智能制造工程專業(yè)綜合實(shí)踐教程 課件 第1章 智能制造系統(tǒng)概述

第1章智能制造系統(tǒng)概述目錄智能制造系統(tǒng)010203040506智能制造系統(tǒng)體系架構(gòu)智能研發(fā)與設(shè)計(jì)系統(tǒng)智能生產(chǎn)系統(tǒng)智能管理與服務(wù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)智能制造系統(tǒng)01系統(tǒng)的基本介紹智能制造系統(tǒng)是人機(jī)協(xié)同智能系統(tǒng)，融合智能機(jī)器與人類專家，利用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)高度靈活性與智能化。智能制造系統(tǒng)是人機(jī)協(xié)同智能系統(tǒng)，融合智能機(jī)器與人類專家，利用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)高度靈活性與智能化。系統(tǒng)的應(yīng)用效果能替代部分腦力勞動(dòng)，提升生產(chǎn)效率與決策精準(zhǔn)度，為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供技術(shù)支撐。能替代部分腦力勞動(dòng)，提升生產(chǎn)效率與決策精準(zhǔn)度，為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供技術(shù)支撐。系統(tǒng)的特點(diǎn)具有自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化、集成優(yōu)化及綠色化等特點(diǎn)，涵蓋多個(gè)模塊及面向流程工業(yè)的系統(tǒng)。具有自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化、集成優(yōu)化及綠色化等特點(diǎn)，涵蓋多個(gè)模塊及面向流程工業(yè)的系統(tǒng)。智能制造技術(shù)體系的總體框架面向網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的智慧企業(yè)業(yè)務(wù)流程協(xié)作框架智能制造系統(tǒng)體系架構(gòu)02總體要求依據(jù)“三步法”原則構(gòu)建國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)。智能制造體系構(gòu)建分析標(biāo)準(zhǔn)化需求，形成涵蓋多方面的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，組成體系框架。關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)形成細(xì)化分解體系結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)體系建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)工作。體系框架建立完善010203智能制造系統(tǒng)架構(gòu)生命周期由設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)組成鏈?zhǔn)郊?，覆蓋產(chǎn)品全過程，各環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，通過三流傳遞連接，促進(jìn)整體效率提升。系統(tǒng)層級(jí)從下到上包括設(shè)備層、控制層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層，展示裝備智能化等趨勢(shì)，各層級(jí)協(xié)同確保高效運(yùn)行。智能功能使制造活動(dòng)具備自感知等功能，分為資源要素等五個(gè)層次，三種集成方式共同推動(dòng)智能制造發(fā)展和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提升。示例解析以工業(yè)機(jī)器人、PLC和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為例，詮釋其在系統(tǒng)架構(gòu)中所處位置，分別對(duì)應(yīng)不同環(huán)節(jié)、層級(jí)和功能層次。智能制造系統(tǒng)級(jí)別基于三個(gè)維度，聚焦“智能+制造”，明確智能制造關(guān)鍵框架。明確關(guān)鍵框架涵蓋十大核心能力要素，細(xì)分為多個(gè)領(lǐng)域和成熟度等級(jí)。涵蓋核心能力要素分為五個(gè)等級(jí)，規(guī)定具體要求，為實(shí)施推進(jìn)提供指引。成熟度等級(jí)劃分010203智能制造系統(tǒng)級(jí)別工業(yè)機(jī)器人在架構(gòu)中的位置PLC在智能制造系統(tǒng)架構(gòu)中的位置工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在架構(gòu)中的位置智能制造系統(tǒng)架構(gòu)模型智能制造系統(tǒng)5個(gè)等級(jí)智能制造系統(tǒng)層次實(shí)現(xiàn)制造智能化應(yīng)用智能制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)制造過程或組織的部分智能化。系統(tǒng)層級(jí)劃分劃分為多個(gè)層級(jí)，包括智能機(jī)床等。系統(tǒng)層次組成包括制造裝備等層次，關(guān)鍵要素相互作用構(gòu)建整體框架。010203智能制造系統(tǒng)層次智能制造系統(tǒng)的層次智能研發(fā)與設(shè)計(jì)系統(tǒng)03系統(tǒng)概述產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)特性是創(chuàng)造性環(huán)節(jié)，可個(gè)體或團(tuán)隊(duì)完成，利用技術(shù)提升性能。應(yīng)用智能策略優(yōu)勢(shì)應(yīng)用智能策略實(shí)現(xiàn)信息高效反饋，縮短研發(fā)周期提質(zhì)量。