《同濟(jì)大學(xué)-智能制造導(dǎo)論》第1章 智能制造概述-1

第一章智能制造概述——工業(yè)革命制造概述1第一次工業(yè)革命2第二次工業(yè)革命3第三次工業(yè)革命4第四次工業(yè)革命5“直立和勞動(dòng)創(chuàng)造了人類，而勞動(dòng)是從制造工具開始的。動(dòng)物所做的事情最多是收集，而人類則從事生產(chǎn)。” ——恩格斯制造活動(dòng)在人類出現(xiàn)以前便存在，并伴隨著人類的生產(chǎn)生活不斷發(fā)展，從手工生產(chǎn)，機(jī)械化生產(chǎn)，電氣化生產(chǎn)，自動(dòng)化生產(chǎn)到即將到來的智能制造，制造業(yè)的發(fā)展必將深刻影響著人們生活和工作。1、制造概述1.1制造記載關(guān)于制造的中國(guó)古代傳說：伏羲師蜘蛛而結(jié)網(wǎng)——《抱樸子·對(duì)俗》1、制造概述1.1制造記載關(guān)于制造的典籍記載

徽宗崇寧四年，歲次乙酉，制造九鼎?！巍赌芨凝S漫錄·記事一》請(qǐng)你取用香料，即蘇合香、沒藥、楓子香、純?nèi)橄悖鞣N香料必須重量相同，然后按照制造香料的技術(shù)制造熏香......——圣經(jīng)《舊約》（上述“制造”與現(xiàn)代“制造”的含義相同）1、制造概述1.1制造記載

錘子的制造過程，利用鋼鋸等工具按尺寸完成下料；零件加工完成切削、打磨、鉆孔、車、攻螺紋和套螺紋等工作；裝配完成后，還需要通過檢驗(yàn)、包裝。（1）制造狹義定義為把原材料加工成適用的產(chǎn)品或器物。毛坯制作零件加工零件裝配原材料產(chǎn)品制造1、制造概述1.2制造定義產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料選擇制造生產(chǎn)質(zhì)量保證營(yíng)銷和管理（2）制造的廣義定義：包括制造企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料選擇、制造生產(chǎn)、質(zhì)量保證、管理和營(yíng)銷一系列有內(nèi)在聯(lián)系的運(yùn)作和活動(dòng)。(1990年，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）提出)從客戶需求出發(fā)，制定設(shè)計(jì)任務(wù)書、方案設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)等一系列工作根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品功能、性能以及加工工藝和經(jīng)濟(jì)等要求選擇合適材料完成產(chǎn)品零件加工和部件裝配過程，完成整個(gè)產(chǎn)品的調(diào)試和裝配使人們確信產(chǎn)品能滿足質(zhì)量要求的有計(jì)劃和有系統(tǒng)的活動(dòng)在產(chǎn)品生命周期中各過程的管理。瞄準(zhǔn)消費(fèi)者的需求和期望進(jìn)行營(yíng)銷1、制造概述1.2制造定義手機(jī)的制造過程設(shè)計(jì)選材-玻璃機(jī)身自動(dòng)化制造質(zhì)量檢測(cè)-穩(wěn)定性營(yíng)銷管理1、制造概述1.2制造定義1.減材制造：通過刀具減少或去除材料的加工方式，最終成型為所需部件的工藝類型，如車、銑、刨、磨……對(duì)于常規(guī)形狀的零件能實(shí)現(xiàn)高的生產(chǎn)效率以及非常緊密的公差。車工銑工1、制造概述磨工刨工1.3制造分類2.材料基本不變：利用工具及模具使得加工制件的少切削或無切削的工藝方法。如鍛造、鑄造、沖壓……可以形成復(fù)雜的形狀和細(xì)節(jié)，適用于大批量生產(chǎn)。鍛造鑄造沖壓1、制造概述1.3制造分類3.增材制造：通過離散-堆積使材料逐點(diǎn)逐層累積疊加形成三維實(shí)體。能賦予完整的幾何自由度去構(gòu)建具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的零部件。3D打印機(jī)打印過程——分層打印、逐層疊加1、制造概述1.3制造分類制造概述1第一次工業(yè)革命2第二次工業(yè)革命3第三次工業(yè)革命4第四次工業(yè)革命5

