单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,*,智能制造导论,教学指导,智能制造导论教学指导,第三章 智能制造装备与服务,本章目标,了解智能制造装备的定义、发展以及市场需求。,熟悉智能制造装备技术的内容。,熟悉感知系统的组成。,了解并熟悉智能维护技术的未来研究方向。,了解智能工艺的概述与组成，掌握专家系统的构成与特点。,了解数控技术的发展历程,并掌握各项智能数控技术的定义。,了解智能制造服务的定义与未来发展，熟悉各项智能服务技术。,熟悉智能制造服务相关技术。,第三章 智能制造装备与服务 本章目标,目录结构,第,3,章,智能制造装备与服务,3.1,智能制造装备,3.1.1,智能制造装备的定义,3.1.2,市场需求与产业前景,3.2,智能制造装备技术,3.2.1,装备运行与环境感知、识别技术,3.2.2,性能预测与智能维护技术,3.2.3,智能工艺规划与编程技术,3.2.4,智能数控技术,3.3,智能制造服务,3.3.1,智能制造服务的定义,3.3.2,智能制造服务的未来发展,3.4,智能制造服务技术,3.4.1,服务状态感知技术,3.4.2,信息安全技术,3.4.3,协同服务技术,目录结构第3 章 智能制造装备与服务,3.1,智能制造装备,智能制造装备是具有感知、分析、推理、决策、控制等功能的制造装备，它能够自行感知、分析运行环境，自行规划、控制作业，自行诊断和修复故障，主动分析自身性能优劣、进行自我维护，并能够参与网络集成和网络协调。,3.1 智能制造装备 智能制造装备是具有感知、分析、推理、决,3.2 智能制造装备技术,智能制造装备技术，即是让制造装备能进行诸如分析、推理、判断、构思和决策等多种智能活动，并可与其它智能装备进行信息共享的技术。智能制造装备技术是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。,从功能上讲，智能制造装备技术包括装备运行技术与环境感知、识别技术，性能预测与智能维护技术，智能工艺规划与编程技术，智能数控技术，如图3-2所示。,3.2 智能制造装备技术智能制造装备技术，即是让制造装备能,3.2.1 装备运行与环境感知、识别技术,传感器是智能制造装备中的基础部件，可以感知或者说采集环境中的图形、声音、光线以及生产节点上的流量、位置、温度、压力等等数据。传感器是测量仪器走向模块化的结果，虽然技术含量很高但一般售价较低，需要和其它部件配套使用。,智能制造装备在作业时，离不开由相应传感器组成的、或者由多种传感器结合而成的感知系统。感知系统主要由环境感知模块、分析模块、控制模块等部分组成，将先进的通讯技术、信息传感技术、计算机控制技术相结合来分析处理数据。环境感知模块可以是机器视觉识别系统、雷达系统、超声波传感器或红外线传感器等，也可以是几者的组合。随着新材料的运用和制造成本的降低，传感器在电气、机械和物理方面的性能越发突出，灵敏性也变得更好。未来随着制造工艺的提高，传感器会朝着小型化、集成化、网络化和智能化方向进一步发展。,智能制造装备运用传感器技术识别周边环境（如加工精度、温度、切削力、热变形、应力应变、图像信息）的功能，能够大幅改善其对周围环境的适应能力，降低能源消耗，提高作业效率，是智能制造装备的主要发展方向。,3.2.1 装备运行与环境感知、识别技术传感器是智能制造装,3.2.2 性能预测与智能维护技术,1.性能预测,对设备性能的预测分析以及对故障时间的估算如对设备实际健康状况的评估、对设备的表现或衰退轨迹的描述、对设备或任何组件何时失效及怎样失效的预测等能够减少不确定性的影响并为用户提供预先的缓和措施及解决对策，减少生产运营中产能与效率的损失。而具备可进行上述预测建模工作的智能软件的制造系统，称之为预测制造系统。,一个精心设计开发的预测制造系统具有以下优点：,1）降低成本,通过对生产资产实际情况的了解，使维护工作可以在更合适的条件下实施而不是在故障发生后才更换损坏的部件，或太早将完好的部件进行不必要的更换。