02探討研發(fā)管理模式重點(diǎn)探討智能制造模式中的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)管理模式。0301創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)管理模式跨學(xué)科性能樣機(jī)建模與仿真技術(shù)構(gòu)建協(xié)同仿真環(huán)境，支持快速原型設(shè)計(jì)，復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)需統(tǒng)一協(xié)同開發(fā)方法。多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計(jì)與集成創(chuàng)新管理模式是創(chuàng)新過程制度化體現(xiàn)，已有六代模式被實(shí)踐，產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程包括幾個(gè)主要階段。產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)管理模式開放式創(chuàng)新強(qiáng)調(diào)企業(yè)利用外部資源獲取靈感，眾包理論指企業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)外包任務(wù)，長(zhǎng)尾理論認(rèn)為小眾產(chǎn)品可滿足廣泛需求，精益創(chuàng)業(yè)理論通過試錯(cuò)和用戶參與加速產(chǎn)品迭代。基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)模式010203六個(gè)階段產(chǎn)品研發(fā)與工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)與工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成產(chǎn)品研發(fā)與工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)由CAD、CAPP、CAFD、CAM四個(gè)子系統(tǒng)組成，設(shè)計(jì)信息經(jīng)處理后傳遞至各子系統(tǒng)，輸出相關(guān)加工信息，采用PDM作為信息集成框架提升協(xié)同能力。產(chǎn)品研發(fā)與工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能樹和功能模型產(chǎn)品研發(fā)與工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能樹包括CAD、CAPP、CAFD、CAM子系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，這些子系統(tǒng)共同構(gòu)成完整功能鏈，支持從設(shè)計(jì)到制造的全流程一體化。工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的信息接口工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部信息接口如圖所示，展示數(shù)據(jù)和信息流動(dòng)過程。各子系統(tǒng)間通過接口實(shí)現(xiàn)信息共享與高效傳遞，確保協(xié)同工作。產(chǎn)品研發(fā)與工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)產(chǎn)品研發(fā)與工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)有五點(diǎn)，包括人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、網(wǎng)絡(luò)化、并行化和系統(tǒng)集成，可提升效率推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。產(chǎn)品研發(fā)與工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)(功能樹和功能模型)產(chǎn)品研發(fā)與工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能樹和功能模型工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的信息接口智能生產(chǎn)系統(tǒng)04系統(tǒng)結(jié)構(gòu)01智能生產(chǎn)系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)智能生產(chǎn)系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)包括車間控制系統(tǒng)、加工系統(tǒng)、物料運(yùn)輸與存儲(chǔ)系統(tǒng)、刀具準(zhǔn)備與儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)。車間控制系統(tǒng)分為多層，各層有不同功能；加工系統(tǒng)包含多種制造自動(dòng)化核心；物料運(yùn)輸與存儲(chǔ)系統(tǒng)負(fù)責(zé)物料流動(dòng)管理；刀具準(zhǔn)備與儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)確保刀具供應(yīng)；檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)保證系統(tǒng)運(yùn)行與加工質(zhì)量。02智能生產(chǎn)系統(tǒng)的功能模型生產(chǎn)系統(tǒng)的IDEF0功能模型中，車間控制系統(tǒng)的主要功能有制訂與調(diào)度生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、管理刀具與物料、制造與檢驗(yàn)、質(zhì)量控制、監(jiān)控等，其功能實(shí)現(xiàn)依賴與其他分系統(tǒng)配合，如依據(jù)主生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃制訂車間生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，與MIS、EDS、QMS等系統(tǒng)密切相關(guān)。