智能制造技术 王时龙 重庆大学机械工程学院 2015 - 8

主要内容 一、智能制造技术简介 二、智能制造技术现状 三、智能制造技术的发展趋势

一、智能制造技术

《中国制造2025》强调了信息技术和制造技术的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。 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。 2015年03月06日 智能制造作为国家战略已列为“十三五”规划的重点内容。

科技部先进制造领域正在规划的四个重点专项 “双基工程” 3D打印 “器换人” “互联网+” 基础件 激光制造及3D打印 机器人 网络制造 密切相关：智能制造

1. 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》

1.1 智能制造 ：制造业第四次革命 制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息驱动型，要求制造系统表现出更高的智能。 制造业革命 机械化 蒸汽机 机械化 普通装备 电气化 数控装备 数字化 智能装备 智能化 制造业革命

2. 智能制造技术组成 …… 智能制造产品 智能制造装备 信息获取，控制，执行，加工，成形，物流…… 智能制造系统 智能生产线，智能车间，数字化工厂…… 智能制造服务 生产性服务业智能化，供应链管理优化，物联网…… 数控机床 智能化工程机械 激光加工系统 自动化生产线 智能制造装备 工业机器人 可重构生产系统 工业自动化控制 系统 …… 感知与测控网络 机器学习与制造知识发现 面向制造的综合推理 图形化建模与仿真 智能全息人机交互 工况感知与智能识别 性能预测与智能维护 智能规划与智能编程 智能数控与伺服驱动 系统建模与自行组织 智能制造执行系统 智能企业管控 智能供应链管理 流程智能控制 服务感知与控制的互联 工业产品智能服务 服务过程的智能运控 制造物联网与物流智能服务 制造与服务的集成共享和协同 智能制造技术 智能制造装备 智能制造系统 智能制造服务 智能制造产品

2.1 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。

2.2 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。 数字化企业 数字化工厂 数字化车间 自动化智能化生产线 数控机床 工业机器人 远程监测监控系统 物料运送仓储设备 智能工艺装备 3D打印系统 机器视觉系统 激光加工系统 控制系统 伺服系统 执行系统 传感系统 光电器件 电子标签 激光器

2.3 智能制造服务（案例：智慧城市） …… 智慧城市核心理念 城市智能化 感知化 物联化 智能化 智能消防 智能安防 智能楼宇 智能交通 智能医疗 智能食品 智能电网 智能城市规划 智能应急系统 智能水资源 ……

2.3 智能制造服务（案例：智慧城市） 自控技术是关键 平台层 感知层 应用层 网络层 通信网 互联网 物联网 IT能力 CT能力 城市数据中心 手机 PC 摄像头 RFID 传感器网络 视频电话 internet 呼叫中心 无线网关 云计算 感知层 应急指挥 应用层 数字城管 平安城市 政府热线 数字医疗 环境监控 数字物流 智能交通 自控技术是关键 网络层 通信网 互联网 物联网

3. 智能制造技术 主要包括： 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

二、智能制造技术现状

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。

2. 国内外发展趋势 (1) 信息化。制造业信息化将信息技术、网络技术、现代管 理与制造技术相结合，实现产品的数字化设计、网络化制造和敏捷制造，快速响应市场变化和客户需求，全面提升制造业发展水平。 (2) 自动化。将完备的感知系统、执行系统和控制系统与相关机械装备完美结合，构成了高效、高可靠的自动化装备和柔性生产线，将实现自动、柔性和敏捷制造。 (3) 智能化。在信息化和自动化的基础上，将专家的知识不断融入制造过程以实现设计过程智能化、制造过程智能化和制造装备智能化，将实现拟人化制造。

3. 实际案例

人脸识别 马云刷脸买礼物： 为德国总理默克尔赠送了一份特殊礼物：一张纪念版的德国日历页，且恰好就是这位女总理的出生年月。 2015.3.16汉诺威IT博览会

4.国外智能制造技术的最新进展 全自动焊接生产线 6杆并联运动机床 机器人双机搬运 冲压搬运机器人 工业机器人码垛 机器人椅脚自动抛光 FANUC ROBO-DRILL 机器人双机搬运 冲压搬运机器人 工业机器人码垛 机器人椅脚自动抛光 加工中心集成机器人

