智能制造与数字化工厂58
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➢ 美欧日等发达国家：将智能制造列为支撑未来可持续制造的重 要科学技术 (IMS2020 Roadmap)
In its report EnsuringAmerican Leadership inAdvanced Manufacturing, in June 2011
智能制造的基本特征
1) 信息驱动
蒸汽机、电动机曾给机械产品的发展带来革命 数字化：信息化与工业化融合的重要手段 智能化：装备和机械产品的发展趋势
机械化
电气化
数字化
智能化
蒸汽机 机械一代
蒸汽机的发明， 机器动力的应用
普通机床 电气一代
数控机床 数控一代
电动机的发明， • 电能的应用
信息技术特别是 数控技术的应用
智能机床 智能一代
☆国家智能制造装备重大专项
智能制造关键技术、数字化车间示 范应用、智能制造系统等
➢ 大飞机、发动机等重大科技专项中，2/3
的重大专项急需智能制造装备与技术
国际对智能制造的重视
智能制造作为先进的制造科学与技术手段，已成为各国抢占制造 科技制高点的重点研究领域：
➢ 奥巴马总统2011年启动“高端制造合作伙伴（AMP）计划”， 企业/高校共同实施，将智能制造确定为美国夺回制造业霸主 的三大重点领域之一 (美国科技委员会制造研发报告)
智能制造
高品质制造
❖几何精度 ❖微观组织性能 ❖表面完整性 ❖残余应力分布 ❖品质一致性 ❖……
国家对智能制造的重视
国家中长期科技术发展规划纲要对“数字化 智能化制造技术”提出了迫切需求： ➢ 国家科技部发布《智能制造科技发展“十 二五”重点专项规划》，重点突破智能化 的高端装备
➢ 国家工信部发布了《智能制造装备产业 “十二五”发展规划》，并启动了智能制 造装备重大专项
智能传感与智能制造网络技术 分布制造智能与系统建模技术 信息管理、集成与数据挖掘技术 智能决策、规划、调度与企业管理技术 现代制造服务技术
16
智能制造体系结构
系统结构可重构 系统运行自组织、 自适应、自协作
智能制造造系统
企业制造
客户信息感知与管理
客户需求智能分析与 个性化服务
智装能备装/工备艺
3)人机协同
实现人和系统的协同交互，辅助人类进行分析、判断、决策； 人机之间平等共事、相互“理解”、相互协作。
4) 自组织与柔性
根据获取的市场、设计和过程信息，制造单元和系统自行组 成一种最佳结构的智能制造系统，以高效可靠的方式运行， 完成给定的制造任务。
14
智能制造的基本特征
5) 自学习能力
以专家知识为基础，不断完善、优化、更新系统的知识库； 通过感知环境状态来学习动态系统的最优行为策略，实现环 境自适应、在线学习等能力。
制造技术 发展趋势
定制化
绿色化
提高能源利用效率，实现 工业生产“绿色环保” 绿色制造
制造需求：多品种多批量、高质量低成本、柔性制造快速
响应、节能减排环境友好等 3
制造业核心竞争力正在发生深刻变化
提升竞争力
1 提升效率
能源和资源利用效率 是竞争力的决定性因素
2 缩短生产周期
• 更短的创新周期 • 更为复杂的产品 • 更大的数据量
国家中长期科学和技术发展 规划纲要(2006-2020)
★ 重点研究数字化设计制造集成技术
“十二五”国家战略性新兴产业 发展规划
★ 做大做强数字制造装备，促进制造业 智能化、精密化、绿色化发展
☆国家科技重大专项（02专项）
极大规模集成电路制造装备 及成套工艺
☆国家科技重大专项（04专项）
高档数控机床数字化设计关键技术 与工具集研发及典型产品应用
智能技术的应用， 自适应、自我决策
第四次工业革命：智能制造
第一次工业革命
蒸汽动力机械 设备应用于生产
第二次工业革命
电机发明和电能 使用，大规模流 水线生产
第四次工业革命 第三次工业革命
应用IT技术实现自 实现智能制造 动化生产
什么叫智能制造
智能制造通过工况在线感知（看）、智能决策与控制（想） 、装 备自律执行（做）大闭环过程，不断提升装备性能、增强自适应能 力，是高品质复杂零件制造的必然选择。
3 提高柔性
