智能制造概念与技术概述

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,智能制造概念与技术,目录,智能制造的含义,1,智能制造技术的特点,2,智能制造发展的历史背景及发展状况,3,智能制造系统,5,智能制造的关键技术,4,智能制造的形式,7,智能制造系统建模的数学方法,6,智能制造概述,1、智能制造含义,智能制造是研究制造活动中的信息感知与分析、知识表达与学习、智能决策与执行的一门综合交叉技术，是实现知识属性和功能的必然手段。,智能制造是人类的智慧向制造装备转移的过程。,智能制造概述,2、智能制造技术的特点,(1)智能制造技术以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高产品对动态多变市场的适应能力和竞争力为目标。,(2)智能制造技术不局限于制造工艺，而是覆盖了市场分析、生产管理、加工和装配、销售、维修、服务，以及回收再生的全过程。,(3)智能制造强调技术、人、管理和信息的四维集成，不仅涉及到物质流和能量流，还涉及到信息流和知识流，即四维集成和四流交汇是智能制造技术的重要特点。,(4)智能制造技术更加重视制造过程组成和管理的合理化以及革新，它是硬件、软件、智能(人)与组织的系统集成。,智能制造概述,3、智能制造发展的历史背景及发展状况,3.1 智能制造发展的历史背景,20世纪60年代后，由于市场经济的冲击和信息革命的推动，世界范围内的制造业正经历了一场重大的变革。,企业面临的是一个多变得市场和越来越激烈的竞争环境，社会对产品的需求正从大批量产品专向多品种、小批量甚至单件产品上。企业必须对自身不断进行改造以适应变化了的市场。因此，智能制造技术正是为了适应以上市场变化的新型制造系统。,智能制造概述,3.2 国外智能制造发展状况,美国政府将智能制造视为21世纪占领世界制造技术领先地位的基石。,19911992和19921993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。,卡内基梅隆大学（CMU）先后开发了车间调度系统（ISIS）、项目管理系统（CALLISTO）等项目。,1989年，D.A.Boume组织完成了首台智能加工工作站（IMW）的样机。,日本东京大学Furkawa教授等人正式提出了智能制造系统（IMS）国际合作计划，并于1990年被日本立案为国际共同研究开发项目。,2011，美国启动“先进制造伙伴关系”（AMP）计划。旨在打造关键国家安全工业的国内制造能力；缩短研制先进材料（用于制造产品）所需的时间；确立美国在下一代机器人技术领域的领导地位。,智能制造概述,2013,年，德国政府提出,“,工业,4.0”,的概念，旨在旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。,智能制造概述,3.2 国内智能制造发展状况,我国在智能制造的研究方面起步较晚，但在这个领域的研究发展还是比较快的。目前绝大多数的研究集中在人工智能在制造业的各个领域的应用方面，如智能CAD、CAPP专家系统、机电设备的智能控制等等。,1989年在华中理科大学召开“机械制造走向2000年回顾、展望与对策”大会。,1990年，华中理科大学首次组建了IM学科组，积极跟踪国际IMS的最新研究动态和从事IMS关键技术的预研工作。,2002年，国务院批准ARJ21-700飞机项目立项，已全面采用了三维数字化设计技术和并行工程方法，最终实现了大部段对接一次成功，飞机上天一次成功。,2012年4月，科技部发布智能制造科技发展“十二五”专项规划，布局了基础理论与技术研究、智能化装备、制造过程智能化成套技术与装备、智能制造基础技术与部件、系统与集 成 与重 大 示 范 应 用 等 五 项 重 点 任务。,智能制造概述,2015,年，中国推出“中国制造2025”战略，并将其定位于国家战略。