化生产和完全自动化，而是把重点放在先进管理技术、软件开发入圆，强调入的因素。事实证明。独立制造岛是一种适应我国国情的准天性制造系统。 3.3 柔性制造162016-12-30 Page No. 91智能工厂简介智能工厂是以打通企业生产经营全部流程为着眼点，充分利用自动化技术和信息技术交互融合等第一轮高科技革命带来的新的解决方案，通过数据互通、柔性制造、人机交互、复杂系统及信息分析等手段，实现从产品设计到销售，从设备控制到企业资源管理所有环节的信息快速交换、传递、存储、处理和无缝智能化集成。 2016-12-30

46、Page No. 92智能工厂产业现状国外智能工厂产业的发展主要由SIEMENS、GE、Honeywell、SAP、Fujistsu、FANUC、MAZAK、CIMCO、OMRON、ABB、Dassault Aviation等制造业软硬件巨头推动。国际知名的工业软件企业纷纷推出用于智能工厂设计软件，比如西门子、达索、施耐德、海克斯康、等智能工厂成套系列软件，涵盖从工艺布局规划和设计、工艺过程仿真与验证到制造执行管理整个工厂，并与产业工程连接起来，满足智能工厂全生命周期中的不同需求，已逐渐被制造企业接受和应用。2016-12-30 Page No. 93智能工厂产业现状智能工厂国内产业发展现状国

47、内软硬件集成商与国外同行业相比，有如下特点： 发展时间较短； 技术和实施经验积累不足； 在细分行业领域通常竞争不过国外集成商。因而国内软硬件集成商智能工厂项目规模相对小很多。由于新技术的应用还处于初级阶段，国家尽管加大了新技术和工业制造过程融合关键技术研发的投入力度，但是与新技术的接轨仍旧没有明显突出性发展。 2016-12-30 Page No. 94智能工厂涉及的相关技术智能工厂基础技术数据数据是开展智能工厂建设的核心要素，从数据到信息，从信息形成知识，从知识产生决策，是工厂实现智能化生产的基础。针对制造企业庞大的数据和关键技术进行梳理可分为以下几个方面：产品数据。包括设计、建模、工业、加

48、工、测试、维护、产品结构、零部件配置关系、变更记录等数据。运营数据。包括组织结构、业务管理、生产设备、市场营销、质量控制、生产、采购、库存、目标计划、电子商务等数据，这些数据会创新企业的研发、生产、运营、营销和管理方式。2016-12-30 Page No. 95智能工厂涉及的相关技术智能工厂基础技术数据数据是开展智能工厂建设的核心要素，从数据到信息，从信息形成知识，从知识产生决策，是工厂实现智能化生产的基础。针对制造企业庞大的数据和关键技术进行梳理可分为以下几个方面：产业链数据。包括客户、供应商、合作伙伴等数据。运营决策数据。包括经济运行、行业、市场、竞争对手等数据。 2016-12-30 Page No. 96智能工厂涉及的相关技术智能工厂基础技术互联智能工厂建设难在“互联”二字。三个问题：不少企业分阶段、分时期引进了不同的自动化系统，比如企业应用了ERP、进行了仓储物流自动化改造、做了能源管理系统等。但这些系统都是一个个信息孤岛，互不兼容，这是顶层互联的问题。目前在我国制造业企业普遍存在；172016-12-30 Page No. 97智能工厂涉及的相关技术智能工厂基础技术互联智能工厂建设难在“互联”二字。三个问题：另一个难题就是底层互联，也就是设备互联。各个国家的设备，不同商家的不同技术，接口和参数往往是不对用户开放的