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1、智能制造与互联网+制造的技术发展,一、为什么要发展智能制造？,二、智能制造与工业4.0,三、数字化制造及其研究进展,四、智能制造技术及应用展望,1.智能制造发展轨迹,1989年：日本提出智能制造系统；1992年：美国执行智能制造新技术政策；1994年：加拿大制定战略计划发展智能系统；1994年：欧盟启动R&D项目，大力资助信息技术；80年代末：中国将“智能模拟”列入国家科技发展规划。,美国要重振制造业，要夺回制造业的领先优势。美国政府再次赋予机械工业行业更大的优先权，努力实行积极的产业政策以创造就业机会和鼓励制造业回归美国。2011年夏，奥巴马总统推出了先进制造伙伴计划（AMP），这是一个汇集
2、了来自研究、商业和政治部门的代表私营机构，来共同描绘“投资和促进新兴技术发展”的路线。,美国：创新优势的互联网+优势制造业 提出：先进制造技术伙伴,AMP指导委员会由顶尖级工程大学（麻省理工学院，加州大学伯克利分校，斯坦福大学，卡内基梅隆大学，密歇根大学和佐治亚理工学院）校长和美国知名企业（包括卡特彼勒公司，康宁公司，陶氏化学，福特，霍尼韦尔，英特尔，强生，诺斯罗普格鲁门公司，强生公司，宝洁公司和联合技术公司）老总组成。,2012年7月，AMP提出了一份带有16条详细建议的报告，包括建立一个全国制造创新研究院网络（NNMII）建议。这些研究院采取公私合作形式，试图充当“区域性卓越制造的枢纽”，
3、旨在提高美国商业的全球竞争力和增加对美国制造设施的投入。,德国为了保持制造业在全球的领先优势，实时提出工业4.0，主要是发挥德国在制造技术和制造装备的传统优势，将制造业和互联网等技术融合，形成工业互联网，以保持德国在世界领先地位。,德国：强大的制造业+互联网 提出：工业4.0,中国：完备的制造业+互联网的创新（互联网+制造）提出：中国制造2025,2015年03月06日,智能制造作为国家战略是“十三五”规划重点内容,李克强总理在今年的政府工作报告中提出，要实施“中国制造2025”，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国。中国制造2025强调了信息技术和制造技术的
4、深度融合是新一轮产业竞争的制高点，而智能制造则是抢占这一制高点的主攻方向。,科技部先进制造领域正在规划的四个重点专项,基础件,激光制造及3D打印,机器人,网络制造,“互联网+”,3D打印,“器换人”,“双基工程”,密切相关：智能制造,智能制造的内涵和特征,智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成。,智能制造科技发展“十二五”专项规划,智能制造：制造业第四次革命,制造业革命,制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息
5、驱动型，要求制造系统表现出更高的智能。,智能制造技术组成,智能制造产品,智能制造装备,智能制造装备包括传感、控制、驱动等三大核心技术，如工业机器人、智能数控系统等。,智能制造系统,智能制造系统是先进制造技术、信息技术和智能技术在装备产品上的集成和融合，体现了制造业的智能化、数字化和网络化。,智能制造服务（案例：智慧城市）,智能制造服务（案例：智慧城市）,智能制造技术,新型传感技术模块化、嵌入式控制系统设计技术 先进控制与优化技术 系统协同技术 故障诊断与健康维护技术 高可靠实时通信网络技术 功能安全技术 特种工艺与精密制造技术 识别技术,主要包括,一、为什么要发展智能制造？,二、智能制造与工业
6、4.0,三、数字化制造及其研究进展,四、智能制造技术及应用展望,解读德国工业4.0,智能化环境,嵌入式计算机,智能工厂,智能手机智能卡,90%的计算机都是嵌入式,多个计算机：1个用户,1个计算机：1个用户,PC,中央计算机,1个计算机：多个用户,基于物联网与服务的智能环境发展过程,解读德国工业4.0,高精度高品质多品种小批量的智能产品,绿色生产：清洁、资源利用率高的可持续发展,智能工厂位于城市的城市生产,解读德国工业4.0,Industry 4.0 德国高科技战略计划首位“工业4.0”研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界
