现代制造系统的智能控制监控与故障诊断181
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生产。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
第三阶段：柔性制造 时期：20世纪70－80年代。包括计算机直接数控(DNC)、
柔 性 制 造 单 元 (FMC) 、 柔 性 制 造 系 统 (FMS) 、 柔 性 加 工 线 (FML)。
涉 及 新 技 术 ： CAD 、 CAM 、 成 组 技 术 (GT) 、
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
一、制造系统的定义
基本定义：制造过程及其所涉及的硬件包括人员、
生产设备、材料、能源和各种辅助装置以及有关的 软件包括制造理论、制造技术(制造工艺和制造方法 等)和制造信息等组成了一个具有特定功能的有机整 体，称之为制造系统。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
根据所研究的问题的侧重面不同，又分为三种特定 的定义：
l 制造系统的结构定义：制造系统是制造过程所涉及的硬件 (包括人员、设备、物料流等)及其相关软件所组成的一个统 一整体。
l 制造系统的功能定义：制造系统是一个将制造资源(原材料、 能源等)转变为产品或半成品的输入、输出系统。
l 制造系统的过程定义：制造系统可看成是制造生产的运行过 程,包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造实施、检验 出厂、产品销售等各个环节的制造全过程。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
三、现代制造系统的发展过程
•智能制造、敏捷制造 •虚拟制造、网络制造 •全球制造、绿色制造
• 适应于大规模 • 可定制生产
•计算机集成制造 •柔性制造 •数控加工
•适应于多品种 •中小批量生产
•刚性自动化
•适应于大批大量的生产
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
第一阶段：刚性自动化，包括刚性自动线和自动单机 时期：20世纪40－50年代。应用传统的机械设计与制造
工艺方法，采用专用机床、组合机床、自动单机或自动 化生产线进行大批量生产。
引入新技术：继电器程序控制、组合机床。 特征：高生产率、刚性结构，难以实现产品更新换代。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之三：制造敏捷化
敏捷制造是一种面向21世纪的制造战略和制造模式， 当前研究十分活跃。制造环境与制造过程的敏捷性是敏捷 制造的重要组成部分，它主要包括机器、工艺等的柔性， 可重构能力，快速化的集成制造工艺等。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 ห้องสมุดไป่ตู้ 论
五、现代制造系统的开放式智能体系结构 －分布式、协同处理的智能制造自动化系统 －以人为中心的制造自动化系统APS （Anthropocentric Production System） －基于Internet的全球制造自动化系统
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
FMC/FMS/FML、离散系统理论与仿真技术、车间计划调 度与控制、监控与诊断、计算机控制与通讯网络。
特征：柔性与高效的理想结合，适应于多品种中小批量生产。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
第四阶段：计算机集成制造/系统(CIM/CIMS)
时期：20世纪80年代－。既可看作制造自动化发展的一个新
(Computer Process Monitoring and Computer Process Control)；
－机器视觉技术系统MV (Machine Vision)； －自动运货小车AGV (Automated Guide Vehicle)； －自动物料指挥系统AMH (Automated Materials Handling)。
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之一：制造集成化
集成化是21世纪制造自动化技术发展的一个重要 特征和主要发展趋势，将从制造系统内部的信息集成、 功能集成，发展到实现产品整个开发制造过程的集成， 并步入全球制造的全局集成阶段。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之二：制造智能化
三、课程的教学方式
l 学习方式：授课、自学相结合，自学为主；专题讨论。 l 考核方式：综合报告/试题/二者结合。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
四、参考书目
l 周祖德等. 现代机械制造系统的监控与故障诊断. 武汉： 华中理工大学出版社，1999年6月.
l 李小俚等. 先进制造中的智能监控技术，北京：科学出 版社，1999年3月.
