智能制造概论

第 1章 智能制造概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
1．1 制造模式的发展历程 ………………………………………………………………………………… 1
1．1．1 手工作坊制造 …………………………………………………………………………………… 2
1．1．2 大规模制造 ……………………………………………………………………………………… 2
1．1．3 精益制造 ………………………………………………………………………………………… 4
1．1．4 柔性制造 ………………………………………………………………………………………… 4
1．1．5 敏捷制造 ………………………………………………………………………………………… 5
1．1．6 智能制造 ………………………………………………………………………………………… 6
1．2 智能制造产生的背景 ………………………………………………………………………………… 7
1．2．1 四次工业革命 …………………………………………………………………………………… 7
1．2．2 部分国家的智能制造发展战略 ………………………………………………………………… 8
1．2．3 我国发展智能制造的指导思想和战略目标 ………………………………………………… 11
1．3 智能制造的概念与特征 …………………………………………………………………………… 13
1．3．1 智能制造的概念 ……………………………………………………………………………… 13
1．3．2 智能制造的关键环节 ………………………………………………………………………… 14
1．3．3 智能制造的特征 ……………………………………………………………………………… 16
1．4 智能制造的模式 …………………………………………………………………………………… 18
1．5 智能制造的发展趋势 ……………………………………………………………………………… 20
1．5．1 智能制造是我国制造业发展的必然选择 …………………………………………………… 21
1．5．2 我国智能制造面临的挑战 …………………………………………………………………… 22
1．5．3 智能制造的未来 ……………………………………………………………………………… 23
应用案例：海尔公司的智能制造之路 …………………………………………………………………… 24
本章小结 …………………………………………………………………………………………………… 26
习题 ………………………………………………………………………………………………………… 26
第 2章 智能制造系统 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
2．1 系统的概念 …………………………………………………………………………………… 28
2．1．1 系统的定义和分类 …………………………………………………………………………… 28
2．1．2 系统的特征 …………………………………………………………………………………… 30
2．1．3 系统的功能 …………………………………………………………………………………… 32
2．2 制造系统的定义和特征 …………………………………………………………………………… 33
2．2．1 制造系统的定义 ……………………………………………………………………………… 33
2．2．2 制造系统的特征 ……………………………………………………………………………… 34
2．2．3 制造系统的发展趋势 ………………………………………………………………………… 35
2．3 智能制造系统的概念和特征 ……………………………………………………………………… 38
2．3．1 智能制造系统的概念 ………………………………………………………………………… 38
2．3．2 智能制造系统的特征 ………………………………………………………………………… 40
2．3．3 智能制造系统的关键技术 …………………………………………………………………… 41
智能制造概论
2
2．4 智能制造系统架构 ………………………………………………………………………………… 43
2．5 智能制造系统的发展现状和趋势 ………………………………………………………………… 45
2．5．1 智能制造系统的发展现状 …………………………………………………………………… 45
2．5．2 智能制造系统的发展趋势 …………………………………………………………………… 47
应用案例：用友工业互联网平台——智能制造整体解决方案 ………………………………………… 50
本章小结 …………………………………………………………………………………………………… 51
习题 ………………………………………………………………………………………………………… 52
第3章 智能制造支撑技术 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53
3．1 人工智能技术 ……………………………………………………………………………………… 53
3．1．1 人工智能概念概述 …………………………………………………………………………… 54
3．1．2 人工智能的发展历程 ………………………………………………………………………… 57
3．1．3 人工智能的分类 ……………………………………………………………………………… 58
3．1．4 人工智能技术应用的领域 …………………………………………………………………… 59
3．2 大数据技术 ………………………………………………………………………………………… 61
3．2．1 大数据概述 …………………………………………………………………………………… 61
3．2．2 大数据的核心技术 …………………………………………………………………………… 65
3．2．3 工业大数据 …………………………………………………………………………………… 67
3．3 云计算技术 ………………………………………………………………………………………… 70
3．3．1 云计算的概念和特点 ………………………………………………………………………… 71
3．3．2 云计算的关键技术 …………………………………………………………………………… 73
3．3．3 智能制造云平台 ……………………………………………………………………………… 76
