第一章

緒論主講人：任明侖

時(shí)間：2024年6月《智能制造導(dǎo)論》內(nèi)容提綱引導(dǎo)案例與學(xué)習(xí)目標(biāo)第一節(jié)、概述第二節(jié)、智能制造系統(tǒng)的要素與特征第三節(jié)、智能制造的模式變革第四節(jié)、智能制造的技術(shù)體系第五節(jié)、智能制造的發(fā)展趨勢第2頁光刻機(jī)是芯片制造工藝中的核心設(shè)備，其制造技術(shù)難度高，被譽(yù)為半導(dǎo)體工業(yè)“皇冠上的明珠”。引導(dǎo)案例

制造難點(diǎn)┃多學(xué)科技術(shù)融合精密制造智能控制材料學(xué)

微電子學(xué)...┃光學(xué)加工精度級高EUV光刻機(jī)的反射鏡需要達(dá)到皮米級精度對表面粗糙度及面精度要求極高┃機(jī)械加工精度級高7nm光刻機(jī)光刻的線條寬度相當(dāng)于5個(gè)原子并列┃自動(dòng)控制精度級高EUV光的產(chǎn)生是用二氧化碳激光每秒5萬次去轟擊液態(tài)錫滴

EUV光刻機(jī)的制造過程極其復(fù)雜，沒有任何一個(gè)國家可獨(dú)立完成，是一個(gè)需要集中多個(gè)制造強(qiáng)國共同完成的高端裝備。第3頁

學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)本章圍繞智能制造的產(chǎn)生和發(fā)展過程，介紹智能制造的內(nèi)容體系。通過本章學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該掌握以下知識(shí)：（1）智能制造的發(fā)展歷程、戰(zhàn)略地位；（2）我國以及其他主要國家的智能制造發(fā)展戰(zhàn)略；（3）智能制造系統(tǒng)的構(gòu)成與信息物理系統(tǒng)；（4）智能制造系統(tǒng)的傳統(tǒng)要素、新要素以及特征；（5）智能制造的新模式：大規(guī)模定制、服務(wù)型制造、動(dòng)態(tài)企業(yè)聯(lián)盟等；（6）智能制造技術(shù)體系：主要內(nèi)容框架、基礎(chǔ)設(shè)施、支撐技術(shù)以及系統(tǒng)應(yīng)用等；（7）智能制造的發(fā)展趨勢：人機(jī)共融制造、工業(yè)元宇宙以及軟件定義制造等。內(nèi)容提綱引導(dǎo)案例與學(xué)習(xí)目標(biāo)第一節(jié)、概述第二節(jié)、智能制造系統(tǒng)的要素與特征第三節(jié)、智能制造的模式變革第四節(jié)、智能制造的技術(shù)體系第五節(jié)、智能制造的發(fā)展趨勢智能制造的產(chǎn)生，是制造環(huán)境變化和信息技術(shù)發(fā)展共同作用的結(jié)果。1.1智能制造的發(fā)展歷程第一階段：數(shù)字化制造（20世紀(jì)50年代-20世紀(jì)90年代）特征：①

數(shù)字化產(chǎn)品：數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人

②

數(shù)字化制造過程：CAD/CAE/CAPP/CAM...③

制造全過程集成和優(yōu)化:計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS第二階段：網(wǎng)絡(luò)化制造（20世紀(jì)90年代-21世紀(jì)10年代）特征：①