四、现代制造系统的发展趋势与特征
发展趋势与特征之一：制造集成化 发展趋势与特征之二：制造智能化 发展趋势与特征之三：制造敏捷化 发展趋势与特征之四：制造虚拟化 发展趋势与特征之五：制造网络化 发展趋势与特征之六：制造全球化 发展趋势与特征之七：制造绿色化
•总 趋 势 ： 制造数字化
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之五：制造网络化
20世纪末网络技术特别是Internet/Intranet技术的 迅速发展，导致制造活动新的变革－－网络制造技术的产 生。基于网络的制造包括制造环境内部的网络化、制造环 境和整个制造企业的网络化、企业间的网络化、异地设计 与制造等方面。基于Internet/Intranet的制造已成为21 世纪制造自动化技术发展的重要趋势。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
l 现代制造系统的硬件构成:
－数控机床NC (Numerical Control Machine)； －计算机数控CNC (Computer Numerical Control)； －直接数控(群控)DNC (Direct Numerical Control)； －机器人Robot； －计算机工艺过程监视/控制器CPM/CPC
二、课程的学习目的
l 了解和掌握现代制造系统智能控制、监控与故障诊断 的概念与学科体系；
l 学习和了解现代制造系统的发展过程与智能体系结构 l 学习和掌握现代制造系统智能控制、监控的主要方法
和手段； l 学习和掌握制造系统故障(模型)、机理的分析与诊断
方法； l 了解当今最新研究成果与发展趋势。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
智能制造是未来制造自动化发展的重要特征方向。所 谓智能制造系统是一种智能机器和人类专家共同组成的人 机一体化智能系统，它在制造过程中能对进行诸如分析、 推理、判断、构思和决策等智能活动，以实现制造过程的 优化。专家预言：21世纪的制造业用两个“I”来标识： 即Integration(集成)和Intelligence(智能)。
阶段，又可看作是包含制造自动化系统的一个更高层次的系 统。
涉及新技术：现代制造技术、 CAD/CAM/CAPP集成、生
产管理与调度、自动化技术与系统、信息技术、车间动态调 度与仿真。
特征：强调制造过程的系统性和集成性，以解决企业生 存与竞争的TQCS问题。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之六：制造全球化
制造全球化的概念出于美、日、欧等发达国家的智能 制造计划，20世纪末随着Internet技术的发展，其研究与 应用发展迅速。制造全球化包括的内容非常广泛，主要有 市场的国际化，产品设计与开发的国际合作，产品制造的 跨国化，制造企业在全世界范围内的重组和集成，制造资 源的跨地区、跨国家协调、共享与优化利用等。
l 有关智能控制、监控与诊断方面的参考书。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
本讲主要内容
一、现代制造系统的定义与构成 二、现代制造系统的发展趋势与特征 三、现代制造系统的开放式智能体系结构 四、现代新型制造模式与系统（全能制造系统、
可重构制造系统、网络制造系统等） 五、现代制造系统智能控制、监控与诊断的需求
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之四：制造虚拟化
虚拟制造(VM)是将现实制造环境及制造过程通过建立 系统模型映射到计算机及相关技术所支撑的虚拟环境中， 在虚拟环境下模拟现实制造环境及其制造过程的一切活动 和产品的制造全过程，并对产品制造及制造系统的行为进 行预测和评价。它是敏捷制造的重要关键技术。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
分布式、协同处理智能制造自动化系统
分布式制造自动化系统集成面临的问题：
－ 异构性：异种设备环境、异种数据库、异种协议、异种网络 集成； － 分布性：分布式数据的一致性、可达性和可操作性。
解决手段：
利用计算机网络连接异构设备，实现制造系统问题的分布 式协同求解功能。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
分布式协同处理的制造自动化系统的两个层次：
－ 在现有自动化设备的基础上，采用分布式计算机控制策略， 将自动化程度不同、通信协议各异的异构设备集成起来，达到 信息共享和知识的协同处理，提高整体自动化水平。 － 由智能多自主体包括智能设计机器、智能加工工作站、智能 控制器等所构成的分布式、协同处理结构，它具备极强的应变 能力和自组织能力，是未来自动化制造系统的发展方向。
第一讲 绪 论
第五阶段：智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网 络制造、全球制造、绿色制造等 时期： 20世纪80年代末期提出，90年代兴起，是
制造自动化面向21世纪的发展方向。
发展趋势与特征：集成化、智能化、敏捷化、虚拟
化、网络化、全球化、绿色化。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之七：制造绿色化