03智能生產(chǎn)系統(tǒng)與其他分系統(tǒng)的信息接口智能生產(chǎn)系統(tǒng)與其他分系統(tǒng)的信息聯(lián)系分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)、輸入和輸出信息，具有局域?qū)崟r(shí)性，信息類型多樣。可抽象出車間作業(yè)計(jì)劃類、生產(chǎn)準(zhǔn)備類、生產(chǎn)控制類、庫(kù)存記錄類、仿真數(shù)據(jù)類等不同實(shí)體。04技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)包括智能化、制造虛擬化、敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化、全球化、制造綠色化。這些趨勢(shì)推動(dòng)制造業(yè)向更高效、靈活、綠色的方向發(fā)展，為未來制造業(yè)奠定基礎(chǔ)。01智能生產(chǎn)系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)車間控制系統(tǒng)的遞階控制體系結(jié)構(gòu)02智能生產(chǎn)系統(tǒng)的功能模型生產(chǎn)系統(tǒng)的IDEF0功能模型02智能生產(chǎn)系統(tǒng)的功能模型車間控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流模型智能生產(chǎn)系統(tǒng)與其他分系統(tǒng)的信息接口03智能生產(chǎn)系統(tǒng)與其他分系統(tǒng)的信息接口面向智能化生產(chǎn)的主要概念虛擬制造數(shù)字制造以數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造為核心，在多種技術(shù)支持下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造全過程的數(shù)字化，提升制造效率和靈活性。數(shù)字孿生數(shù)字孿生為物理對(duì)象創(chuàng)建虛擬模型，模擬其行為，起源于相關(guān)技術(shù)，現(xiàn)已擴(kuò)展多領(lǐng)域，能提升產(chǎn)品創(chuàng)新等，物聯(lián)網(wǎng)使其更精準(zhǔn)。智慧工廠智慧工廠概念由美國(guó)ARC顧問集團(tuán)提出，融合多種制造和管理，從多維度描述，提高制造系統(tǒng)靈活性等，是工業(yè)4.0關(guān)鍵支撐。010203智能管理與服務(wù)系統(tǒng)05智能管理與服務(wù)技術(shù)體系010203040506制造系統(tǒng)管理發(fā)展20世紀(jì)以來，制造系統(tǒng)管理從傳統(tǒng)到現(xiàn)代，歷經(jīng)多階段，提升效率水平。現(xiàn)代管理技術(shù)基礎(chǔ)以多種集成為基礎(chǔ)，依托信息系統(tǒng)，全面管理優(yōu)化企業(yè)與生產(chǎn)過程。技術(shù)體系主要內(nèi)容包含管理模式理論、信息系統(tǒng)等，為企業(yè)運(yùn)營(yíng)提供有效支撐。智能管理服務(wù)系統(tǒng)基于先進(jìn)方法，涵蓋多種管理，包括運(yùn)營(yíng)、物流等方面內(nèi)容?，F(xiàn)代企業(yè)管理模式典型模式眾多，如MRP-Ⅱ、JIT等，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)的基本框架。企業(yè)管理優(yōu)化方法涉及重組等，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)管理與決策優(yōu)化。智能管理與服務(wù)技術(shù)體系智能管理與服務(wù)0102企業(yè)資源計(jì)劃ERP是通過信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源一體化管理的系統(tǒng)，整合多種核心功能模塊，有狹義和廣義之分，至少提供5個(gè)基本功能。全面質(zhì)量管理系統(tǒng)21世紀(jì)被稱為質(zhì)量的世紀(jì)，現(xiàn)代質(zhì)量管理轉(zhuǎn)向預(yù)防問題，催生了TQM理念，強(qiáng)調(diào)質(zhì)量管理貫穿企業(yè)各層級(jí)和環(huán)節(jié)。智能物流與供應(yīng)鏈敏捷供應(yīng)鏈的概念敏捷供應(yīng)鏈?zhǔn)莿?dòng)態(tài)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，能重構(gòu)供需關(guān)系，快速響應(yīng)市場(chǎng)變化，其管理核心是管理供應(yīng)商與客戶間的交易與協(xié)調(diào)。敏捷供應(yīng)鏈技術(shù)敏捷供應(yīng)鏈管理的實(shí)現(xiàn)涉及多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，包括統(tǒng)一的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟企業(yè)建模和管理、分布式計(jì)算、軟件系統(tǒng)可重構(gòu)、遺留系統(tǒng)封裝和信息安全技術(shù)。實(shí)驗(yàn)06實(shí)驗(yàn)一：機(jī)器人控制認(rèn)知實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諜C(jī)器人控制系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)控制原理等，熟悉控制流程，學(xué)會(huì)相關(guān)操作與調(diào)試，解決故障。