,智能制造技术,4、智能制造的关键技术,4.1,智能制造装备的关键技术,4.1,.1,装备运行状态和环境的感知与识别技术,内容：这个技术主要对金属切削机床的加工精度、温度、切削力、热变形、应力应变、图像信息等进行感知和识别。,目的：该技术目的在于研制具有高灵敏、高可靠、高精度的检测环境信息的新型传感器。,智能,制,制造,技,技术,4.,1.,2,性,性能,预,预测,和,和智,能,能维,护,护技,术,术,内容,：,：该,技,技术,主,主要,对,对机,床,床的,刀,刀具,磨,磨损,情,情况,、,、机,床,床故,障,障状,态,态、,振,振动,状,状态,、,、精,度,度退,化,化状,态,态进,行,行智,能,能预,测,测和,维,维护,。,。,目的,：,：该,技,技术,的,的目,的,的是,建,建立,状,状态,表,表征,体,体系,与,与装,备,备性,能,能表,征,征指,标,标间,的,的映,射,射关,系,系，,并,并实,现,现对,故,故障,的,的自,诊,诊断,和,和自,修,修复,，,，同,时,时也,能,能实,现,现重,大,大技,术,术装,备,备的,寿,寿命,测,测试,和,和预,测,测，,从,从而,达,达到,对,对装,备,备可,靠,靠性,和,和寿,命,命精,确,确评,估,估的,目,目的,。,。,智能,制,制造,技,技术,4.,1.,3,智,智能,工,工艺,规,规划,和,和智,能,能编,程,程技,术,术,内容,：,：该,技,技术,主,主要,通,通过,计,计算,机,机模,拟,拟专,家,家处,理,理综,合,合考,虑,虑机,床,床工,装,装和,零,零件,材,材料,特,特性,的,的工,艺,艺规,划,划。,目的,：,：建,立,立工,艺,艺系,统,统和,作,作业,环,环境,的,的集,成,成数,学,学模,型,型和,标,标定,方,方法,。,。,建立,面,面向,典,典型,行,行业,的,的工,艺,艺数,据,据库,和,和工,艺,艺知,识,识库,以,以实,现,现目,标,标工,艺,艺优,化,化。,建立,规,规划,与,与编,程,程的,智,智能,推,推理,和,和决,策,策方,法,法。,智能,制,制造,技,技术,4.,1.,4,智,智能,数,数控,系,系统,与,与智,能,能数,控,控驱,动,动技,术,术,内容,：,：主,要,要对,数,数控,机,机床,的,的数,控,控能,力,力进,行,行提,高,高。,目的,：,：完,善,善伺,服,服控,制,制技,术,术，,实,实现,系,系统,参,参数,自,自动,识,识别,、,、控,制,制参,数,数自,动,动配,置,置,、,、多,轴,轴参,数,数的,自,自动,优,优化,、,、振,动,动主,动,动控,制,制。,完善,基,基于,视,视觉,感,感知,的,的伺,服,服控,制,制，,实,实现,防,防碰,撞,撞技,术,术，,实,实现,自,自律,运,运动,、,、无,人,人驾,驶,驶和,灵,灵巧,操,操作,。,。,运用,虚,虚拟,现,现实,和,和人,工,工智,能,能技,术,术，,实,实现,语,语音,控,控制,和,和基,于,于虚,拟,拟现,实,实环,境,境的,操,操作,，,，发,展,展智,能,能化,人,人机,交,交互,技,技术,。,。,智能,制,制造,技,技术,4.2,智能,CAD/CAM,技术,内容,：,：该,技,技术,主,主要,以,以人,为,为主,体,体，,借,借助,计,计算,机,机硬,件,件、,软,软件,工,工具,，,，辅,助,助完,成,成产,品,品设,计,计与,制,制造,。,。,优点,：,：,1,、系,统,统各,模,模块,之,之间,资,资源,共,共享,，,，提,高,高了,系,系统,的,的运,行,行效,率,率，,系,系,统成,本,本降,低,低。,2,、避,免,免了,应,应用,系,系统,之,之间,信,信息,传,传递,的,的人,为,为误,差,差，,提,提高,了,了产,品,品,的质,量,量。,3,、有,利,利于,实,实现,并,并行,作,作业,，,，,缩,缩,短,短产,品,品上,市,市周,期,期、,提,提高,产,产品,质量,和,和企,业,业的,市,市场,竞,竞争,力,力。