7、的建议和推动下形成，并已上升为国家级战略。德国联邦政府投入达2亿欧元。,解读德国工业4.0,Industry 4.0德国高科技战略计划两大主题：智慧工厂、智能生产智慧工厂重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现智能生产主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动、3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用等,解读德国工业4.0,Industry 4.0德国高科技战略计划两大主题：智慧工厂、智能生产三个设想：产品、设施、管理产品：集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载着在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需信息设施：由整个生产价值链所集成，可实现自组织管理：能够根据当
8、前的状况灵活决定生产过程,解读德国工业4.0,智慧工厂的架构 基于物联网和服务互联网,物联网,服务互联网,智能物料,APP平台,智能产品,APP平台,信息物理生产系统,智慧工厂,APP平台,基于语义的PLM、ERP、QMS、ERP,解读德国工业4.0,智慧工厂的流程 基于云安全网络,解读德国工业4.0,智慧工厂的布局面向服务的工厂系统布局,服务库,硬件无关抽象服务,硬件相关设备控制,现场层,解读德国工业4.0,智慧工厂的车间基于无线、RFID、传感器和服务的架构,解读德国工业4.0,工业4.0下的产品特点集成了信息存储、传感、无线通信功能产品是信息载体产品在整个完整的供应链和生命周期中都一直带
9、有自身信息产品是一个agent产品会影响其所在环境产品具有自监测功能产品会对其自身状态和环境进行监测,我生产于2010年4月30日，5月3日出厂,请握中间,已经打开2分钟了，请盖上,解读德国工业4.0,工业4.0下的数据挖据与知识发现大数据制造业存储了超过其他工业部门的数据从2010年以来新产品数据达到接近2艾字节（216）仪器仪表产品供应链管理系统产品全生命周期系统,解读德国工业4.0,工业4.0下的多模式交互,多模式交互,语音,图形/视觉,手势,眼球跟踪,面部表情身体语言,肢体动作,解读德国工业4.0,以人为中心的基于信息物理系统的智能工厂辅助系统,基于上下文的自适应故障诊断辅助工具,基于
10、肢体动作的物理辅助,移动式个性化自适应的辅助导航系统,多模式的人机交互,基于位置的维护和规划辅助工具,基于虚拟现实/增强现实的复杂工作流程辅助管理工具,解读德国工业4.0,面向智慧工厂的APP商店下载量身定制的用户界面,解读德国工业4.0,面向智慧工厂的室内精确定位,解读德国工业4.0,智慧工厂中的增强现实技术,工业环境,佩戴谷歌眼镜的工人,工具,解读德国工业4.0,智慧工厂中的机器人技术,今天,明天,机器人不再被固定在安全工作地点而是与人一起协同工作,新一代轻量化，灵活的机器人与人类在智能工厂一起协同工作,解读德国工业4.0,智慧工厂中的智能装配,DFKI研发的抽象产品记忆系统用于自适应抓取
11、和智能产品装配,在头部安装立体相机，在手臂靠近物体的地方安装3D摄像头,机器人利用左手内部天线从产品内存中读取尺寸、重量和加持点，同时机器人能够从信息物理系统中获得产品装配说明书。,解读德国工业4.0,工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）信息物理系统（CyberPhysicalSystem，CPS）强调物理过程与信息间的反馈。2008年美国加利福利亚大学的Lee.E在其技术报告信息物理系统：设计挑战中指出：信息物理系统是计算和物理过程的整合集成。嵌入式计算机和网络对物理过程进行监测和控制。从自动化技术的观点看，CPS是一种工程系统，由一个嵌入在物体中的计算和通信的内核，以及物理环境中的结构