环境、资源、人口是当今世界面临的三大主要问题。 绿色制造(Green Manufacturing)是一个综合考虑环境影 响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、 制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期 中，对环境的影响(负作用)最小，资源效率最高。绿色制 造是现代制造业的可持续发展制造模式。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
l 现代制造系统的软件构成:
－计算机辅助设计系统CAD (Computer Aided Design)； －计算机辅助工程系统CAE (Computer Aided Engineering)； －计算机辅助制造系统CAM (Computer Aided Manufacturing)； － 计 算 机 辅 助 工 艺 规 划 系 统 CAPP (Computer Aided Process Planning)； －物料需求计划系统MRP (Material Requirement Planning)； －主生产计划系统MPS (Master Production Scheduling)； －生产作业排序系统Sequencing； －制造资源计划系统MRP (Manufacturing Resources Planning)； －企业资源规划系统ERP/ERPII( Enterprise Resources Planning)。
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第一讲 绪 论
二、现代制造系统的构成
现 代 制 造 系 统 的 核 心 是 先 进 制 造 技 术 AMT (Advanced Manufacturing Technology)，它是现 代信息技术与制造技术相结合所产生的各种设备、 技术、系统的总称，由AMT的硬件、软件组成。
第一讲 绪 论
第二阶段：数控加工，包括NC和CNC 时 期 ： 20 世 纪 50 － 70 年 代 （ NC ） ， 70 － 80 年 代
（CNC）。计算机技术的迅速发展，NC被CNC所取代。 数控加工设备包括数控机床、加工中心等。
引入新技术：数控技术、计算机编程技术。 特征：柔性好、加工质量高，适应于多品种中小批量
现代制造系统的智能控 制监控与故障诊断181
2020/11/23
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
一、课程的主要内容：
现代制造系统概述 现代制造系统的智能控制 现代制造系统的智能监控 现代制造系统的智能诊断 现代制造系统的控制、监控与诊断的集成
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
第三阶段：柔性制造 时期：20世纪70－80年代。包括计算机直接数控(DNC)、
柔 性 制 造 单 元 (FMC) 、 柔 性 制 造 系 统 (FMS) 、 柔 性 加 工 线 (FML)。
涉 及 新 技 术 ： CAD 、 CAM 、 成 组 技 术 (GT) 、
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
一、制造系统的定义
基本定义：制造过程及其所涉及的硬件包括人员、
生产设备、材料、能源和各种辅助装置以及有关的 软件包括制造理论、制造技术(制造工艺和制造方法 等)和制造信息等组成了一个具有特定功能的有机整 体，称之为制造系统。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
根据所研究的问题的侧重面不同，又分为三种特定 的定义：
l 制造系统的结构定义：制造系统是制造过程所涉及的硬件 (包括人员、设备、物料流等)及其相关软件所组成的一个统 一整体。
l 制造系统的功能定义：制造系统是一个将制造资源(原材料、 能源等)转变为产品或半成品的输入、输出系统。
l 制造系统的过程定义：制造系统可看成是制造生产的运行过 程,包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造实施、检验 出厂、产品销售等各个环节的制造全过程。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
三、现代制造系统的发展过程
•智能制造、敏捷制造 •虚拟制造、网络制造 •全球制造、绿色制造
• 适应于大规模 • 可定制生产
•计算机集成制造 •柔性制造 •数控加工
•适应于多品种 •中小批量生产
•刚性自动化
•适应于大批大量的生产
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
第一阶段：刚性自动化，包括刚性自动线和自动单机 时期：20世纪40－50年代。应用传统的机械设计与制造
工艺方法，采用专用机床、组合机床、自动单机或自动 化生产线进行大批量生产。
引入新技术：继电器程序控制、组合机床。 特征：高生产率、刚性结构，难以实现产品更新换代。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之三：制造敏捷化
