第一章

緒論第一節(jié)

智能制造概念第一節(jié)

智能制造概念一、制造業(yè)發(fā)展歷程發(fā)展階段年份里程碑主要成果機械化1760-1860水力和蒸汽機器生產(chǎn)代替手工勞動，社會經(jīng)濟基礎(chǔ)從農(nóng)業(yè)想以機械制造為主的工業(yè)轉(zhuǎn)移電氣化1861-1950電力和電動機采用電力驅(qū)動的大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品零部件生產(chǎn)與裝配環(huán)節(jié)的成功分離，開創(chuàng)了產(chǎn)品批量生產(chǎn)的新模式自動化1951-2010電子技術(shù)和計算機電子計算機與信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得機器逐漸代替人類作業(yè)智能化2011至今網(wǎng)絡(luò)和智能化智能化實現(xiàn)制造的智能化、個性化和集成化1.制造業(yè)發(fā)展歷程

隨著計算機的問世，機械制造業(yè)大體沿著兩條路線發(fā)展：一是傳統(tǒng)制造技術(shù)的發(fā)展，二是借助計算機和數(shù)字控制科學(xué)的智能制造技術(shù)與系統(tǒng)的發(fā)展。

20世紀以來，自動化制造的發(fā)展大體是每十年上一個臺階：20世紀50~60年代的“明星”是硬件數(shù)控（HardNC），70年代以后則是計算機數(shù)據(jù)控制（CNC）蓬勃發(fā)展，80年代世界范圍的柔性自動化熱潮興起，同時計算機集成制造開始出現(xiàn)，但由于技術(shù)局限等原因，并未大規(guī)模應(yīng)用于當時的實際工業(yè)生產(chǎn)。

如今，人類社會的制造業(yè)已從機械化全面邁向智能化、個性化、“私人定制”式工業(yè)生產(chǎn)將成為最新一次技術(shù)革命的主要標志。2.智能制造概念

智能制造是將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)與設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)融合，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行等功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。

特點：它具備以智能工廠為載體，以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)，以網(wǎng)通互聯(lián)為支撐的四大特征，可有效縮短產(chǎn)品研制周期、提高生產(chǎn)率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源消耗，對推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有重要意義。3.智能制造系統(tǒng)模型

結(jié)合智能制造技術(shù)架構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，從系統(tǒng)架構(gòu)、價值鏈和產(chǎn)品生命周期等三個維度構(gòu)建了智能制造標準化參考模型，有助于認識和理解智能制造標準的對象、邊界、各部分的層級關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系。(1)系統(tǒng)架構(gòu)

智能制造系統(tǒng)架構(gòu)自下向上分為五層。

1）設(shè)備層(現(xiàn)場層）包括傳感器、儀器儀表、條碼、射頻識別、數(shù)控機床、機器人等感知和執(zhí)行單元。

2）控制層包括可編程邏輯控制器（PLC）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）、工業(yè)無線（WIA）控制系統(tǒng)等。

3）管理層（操作層）由控制車間/工廠進行生產(chǎn)的系統(tǒng)所構(gòu)成，主要包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、產(chǎn)品生命周期管理（PLM）軟件等。

4）企業(yè)層由企業(yè)的生產(chǎn)計劃、采購管理、銷售管理、人員管理、財務(wù)管理等信息化系統(tǒng)所構(gòu)成，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的整體管控，主要包括企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)、供應(yīng)鏈管理（SCM）系統(tǒng)和客戶關(guān)系管理（CRM）系統(tǒng)等。

5）網(wǎng)絡(luò)層由產(chǎn)業(yè)鏈上不同企業(yè)通過互聯(lián)網(wǎng)共享信息實現(xiàn)協(xié)同研發(fā)、配套生產(chǎn)、物流配送、制造服務(wù)等。(2)價值鏈

