1、学 习 公 约手机调整全情投入随时互动课课 程程 要要 求求一、为什么要发展智能制造？二、智能制造与工业4.0 三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望一、智能制造技术概况 1.智能制造发展轨迹1989年：日本提出智能制造系统；1992年：美国执行智能制造新技术政策；1994年：加拿大制定战略计划发展智能系统；1994年：欧盟启动R&D项目，大力资助信息技术；80年代末：中国将“智能模拟”列入国家科技发展规划。p 美国要重振制造业，要夺回制造业的领先优势。美国政府再次赋予机械工业行业更大的优先权，努力实行积极的产业政策以创造就业机会和鼓励制造业回归美国。2011年夏，奥巴马总统推出
2、了先进制造伙伴计划（AMP），这是一个汇集了来自研究、商业和政治部门的代表私营机构，来共同描绘“投资和促进新兴技术发展”的路线。美国：创新优势的互联网+优势制造业 提出：先进制造技术伙伴AMP指导委员会由顶尖级工程大学（麻省理工学院，加州大学伯克利分校，斯坦福大学，卡内基梅隆大学，密歇根大学和佐治亚理工学院）校长和美国知名企业（包括卡特彼勒公司，康宁公司，陶氏化学，福特，霍尼韦尔，英特尔，强生，诺斯罗普格鲁门公司，强生公司，宝洁公司和联合技术公司）老总组成。2012年7月，AMP提出了一份带有16条详细建议的报告，包括建立一个全国制造创新研究院网络（NNMII）建议。这些研究院采取公私合作形式
3、，试图充当“区域性卓越制造的枢纽”，旨在提高美国商业的全球竞争力和增加对美国制造设施的投入。德国为了保持制造业在全球的领先优势，实时提出工业4.0，主要是发挥德国在制造技术和制造装备的传统优势，将制造业和互联网等技术融合，形成工业互联网，以保持德国在世界领先地位。德国：强大的制造业+互联网 提出：工业4.0中国：完备的制造业+互联网的创新（互联网+制造）提出：中国制造2025智能制造作为国家战略是“十三五”规划重点内容X总理在今年的政府工作报告中提出，要实施“中国制造2025”，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国。中国制造2025强调了信息技术和制造技术的深
4、度融合是新一轮产业竞争的制高点，而智能制造则是抢占这一制高点的主攻方向。科技部先进制造领域正在规划的四个重点专项基础件激光制造及3D打印机器人网络制造“互联网+”3D打印“器换人”“双基工程”密切相关：智能制造智能制造的内涵和特征 智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成。智能制造科技发展“十二五”专项规划智能制造：制造业第四次革命普通装备电气化数控装备数字化智能装备智能化蒸汽机机械化制造业革命 制造系统正在由原
5、先的能量驱动型转变为信息驱动型，要求制造系统表现出更高的智能。智能制造技术组成智能制造装备信息获取，控制，执行，加工，成形，物流智能制造系统智能生产线，智能车间，数字化工厂智能制造服务生产性服务业智能化，供应链管理优化，物联网u感知与测控网络 u机器学习与制造知识发现 u面向制造的综合推理 u图形化建模与仿真 u智能全息人机交互 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 系统建模与自行组织 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 服务感知与控制的互联 工业产品智能服务 服务过程的智能运控 制造物联网与物流智能服务 制造与服务的集成共享和协同
6、智能制造技术智能制造装备智能制造系统智能制造服务数控机床智能化工程机械激光加工系统自动化生产线智能制造装备工业机器人可重构生产系统工业自动化控制系统智能制造产品智能制造装备智能制造装备包括传感、控制、驱动等三大核心技术，如工业机器人、智能数控系统等。智能制造系统数字化企业数字化工厂数字化车间自动化智能化生产线数控机床工业机器人远程监测监控系统物料运送仓储设备智能工艺装备3D打印系统机器视觉激光加工系统控制系统伺服系统执行系统传感系统光电器件电子标签激光器智能制造系统是先进制造技术、信息技术和智能技术在装备产品上的集成和融合，体现了制造业的智能化、数字化和网络化。智慧城市核心理念感知化物联化智能
