第5章智能制造系統(tǒng)章節(jié)目錄12先進制造模式智能制造系統(tǒng)目錄3制造自動化系統(tǒng)4制造信息系統(tǒng)5MES平臺各模塊的功能與應用隨著近年來科學技術的蓬勃發(fā)展，“中國制造”正在向著“中國智造”的方向突飛猛進。隨著5G時代的到來，國內諸多科技企業(yè)不斷崛起，有力推進了“中國智造”的進程。與傳統(tǒng)制造業(yè)相比，智能制造是在先進制造技術的基礎上，與新一代信息技術進行了深度融合，具有自感知、自決策、自執(zhí)行、自適應、自學習等特征，提高了制造業(yè)質量、效率效益和柔性的先進生產(chǎn)方式。項目引入自2020年起在全球范圍內爆發(fā)了新冠疫情，全國各處醫(yī)療資源緊缺。此時，許多智能制造企業(yè)憑借自身技術、資源與優(yōu)勢，開發(fā)并推出各種智能系統(tǒng)與服務，助力疫情下的民生與生產(chǎn)。智能制造在醫(yī)療行業(yè)的應用更是解決了疫情下醫(yī)護人員人手不足、醫(yī)療資源短缺等緊急難題。2021年11月，工業(yè)和信息化部、國家標準化管理委員會組織編制了《國家智能制造標準體系建設指南（2021版）》，推動了各地區(qū)、各行業(yè)的智能制造高質量發(fā)展。項目引入能根據(jù)平臺各模塊的功能，完成完整的訂單操作。能根據(jù)平臺的功能，完成質量關管理模塊的查看。學習目標了解先進制造模式的基本知識。了解智能制造系統(tǒng)的基本概念。掌握智能制造系統(tǒng)的構成。了解制造自動化系統(tǒng)的基本知識。了解制造信息系統(tǒng)的基本知識。職業(yè)能力目標能根據(jù)項目要求，完成平臺各模塊的功能與應用。能通過先進制造模式的學習，提高愛國的品德素養(yǎng)。能通過項目實施的學習，提高學生的獨立思考和動手操作能力。職業(yè)能力目標5.1先進制造模式服務教育成就未來北京新大陸時代教育科技有限公司5.1.1先進制造模式的基本知識5.1.2 先進制造模式的實現(xiàn)手段5.1.2先進制造模式的應用領域5.1.3先進制造模式的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)5.1先進制造模式先進制造模式指利用先進技術和創(chuàng)新方法，以高效、靈活、智能的方式進行生產(chǎn)的一種模式。先進制造模式包括了數(shù)字化、自動化、智能化等技術的應用，以提高生產(chǎn)效率、降低成本、提升產(chǎn)品質量和靈活性。5.1.1先進制造模式的基本知識先進制造模式包括了以下方面：智能制造柔性制造綠色制造協(xié)同制造定制化制造……5.1.1先進制造模式的基本知識通過先進制造模式，可減少對環(huán)境的影響，資源的可持續(xù)利用和環(huán)境保護得到極大的重視，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。先進制造模式涵蓋了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術的應用，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡化。通過先進制造模式，企業(yè)可更好地適應市場需求的變化，提高競爭力，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。5.1.1先進制造模式的基本知識中國制造2025是中國政府提出的一項重要戰(zhàn)略，也是先進制造模式的成功案例，旨在推動中國制造業(yè)向高端、智能化和可持續(xù)發(fā)展的方向轉型升級。中國制造2025的目標是通過技術創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級和結構調整，提高中國制造業(yè)的整體競爭力和附加值。該戰(zhàn)略包含了促進技術創(chuàng)新、加強產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展、推動綠色可持續(xù)發(fā)展、培育人才和提升技能等方面，為中國制造業(yè)提供了重要的發(fā)展機遇，促進了制造業(yè)的轉型升級和創(chuàng)新發(fā)展，推動了中國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。5.1.1先進制造模式的基本知識先進制造模式的特點如下。數(shù)字化：通過數(shù)字技術和信息系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理和控制。自動化：利用自動化設備和機器人等技術實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化操作。智能化：通過人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化決策和優(yōu)化。柔性化：通過靈活的生產(chǎn)線和生產(chǎn)設備實現(xiàn)生產(chǎn)過程的靈活調整和適應性。