,智能,制,制造,技,技术,的组,成,成,CAD/CAM,系统,硬件,系,系统,软件,系,系统,计算,机,机,外围,设,设备,系统,软,软件,支撑,软,软件,应用,软,软件,智能,制,制造,技,技术,4.2.2CAD/CAM技,术,术的,发,发展,趋,趋势,计算,机,机技,术,术的,发,发展,为,为CAD/CAM,技,技术,的,的发,展,展提,供,供了,有,有利,的,的条,件,件,使,使其,向,向着,集,集成,化,化、,智,智能,化,化和,标,标准,化,化的,方,方向,发,发展,。,。,智能,制,制造,技,技术,4.3,智,智能,计,计算,机,机辅,助,助工,艺,艺规,划,划技,术,术,（,ICAPP,）,CAPP,是通,过,过向,计,计算,机,机输,入,入被,加,加工,零,零件,的,的原,始,始数,据,据，,加,加工,条,条件,和,和加,工,工要,求,求，,由,由计,算,算机,自,自动,地,地进,行,行编,码,码，,编,编程,直,直至,最,最后,输,输出,经,经过,优,优化,的,的工,艺,艺规,程,程卡,片,片的,过,过程,。,。计,算,算机,辅,辅助,工,工艺,规,规划,常,常是,联,联结,计,计算,机,机辅,助,助设,计,计（CAD）,和,和计,算,算机,辅,辅助,制,制造,（,（CAM,）,）的,桥,桥梁,。,。,智能,制,制造,技,技术,CAPP,智能,化,化？,将人,工,工智,能,能运,用,用到CAPP,系,系统,的,的研,究,究与,开,开发,中,中，,使,使得CAPP,系,系统,在,在知,识,识推,理,理、,知,知识,获,获取,等,等方,面,面能,够,够模,拟,拟人,的,的智,能,能活,动,动与,思,思维,方,方式,，,，实,现,现复,杂,杂工,艺,艺设,计,计问,题,题的,解,解决,，,，使,得,得CAPP能,够,够具,有,有人,类,类的,智,智能,特,特性,，,，也,就,就是,智,智能,化,化CAPP。,智能,制,制造,技,技术,CAPP,系统,的,的组,成,成,:,智能,制,制造,技,技术,5,、智,能,能制,造,造系,统,统,智能,制,制造,系,系统,由,由智,能,能机,器,器组,成,成。,整,整个,系,系统,包,包含,制,制造,过,过程,的,的智,能,能控,制,制、,作,作业,的,的智,能,能调,度,度与,控,控制,、,、制,造,造质,量,量信,息,息的,智,智能,处,处理,系,系统,、,、智,能,能检,测,测与,诊,诊断,系,系统,。,。,智能,制,制造,技,技术,5,.1MES,系,系统,MES系,统,统即,制,制造,企,企业,生,生产,过,过程,执,执行,管,管理,系,系统,，,，是,一,一套,面,面向,制,制造,企,企业,车,车间,执,执行,层,层的,生,生产,信,信息,化,化管,理,理系,统,统。MES,可,可以,为,为企,业,业提,供,供包,括,括制,造,造数,据,据管,理,理、,计,计划,排,排程,管,管理,、,、生,产,产调,度,度管,理,理、,库,库存,管,管理,、,、质,量,量管,理,理、,人,人力,资,资源,管,管理,、,、工,作,作中,心,心/,设,设备,管,管理,、,、工,具,具工,装,装管,理,理、,采,采购,管,管理,、,、成,本,本管,理,理、,项,项目,看,看板,管,管理,、,、生,产,产过,程,程控,制,制、,底,底层,数,数据,集,集成,分,分析,、,、上,层,层数,据,据集,成,成分,解,解等,管,管理,模,模块,，,，为,企,企业,打,打造,一,一个,扎,扎实,、,、可,靠,靠、,全,全面,、,、可,行,行的,制,制造,协,协同,管,管理,平,平台,。,。,智能,制,制造,技,技术,5,.2MES,系,系统,的,的功,能,能,现场,管,管理,细,细度,：,：由,按,按天,变,变为,按,按分,钟,钟/,秒,秒,现场,数,数据,采,采集,：,：由,人,人手,录,录入,变,变为,扫,扫描,、,、快,速,速