按照德國(guó)對(duì)工業(yè)發(fā)展的時(shí)代的劃分，當(dāng)前工業(yè)發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了三次工業(yè)革命，并且第四次工業(yè)革命正在發(fā)生。2、第一次工業(yè)革命近代制造——第一次飛躍早期制造大多為手工制造，典型代表為作坊。18世紀(jì)60年代，由蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器在英國(guó)誕生，先后傳入法國(guó)、德國(guó)和美國(guó)，經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展，機(jī)器代替了手工，工廠代替了作坊，這是人類技術(shù)發(fā)展史上一次巨大的飛躍，由手工制造時(shí)代進(jìn)入機(jī)器制造時(shí)代。手工生產(chǎn)2、第一次工業(yè)革命2.1技術(shù)革命瓦特改良的第一臺(tái)蒸汽機(jī)（被命名為“太陽(yáng)和行星”，現(xiàn)陳列于倫敦科學(xué)博物館）詹姆斯·瓦特（1736—1819，英國(guó)發(fā)明家）2、第一次工業(yè)革命2.1技術(shù)革命蒸汽機(jī)的發(fā)展過程汽轉(zhuǎn)球巴本蒸汽機(jī)紐科門蒸汽機(jī)瓦特蒸汽機(jī)2、第一次工業(yè)革命2.1技術(shù)革命人力紡紗機(jī)機(jī)械紡紗機(jī)2、第一次工業(yè)革命2.2對(duì)生產(chǎn)影響蒸汽機(jī)工廠手工作坊2、第一次工業(yè)革命2.2對(duì)生產(chǎn)影響

1769年，法國(guó)陸軍軍官尼古拉斯·約瑟夫·庫(kù)諾和他制造的世界上第一輛蒸汽驅(qū)動(dòng)的三輪車，這輛車被命名為“卡布雷奧”2、第一次工業(yè)革命2.3對(duì)生活影響1807年，美國(guó)人富爾頓發(fā)明了蒸汽汽船，他使用從英國(guó)進(jìn)口的萬能蒸汽機(jī)，驅(qū)動(dòng)客輪在哈德孫河航行，揭開了蒸汽輪船時(shí)代的序幕。富爾頓發(fā)明的第一艘蒸汽輪船“鳳凰”2、第一次工業(yè)革命2.3對(duì)生產(chǎn)影響徹底改變?nèi)祟惿a(chǎn)和生活面貌.從此人類進(jìn)入了“蒸汽時(shí)代”，以往傳統(tǒng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的裝置由蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)，極大提升了生產(chǎn)效率。不僅如此，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)還推動(dòng)了一系列新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，火車、汽車、輪船、機(jī)械化工廠開始出現(xiàn)，一個(gè)工業(yè)化社會(huì)雛形就形成了。第一次工業(yè)革命意義2、第一次工業(yè)革命2.4意義制造概述1第一次工業(yè)革命2第二次工業(yè)革命3第三次工業(yè)革命4第四次工業(yè)革命5

2500多年前，古希臘人首次發(fā)現(xiàn)了毛皮摩擦過的琥珀能夠吸引一些微小的東西，隨后經(jīng)過一段時(shí)間的探索，人們又發(fā)現(xiàn)了電荷分為“正電荷”和“負(fù)電荷”，對(duì)電的發(fā)現(xiàn)貢獻(xiàn)最大的為富蘭克林的“風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)”。電的發(fā)現(xiàn)技術(shù)革命3、第二次工業(yè)革命3.1技術(shù)革命歷山德羅·朱塞佩·安東尼奧·安納塔西歐·伏特（1745－1827，意大利物理學(xué)家）

人們第一次獲得可以人為控制的持續(xù)電流始于伏打電池的發(fā)明。這為今后電流現(xiàn)象的研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。電的使用3、第二次工業(yè)革命3.1技術(shù)革命邁克爾·法拉第（1791—1867）1821年，法拉第發(fā)明了第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。