數(shù)字化互聯(lián)產(chǎn)品

②協(xié)同化制造過程③制造方式的服務(wù)化第三階段：智能化制造（21世紀(jì)10年代-現(xiàn)在）特征：①

智能互聯(lián)產(chǎn)品

②智能集成制造系統(tǒng)③制造系統(tǒng)具備了“認(rèn)知學(xué)習(xí)”能力發(fā)展階段技術(shù)信息移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)5G移動(dòng)通信物聯(lián)網(wǎng)人工智能環(huán)境制造個(gè)性化需求服務(wù)型制造大規(guī)模定制制造資源環(huán)境壓力產(chǎn)品創(chuàng)新1.2智能制造在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的戰(zhàn)略地位智能制造支撐傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵技術(shù)；智能制造是數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要內(nèi)容，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略性主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)；數(shù)字鴻溝在智能制造快速發(fā)展的背景下愈發(fā)凸顯，提高勞動(dòng)者數(shù)字素養(yǎng)是解決數(shù)字鴻溝問題的關(guān)鍵。數(shù)字鴻溝數(shù)字素養(yǎng)┃導(dǎo)致基于數(shù)字經(jīng)濟(jì)的利益分配趨向不均等化，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)者愈強(qiáng)、弱者愈弱的馬太效應(yīng)。┃培養(yǎng)適應(yīng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化生產(chǎn)方式的新型人才。1.3世界制造強(qiáng)國的智能制造發(fā)展戰(zhàn)略21世紀(jì)以來，制造業(yè)發(fā)達(dá)國家都制定了智能制造發(fā)展的國家戰(zhàn)略，力圖繼續(xù)占據(jù)世界制造業(yè)競爭的制高點(diǎn)。代表性的戰(zhàn)略有德國的工業(yè)4.0、美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和日本的社會(huì)5.0。德國工業(yè)4.0產(chǎn)生背景：德國是傳統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商，為了未來繼續(xù)占領(lǐng)設(shè)備制造業(yè)領(lǐng)先地位，2011年首次提出“工業(yè)4.0”的概念。內(nèi)容：“工業(yè)4.0”是指利用信息物理系統(tǒng)（CPS）將生產(chǎn)中的供應(yīng)、制造和銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速、有效、個(gè)性化的產(chǎn)品供應(yīng)。美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)日本”社會(huì)5.0”產(chǎn)生背景：2012年底，GE發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：打破智慧與機(jī)器的邊界》白皮書，首次提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念。內(nèi)容：倡議通過連接人、數(shù)據(jù)與機(jī)器，構(gòu)建一個(gè)開放且具有全球覆蓋性的工業(yè)級互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。產(chǎn)生背景：智能制造影響社會(huì)各方面發(fā)展，日本于2016年提出“社會(huì)5.0”概念，以智能制造為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)社會(huì)的智能化協(xié)同。內(nèi)容：旨在通過物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機(jī)器人技術(shù)以及云計(jì)算等尖端科技手段，構(gòu)建一個(gè)高度融合現(xiàn)實(shí)空間與虛擬空間的超智能社會(huì)。1.4我國智能制造發(fā)展戰(zhàn)略我國發(fā)展戰(zhàn)略

國務(wù)院2021年12月印發(fā)了《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》。

《規(guī)劃》提出推進(jìn)智能制造的總體路徑是：立足制造本質(zhì)，緊扣智能特征，以工藝、裝備為核心，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，依托制造單元、車間、工廠、供應(yīng)鏈等載體，構(gòu)建虛實(shí)融合、知識(shí)驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化、安全高效、綠色低碳的智能制造系統(tǒng)，推動(dòng)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、智能化變革。

國務(wù)院2015年5月印發(fā)的《中國制造2025》是中國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)。