7、化智能消防城市智能化智能安防智能楼宇智能交通智能医疗智能食品智能电网智能城市规划智能应急系统智能水资源智能制造服务（案例：智慧城市）网络层通信网互联网物联网平台层IT能力CT能力城市数据中心手机PC摄像头RFID传感器网络视频电话internet呼叫中心 无线网关云计算感知层应急指挥应用层数字城管平安城市政府热线数字医疗环境监控数字物流智能交通自控技术是关键智能制造服务（案例：智慧城市）智能制造技术1.新型传感技术2.模块化、嵌入式控制系统设计技术 3.先进控制与优化技术 4.系统协同技术 5.故障诊断与健康维护技术 6.高可靠实时通信网络技术 7.功能安全技术 8.特种工艺与精密制造技术 9
8、.识别技术 主要包括一、为什么要发展智能制造？二、智能制造与工业4.0 三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望二、解读德国工业4.0解读德国工业4.0时间时间复复杂杂程程度度工业革命工业革命1.018世纪末1784工业革命工业革命2.020世纪初工业革命工业革命3.0工业革命工业革命4.0nIndustry 4.0 德国高科技战略计划首位德国高科技战略计划首位智能化环境智能化环境嵌入式计算机嵌入式计算机智能工厂智能工厂智能手机智智能手机智能卡能卡90%的计算机都的计算机都是嵌入式是嵌入式多个计算机：多个计算机：1个用户个用户1个计算机：个计算机：1个用户个用户PC中央计算机中央计
9、算机1个计算机：个计算机：多个用户多个用户解读德国工业4.0高精度高品质多品种小批量高精度高品质多品种小批量的的智能产品智能产品绿色生产绿色生产：清洁、资源利用：清洁、资源利用率高的可持续发展率高的可持续发展智能工厂位于城市的智能工厂位于城市的城市生产城市生产解读德国工业4.0nIndustry 4.0 德国高科技战略计划首位德国高科技战略计划首位“工业4.0”研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，并已上升为国家级战略。德国联邦政府投入达2亿欧元。n Industry 4.0Industry 4.0德国
10、高科技战略计划德国高科技战略计划n 两大主题：两大主题：智慧工厂、智能生产智慧工厂、智能生产智慧工厂智慧工厂 重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现智能生产智能生产 主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动、3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用等解读德国工业4.0n Industry 4.0Industry 4.0德国高科技战略计划德国高科技战略计划n 两大主题：智慧工厂、智能生产n 三个设想：产品、设施、管理 产品：集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载着在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需信息 设施：由整个生产价值链所集成，可实现自组织 管理：能够
11、根据当前的状况灵活决定生产过程解读德国工业4.0n智慧工厂的架构 基于物联网和服务互联网物联网物联网服务互联网服务互联网智能物料智能物料APP平台平台智能产品智能产品APP平台平台信息物理生产系统信息物理生产系统智慧工厂智慧工厂APP平台平台基于语义的基于语义的PLM、ERP、QMS、ERP解读德国工业4.0n智慧工厂的流程 基于云安全网络智能物料智能物料智能产品智能产品云安全网络智慧工厂智慧工厂2N2N智慧工厂智慧工厂1 1智能智能机床机床1智能智能机床机床2面向机床的面向机床的APPAPP平台平台信息物理生产系统信息物理生产系统机床间通信机床间通信解读德国工业4.0n智慧工厂的布局面向服务
12、的工厂系统布局服务库硬件无关硬件无关抽象服务抽象服务硬件相关硬件相关设备控制设备控制现场层解读德国工业4.0n智慧工厂的车间基于无线、RFID、传感器和服务的架构解读德国工业4.0n工业4.0下的产品特点集成了信息存储、传感、无线通信功能 产品是信息载体 产品在整个完整的供应链和生命周期中都一直带有自身信息 产品是一个agent 产品会影响其所在环境 产品具有自监测功能 产品会对其自身状态和环境进行监测我生产于2010年4月30日，5月3日出厂请握中间已经打开2分钟了，请盖上解读德国工业4.0n工业4.0下的数据挖据与知识发现大数据 制造业存储了超过其他工业部门的数据 从2010年以来新产品数