• 个性化大规模生产 • 快速变化的市场 • 更高的生产效率
制造业变化的速度比以往更快
4
制造业成为全球经济发展的发动机
美国
“再工业化”
• 国家制造技术创新联盟 • 使用本国页岩气和石油
德国
保持工业领先地位
• 持续创新机制 • 高出口量 • 工业4.0为新的指导原则
中国
发展高端技术实现产品升级
• 工资上涨 • 质量驱动的自动化需求 • 节能立法
5
中国的制造业在发生巨大变革
2015年中国长三角地区的制造成本仅比美国低5%
6
中国的挑战和机遇
低附加值 高附加值
哥本哈根中国减排目标
产业升级压力 劳动力成本上升 能耗排放压力
中国制造业机遇：发展先进制造技术，实现产业升级
制造业发展的几个主要阶段
生产管理
智能制服造服务
感知 自主/半自主 决策规划 智能控制
CAD/CAE/CAM
PDM/ERP/SCM
销售/维护/报废
制造智能
制造装备智能化的基础
数控技术的应用引起机械产品本身内涵发生根本性变化
伺
服
驱
动
系Baidu Nhomakorabea
齿轮箱
统
传统机械产品
动力源
采集产品制造的各类数据、知识、图形、图像等信息，实现 生产过程系统的预报、评价、调度、控制、监控、诊断、决 策和优化等。
2) 自治能力
采用分层或分级的自治单元，通过协调机制对其自身的操作 行为做出规划，对意外事件（如制造资源变化、制造任务货 物要求变化等）做出反应，实现行为可控。
13
智能制造的基本特征
6) 自维护能力
对系统的故障进行诊断、预测和自修复，自动更新系统知识 库、维护单元设备；对系统的整体运行状况进行评估，及时 发现并解决问题。
15
智能制造关键技术
综合利用智能传感技术、计算机网络技术、自动控 制技术、人工智能技术、现代管理技术，实现工厂生产 自动化、网络化、数字化和智能化，其关键技术有：
智能制造与数字化工厂
张国军 博士、长江学者特聘教授 2014年9月
提纲
一、智能制造的背景、特征与关键技术 二、RFID在智能制造中的应用模式 三、智能制造解决方案及应用案例 四、数字化工厂及应用案例 五、相关工作基础
制造技术的发展需求和趋势
个性化
满足客户个性化需求 全价值链端到端系统工程
实现多品种产品生产的动态 配置资源
In its report EnsuringAmerican Leadership inAdvanced Manufacturing, in June 2011
智能制造的基本特征
1) 信息驱动
蒸汽机、电动机曾给机械产品的发展带来革命 数字化：信息化与工业化融合的重要手段 智能化：装备和机械产品的发展趋势
机械化
电气化
数字化
智能化
蒸汽机 机械一代
蒸汽机的发明， 机器动力的应用
普通机床 电气一代
数控机床 数控一代
电动机的发明， • 电能的应用
信息技术特别是 数控技术的应用
智能机床 智能一代
☆国家智能制造装备重大专项
智能制造关键技术、数字化车间示 范应用、智能制造系统等
➢ 大飞机、发动机等重大科技专项中，2/3
的重大专项急需智能制造装备与技术
国际对智能制造的重视
智能制造作为先进的制造科学与技术手段，已成为各国抢占制造 科技制高点的重点研究领域：
➢ 奥巴马总统2011年启动“高端制造合作伙伴（AMP）计划”， 企业/高校共同实施，将智能制造确定为美国夺回制造业霸主 的三大重点领域之一 (美国科技委员会制造研发报告)
智能制造
高品质制造
❖几何精度 ❖微观组织性能 ❖表面完整性 ❖残余应力分布 ❖品质一致性 ❖……
国家对智能制造的重视
国家中长期科技术发展规划纲要对“数字化 智能化制造技术”提出了迫切需求： ➢ 国家科技部发布《智能制造科技发展“十 二五”重点专项规划》，重点突破智能化 的高端装备
➢ 国家工信部发布了《智能制造装备产业 “十二五”发展规划》，并启动了智能制 造装备重大专项
智能传感与智能制造网络技术 分布制造智能与系统建模技术 信息管理、集成与数据挖掘技术 智能决策、规划、调度与企业管理技术 现代制造服务技术
16
智能制造体系结构
系统结构可重构 系统运行自组织、 自适应、自协作
智能制造造系统
企业制造
客户信息感知与管理
客户需求智能分析与 个性化服务