智能制造系統(tǒng)的價值鏈包含以下五部分

1）制造資源

代表現(xiàn)實世界的物理實體，如文件、圖樣、設(shè)備、車間、工廠等人員可視為制造資源的一個組成部分。

2）系統(tǒng)集成

代表通過二維碼、射頻識別、軟件、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)集成原材料、零部件、能源、設(shè)備等各種制造資源。由小到大實現(xiàn)從智能裝備/產(chǎn)品到智能生產(chǎn)單元、智能生產(chǎn)線、數(shù)字化車間、智能工廠乃至智能制造系統(tǒng)的集成。

3）互聯(lián)互通

是指用同域網(wǎng)、馬聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)、專線等通信技術(shù)，實現(xiàn)資源間的連接及制造資源與企業(yè)管理系統(tǒng)間的連接。

4）信息融合

是指在系統(tǒng)集成和通信的基礎(chǔ)上，利用云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，在保障信息安全的前提下，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)間乃至更大范圍的信息協(xié)同共享。

5）新興業(yè)

包括個性化足制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)開發(fā)、工業(yè)云服務(wù)、電子商務(wù)等服務(wù)型制造模式。

(3)智能制造系統(tǒng)生命周期

智能制造系統(tǒng)生命周期包括設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售和服務(wù)五個環(huán)節(jié)，是一系列相互聯(lián)系的價值創(chuàng)造活動組成的鏈式集合。產(chǎn)品生命周期中各項活動相互關(guān)聯(lián)、相互影響。不同行業(yè)的產(chǎn)品生命周期構(gòu)成不盡相同。在智能制造的大趨勢下，企業(yè)從主要提供產(chǎn)品向提供產(chǎn)品和服務(wù)轉(zhuǎn)變，使價值鏈得以延伸。

智能制造系統(tǒng)模型是一個通用模型，適用于智能制造全價值鏈所有合作伙伴公司的產(chǎn)品和服務(wù)，它為智能制造相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)建、開發(fā)、集成和運行提供一個框架。通過建立智能制造參考模型，可以將現(xiàn)有標準（如工業(yè)通信、工程、建模、功能安全、信息安全、可靠性、設(shè)備集成、數(shù)字工廠等）和擬制定的新標準（如語義化描述和數(shù)據(jù)字典、互聯(lián)互通、系統(tǒng)能效、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等）一起納入一個新的全球制造參考體系。第一章

緒論

第二節(jié)

智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

一、全球智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

從全球范圍看，除了美國、德國和日本走在全球智能制造的前端，其他國家也在積極布局智能制造發(fā)展。

例如，歐盟各成員國將發(fā)展先進制造業(yè)作為重要的戰(zhàn)略，在2010年制定了第七框架計劃（FP7）的制造云項目，并在2014年實施歐盟?！?020地平線”計劃，將智能型先進制造系統(tǒng)作為創(chuàng)新研發(fā)的優(yōu)先項目。2013年，英國政府提出《英國工業(yè)2050戰(zhàn)略》，該計劃是定位于2050年英國制造業(yè)發(fā)展的一項長期戰(zhàn)略研容通討分析制業(yè)面臨的問題和挑戰(zhàn)，提出英國制造業(yè)發(fā)展與復(fù)蘇的政策。隨著國際分工體系的變化，韓國制業(yè)面臨著競爭力下滑的挑戰(zhàn)，迫切需要新的發(fā)展戰(zhàn)略。2014年6月韓國政府正式推出《制造業(yè)創(chuàng)新3.0戰(zhàn)略》，為韓國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供了明確的方向。二、中國智能制造背景及驅(qū)動因素