13、据达到接近2艾字节（216）仪器仪表产品 供应链管理系统 产品全生命周期系统解读德国工业4.0n工业4.0下的多模式交互多模式交互多模式交互语音语音图形图形/视觉视觉手势手势眼球跟踪眼球跟踪面部表情面部表情身体语言身体语言肢体动作肢体动作解读德国工业4.0n 以人为中心的基于信息物理系统的智能工厂辅助系统基于上下文的自适应故障诊断辅助工具基于肢体动作的物理辅助移动式个性化自适应的辅助导航系统多模式的人机交互基于位置的维护和规划辅助工具基于虚拟现实/增强现实的复杂工作流程辅助管理工具解读德国工业4.0n面向智慧工厂的APP商店下载量身定制的用户界面解读德国工业4.0 面向智慧工厂的室内精确定位解
14、读德国工业4.0n智慧工厂中的增强现实技术工业环境工业环境佩戴谷歌眼镜的工人佩戴谷歌眼镜的工人工具工具解读德国工业4.0n智慧工厂中的机器人技术智慧工厂中的机器人技术新一代轻量化，灵活的机器人与人类在智能工厂一起协同工作新一代轻量化，灵活的机器人与人类在智能工厂一起协同工作解读德国工业4.0n智慧工厂中的智能装配智慧工厂中的智能装配DFKI研发的抽象产品记忆系统用于自适应抓取和智能产品装配研发的抽象产品记忆系统用于自适应抓取和智能产品装配在头部安装立体相在头部安装立体相机，在手臂靠近物机，在手臂靠近物体的地方安装体的地方安装3D3D摄摄像头像头 机器人利用左手内部天线从产品内存中读取尺机器人利
15、用左手内部天线从产品内存中读取尺寸、重量和加持点，同时机器人能够从信息物理寸、重量和加持点，同时机器人能够从信息物理系统中获得产品装配说明书。系统中获得产品装配说明书。解读德国工业4.0n工业工业4.04.0自动化自动化-信息物理系统（信息物理系统（CPSCPS）信息物理系统（Cyber Physical System，CPS）强调物理过程与信息间的反馈。2008年美国加利福利亚大学的Lee.E在其技术报告信息物理系统：设计挑战中指出：信息物理系统是计算和物理过程的整合集成。嵌入式计算机和网络对物理过程进行监测和控制。从自动化技术的观点看，CPS是一种工程系统，由一个嵌入在物体中的计算和通信的
16、内核，以及物理环境中的结构所监测和控制。（Karl Henrik Johansson，2011）以信息物理生产系统CPPS为模型构建智慧工厂，或者数字化工厂解读德国工业4.0n工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）算法算法文档文档三维模型三维模型工艺数据工艺数据CPS：系统中的物理对象和相应的虚拟对象通：系统中的物理对象和相应的虚拟对象通过泛在信息网络进行通信过泛在信息网络进行通信Cyber：算法和服务，服务的动态集成：算法和服务，服务的动态集成 和服务提供商，并跨越边界进行信息交流和服务提供商，并跨越边界进行信息交流Cyber：包括：包括3D模型，仿真模型，文档，关系模型，仿真模型，文档，
17、关系，工作条件等数据能够通过可变信息网络在任，工作条件等数据能够通过可变信息网络在任何地方和任何时间进行搜集何地方和任何时间进行搜集Physcial：在生产系统中的人和自动化模块具有：在生产系统中的人和自动化模块具有智能化、自我解释、自我意识、自我诊断、交智能化、自我解释、自我意识、自我诊断、交互评估能力互评估能力CPS系统触发了工业自动化模式转变系统触发了工业自动化模式转变服务服务云云物理物理对象对象解读德国工业4.0n工业工业4.04.0自动化自动化-信息物理系统（信息物理系统（CPSCPS）文化工业工业CPS应用应用智慧工厂智慧工厂CPPS能源能源CPS应用应用智能电网智能电网移动通信移
18、动通信CPS应用应用智能手机智能手机健康健康CPS应用应用智能健康智能健康与所有领域相关的通用技术（语义技术、云计算服务平台）经济安全、工程、教育、参考框架、模型安全、工程、教育、参考框架、模型物联网物联网解读德国工业4.0n工业工业4.04.0自动化自动化-信息物理系统（信息物理系统（CPSCPS）通过价值链实现横向集成通过价值链实现横向集成跨整个跨整个价值链价值链的工程的工程解读德国工业4.0n工业工业4.04.0自动化自动化-信息物理系统（信息物理系统（CPSCPS）垂直集成与网络化制造垂直集成与网络化制造 在明天的智慧工厂，生产结构不会是固定的，预定义的。相反，一组在明天的智慧工厂，生
19、产结构不会是固定的，预定义的。相反，一组IT配置的配置的 规则将被定义，可以根据具体情况规则将被定义，可以根据具体情况 进行工厂结构的拓扑结构配置组进行工厂结构的拓扑结构配置组合，其中包括针对模型，数据，通信和计算合，其中包括针对模型，数据，通信和计算 算法的所有相关要求。算法的所有相关要求。解读德国工业4.0n工业工业4.04.0的标准规范的标准规范工业工业4.0智慧工厂智慧工厂标准标准EMMA:多模式工业辅助多模式工业辅助系统系统OMM:语义产品内存语义产品内存USDL:信息物理产品系统中信息物理产品系统中的语义服务的语义服务解读德国工业4.0n智能产品案例智能产品案例-智能化汽车智能化汽