即做到所谓的及时维护。另外，历史健康信息也可以由系统反馈到机器设备的设计部门，从而形成闭环的生命周期更新设计。,2）提高运营效率,当预测到设备很可能失效时，系统可以使生产和维修主管更合理地安排相关活动，从而最大限度地提高设备的可用性和正常运行时间。,3）提高产品质量,将近乎实时的设备状态监测数据与过程控制系统相结合，可以在设备或系统状况随时间变化的同时保持产品质量的稳定。,3.2.2 性能预测与智能维护技术1.性能预测,3.2.2 性能预测与智能维护技术,2.智能维护技术研究,智能维护是采用性能衰退分析和预测方法，结合现代电子信息技术，使设备达到近乎零故障性能的一种新型维护技术。智能维护技术是设备状态监测与诊断维护技术、计算机网络技术、信息处理技术、嵌入式计算机技术、数据库技术和人工智能技术的有机结合，其主要研究领域包括以下几个方面：,1）远程维护系统架构和网络技术研究,利用网络技术，实现信息(包括数据、语音和图像)的多向畅通传输，根据远程诊断数据，保证网络各节点(诊断维护中心、用户、制造厂和诊断专家)正常进行信息传输，综合考虑网络设备的价格和保障信息传输的带宽等因素，从硬件、软件和集成等方面研究系统的实现及应用方案，这是实现远程维护的基础。,2）网络诊断维护标准、规范的研究,网络诊断维护的核心是技术资源的共享，要实现这一目的，必须研究制定通用的标准和规范，并与国际标准和规范接轨，包括监测方案、监测输出参数的定义、有关参数的限值、测试数据存储格式、数据表达形式、传输协议、诊断维护分析方法等。,3.2.2 性能预测与智能维护技术2.智能维护技术研究,3.2.2 性能预测与智能维护技术,3）多通道同步高速信号采集技术与高可靠性监测技术的研究,包括如何针对设备不同的工作状态和不同的监测信号，采用DSP（数字信号处理）实现多种方式的多通道同步高速信号采集、处理与故障特征提取的研究；基于VXI总线（一种VXIbus器件之间的开放通信标准）的数据采集监测系统的研究，以提高可靠性、实时性和多功能为目标，提高现有系统的性能和技术水平。,4）嵌入式网络接入技术的研究,以高性能嵌入式微处理器和嵌入式操作系统(EOS)为核心，对10M/100M内置以太网接口、可监测设备状态、嵌入式数据网络化传输终端进行开发研究，以此为基础，建设嵌入式Web Server（网页服务器）并实现其基于网络的系统维护功能，让用户可通过Web（网页）形式查看设备状态数据。,5）基于图形化编程语言的远程监测软件研究,研究开发能够支持网络化数据通信接口、快速描述监测系统环境、定义数据传输及处理过程的图形化编程软件工具，以便根据不同监测对象快速构建监测诊断软件平台。,3.2.2 性能预测与智能维护技术3）多通道同步高速信号,3.2.2 性能预测与智能维护技术,6）智能分析诊断技术的研究,主要包括：基于神经网络、模糊理论等智能信息处理方法和基因算法，对设备故障的智能诊断技术及多种智能诊断方法相融合技术的研究；对基于模糊的和确定性的知识进行综合推理的专家系统的研究；对基于小波分析、分形理论等方法的信号分析、故障特征提取技术的研究。,7）基于Web的网络诊断知识库、数据库和案例库的研究,针对不同应用对象，研究制定故障诊断规则，筛选监测诊断数据和故障案例，建立基于Web的网络诊断知识库、数据库和案例库。,8）多参数综合诊断技术的研究,采用多参数信息融合技术，研究故障对设备有关状态参数(振动、油液和热力参数)影响的机理、特征和规律；以信息融合的多参数设备故障综合诊断技术为基础，研究制定相应的诊断规则，并开发相应的网络化运行软件。,9）专家会诊环境的研究,研究开发具有开放接口的远程设备故障诊断分析工具包，提供频谱、细化谱、倒谱等常规分析以及小波、经验模态分解（EMD）等先进分析工具；研究电子白板、BBS（网络论坛）、Net meeting（网络会议）等技术与应用方案，采用设备状态数据Web发布技术与诊断专家网络群件系统技术，实现专家会诊环境，支持集成数据、语音和视频的信息交流。