5.1.1先進制造模式的基本知識5.1.1先進制造模式的基本知識5.1.2 先進制造模式的實現(xiàn)手段5.1.3先進制造模式的應用領域5.1.4先進制造模式的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)5.1先進制造模式先進制造模式是一種以提高產(chǎn)品質量、市場競爭力、生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)速度為目標的生產(chǎn)方式，其實現(xiàn)手段包括多種技術和管理方法，包括控制技術、信息技術、自動化技術、精益管理、供應鏈管理、創(chuàng)新設計等。其中，先進控制技術是實現(xiàn)先進制造模式的重要手段之一。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段先進制造模式強調生產(chǎn)過程的自動化、柔性化、智能化和信息化，而先進控制技術可以通過對生產(chǎn)過程的精確控制，提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)安全性。先進控制是指那些與傳統(tǒng)的單回路控制不同，并且在控制效果上比常規(guī)PID控制更好的控制策略的統(tǒng)稱。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段先進控制包括了預測控制、推斷控制、統(tǒng)計過程控制、模糊控制、神經(jīng)控制、非線性控制以及魯棒控制等多種先進的控制方法。這些控制策略的目標是提高系統(tǒng)的性能、適應復雜系統(tǒng)和應對不確定性。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段先進控制技術是一種應用于工業(yè)自動化系統(tǒng)中的高級控制方法，旨在提高系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性和效率。先進控制技術利用了先進的數(shù)學模型和算法來優(yōu)化系統(tǒng)的控制策略，以實現(xiàn)更精確、更快速的響應。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段常見的先進控制技術有:模型預測控制（ModelPredictiveControl，MPC）自適應控制最優(yōu)控制魯棒控制自適應模糊控制……5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段1、模型預測控制模型預測控制是一種在過程控制中廣泛應用的先進控制策略，它在滿足特定約束條件的情況下，對控制過程進行優(yōu)化。自1980年代開始，MPC已經(jīng)被應用于化學工廠和煉油廠的工業(yè)過程控制中。近年來，MPC也被應用于電力系統(tǒng)的平衡模型以及電力電子學領域，取得了良好的應用效果。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段模型預測控制是一種基于過程動態(tài)模型的先進控制策略，通常通過系統(tǒng)辨識獲得線性經(jīng)驗模型。MPC的特點在于針對當前時間段進行最優(yōu)控制，然后在下一個時間段內繼續(xù)進行最優(yōu)控制，這與LQR控制器不同。MPC能夠預測未來事件并采取相應的處理措施，而PID控制器不具備這樣的預測功能。MPC幾乎都是通過數(shù)字控制實現(xiàn)，但也有研究表明，使用特殊設計的模擬電路可以使反應時間更快。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段廣義預測控制（GeneralizedPredictiveControl，GPC）和動態(tài)矩陣控制（DynamicMatrixControl，DMC）都是模型預測控制的典型示例。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段MPC是一種基于系統(tǒng)動態(tài)模型的控制方法，通過預測系統(tǒng)未來的行為來優(yōu)化控制策略?？梢蕴幚矶嘧兞俊⒎蔷€性和時變系統(tǒng)，并在控制過程中考慮約束條件。下圖是MPC系統(tǒng)框圖。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段模型預測控制系統(tǒng)2、自適應控制自適應控制技術可以根據(jù)系統(tǒng)的變化自動調整控制策略，以適應不確定性和變化的工況?？梢蕴岣呦到y(tǒng)的魯棒性和適應性，并減少對系統(tǒng)模型的依賴。自適應控制系統(tǒng)由參考模型、控制器和自適應率組成。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段自適應控制系統(tǒng)控制器主要由被控對象的反饋控制器和前饋控制器組成，并可根據(jù)自適應率進行調整。參考模型實際上是一種理想控制系統(tǒng)，其輸出代表了期望的性能，規(guī)定了調節(jié)系統(tǒng)的特性要求，如最大超調量、阻尼時間等。自適應率被用來減小被控對象輸出與參考模型期望輸出之間的誤差，通過調整控制器參數(shù)或產(chǎn)生輔助輸入來實現(xiàn)。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段3、最優(yōu)控制最優(yōu)控制技術通過優(yōu)化目標函數(shù)來確定最佳的控制策略?？梢栽诮o定約束條件下最大化系統(tǒng)的性能，并考慮系統(tǒng)的動態(tài)特性和非線性效應。