12、所监测和控制。（Karl Henrik Johansson，2011）以信息物理生产系统CPPS为模型构建智慧工厂，或者数字化工厂,解读德国工业4.0,工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）,算法,文档三维模型工艺数据,CPS：系统中的物理对象和相应的虚拟对象通过泛在信息网络进行通信,Cyber：算法和服务，服务的动态集成 和服务提供商，并跨越边界进行信息交流,Cyber：包括3D模型，仿真模型，文档，关系，工作条件等数据能够通过可变信息网络在任何地方和任何时间进行搜集,Physcial：在生产系统中的人和自动化模块具有智能化、自我解释、自我意识、自我诊断、交互评估能力,CPS系统触发了工业
13、自动化模式转变,服务,云,物理对象,解读德国工业4.0,工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）,文化,工业CPS应用智慧工厂CPPS,能源CPS应用智能电网,移动通信CPS应用智能手机,健康CPS应用智能健康,与所有领域相关的通用技术（语义技术、云计算服务平台）,经济,安全、工程、教育、参考框架、模型,物联网,解读德国工业4.0,工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）,通过价值链实现横向集成,跨整个价值链的工程,解读德国工业4.0,工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）,垂直集成与网络化制造,在明天的智慧工厂，生产结构不会是固定的，预定义的。相反，一组IT配置的 规则将被定义，可以根据具
14、体情况 进行工厂结构的拓扑结构配置组合，其中包括针对模型，数据，通信和计算 算法的所有相关要求。,解读德国工业4.0,工业4.0的标准规范,工业4.0智慧工厂,标准,EMMA:多模式工业辅助系统,OMM:语义产品内存,USDL:信息物理产品系统中的语义服务,解读德国工业4.0,智能产品案例-智能化汽车,动力管理APP,驾驶员辅助APP,智能用户界面APP,绿色驾驶APP,解读德国工业4.0,智能产品案例-波音波音公司已经在一些领域（军用民用）应用信息物理系统，从中获益匪浅。CPS 对于波音公司航空航天领域至关重要,解读德国工业4.0,德国一些企业已经开始实施industry 4.0,TRUMP
15、F公司,SAP公司,WITTENSTEIN公司,FESTO公司,BOSCH公司,解读德国工业4.0,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,解读德国工业4.0,多品种小批量智能产品的高精度卓越品质生产是未来像德国一样成功经济的发展趋势80%制造创新基于信息通信技术，通过信息通信技术实现了智慧工厂、绿色和城市生产第四次工业革命将基于信息物理系统、物联网和互联服务，它将产生大量的大数据流，这些大数据能够被搜集和分析用于指导高效高品质生产；基于信息物理系统的工业辅助系统能够支持、帮助和培训智慧工厂的下一代工人；多通道增强现实系统能够允许个性化的工作流程和快速学习新产品工艺。,解读德国工业4.0,一、
16、为什么要发展智能制造？,二、智能制造与工业4.0,三、数字化制造及其研究进展,四、智能制造技术及应用展望,中国制造2025,中国制造业发展现状,中国制造2025,中国制造走向高端家电、汽车、飞机等装备制造一步步走向高端。已成为制造业大国增加值占全国工业收入的86.7%，占出口总量的95.09%；制造业世界第一，占20%。中国制造的问题产品中低端、低价位竞争。,向高端的努力中国工业3.0,中国制造2025,CIMS开启自动化研究：信息化有成效，如甩图板工程、试点企业；信息化救活了Oracle，数控帮助了Fanuc的成长；未重视装备基础：数控机床、机器人成短板。数控专项：高档数控系统及机床有重要突