戰(zhàn)略將緊握制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)。提高國家制造業(yè)創(chuàng)新能力，推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合，強(qiáng)化工業(yè)基礎(chǔ)能力，全面推行綠色制造，大力推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域突破發(fā)展，深入推進(jìn)制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，積極發(fā)展服務(wù)型制造和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)，提高制造業(yè)國際化水平。新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合為我國提供了搶占全球智能制造高地的重要機(jī)遇。為抓住這一歷史性機(jī)遇，我國政府制定了一系列智能制造發(fā)展戰(zhàn)略。習(xí)近平總書記指出，要以智能制造為主攻方向推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革和優(yōu)化升級，推動(dòng)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)模式和企業(yè)形態(tài)根本性轉(zhuǎn)變。內(nèi)容提綱引導(dǎo)案例與學(xué)習(xí)目標(biāo)第一節(jié)、概述第二節(jié)、智能制造系統(tǒng)的要素與特征第三節(jié)、智能制造的模式變革第四節(jié)、智能制造的技術(shù)體系第五節(jié)、智能制造的發(fā)展趨勢2.1智能制造系統(tǒng)智能制造：基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行等功能的新型生產(chǎn)方式。智能制造系統(tǒng)：是由設(shè)備、人和信息平臺(tái)構(gòu)成的實(shí)現(xiàn)智能制造的工具和平臺(tái)，它通過集成各種先進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對制造過程的全方位管理和優(yōu)化，使制造活動(dòng)能動(dòng)態(tài)地適應(yīng)需求和制造環(huán)境的變化。智能制造單元智能制造系統(tǒng)智能服務(wù)智能供應(yīng)鏈智能信息平臺(tái)智能制造生態(tài)2.2智能制造系統(tǒng)的要素為了實(shí)現(xiàn)智能制造的目標(biāo)，需要對智能制造中所涉及的各要素進(jìn)行有效組織。在智能化技術(shù)的支持下，數(shù)據(jù)成為智能制造系統(tǒng)中不可或缺的新要素。傳統(tǒng)制造要素大數(shù)據(jù)工業(yè)企業(yè)運(yùn)營管理相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)制造過程數(shù)據(jù)作用數(shù)字工程智能優(yōu)化數(shù)據(jù)成為智能制造的新型要素企業(yè)外部數(shù)據(jù)智能決策模式創(chuàng)新特性數(shù)據(jù)交易數(shù)據(jù)確權(quán)數(shù)據(jù)定價(jià)2.3智能制造系統(tǒng)的特征智能制造系統(tǒng)具有自感知、自決策、自執(zhí)行、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的特征。傳統(tǒng)制造要素內(nèi)容提綱引導(dǎo)案例與學(xué)習(xí)目標(biāo)第一節(jié)、概述第二節(jié)、智能制造系統(tǒng)的要素與特征第三節(jié)、智能制造的模式變革第四節(jié)、智能制造的技術(shù)體系第五節(jié)、智能制造的發(fā)展趨勢3.1大規(guī)模定制制造如今消費(fèi)者需求普遍多樣化、個(gè)性化，為客戶提供定制化、高附加值的產(chǎn)品和服務(wù)成為未來市場的重要趨勢，促使生產(chǎn)方式從大規(guī)模生產(chǎn)向大規(guī)模定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。大規(guī)模定制內(nèi)涵：是在現(xiàn)代智能制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，企業(yè)為適應(yīng)新時(shí)代的競爭環(huán)境，以類似大規(guī)模生產(chǎn)的成本和效率，為客戶提供多樣化的個(gè)性產(chǎn)品和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)價(jià)值共創(chuàng)的一種制造模式。大規(guī)模定制制造的類型：

按訂單組裝、按訂單制造、按訂單設(shè)計(jì)3.2服務(wù)型制造隨著市場的轉(zhuǎn)變以及智能制造技術(shù)的進(jìn)步，服務(wù)對制造業(yè)實(shí)體的經(jīng)濟(jì)效益影響越發(fā)顯著；制造業(yè)的增值環(huán)節(jié)向著產(chǎn)品價(jià)值鏈的上下游延伸，從而形成了以客戶為中心、提供基于產(chǎn)品的高附加值服務(wù)的產(chǎn)業(yè)模式——服務(wù)型制造。遠(yuǎn)程運(yùn)維工藝優(yōu)化從產(chǎn)品到“產(chǎn)品+服務(wù)”物理產(chǎn)品階段核心產(chǎn)品階段

產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)階段柔性支付服務(wù)內(nèi)容增值服務(wù)從產(chǎn)品到“產(chǎn)品即服務(wù)”系統(tǒng)解決方案產(chǎn)品平臺(tái)與生態(tài)圈