3．4 第五代移动通信技术 ……………………………………………………………………………… 78
3．4．1 5G的概念和特点……………………………………………………………………………… 78
3．4．2 5G技术的应用场景…………………………………………………………………………… 79
3．4．3 5G技术在智能制造中的应用………………………………………………………………… 81
3．5 物联网技术 ………………………………………………………………………………………… 83
3．5．1 物联网技术的概念和特征 …………………………………………………………………… 83
3．5．2 物联网的架构 ………………………………………………………………………………… 85
3．5．3 物联网技术在智能制造中的应用 …………………………………………………………… 87
应用案例：阿里云工业互联网平台 ……………………………………………………………………… 88
本章小结 …………………………………………………………………………………………………… 89
习题 ………………………………………………………………………………………………………… 90
第4章 智能制造软件 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92
4．1 企业资源计划 ……………………………………………………………………………………… 93
4．1．1 ERP的概念 …………………………………………………………………………………… 93
4．1．2 ERP的发展历程 ……………………………………………………………………………… 95
4．1．3 ERP的功能 …………………………………………………………………………………… 97
4．2 制造执行系统 ……………………………………………………………………………………… 99
4．2．1 MES的概念 …………………………………………………………………………………… 99
4．2．2 MES的发展历程和趋势 ……………………………………………………………………… 101
4．2．3 MES的功能 …………………………………………………………………………………… 104
4．3 产品生命周期管理 ………………………………………………………………………………… 107
4．3．1 PLM概述 ……………………………………………………………………………………… 108
4．3．2 PLM的体系结构 …………………………………………………………………………… 109
4．3．3 PLM的功能 …………………………………………………………………………………… 111
目 录
3
4．4 信息物理系统 ……………………………………………………………………………………… 113
4．4．1 CPS的概念和特征 …………………………………………………………………………… 113
4．4．2 CPS的架构 …………………………………………………………………………………… 116
4．4．3 CPS技术的应用 ……………………………………………………………………………… 117
应用案例：西门子数字化工业软件——Xcelerator解决方案组合 ………………………………… 118
本章小结 …………………………………………………………………………………………………… 120
习题 ………………………………………………………………………………………………………… 120
第5章 智能制造设计 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 123
5．1 智能设计概述 ……………………………………………………………………………………… 123
5．1．1 设计及其本质 ………………………………………………………………………………… 123
5．1．2 智能设计的产生 ……………………………………………………………………………… 126
5．1．3 智能设计的概念 ……………………………………………………………………………… 127
5．2 智能设计方法 ……………………………………………………………………………………… 128
5．2．1 面向对象的知识表示方法 …………………………………………………………………… 129
5．2．2 基于规则的智能设计方法 …………………………………………………………………… 130
5．2．3 基于案例的智能设计方法 …………………………………………………………………… 131
5．2．4 基于原型的智能设计方法 …………………………………………………………………… 132
5．2．5 基于约束满足的智能设计方法 ……………………………………………………………… 133
5．3 智能设计系统 ……………………………………………………………………………………… 134
5．3．1 智能设计系统概述 …………………………………………………………………………… 134
5．3．2 智能设计系统的关键技术 ………………………………………………………………… 139
5．3．3 智能设计系统的发展趋势 …………………………………………………………………… 141
应用案例：Autodesk公司基于云平台的三维设计软件Fusion 360 …………………………………… 142
本章小结 …………………………………………………………………………………………………… 144
习题 ………………………………………………………………………………………………………… 144
第6章 智能制造装备 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 146
6．1 智能制造装备概述 ………………………………………………………………………………… 147
6．1．1 智能制造装备的概念和意义 ………………………………………………………………… 147
6．1．2 智能制造装备的技术特征 …………………………………………………………………… 149
6．2 智能机床 …………………………………………………………………………………………… 152
6．2．1 智能机床的概念 ……………………………………………………………………………… 152
6．2．2 智能机床的发展 ……………………………………………………………………………… 154