17、破；产业化尚需政策与市场倡导，04专项在调整。,中国制造2025路线图,中国制造2025,三步走,中国制造2025,“中国制造2025”的指导思想,“中国制造2025”的指导思想是:坚持走中国特色新型工业化道路,以促进制造业创新发展为主题,以提质增效为中心,以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向,以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标,强化工业基础能力,提高综合集成水平,完善多层次多类型人才培养体系,促进产业转型升级,培育有中国特色的制造文化,实现制造业由大变强的历史跨越.,中国制造2025,“中国制造2025”的基本方针和战略部署,创新驱动战略举
18、措之一:智能制造工程战略举措之二:制造业创新体系建设工程质量为先战略举措之三:工业强基工程战略举措之四:质量与品牌提升行动计划绿色发展战略举措之五:绿色制造工程结构优化战略举措之六:高端装备创新工程战略举措之七:制造业服务化推进行动计划战略举措之八:现代企业建设行动计划人才为本,中国制造2025五大工程：1、制造业创新中心（工业技术研究基地）建设工程2、智能制造工程3、工业强基工程4、绿色制造工程5、高端装备创新工程（组织实施大型飞机、航空发动机及燃气轮机、民用航天、智能绿色列车、节能与新能源汽车、海洋工程装备及高技术船舶、智能电网成套装备、高档数控机床、核电装备、高端诊疗设备等一批创新和产业
19、化专项、重大工程。）,中国制造2025,互联网先进制造业现代服务业,李克强总理在2015年的政府工作报告中指出,要制定“互联网”行动计划,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合,促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展,引导互联网企业拓展国际市场.通过互联网与先进制造业和现代服务业的深度融合,可以使互联网最新的信息技术、方法论和商业模式深度融合于制造业和服务业的各个领域之中,极大地促进制造业提质增效、转型升级,促进服务型制造业和生产性服务业的发展.,中国制造2025,智能制造是新一轮工业革命的核心技术,新一轮科技革命大潮澎湃,新一轮工业革命蓬勃兴起驱动力之一:信息技术指数
20、级增长驱动力之二:数字化网络化普及应用例数码相机例中国互联网产业例小米手机的“互联网开发”模式驱动力之三:集成式智能化创新例苹果系列产品、特斯拉电动汽车例Google无人驾驶汽车,智能制造的内涵“中国制造2025”要以创新驱动发展为主题,以信息化与工业化深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向.制造业数字化网络化智能化是新一轮工业革命的核心技术,应该作为“中国制造2025”的制高点、突破口和主攻方向.,智能产品是主体 制造业数字化网络化智能化是实现机械产品创新的共性使能技术,使机械产品向“数控一代”乃至“智能一代”发展,可从根本上提高产品功能、性能和市场竞争力.例D(三维)打印机或称为快速成形
21、机例页岩气革命例动力机车的数控化与智能化例X52K普通立式铣床XHK714/3-5五坐标加工中心例高速高精钻攻中心例光刻机精密工作台例全电舰船例“海洋石油981”平台,智能生产是主线设计技术创新设计的数字化网络化智能化例14飞机的全数字化设计生产技术创新生产的数字化网络化智能化管理技术创新管理的数字化网络化智能化例15波音公司:全方位、全周期生产管控智能化集成制造系统(IIMS),产业模式转变是主题大规模流水线生产转向定制化规模生产例慕尼黑宝马定制总部例毛衣的定制生产例西服的定制生产产业形态从生产型制造向服务型制造的例通用电气(GE)的生产服务模式例陕鼓动力的服务模式,智能制造的基础建设()构
22、建CPS.CPS是一个综合计算、通信、网络、控制和物理环境的多维复杂系统,可以将信息世界和现实世界联系在一起,创建一个真正的CPS世界,这个CPS世界中,智能目标之间可以互动和互相交流.()积极推进工业互联网基础设施建设.工业互联网是智能制造的基础设施,“云计算、大数据、物联网、务联网”通过嵌入式系统连接装备以实现工业互联网.制订工业互联网整体网络架构建设规划与布局,建设低时延、高可靠、广覆盖的工业互联网.()强化智能制造网络信息平台、标准体系和信息安全保障系统的建设,中国制造2025,智能制造是“中国制造2025”的主攻方向,中国特色智能制造发展路径例21中国家电产业的发展 10年规划,两个