20、车动力管理动力管理APPAPP驾驶员辅助驾驶员辅助APPAPP智能用户界智能用户界面面APPAPP绿色驾驶绿色驾驶APPAPP解读德国工业4.0n智能产品案例-波音波音公司已经在一些领域（军用民用）应用信息物理系统，从中获益匪浅。CPS 对于波音公司航空航天领域至关重要解读德国工业4.0n德国一些企业已经开始实施industry 4.0TRUMPF公司SAP公司WITTENSTEIN公司FESTO公司BOSCH公司解读德国工业4.04.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产解读德国工业4.0 多品种小批量智能产品的高精度卓越品质生产是未来像德国一样成功经济的发展趋势 80%制造创新基于信息通信技术
21、，通过信息通信技术实现了智慧工厂、绿色和城市生产 第四次工业革命将基于信息物理系统、物联网和互联服务，它将产生大量的大数据流，这些大数据能够被搜集和分析用于指导高效高品质生产；基于信息物理系统的工业辅助系统能够支持、帮助和培训智慧工厂的下一代工人；多通道增强现实系统能够允许个性化的工作流程和快速学习新产品工艺。解读德国工业4.0一、为什么要发展智能制造？二、智能制造与工业4.0 三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望三、中国制造2025与互联网+中国制造2025中国制造2025家电、汽车、飞机等装备制造一步步走向高端。增加值占全国工业收入的86.7%，占出口总量的95.09%；制
22、造业世界第一，占20%。产品中低端、低价位竞争。信息化有成效，如甩图板工程、试点企业；信息化救活了Oracle，数控帮助了Fanuc的成长；未重视装备基础：数控机床、机器人成短板。高档数控系统及机床有重要突破；产业化尚需政策与市场倡导，04专项在调整。“中国制造2025”的是:坚持走中国特色新型工业化道路,以促进制造业创新发展为主题,以提质增效为中心,以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向,以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标,强化工业基础能力,提高综合集成水平,完善多层次多类型人才培养体系,促进产业转型升级,培育有中国特色的制造文化,实现制造业
23、由大变强的历史跨越.战略举措之一:智能制造工程战略举措之二:制造业创新体系建设工程战略举措之三:工业强基工程战略举措之四:质量与品牌提升行动计划战略举措之五:绿色制造工程战略举措之六:高端装备创新工程战略举措之七:制造业服务化推进行动计划战略举措之八:现代企业建设行动计划中国制造中国制造2025五大工程：五大工程：1、制造业创新中心（工业技术研究基地）建设工程2、智能制造工程 3、工业强基工程4、绿色制造工程5、高端装备创新工程（组织实施大型飞机、航空发动机及燃气轮机、民用航天、智能绿色列车、节能与新能源汽车、海洋工程装备及高技术船舶、智能电网成套装备、高档数控机床、核电装备、高端诊疗设备等一
24、批创新和产业化专项、重大工程。）中国制造2025 通过互联网与先进制造业和现代服务业的深度融合,可以使互联网最新的信息技术、方法论和商业模式深度融合于制造业和服务业的各个领域之中,极大地促进制造业提质增效、转型升级,促进服务型制造业和生产性服务业的发展.n 新一轮科技革命大潮澎湃,新一轮工业革命蓬勃兴起驱动力之一:信息技术指数级增长驱动力之二:数字化网络化普及应用例数码相机例中国互联网产业例小米手机的“互联网开发”模式驱动力之三:集成式智能化创新例苹果系列产品、特斯拉电动汽车例Google无人驾驶汽车“中国制造2025”要以创新驱动发展为主题,以信息化与工业化深度融合为主线,以推进智能制造为主
25、攻方向.制造业数字化网络化智能化是新一轮工业革命的核心技术,应该作为“中国制造2025”的制高点、突破口和主攻方向.制造业数字化网络化智能化是实现机械产品创新的共性使能技术,使机械产品向“数控一代”乃至“智能一代”发展,可从根本上提高产品功能、性能和市场竞争力.例D(三维)打印机或称为快速成形机例页岩气革命例动力机车的数控化与智能化例X52K普通立式铣床XHK714/3-5五坐标加工中心例高速高精钻攻中心例光刻机精密工作台例全电舰船例“海洋石油981”平台例14飞机的全数字化设计例15波音公司:全方位、全周期生产管控例慕尼黑宝马定制总部例毛衣的定制生产例西服的定制生产例通用电气(GE)的生产服