1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)當(dāng)一塊磁鐵穿過一個(gè)閉合線路時(shí)，線路內(nèi)就會(huì)有電流產(chǎn)生，這個(gè)效應(yīng)叫電磁感應(yīng)。在此基礎(chǔ)上發(fā)明了世界上最早的第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性發(fā)電機(jī)。第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性發(fā)電機(jī)3、第二次工業(yè)革命3.1技術(shù)革命煤油燈電燈（1878年）3、第二次工業(yè)革命3.2對(duì)生活影響老式電影放映機(jī)《朗德?；▓@場(chǎng)景》（1888年，人類歷史上第一部電影,時(shí)長(zhǎng)只有2秒）3、第二次工業(yè)革命3.2對(duì)生活影響第二次工業(yè)革命使生產(chǎn)組織發(fā)生變化，1913年4月,福特公司試驗(yàn)了第一條流水線,用來裝配飛輪磁電機(jī)。一臺(tái)電機(jī)的裝配需要20分鐘,流水線把裝配工作分解成29道工序,時(shí)間減少到13分10秒。3、第二次工業(yè)革命3.3對(duì)生產(chǎn)影響《摩登時(shí)代》（ModernTimes），是查理·卓別林（CharlesChaplin）導(dǎo)演并主演的一部經(jīng)典喜劇電影，于1936年上映。本片故事發(fā)生在美國(guó)20世紀(jì)30年代經(jīng)濟(jì)蕭條時(shí)期，工人查理（卓別林飾）天掙扎在生產(chǎn)流水線上的，由于他的任務(wù)是扭緊六角螺帽，結(jié)果最后在他的眼睛里唯一能看到的的東西就是一個(gè)個(gè)轉(zhuǎn)瞬即過的六角螺帽。3、第二次工業(yè)革命3.3對(duì)生產(chǎn)影響電力開始用于帶動(dòng)機(jī)器，成為新的主要能源；流水線生產(chǎn)方式大幅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，也減低了對(duì)勞動(dòng)者的技術(shù)要求，降低生產(chǎn)成本。1870年以后，由此產(chǎn)生的各種新技術(shù)、新發(fā)明層次不窮，并被應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，人類進(jìn)入了電氣時(shí)代。3、第二次工業(yè)革命3.4意義制造概述1第一次工業(yè)革命2第二次工業(yè)革命3第三次工業(yè)革命4第四次工業(yè)革命5電氣時(shí)代常用繼電器電路控制電機(jī)、電燈等電氣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離和對(duì)大功率電路的控制。4、第三次工業(yè)革命4.1技術(shù)革命繼電器電路配線

但是隨著流水線復(fù)雜程度的提高，繼電器、接觸器控制系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，修改難、體積大、噪聲大、維護(hù)不方便以及可靠性差等缺點(diǎn)制約著生產(chǎn)的發(fā)展。4、第三次工業(yè)革命4.1技術(shù)革命

從20世紀(jì)50年代開始，電子技術(shù)和信息技術(shù)飛速發(fā)展，出現(xiàn)電子計(jì)算機(jī)和新一代通信技術(shù)，且兩者的有機(jī)融合給工業(yè)迎來了新的革命性發(fā)展機(jī)遇。電子技術(shù)特點(diǎn)圖片應(yīng)用電子管（真空管）（1946-1958）1.以電子管為主要電路元件；2.體積大、功耗高、可靠性差、速度慢、價(jià)格昂貴。第一臺(tái)計(jì)算機(jī)晶體管（1959-1964）1.以晶體管為主要電路元件；2.晶體管尺寸小，重量輕，壽命長(zhǎng)，效率高，發(fā)熱少，功耗低；3.使用面向過程的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如fortran等。第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)中小規(guī)模集成電路（1965-1970）1.計(jì)算機(jī)變得更小、功耗更低、速度更快；2.出現(xiàn)操作系統(tǒng)；3.BASIC語(yǔ)言。第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路（1971—）1.一個(gè)芯片上容納幾百個(gè)元件，計(jì)算機(jī)體積更小，運(yùn)算更快；2.IBM于1981年推出個(gè)人計(jì)算機(jī)。第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)4、第三次工業(yè)革命4.1技術(shù)革命信息技術(shù)標(biāo)志時(shí)間第一次語(yǔ)言的使用距今約35000年～50000年前第二次文字的創(chuàng)造公元前3500年第三次印刷的發(fā)明公元1040年，我國(guó)開始使用活字印刷技術(shù)(歐洲人1451年開始使用印刷技術(shù))。第四次電報(bào)、電話、廣播和電視的發(fā)明和普及應(yīng)用1837年美國(guó)人莫爾斯研制了世界上第一臺(tái)有線電報(bào)機(jī)。第五次電子計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用及計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代通信技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。始于20世紀(jì)60年代信息技術(shù)——用于管理和處理信息的技術(shù)總稱。4、第三次工業(yè)革命4.1技術(shù)革命