4.智能制造技术的最新进展 ASIMO BigDog 水陆两用蛇形机器人 德国机床全自动化 美国军用爬壁侦查机器人 机器人外骨骼 2010日本机器人研发进展

5. 我国制造业现状 2007年中国占世界工业生产总值中的份额为15.6% ，美国为 19% ，日本为 15.4% ，中国已经成为仅次于美国的全球第二大工业制造国，同时我国装备制造业工业总产值已位居世界首位。但存在三大问题： 高端装备对外依存度高 关键支撑技术及核心基础部件主要依赖进口 工业化与信息化融合程度低 —— 《智能制造科技发展“十二五”专项规划》

6. 智能制造是中国制造业产业升级必由之路 中国已成为全球制造业产出第一大国，但效率上仍明显落后美国日本 美国“再工业化”依托高新技术优势 超过日本成为制造业产出第二大国 超过美国成为制造业产出第一大国 相近的产出 10倍的人数 中国已成为全球制造业产出第一大国，但效率上仍明显落后美国日本 美国“再工业化”依托高新技术优势 中国制造产业升级势在必行 VS 数字制造技术 中国制造 机器人 人工智能

7. 自动化生产线 据统计，中国市场每年数控机床的消费量有近20万台，其中绝大多数数控机床处于单机方式使用，过分依赖人的参与，辅助时间长，加工效率低。 “用工慌”，急需自动化生产线来减少操作人员。 稳定的产品加工质量。 自动化生产线很好地解决了这些难题， 未来需求１０００套／年。

多品种、大批量阀体柔性加工生产线 四川普什宁江机床有限公司,用户单位: 北京天地玛珂电液控制系统有限公司 　　2套智能加工单元（各３台５００规格精密卧加）、 4台机器人、 2套桁架机械手、 1条自动物流线、 1套智能刀具管理中心。若干自动夹紧夹具，１台在线清洗设备和１台精密检测设备。 四川普什宁江机床有限公司,用户单位: 北京天地玛珂电液控制系统有限公司

8. 机器人案例分析——种类多、功能强大 工业机器人是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。 弧焊机器人 激光焊机器人 电阻焊机器人 自动化焊接机器人 点焊机器人 等离子切割机器人 清洁机器人 上料机器人 物料输送机器人 材料去除机器人 包装机器人 喷漆机器人 堆跺机器人 涂层机器人 去毛刺机器人 部件移动机器人 装配机器人 打保险机器人

机器人生产线更为高效、稳定，产品品质更高 8. 机器人案例分析——全球需求旺盛 基本 需求 劳动力结构性短缺 招不到人 发展需求 制造业劳动力成本快速上升 用不起人 提高需求 机器人生产线更为高效、稳定，产品品质更高 机器人发展日新月异 技术进步→适用性更广 成本下降→性价比更具优势 1 2 3 推动工业机器人需求 焊接机器人为例，如今单价降至15-20万元/台。 工作量通常能抵3个工人，约1~2年就可收回成本。 人口结构老龄化 制造业低端工种招工难 劳动力成本优势削弱

8. 机器人案例分析——中国潜力巨大 2011年全球机器人销量16.5万台，同比增长37%，当年中国机器人市场 2.26万台，同比增长50.7%，为全球增速最快市场； 2014年全球的工业机器人销售总量为25万台，同比增长27%，中国市场总 销量为5.7万台机器，占全球1/4，但国产机器人1.7万台，同比增长达到惊 人的77% （市场到底有多大？？）

8. 机器人案例分析——中国潜力巨大 全球工业机器人本体市场以中欧美日为主。其中中国是增速最快的市场。 国际巨头们占领中国市场90%以上， 其中四巨头占据大半。

8. 机器人案例分析——产业链发展

8. 机器人案例分析——引导产业升级 智能化制砖生产线

三、智能制造技术发展趋势

1. 国家战略性新兴产业规划

2. 智能制造装备核心技术与重点领域

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

4. 智能制造重点任务 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

5. 智能制造领域重大科技项目 经国务院领导批准，智能制造装备创新工程专项计划正 式启动，第一批支持10个方向： 基于机器人的汽车焊接自动化生产线 煤炭综采成套装备智能系统 高效织造智能生产线 数字化车间及智能物流系统 千万吨级大型炼油装置智能控制系统 大化肥成套装备智能控制系统 大型煤化工装备智能控制系统 天然气长输管线智能增压站场 垃圾精选系统 机场行李分拣系统 经过专家评标，第一批19个项目已获得国家经费9.75亿元

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

结束语 孔子：“足兵、足食、民信之矣。” （子贡曰:必不得已而去,于斯三者何先? ） 信心：中国制造 中国“智”造！

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