（2）實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)涵蓋機(jī)器人控制算法、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理、路徑規(guī)劃等相關(guān)知識(shí)，以及人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及主要步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為控制機(jī)器人完成抓取等任務(wù)，步驟包括系統(tǒng)檢查連接、輸入輸出配置、程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試、故障診斷優(yōu)化等。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果掌握機(jī)器人控制原理及操作流程，能獨(dú)立完成系統(tǒng)安裝等，熟練設(shè)計(jì)控制程序，學(xué)會(huì)解決常見問題并提高應(yīng)用能力。010203043D打印認(rèn)知實(shí)驗(yàn)掌握3D打印設(shè)備結(jié)構(gòu)和功能，理解打印原理，熟悉打印流程，學(xué)會(huì)讀取分析相關(guān)技術(shù)文檔并完成設(shè)備安裝接線。實(shí)驗(yàn)?zāi)康陌?D打印技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理、切片軟件使用與G代碼生成、3D打印材料知識(shí)等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為打印簡(jiǎn)單模型等，步驟包括設(shè)備檢查安裝、輸入輸出配置、模型設(shè)計(jì)切片、設(shè)備運(yùn)行調(diào)試、故障分析優(yōu)化。掌握3D打印設(shè)備結(jié)構(gòu)原理，能獨(dú)立完成設(shè)備安裝調(diào)試，熟悉切片軟件使用，學(xué)會(huì)解決常見打印問題并提高應(yīng)用能力。實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及主要步驟預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果智能倉(cāng)儲(chǔ)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆罩悄軅}(cāng)儲(chǔ)概念與技術(shù)架構(gòu)，了解倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，實(shí)踐智能倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備操作編程，理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景。實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)包括智能倉(cāng)儲(chǔ)概念及核心技術(shù)、倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)功能模塊與操作流程、AGV小車導(dǎo)航原理、機(jī)械臂工作原理與編程控制。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及主要步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為完成倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)操作及相關(guān)任務(wù)，步驟包括實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、系統(tǒng)操作、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集分析等。預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果掌握智能倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備操作與編程方法，熟悉倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，采集分析數(shù)據(jù)，理解智能倉(cāng)儲(chǔ)應(yīng)用價(jià)值并提出建議。01020304實(shí)驗(yàn)四：智能檢測(cè)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)掌握智能檢測(cè)原理及技術(shù)，學(xué)習(xí)傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)機(jī)制，理解機(jī)器視覺應(yīng)用及操作流程，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮w智能檢測(cè)概念分類、常見傳感器原理應(yīng)用、機(jī)器視覺系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)等知識(shí)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括傳感器等學(xué)習(xí)實(shí)踐與應(yīng)用模擬，步驟有傳感器實(shí)驗(yàn)、機(jī)器視覺任務(wù)、數(shù)據(jù)處理分析、工業(yè)模擬實(shí)驗(yàn)。掌握傳感器操作與數(shù)據(jù)讀取方法，完成機(jī)器視覺檢測(cè)任務(wù)，理解檢測(cè)系統(tǒng)性能指標(biāo)，了解智能檢測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景。實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及主要步驟預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)五：智能維修認(rèn)知實(shí)驗(yàn)實(shí)