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和集成電路的出現(xiàn)，1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程邏輯控制器PDP—14，在美國(guó)通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，這是第一代可編程邏輯控制器，稱ProgrammableLogicController，簡(jiǎn)稱PLC，是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC。PDP—14PDP—14內(nèi)部集成電路4、第三次工業(yè)革命4.2對(duì)生產(chǎn)影響西門子PLCPLC控制柜 PLC用電子開關(guān)取代了控制電路中中間繼電器的機(jī)械開關(guān)，開關(guān)頻率可達(dá)上億次每秒，且不會(huì)產(chǎn)生電弧而造成設(shè)備老化甚至爆炸事故。PLC可控制幾十上百個(gè)設(shè)備，接線電路簡(jiǎn)單，極大的提高了自動(dòng)化水平，進(jìn)一步解放人類勞動(dòng)。4、第三次工業(yè)革命4.2對(duì)生產(chǎn)影響例子：某自動(dòng)化裝配實(shí)驗(yàn)室對(duì)生產(chǎn)的影響PLC控制系統(tǒng)架構(gòu)圖成品庫(kù)單元檢測(cè)單元上層裝配單元轉(zhuǎn)接板裝配單元出站庫(kù)單元4、第三次工業(yè)革命4.2對(duì)生產(chǎn)影響

第三次科技革命不僅帶來了物的現(xiàn)代化，引起勞動(dòng)方式和生活方式的變革，而且也造就了新一代人與之相適應(yīng)，使人的觀念、思維方式、行為方式、生活方式逐步走向現(xiàn)代化。通訊、購(gòu)物、交通等4、第三次工業(yè)革命4.3對(duì)生活影響第三次工業(yè)革命利用信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)，大幅提高了制造業(yè)的效率，極大地推動(dòng)了生產(chǎn)力的發(fā)展，進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代。同時(shí)也進(jìn)一步解放了人類體力勞動(dòng)，改變了人們的生活觀念，提高了人們的生活水平，奠定了現(xiàn)代生活的基礎(chǔ)。4、第三次工業(yè)革命4.4意義制造概述1第一次工業(yè)革命2第二次工業(yè)革命3第三次工業(yè)革命4第四次工業(yè)革命5 2011年漢諾威工博會(huì)提出工業(yè)4.0（Industry4.0）概念，即第四次工業(yè)革命。2013年，德國(guó)政府正式推出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。

工業(yè)4.0是智能工廠和智能制造的集合體，包括智能設(shè)備、智能物料、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、IPv6等。5、第四次工業(yè)革命5.1技術(shù)革命（1）智能設(shè)備感知處理決策感知能力即通過傳感器像人一樣可以感知溫度、分辨顏色、測(cè)量距離等；處理能力即通過計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；決策即決定何時(shí)、如何執(zhí)行何種任務(wù)。5、第四次工業(yè)革命5.1技術(shù)革命（1）智能設(shè)備——智能機(jī)器人視覺識(shí)別語(yǔ)音識(shí)別力識(shí)別與人交流……5、第四次工業(yè)革命5.1技術(shù)革命第四次工業(yè)革命（2）智能物料原料：擁有自己的名稱和地址，具備各自的身份信息；“知道”什么時(shí)候、哪條產(chǎn)線或哪個(gè)工藝過程需要它們，達(dá)到各自目的地；產(chǎn)品：加工完成后進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)不合格或損壞維修時(shí)，可以追溯物料加工過程；集控制、運(yùn)算、交互于一身，能夠進(jìn)行自檢測(cè)甚至自維修。身份標(biāo)簽身份識(shí)別5、第四次工業(yè)革命5.1技術(shù)革命第四次工業(yè)革命（3）物聯(lián)網(wǎng)（Internetof

Things,

IoT）與IPv6物聯(lián)網(wǎng)（IoT）——物+互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)互通。在智能