最優(yōu)控制理論所研究的問題可以概括為：對于一個受控的動力學系統(tǒng)或運動過程，從一組允許的控制方案中找到最優(yōu)的控制方案，使得系統(tǒng)的運動從某個初始狀態(tài)轉移到指定的目標狀態(tài)的同時，其性能指標達到最優(yōu)。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段例如，確定一個最優(yōu)控制策略以使空間飛行器在從一條軌道轉換到另一條軌道的過程中消耗最少的燃料，選擇一個溫度調節(jié)規(guī)律以及相應的原料配比以使化工反應過程達到最高的產(chǎn)量。制定一項最合理的人口政策從而使人口發(fā)展過程中的老化指數(shù)、撫養(yǎng)指數(shù)和勞動力指數(shù)等達到最優(yōu)等，這些都是一些典型的最優(yōu)控制問題。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段4、魯棒控制魯棒控制技術可以處理系統(tǒng)參數(shù)不確定性和外部擾動，以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。通過設計魯棒控制器來抵抗不確定性，并提供對系統(tǒng)的保護。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段5、自適應模糊控制適應模糊控制技術結合了模糊邏輯和自適應控制方法，以處理復雜和模糊的系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)自動調整模糊規(guī)則和參數(shù)，以實現(xiàn)更好的控制性能。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段先進控制技術廣泛應用于諸多領域，包括化工、電力、交通、機械等。通過先進控制技術，可以有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度和能源效率，減少人工干預和運營成本，同時提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率。5.1.2

先進制造模式的實現(xiàn)手段5.1.1先進制造模式的基本知識5.1.2 先進制造模式的實現(xiàn)手段5.1.3先進制造模式的應用領域5.1.4先進制造模式的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)5.1先進制造模式先進制造模式廣泛應用于各個行業(yè)，包括：汽車制造電子制造航空航天醫(yī)藥制造……它可以提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質量和靈活性。5.1.3先進制造模式的應用領域1、汽車制造先進制造模式在汽車制造領域的應用包括智能制造、3D打印技術、柔性制造系統(tǒng)、協(xié)作機器人、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實。智能制造利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術實現(xiàn)汽車制造的智能化和自動化；3D打印技術可以快速制造和個性化定制汽車零部件；柔性制造系統(tǒng)可以根據(jù)需求快速調整生產(chǎn)線，實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)；協(xié)作機器人與人類工人共同工作，提高生產(chǎn)效率和安全性；虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術提供更直觀、交互式的汽車設計和制造體驗。5.1.3先進制造模式的應用領域這些應用推動汽車制造向智能化、個性化和可持續(xù)發(fā)展方向發(fā)展。先進制造模式的應用可以提高汽車制造的效率、質量和靈活性，推動汽車行業(yè)向智能化、個性化和可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。5.1.3先進制造模式的應用領域2、電子制造先進制造模式在電子制造領域的應用包括智能制造、自動化生產(chǎn)線、表面貼裝技術、柔性制造系統(tǒng)、質量控制和可持續(xù)發(fā)展。智能制造利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術實現(xiàn)電子制造的智能化和自動化；自動化生產(chǎn)線可以提高生產(chǎn)效率和質量，減少人工操作；表面貼裝技術可以快速、精確地將電子元件貼裝到電路板上；柔性制造系統(tǒng)可以根據(jù)需求快速調整生產(chǎn)線，實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)；質量控制技術可以實時監(jiān)測和檢測產(chǎn)品質量，提高產(chǎn)品一致性和可靠性；可持續(xù)發(fā)展包括節(jié)能減排、資源循環(huán)利用和環(huán)境友好的制造過程。5.1.3先進制造模式的應用領域先進制造模式應用于電子制造領域不僅可以提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質量和技術水平，還可以實現(xiàn)柔性生產(chǎn)、推動可持續(xù)發(fā)展。