從產(chǎn)品到整體解決方案內(nèi)容提綱引導(dǎo)案例與學(xué)習(xí)目標(biāo)第一節(jié)、概述第二節(jié)、智能制造系統(tǒng)的要素與特征第三節(jié)、智能制造的模式變革第四節(jié)、智能制造的技術(shù)體系第五節(jié)、智能制造的發(fā)展趨勢智能制造的技術(shù)體系圍繞智能制造需求發(fā)展出的制造領(lǐng)域的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)和智能化技術(shù)方法，構(gòu)成智能制造的重要支撐技術(shù)以信息技術(shù)和智能化技術(shù)為核心的智能制造技術(shù)，構(gòu)成智能制造的基礎(chǔ)設(shè)施智能制造技術(shù)應(yīng)用具體制造場景，形成各類智能制造應(yīng)用系統(tǒng)，是智能制造技術(shù)的集中體現(xiàn)內(nèi)容提綱引導(dǎo)案例與學(xué)習(xí)目標(biāo)第一節(jié)、概述第二節(jié)、智能制造系統(tǒng)的要素與特征第三節(jié)、智能制造的模式變革第四節(jié)、智能制造的技術(shù)體系第五節(jié)、智能制造的發(fā)展趨勢5.1人機(jī)共融制造為了充分發(fā)揮人的創(chuàng)新能力和機(jī)器的高效性，人機(jī)共融制造應(yīng)運(yùn)而生，它將人的靈活性、創(chuàng)造性和決策能力與機(jī)器的精確性、效率和可靠性結(jié)合起來，形成一種全新的生產(chǎn)力量。人機(jī)關(guān)系的演變“主-從”關(guān)系“

伙伴關(guān)系“

協(xié)同模式人機(jī)人機(jī)協(xié)同認(rèn)知決策人在回路人機(jī)信任智能過程可解釋性認(rèn)知計(jì)算模型價(jià)值判斷態(tài)勢理解控制權(quán)轉(zhuǎn)移任務(wù)分配態(tài)勢感知共識(shí)表示學(xué)習(xí)智能融合人機(jī)數(shù)據(jù)融合智能交互人機(jī)沖突處理協(xié)商5.2工業(yè)元宇宙工業(yè)元宇宙是利用最新信息通信技術(shù)與實(shí)體工業(yè)經(jīng)濟(jì)深度融合的新型工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。它基于擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈等技術(shù)，通過在虛擬與現(xiàn)實(shí)空間之間的虛實(shí)映射、交互和融合構(gòu)建的復(fù)雜數(shù)字工業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。工業(yè)元宇宙5.3軟件定義制造隨著數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化技術(shù)的應(yīng)用，通過軟件定義，賦予產(chǎn)品智能屬性，使之能在不同場景下自動(dòng)調(diào)整行為和性能，從而重新定義了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的方式。這種革命性變化，稱為軟件定義制造。軟件支撐智能制造：軟件定義制造通過將制造業(yè)全周期業(yè)務(wù)模型化、代碼化和工具化，不僅提升產(chǎn)品和生產(chǎn)方式，也改善組織管理與產(chǎn)業(yè)生態(tài)，是智能制造關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)路徑。軟件定義產(chǎn)品：通過軟件來定義和控制其功能和特性的產(chǎn)品，使得產(chǎn)品可以通過軟件編程和更新來實(shí)現(xiàn)快速迭代和定制化。軟件定義企業(yè)：是指在企業(yè)運(yùn)營和管理的過程中，廣泛應(yīng)用軟件和虛擬化技術(shù)，通過軟件來定義、優(yōu)化和控制企業(yè)的核心流程、生產(chǎn)方式的一種企業(yè)模式。以光刻機(jī)為代表的高端裝備的研發(fā)、生產(chǎn)和運(yùn)維過程，是精密制造、智能控制和供應(yīng)鏈協(xié)同發(fā)展的結(jié)果，需要新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合；智能制造不僅是推動(dòng)制造產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵技術(shù)，也是帶動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展的強(qiáng)大引擎，各國都把智能制造作為搶占世界制造業(yè)競爭制高點(diǎn)的重要領(lǐng)域；在信息技術(shù)的賦能作用下，數(shù)據(jù)作為制造系統(tǒng)的新型要素，滲透到制造生命周期全過程；智能制造系統(tǒng)是先進(jìn)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)和運(yùn)維技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)、制造工程管理技術(shù)、信息平臺(tái)技術(shù)在智能化賦能作用下的創(chuàng)新發(fā)展，這些系統(tǒng)構(gòu)成了智能工廠這一智能制造的載體；制造系統(tǒng)在數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化的賦能下，出現(xiàn)了制造新模式和新業(yè)態(tài)，如服務(wù)