第一個驅(qū)動因素：我國經(jīng)濟發(fā)展正處在新舊動能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時期，新的經(jīng)濟增長必須依靠勞動者素質(zhì)的提高，以及科技進步和全要素生產(chǎn)力的提高。所以經(jīng)濟增長進入高質(zhì)量增長階段的要求為我國智能制造的發(fā)展提供了一個重要的動力。圖1-12010-2017年中國城鎮(zhèn)單位就業(yè)人員平均工資圖1-22012-2020年工業(yè)機器人成本回收期測算(單位：年）第二個驅(qū)動因素：中國的數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展已經(jīng)進入了一個趕超爭先的階段。第三個驅(qū)動因素，技術(shù)背景全網(wǎng)時代的到來社會已經(jīng)進入一個人、機、物全面互聯(lián)，在全球廣域范圍內(nèi)的全網(wǎng)時代、信息化是鮮明的全網(wǎng)時代特征，新一代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)不斷創(chuàng)新突破數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、深入發(fā)展，信息革命正從技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命向經(jīng)濟社會變革加速演變、世界經(jīng)濟數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為大勢所趨，為智能制造帶來重大的機遇。新一代的人工智能在全網(wǎng)的條件下出現(xiàn)和發(fā)展，實現(xiàn)人、機、物之間即時交互，依靠這些技術(shù)人類終將實現(xiàn)真正意義上的智能制造。三、中國制造2025戰(zhàn)略

2015年5月，國務(wù)院發(fā)布《中國制造2025》，是中國實施制造強國戰(zhàn)略的第一個十年行動綱領(lǐng)。這一規(guī)劃由工業(yè)和信息化部牽頭，會同國家發(fā)改委、科技部、財政部、質(zhì)檢總局、工程院等20多個部門編制而成，前期組織了50多名院士、100多位專家歷時一年半時間進行戰(zhàn)略研究。其創(chuàng)新之處在于通篇貫穿了應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的內(nèi)容，重點實施了制造業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)、智能制造、工業(yè)強基、綠色發(fā)展、高端裝備創(chuàng)新，中國制造2025戰(zhàn)略建設(shè)框架如圖1-3所示。圖1-3中國制造2025戰(zhàn)略建設(shè)框架《中國制造2025》國家戰(zhàn)略

《中國制造2025》明確提出把智能制造作為兩化（信息化和工業(yè)化）深度融合的主攻方向，以促進制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展為主題，以提質(zhì)增效為中心，以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向，以滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和國防建設(shè)對重大技術(shù)裝備的需求為目標，強化工業(yè)基礎(chǔ)能力，提高綜合集成水平，完善多層次、多類型人才培養(yǎng)體系，促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，培育有中國特色的制造文化，實現(xiàn)制造業(yè)由大變強的歷史跨越。當前，全球制造業(yè)分為三個方陣，第一方陣是美國，第二方陣是德國、日本，中國、韓國、英國和法國等其他國家屬于第三方陣。

《中國制造2025》提出“三步走”戰(zhàn)略，提出力爭通過三個十年的努力實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標。第一步，到2025年，制造業(yè)整體素質(zhì)大幅提升，創(chuàng)新能力顯著增強，形成一批具有較強國際競爭力的跨國公司和產(chǎn)業(yè)集群，邁入世界制造強國行列：第二步，到2035年，中國制造業(yè)達到世界制造強國中等水平；第三步，新中國成立一百年時，制造業(yè)大國地位更加鞏固，綜合實力進入世界制造強國前列，如圖1-4所示。圖1-4《中國制造2025》戰(zhàn)略目標《中國制造2025》的主要內(nèi)容可以用“一、二、三、四、五、五、十”來概括：

“一”就是一個目標，即實現(xiàn)制造業(yè)由大變強的歷史跨越。

“二”就是兩化融合，堅定不移地推進信息化與工業(yè)化深度整合，搶占新一輪的發(fā)展。

“三”就是“三步走”戰(zhàn)略，力爭用三個十年時間，通過“三步走”實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標。

“四”就是在推進制造強國戰(zhàn)略中必須堅持的四項原則，一是市場主導(dǎo)，政府引導(dǎo)；二是立足當前，著眼長遠；三是整體推進，重點突破；四是自主發(fā)展，開放合作。

“五”第一個“五”就是有五個方針，即創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