23、阶段第一阶段(2015-2020),全面推广数字化网络化技术的应用,部分行业和企业开展智能化技术应用的试点和示范.如,大力推进“数控一代”机械产品创新工程。第二阶段(2020-2025年),大力推进网络化智能化技术的应用.如,着力推动“智能一代”机械产品创新工程。万众创新、开放创新与有组织创新“中国制造”是中央向全社会发出的建设制造强国的动员令,凝聚着中国制造业界全体同志的决心和意志,全行业动员起来、全社会动员起来,打一场“创新驱动、转型升级”的“人民战争”.,一、为什么要发展智能制造？,二、智能制造与工业4.0,三、数字化制造及其研究进展,四、智能制造技术及应用展望,1.国家战略性新兴产业规
24、划,智能制造装备核心技术与重点领域,2.关键支撑技术智能机床,闭环智能加工系统,性能评价,性能数据,误差模型,零件,误差补偿,加工过程中传感器数据,加工过程间的检验数据,加工完毕后的检验数据,2.关键支撑技术智能机床,信息塔(e-Tower)机床信息化，具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网，实时反映机床工作状态和加工进度 操作权限指纹确认。工件试切时，可在屏幕观察加工过程。故障报警显示、在线帮助排除,操作权限指纹确认,加工任务完成情况和机床状态可用手机查询,数码相机,70,2.关键支撑技术智能机器人,增材制造是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,被誉为有望产生“新一次工
25、业革命”的代表性技术。,来源：Wohlers Associates,3D打印全球市场规模（亿美元）,中国产3D打印装备仅占3%,3D打印技术有待充分成熟，主流市场有待进一步培育。从技术成熟到适应市场需求还将需要510年的培育期。,2.关键支撑技术增材制造(3D打印),传感器,传感器,传感器,传感器,2.关键支撑技术基于智能传感的物联网络,2.关键支撑技术基于智能传感的物联网络,智能车身工艺设计系统,零件公差,装配顺序,定位装夹,连接参数,新工艺设计模型,2.关键支撑技术智能制造工艺,3.智能制造发展目标,以设计与工艺技术、智能机器人技术和系统控制技术等为代表的高端装备和系统集成技术是智能制造的
26、核心。建立智能制造基础理论与技术体系突破一批智能制造基础技术与部件攻克一批智能化高端装备研发制造过程智能化技术与装备系统集成与重大示范应用,智能制造的基础理论与技术研究智能制造基础技术与部件攻关智能化高端装备的研究与开发制造过程智能化技术、装备与研究与开发系统集成与重大示范应用,4.智能制造重点任务,5.十大重点领域（23个重点方向）突破：,新一代信息技术产业（集成电路及专用设备、信息通信设备、操作系统与工业软件、智能制造核心信息设备）；高档数控机床和机器人（高档数控机床与基础制造装备、机器人）航空航天装备（飞机、航空发动机、航空机载设备与系统、航天装备）；海洋工程装备及高技术船舶（海洋工程装
27、备及高技术船舶）；先进轨道交通装备（先进轨道交通装备）；节能与新能源汽车（节能汽车、新能源汽车、智能网联汽车）电力装备（发电装备、输变电装备）；农业装备（农业装备）新材料（先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料）；生物医药及高性能医疗器械（生物医药、高性能医疗器械）。,工信部智能制造示范项目94项（2015年6月9日）,六大类试点示范项目，包括：一是以数字化工厂/智能工厂为方向的流程制造示范项目二是以数字化车间/智能工厂为方向的离散制造示范项目三是以信息技术深度嵌入为代表的智能装备(产品)示范项目四是以个性化定制、网络协同开发、电子商务为代表的智能制造新业态新模式示范项目五是以物流、能源管理智慧化为方向的智能化管理示范项目六是以在线监测、远程诊断与云服务为代表的智能服务示范项目,6.智能制造中国制造业的中国梦,谢谢,