敏捷制造是一种面向21世纪的制造战略和制造模式， 当前研究十分活跃。制造环境与制造过程的敏捷性是敏捷 制造的重要组成部分，它主要包括机器、工艺等的柔性， 可重构能力，快速化的集成制造工艺等。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 ห้องสมุดไป่ตู้ 论
五、现代制造系统的开放式智能体系结构 －分布式、协同处理的智能制造自动化系统 －以人为中心的制造自动化系统APS （Anthropocentric Production System） －基于Internet的全球制造自动化系统
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
FMC/FMS/FML、离散系统理论与仿真技术、车间计划调 度与控制、监控与诊断、计算机控制与通讯网络。
特征：柔性与高效的理想结合，适应于多品种中小批量生产。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
第四阶段：计算机集成制造/系统(CIM/CIMS)
时期：20世纪80年代－。既可看作制造自动化发展的一个新
(Computer Process Monitoring and Computer Process Control)；
－机器视觉技术系统MV (Machine Vision)； －自动运货小车AGV (Automated Guide Vehicle)； －自动物料指挥系统AMH (Automated Materials Handling)。
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之一：制造集成化
集成化是21世纪制造自动化技术发展的一个重要 特征和主要发展趋势，将从制造系统内部的信息集成、 功能集成，发展到实现产品整个开发制造过程的集成， 并步入全球制造的全局集成阶段。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之二：制造智能化
三、课程的教学方式
l 学习方式：授课、自学相结合，自学为主；专题讨论。 l 考核方式：综合报告/试题/二者结合。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
四、参考书目
l 周祖德等. 现代机械制造系统的监控与故障诊断. 武汉： 华中理工大学出版社，1999年6月.
l 李小俚等. 先进制造中的智能监控技术，北京：科学出 版社，1999年3月.
四、现代制造系统的发展趋势与特征
发展趋势与特征之一：制造集成化 发展趋势与特征之二：制造智能化 发展趋势与特征之三：制造敏捷化 发展趋势与特征之四：制造虚拟化 发展趋势与特征之五：制造网络化 发展趋势与特征之六：制造全球化 发展趋势与特征之七：制造绿色化
•总 趋 势 ： 制造数字化
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之五：制造网络化
20世纪末网络技术特别是Internet/Intranet技术的 迅速发展，导致制造活动新的变革－－网络制造技术的产 生。基于网络的制造包括制造环境内部的网络化、制造环 境和整个制造企业的网络化、企业间的网络化、异地设计 与制造等方面。基于Internet/Intranet的制造已成为21 世纪制造自动化技术发展的重要趋势。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
l 现代制造系统的硬件构成:
－数控机床NC (Numerical Control Machine)； －计算机数控CNC (Computer Numerical Control)； －直接数控(群控)DNC (Direct Numerical Control)； －机器人Robot； －计算机工艺过程监视/控制器CPM/CPC
二、课程的学习目的
l 了解和掌握现代制造系统智能控制、监控与故障诊断 的概念与学科体系；
l 学习和了解现代制造系统的发展过程与智能体系结构 l 学习和掌握现代制造系统智能控制、监控的主要方法
和手段； l 学习和掌握制造系统故障(模型)、机理的分析与诊断
方法； l 了解当今最新研究成果与发展趋势。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
智能制造是未来制造自动化发展的重要特征方向。所 谓智能制造系统是一种智能机器和人类专家共同组成的人 机一体化智能系统，它在制造过程中能对进行诸如分析、 推理、判断、构思和决策等智能活动，以实现制造过程的 优化。专家预言：21世纪的制造业用两个“I”来标识： 即Integration(集成)和Intelligence(智能)。
阶段，又可看作是包含制造自动化系统的一个更高层次的系 统。
涉及新技术：现代制造技术、 CAD/CAM/CAPP集成、生
产管理与调度、自动化技术与系统、信息技术、车间动态调 度与仿真。
特征：强调制造过程的系统性和集成性，以解决企业生 存与竞争的TQCS问题。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之六：制造全球化
制造全球化的概念出于美、日、欧等发达国家的智能 制造计划，20世纪末随着Internet技术的发展，其研究与 应用发展迅速。制造全球化包括的内容非常广泛，主要有 市场的国际化，产品设计与开发的国际合作，产品制造的 跨国化，制造企业在全世界范围内的重组和集成，制造资 源的跨地区、跨国家协调、共享与优化利用等。