6．2．3 智能机床关键技术 …………………………………………………………………………… 156
6．2．4 典型智能机床介绍 …………………………………………………………………………… 158
6．3 3D打印设备 ………………………………………………………………………………………… 159
6．3．1 3D打印概述…………………………………………………………………………………… 160
6．3．2 常见的3D打印技术原理……………………………………………………………………… 161
6．3．3 3D打印技术发展的趋势与面临的挑战……………………………………………………… 164
6．4 工业机器人 ………………………………………………………………………………………… 166
6．4．1 工业机器人的概念 …………………………………………………………………………… 166
6．4．2 工业机器人基本组成结构 …………………………………………………………………… 167
6．4．3 国内外工业机器人发展概况 ………………………………………………………………… 169
6．5 智能仪器仪表 ……………………………………………………………………………………… 172
6．5．1 智能仪器仪表简介 …………………………………………………………………………… 173
6．5．2 智能仪器仪表功能特点 ……………………………………………………………………… 174
智能制造概论
4
6．5．3 智能仪器仪表发展趋势 ……………………………………………………………………… 176
应用案例：格力智能装备闪耀第三届中国制造高峰论坛 ……………………………………………… 177
本章小结 …………………………………………………………………………………………………… 178
习题 ………………………………………………………………………………………………………… 178
第7章 智能制造服务 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 180
7．1 制造服务概述 ……………………………………………………………………………………… 181
7．1．1 制造服务的概念体系 ………………………………………………………………………… 181
7．1．2 制造服务创新模式 …………………………………………………………………………… 183
7．1．3 制造服务的共性技术 ………………………………………………………………………… 186
7．2 智能制造服务概述 ………………………………………………………………………………… 188
7．2．1 智能制造服务的定义 ………………………………………………………………………… 188
7．2．2 智能制造服务的概念体系 …………………………………………………………………… 189
7．2．3 智能制造服务的特点 ………………………………………………………………………… 190
7．3 智能制造服务技术、体系与知识工程 …………………………………………………………… 191
7．3．1 智能制造服务技术 …………………………………………………………………………… 191
7．3．2 智能制造服务体系 …………………………………………………………………………… 193
7．3．3 智能制造服务的知识工程 …………………………………………………………………… 195
7．4 智能制造服务的发展趋势 ………………………………………………………………………… 202
7．4．1 多种制造模式下的智能制造服务发展现状 ………………………………………………… 202
7．4．2 智能制造服务的未来应用 …………………………………………………………………… 205
应用案例：创世纪——智能制造服务业公司积极培育和发展的业务 ………………………………… 207
本章小结 …………………………………………………………………………………………………… 208
习题 ………………………………………………………………………………………………………… 209
第8章 智能制造管理 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 211
8．1 智能制造管理概述 ………………………………………………………………………………… 211
8．1．1 智能制造管理的概念 ………………………………………………………………………… 212
8．1．2 智能制造管理的发展 ………………………………………………………………………… 214
8．2 智能制造管理体系 ………………………………………………………………………………… 216
8．2．1 成本管理 ……………………………………………………………………………………… 216
8．2．2 质量管理 ……………………………………………………………………………………… 219
8．2．3 设备管理 ……………………………………………………………………………………… 223
8．3 智能制造中的精益管理 …………………………………………………………………………… 227
8．3．1 精益管理的概念 ……………………………………………………………………………… 227
8．3．2 精益管理的作用及目标 ……………………………………………………………………… 229
8．3．3 精益管理优化过程及优化方法 ……………………………………………………………… 231
8．4 智能制造中的供应链管理 ………………………………………………………………………… 232
8．4．1 供应链管理的概念 …………………………………………………………………………… 232
8．4．2 智能供应链 …………………………………………………………………………………… 234
8．5 智能制造工厂 ……………………………………………………………………………………… 236
8．5．1 智能制造工厂的概念 ………………………………………………………………………… 236
8．5．2 智能制造工厂的架构 ………………………………………………………………………… 238
应用案例：智·造——福建百宏以智能制造推动质量管理 …………………………………………… 241
本章小结 …………………………………………………………………………………………………… 243
习题 ………………………………………………………………………………………………………… 244