5.1.3先進制造模式的應用領域3、航空航天先進制造模式在航空航天領域應用廣泛，包括3D打印技術、智能制造、自動化生產(chǎn)線、柔性制造系統(tǒng)、質量控制技術、虛擬仿真技術等。3D打印技術可以快速制造復雜形狀的零部件，提高生產(chǎn)效率和質量；智能制造利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術實現(xiàn)實時監(jiān)測和優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率和質量；自動化生產(chǎn)線減少人工操作，提高生產(chǎn)效率和一致性，降低人為錯誤的風險；5.1.3先進制造模式的應用領域柔性制造系統(tǒng)可以快速調整生產(chǎn)線，實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)的靈活性和適應性；質量控制技術實時監(jiān)測和檢測產(chǎn)品質量，提高產(chǎn)品一致性和可靠性，確保航空航天器的安全性；虛擬仿真技術在設計和生產(chǎn)階段進行模擬和測試，減少實際試驗的成本和時間，提高產(chǎn)品的設計和制造效率。先進制造模式的應用推動了航空航天技術的發(fā)展和進步，實現(xiàn)更高效、更精確、更可靠的生產(chǎn)和制造。5.1.3先進制造模式的應用領域4、醫(yī)藥制造先進制造模式在醫(yī)藥制造領域應用廣泛，包括3D打印技術、智能制造、自動化生產(chǎn)線、柔性制造系統(tǒng)、質量控制技術、虛擬仿真技術等。3D打印技術可以制造復雜的藥物釋放系統(tǒng)、人工器官和組織等，提高藥物的治療效果和患者的生活質量；智能制造利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術實現(xiàn)實時監(jiān)測和優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率和質量；自動化生產(chǎn)線減少人工操作，提高生產(chǎn)效率和一致性，降低人為錯誤的風險；5.1.3先進制造模式的應用領域柔性制造系統(tǒng)可以快速調整生產(chǎn)線，實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)的靈活性和適應性；質量控制技術實時監(jiān)測和檢測產(chǎn)品質量，提高產(chǎn)品一致性和可靠性，確保藥物的安全性和療效；虛擬仿真技術在藥物研發(fā)和生產(chǎn)階段進行模擬和測試，減少實際試驗的成本和時間，提高藥物的研發(fā)效率和制造質量。先進制造模式的應用推動了醫(yī)藥技術的發(fā)展和進步，實現(xiàn)更高效、更精確、更可靠的藥物研發(fā)和制造，提高患者的治療效果和生活質量。5.1.3先進制造模式的應用領域5.1.1先進制造模式的基本知識5.1.2 先進制造模式的實現(xiàn)手段5.1.3先進制造模式的應用領域5.1.4先進制造模式的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)5.1先進制造模式先進制造模式具有其獨特優(yōu)勢，包括：提高生產(chǎn)效率降低成本提高產(chǎn)品質量靈活性5.1.4先進制造模式的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)1、優(yōu)勢先進制造模式具備的優(yōu)勢如下。提高生產(chǎn)效率：采用自動化和數(shù)字化技術，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的高度自動化和智能化。通過使用先進的機器人、自動化設備和智能控制系統(tǒng)，可以大大提高生產(chǎn)效率，減少人力資源的需求，并且可實現(xiàn)24小時不間斷生產(chǎn)，可以大大縮短了生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品的交付速度。降低成本：通過優(yōu)化生產(chǎn)流程、減少廢品和能源消耗、提高設備利用率等方式降低生產(chǎn)成本。自動化和數(shù)字化技術的應用可減少人力成本，并且可提高生產(chǎn)的精確度和一致性，減少人為因素引起的錯誤和損失。此外，通過實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析可優(yōu)化生產(chǎn)計劃和資源配置，進一步降低了成本。5.1.4先進制造模式的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)提高產(chǎn)品質量：通過自動化和數(shù)字化技術可提高產(chǎn)品的一致性和精確度。自動化設備和智能控制系統(tǒng)可以減少人為因素對產(chǎn)品質量的影響，提高產(chǎn)品的制造精度和穩(wěn)定性。此外，通過實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析可及時發(fā)現(xiàn)和糾正生產(chǎn)過程中的問題，提高產(chǎn)品的質量控制能力。提高產(chǎn)品靈活性：通過數(shù)字化技術可實現(xiàn)生產(chǎn)過程的靈活