智装能备装/工备艺
3)人机协同
实现人和系统的协同交互，辅助人类进行分析、判断、决策； 人机之间平等共事、相互“理解”、相互协作。
4) 自组织与柔性
根据获取的市场、设计和过程信息，制造单元和系统自行组 成一种最佳结构的智能制造系统，以高效可靠的方式运行， 完成给定的制造任务。
14
智能制造的基本特征
5) 自学习能力
以专家知识为基础，不断完善、优化、更新系统的知识库； 通过感知环境状态来学习动态系统的最优行为策略，实现环 境自适应、在线学习等能力。
制造技术 发展趋势
定制化
绿色化
提高能源利用效率，实现 工业生产“绿色环保” 绿色制造
制造需求：多品种多批量、高质量低成本、柔性制造快速
响应、节能减排环境友好等 3
制造业核心竞争力正在发生深刻变化
提升竞争力
1 提升效率
能源和资源利用效率 是竞争力的决定性因素
2 缩短生产周期
• 更短的创新周期 • 更为复杂的产品 • 更大的数据量
国家中长期科学和技术发展 规划纲要(2006-2020)
★ 重点研究数字化设计制造集成技术
“十二五”国家战略性新兴产业 发展规划
★ 做大做强数字制造装备，促进制造业 智能化、精密化、绿色化发展
☆国家科技重大专项（02专项）
极大规模集成电路制造装备 及成套工艺
☆国家科技重大专项（04专项）
高档数控机床数字化设计关键技术 与工具集研发及典型产品应用
智能技术的应用， 自适应、自我决策
第四次工业革命：智能制造
第一次工业革命
蒸汽动力机械 设备应用于生产
第二次工业革命
电机发明和电能 使用，大规模流 水线生产
第四次工业革命 第三次工业革命
应用IT技术实现自 实现智能制造 动化生产
什么叫智能制造
智能制造通过工况在线感知（看）、智能决策与控制（想） 、装 备自律执行（做）大闭环过程，不断提升装备性能、增强自适应能 力，是高品质复杂零件制造的必然选择。
3 提高柔性
• 个性化大规模生产 • 快速变化的市场 • 更高的生产效率
制造业变化的速度比以往更快
4
制造业成为全球经济发展的发动机
美国
“再工业化”
• 国家制造技术创新联盟 • 使用本国页岩气和石油
德国
保持工业领先地位
• 持续创新机制 • 高出口量 • 工业4.0为新的指导原则
中国
发展高端技术实现产品升级
• 工资上涨 • 质量驱动的自动化需求 • 节能立法
5
中国的制造业在发生巨大变革
2015年中国长三角地区的制造成本仅比美国低5%
6
中国的挑战和机遇
低附加值 高附加值
哥本哈根中国减排目标
产业升级压力 劳动力成本上升 能耗排放压力
中国制造业机遇：发展先进制造技术，实现产业升级
制造业发展的几个主要阶段
生产管理
智能制服造服务
感知 自主/半自主 决策规划 智能控制
CAD/CAE/CAM
PDM/ERP/SCM
销售/维护/报废
制造智能
制造装备智能化的基础
数控技术的应用引起机械产品本身内涵发生根本性变化
伺
服
驱
动
系Baidu Nhomakorabea
齿轮箱
统
传统机械产品
动力源
采集产品制造的各类数据、知识、图形、图像等信息，实现 生产过程系统的预报、评价、调度、控制、监控、诊断、决 策和优化等。
2) 自治能力
采用分层或分级的自治单元，通过协调机制对其自身的操作 行为做出规划，对意外事件（如制造资源变化、制造任务货 物要求变化等）做出反应，实现行为可控。
13
智能制造的基本特征
6) 自维护能力
对系统的故障进行诊断、预测和自修复，自动更新系统知识 库、维护单元设备；对系统的整体运行状况进行评估，及时 发现并解决问题。
15
智能制造关键技术
综合利用智能传感技术、计算机网络技术、自动控 制技术、人工智能技术、现代管理技术，实现工厂生产 自动化、网络化、数字化和智能化，其关键技术有：
智能制造与数字化工厂
张国军 博士、长江学者特聘教授 2014年9月
提纲
一、智能制造的背景、特征与关键技术 二、RFID在智能制造中的应用模式 三、智能制造解决方案及应用案例 四、数字化工厂及应用案例 五、相关工作基础
制造技术的发展需求和趋势
个性化
满足客户个性化需求 全价值链端到端系统工程
实现多品种产品生产的动态 配置资源