l 有关智能控制、监控与诊断方面的参考书。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
本讲主要内容
一、现代制造系统的定义与构成 二、现代制造系统的发展趋势与特征 三、现代制造系统的开放式智能体系结构 四、现代新型制造模式与系统（全能制造系统、
可重构制造系统、网络制造系统等） 五、现代制造系统智能控制、监控与诊断的需求
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之四：制造虚拟化
虚拟制造(VM)是将现实制造环境及制造过程通过建立 系统模型映射到计算机及相关技术所支撑的虚拟环境中， 在虚拟环境下模拟现实制造环境及其制造过程的一切活动 和产品的制造全过程，并对产品制造及制造系统的行为进 行预测和评价。它是敏捷制造的重要关键技术。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
分布式、协同处理智能制造自动化系统
分布式制造自动化系统集成面临的问题：
－ 异构性：异种设备环境、异种数据库、异种协议、异种网络 集成； － 分布性：分布式数据的一致性、可达性和可操作性。
解决手段：
利用计算机网络连接异构设备，实现制造系统问题的分布 式协同求解功能。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
分布式协同处理的制造自动化系统的两个层次：
－ 在现有自动化设备的基础上，采用分布式计算机控制策略， 将自动化程度不同、通信协议各异的异构设备集成起来，达到 信息共享和知识的协同处理，提高整体自动化水平。 － 由智能多自主体包括智能设计机器、智能加工工作站、智能 控制器等所构成的分布式、协同处理结构，它具备极强的应变 能力和自组织能力，是未来自动化制造系统的发展方向。
第一讲 绪 论
第五阶段：智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网 络制造、全球制造、绿色制造等 时期： 20世纪80年代末期提出，90年代兴起，是
制造自动化面向21世纪的发展方向。
发展趋势与特征：集成化、智能化、敏捷化、虚拟
化、网络化、全球化、绿色化。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
发展趋势与特征之七：制造绿色化
环境、资源、人口是当今世界面临的三大主要问题。 绿色制造(Green Manufacturing)是一个综合考虑环境影 响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、 制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期 中，对环境的影响(负作用)最小，资源效率最高。绿色制 造是现代制造业的可持续发展制造模式。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
l 现代制造系统的软件构成:
－计算机辅助设计系统CAD (Computer Aided Design)； －计算机辅助工程系统CAE (Computer Aided Engineering)； －计算机辅助制造系统CAM (Computer Aided Manufacturing)； － 计 算 机 辅 助 工 艺 规 划 系 统 CAPP (Computer Aided Process Planning)； －物料需求计划系统MRP (Material Requirement Planning)； －主生产计划系统MPS (Master Production Scheduling)； －生产作业排序系统Sequencing； －制造资源计划系统MRP (Manufacturing Resources Planning)； －企业资源规划系统ERP/ERPII( Enterprise Resources Planning)。
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
第一讲 绪 论
二、现代制造系统的构成
现 代 制 造 系 统 的 核 心 是 先 进 制 造 技 术 AMT (Advanced Manufacturing Technology)，它是现 代信息技术与制造技术相结合所产生的各种设备、 技术、系统的总称，由AMT的硬件、软件组成。
第一讲 绪 论
第二阶段：数控加工，包括NC和CNC 时 期 ： 20 世 纪 50 － 70 年 代 （ NC ） ， 70 － 80 年 代
（CNC）。计算机技术的迅速发展，NC被CNC所取代。 数控加工设备包括数控机床、加工中心等。
引入新技术：数控技术、计算机编程技术。 特征：柔性好、加工质量高，适应于多品种中小批量
现代制造系统的智能控 制监控与故障诊断181
2020/11/23
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181
一、课程的主要内容：
现代制造系统概述 现代制造系统的智能控制 现代制造系统的智能监控 现代制造系统的智能诊断 现代制造系统的控制、监控与诊断的集成
现代制造系统的智能控制监控与故障 诊断181