,3.2.2 性能预测与智能维护技术6）智能分析诊断技术的,3.2.3 智能工艺规划与编程技术,智能工艺是将产品设计数据转换为产品制造数据的一种技术，也是对零件从毛坯到成品的制造方法进行规划的技术。智能工艺以计算机软硬件技术为环境支撑，借助计算机的数值计算、逻辑判断和推理功能，确定零件机械加工的工艺过程。智能工艺是连接设计与制造之间的桥梁，它的质量和效率直接影响企业制造资源的配置与优化、产品质量与成本、生产组织效率等，因而对实现智能生产起着重要的作用。,智能工艺概念,智能工艺就是计算机辅助工艺（Computer Aided Process Planning，简称CAPP），是指在人和计算机组成的系统中，根据产品设计阶段给的信息，通过人机交互或自动的方式，确定产品的加工方法和工艺过程。智能工艺计算机程序界面（人机界面）如图3-3所示。,3.2.3 智能工艺规划与编程技术智能工艺是将产品设计数据,3.2.3 智能工艺规划与编程技术,3.2.3 智能工艺规划与编程技术,3.2.3 智能工艺规划与编程技术,2.,智能工艺组成,智能工艺系统由加工过程动态仿真、工艺过程设计模块、零件信息输入模块、控制模块、输出模块、工序决策模块、工步设计决策模块和Nc加工指令生成模块构成，如图3-4所示,3.2.3 智能工艺规划与编程技术2.智能工艺组成智能工艺,3.2.3 智能工艺规划与编程技术,各模块的功能如下：,1,）控制模块,协调各模块的运行，实现人机之间的信息交流，控制零件信息的获取方式。,2,）零件信息输入模块,通过直接读取,CAD,系统或人机交互的方式，输入零件的结构与技术要求。,3,）工艺过程设计模块,对加工工艺流程进行整体规划，生成工艺过程卡，供加工与生产管理部门使用。,4,）工序决策模块,对以下方面进行决策：加工方法、加工设备以及刀夹量具的选择，工序、工步安排与排序，刀具加工轨迹的规划，工序尺寸的计算，时间与成本的计算等。,5,）工步设计决策模块,设计工步内容，确定切削用量，提供生成,NC,加工控制指令所需的刀位文件。,6,）,NC,（,Numerical Control,，数字化控制）加工指令生成模块,依据工步决策模块提供的文件，调用,NC,指令代码系统，生成,NC,加工控制指令。,7,）信息输出,以工艺卡片形式输出产品工艺过程信息，如工艺流程图、工序卡，输出,CAM,数控编程所需的工艺参数文件、刀具模拟轨迹、,NC,加工指令，并在集成环境下共享数据。,8,）加工过程动态仿真,对所生成的加工过程进行模拟，检查工艺的正确性。,3.2.3 智能工艺规划与编程技术各模块的功能如下：,3.2.3 智能工艺规划与编程技术,各模块的功能如下：,1,）控制模块,协调各模块的运行，实现人机之间的信息交流，控制零件信息的获取方式。,2,）零件信息输入模块,通过直接读取,CAD,系统或人机交互的方式，输入零件的结构与技术要求。,3,）工艺过程设计模块,对加工工艺流程进行整体规划，生成工艺过程卡，供加工与生产管理部门使用。,4,）工序决策模块,对以下方面进行决策：加工方法、加工设备以及刀夹量具的选择，工序、工步安排与排序，刀具加工轨迹的规划，工序尺寸的计算，时间与成本的计算等。,5,）工步设计决策模块,设计工步内容，确定切削用量，提供生成,NC,加工控制指令所需的刀位文件。,6,）,NC,（,Numerical Control,，数字化控制）加工指令生成模块,依据工步决策模块提供的文件，调用,NC,指令代码系统，生成,NC,加工控制指令。,7,）信息输出,以工艺卡片形式输出产品工艺过程信息，如工艺流程图、工序卡，输出,CAM,数控编程所需的工艺参数文件、刀具模拟轨迹、,NC,加工指令，并在集成环境下共享数据。,8,）加工过程动态仿真,对所生成的加工过程进行模拟，检查工艺的正确性。,3.2.3 智能工艺规划与编程技术各模块的功能如下：,3.2.3 智能工艺规划与编程技术,3.,智能工艺决