26、务模式例陕鼓动力的服务模式 CPS是一个综合计算、通信、网络、控制和物理环境的多维复杂系统,可以将信息世界和现实世界联系在一起,创建一个真正的CPS世界,这个CPS世界中,智能目标之间可以互动和互相交流.工业互联网是智能制造的基础设施,“云计算、大数据、物联网、务联网”通过嵌入式系统连接装备以实现工业互联网.制订工业互联网整体网络架构建设规划与布局,建设低时延、高可靠、广覆盖的工业互联网.中国制造2025例21中国家电产业的发展第一阶段(2015-2020),全面推广数字化网络化技术的应用,部分行业和企业开展智能化技术应用的试点和示范.如,大力推进“数控一代”机械产品创新工程。第二阶段(202
27、0-2025年),大力推进网络化智能化技术的应用.如,着力推动“智能一代”机械产品创新工程。“中国制造”是中央向全社会发出的建设制造强国的动员令,凝聚着中国制造业界全体同志的决心和意志,全行业动员起来、全社会动员起来,打一场“创新驱动、转型升级”的“人民战争”.一、为什么要发展智能制造？二、智能制造与工业4.0 三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望四、智能制造技术发展趋势1.国家战略性新兴产业规划国家战略性新兴产业规划智能制造装备核心技术与重点领域2.关键支撑技术智能机床闭环智能加工系统性能评价性能数据误差模型零件误差补偿加工过程中传感器数据加工过程间的检验数据加工完毕后的检验
28、数据2.关键支撑技术智能机床信息塔(e-Tower)机床信息化，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度 操作权限指纹确认。工件试切时，可在屏幕观察加工过程。故障报警显示、在线帮助排除操作权限指纹确认加工任务完成情况和机床状态可用手机查询数码相机722.关键支撑技术智能机器人 增材制造是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,被誉为有望产生“新一次工业革命”的代表性技术。来源：Wohlers Associates3D打印全球市场规模（亿美元）中国产3D打印装备仅占3%3D打印技术有待充分成熟，主流市场有待进一步培育。从技术成熟到适应市场需求还将需
29、要510年的培育期。2.关键支撑技术增材制造(3D打印)传感器传感器传感器传感器2.关键支撑技术基于智能传感的物联网络2.关键支撑技术基于智能传感的物联网络智能车身工艺设计系统零件公差装配顺序定位装夹连接参数新工艺设计模型2.关键支撑技术智能制造工艺3.智能制造发展目标以设计与工艺技术、智能机器人技术和系统控制技术等为代表的高端装备和系统集成技术是智能制造的核心。n建立智能制造基础理论与技术体系n突破一批智能制造基础技术与部件n攻克一批智能化高端装备n研发制造过程智能化技术与装备n系统集成与重大示范应用n 智能制造的基础理论与技术研究n 智能制造基础技术与部件攻关n 智能化高端装备的研究与开发
30、n 制造过程智能化技术、装备与研究与开发n 系统集成与重大示范应用 4.智能制造重点任务5.十大重点领域（十大重点领域（23个重点方向）突个重点方向）突破：破：n 新一代信息技术产业（集成电路及专用设备、信息通信设备、操作系统与工业软件、智能制造核心信息设备）；n 高档数控机床和机器人（高档数控机床与基础制造装备、机器人）n 航空航天装备（飞机、航空发动机、航空机载设备与系统、航天装备）；n 海洋工程装备及高技术船舶（海洋工程装备及高技术船舶）；n 先进轨道交通装备（先进轨道交通装备）；n 节能与新能源汽车（节能汽车、新能源汽车、智能网联汽车）n 电力装备（发电装备、输变电装备）；n 农业装备（农业装备）n 新材料（先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料）；n 生物医药及高性能医疗器械（生物医药、高性能医疗器械）。工信部智能制造示范项目94项（2015年6月9日）六大类试点示范项目，包括：一是以数字化工厂/智能工厂为方向的流程制造示范项目 二是以数字化车间/智能工厂为方向的离散制造示范项目 三是以信息技术深度嵌入为代表的智能装备(产品)示范项目 四是以个性化定制、网络协同开发、电子商务为代表的智能制造新业态新模式示范项目 五是以物流、能源管理智慧化为方向的智能化管理示范项目 六是以在线监测、远程诊断与云服务为代表的智能服务示范项目6.智能制造中国制造业的中国梦
