智能制造基礎與應用（第2版）教案 第三章 智能制造關鍵技術

教案(首頁)山東勞動職業(yè)技術學院授課日期班次課時課題第三章智能制造關鍵技術教學時數4【教學目標】1、了解智能制造都有哪些關鍵技術？2、掌握工業(yè)物聯(lián)網、工業(yè)機器人、RFID、3D打印、云計算與大數據等技術的原理?！局攸c難點】工業(yè)機器人的組成；3D打印技術的原理；RFID技術的應用?！窘叹?、參考書】《智能制造基礎與應用（第二版）》機械工業(yè)出版社王芳、趙中寧主編【教學過程】教案紙山東勞動職業(yè)技術學院第6頁一、概述智能制造是利用智能科學的理論、技術、方法和云計算、物聯(lián)網、移動互聯(lián)、大數據、自動化、智能化等技術手段，實現工業(yè)產品研發(fā)設計、生產制造過程與機械裝備、經營管理、決策和服務等全流程、全生命周期的網絡化、智能化、綠色化，通過各種工業(yè)資源與信息資源整合和優(yōu)化利用，實現信息流、資金流、物流、業(yè)務工作流的髙度集成與融合的現代工業(yè)體系。在智能制造發(fā)展過程中，主要有以下幾種關鍵技術：工業(yè)互聯(lián)網、物聯(lián)網，工業(yè)云、云制造，工業(yè)自動化設備及工業(yè)軟件，工業(yè)大數據，智能制造、智能生產、智能工廠，增材制造，虛擬現實技術二、工業(yè)物聯(lián)網1.定義：通過RFID技術、無線傳感器技術以及定位技術等自動識別、采集和感知獲取物品的標識信息、物品自身的屬性信息和周邊環(huán)境信息，借助各種電子信息、傳輸技術將物品相關信息聚合到統(tǒng)一的信息網絡中，并利用云計算、模糊識別、數據挖掘以及語義分析等各種智能計算技術對物品相關信息進行分析融合處理，最終實現對物理世界的高度認知和智能化的決策控制。2.物聯(lián)網的體系結構3.工業(yè)物聯(lián)網中的關鍵技術（1）傳感器技術：信息的泛在化對工業(yè)的傳感器和傳感裝置提出了更高的要求。微型化：元器件的微小型化，節(jié)約資源與能源。智能化：自校準、自診斷、自學習、自決策、自適應和自組織等人工智能技術。低功耗與能量獲取技術：電池供電，用陽光、風、溫度、振動。（2）通信技術：調制與編碼技術、自適應跳頻技術、信道調度技術、通信協(xié)議多樣性、多標準有線及無線技術。（3）網絡技術：網絡路由技術、互聯(lián)技術、共存技術、跨層設計與優(yōu)化技術。網絡管理與基礎服務技術：低開銷高精度的時間同步技術、快速節(jié)點定位技術、實時網絡性能監(jiān)視與預警技術、工業(yè)數據的分布式管理技術。（4）信息處理技術。海量信息處理：工業(yè)信息出現爆炸式增長，構建海量感知信息，獲取、高效融合、特征提取和內容理解為一體。實時信息處理：工業(yè)流程監(jiān)視與控制需求。新型制造模式：多源異構感知信息融合。（5）安全技術：工業(yè)設備控制、網絡安全和數據安全，阻止非授權實體的識別、跟蹤和訪問，非集中式的認證和信任模型，能量高效的加密和數據保護，異構設備間的隱私保護技術。4.工業(yè)物聯(lián)網應用前景工業(yè)物聯(lián)網的應用改變了傳統(tǒng)工業(yè)中被動的信息收集方式，實現自動、準確、及時地收集生產過程參數。工業(yè)物聯(lián)網通過ThingstoThings的通信方式實現了人、機器和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式無縫連接，從而使得企業(yè)與客戶、市場的聯(lián)系更為緊密。從當前技術發(fā)展和應用前景來看，工業(yè)物聯(lián)網的應用主要集中在以下幾個方面：（1）制造業(yè)供應鏈管理企業(yè)利用物聯(lián)網技術，能及時掌握原材料采購、庫存、銷售等信息，通過大數據分析還能預測原材料的價格趨向、供求關系等，有助于完善和優(yōu)化供應鏈管理體系，提高供應鏈效率，降低成本。（2）生產過程工藝優(yōu)化工業(yè)物聯(lián)網的泛在感知特性提高了生產線過程檢測、實時參數采集、材料消耗監(jiān)測的能力和水平，通過對數據的分析處理可以實現智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護，提高生產力，降低能源消耗。（3）生產設備監(jiān)控管理利用傳感技術對生產設備進行健康監(jiān)控，可以及時跟蹤生產過程中各個工業(yè)機器設備的使用情況，通過網絡把數據匯聚到設備生產商的數據分析中心進行處理，能有效地進行機器故障診斷、預測，快速、精確地定位故障原因，提高維護效率，降低維護成本。（4）環(huán)保監(jiān)測及能源管理工業(yè)物聯(lián)網與環(huán)保設備的融合可以實現對工業(yè)生產過程中產生的各種污染源及污染治理環(huán)節(jié)關鍵指標的實時監(jiān)控。（5）工業(yè)安全生產管理工業(yè)物聯(lián)網技術通過把傳感器安裝到礦山設備、油氣管道、礦工設備等危險作業(yè)環(huán)境中，可以實時監(jiān)測作業(yè)人員、設備機器以及周邊環(huán)境等方面的安全狀態(tài)信息，全方位獲取生產環(huán)境中的安全要素，有效保障了工業(yè)生產安全。三、工業(yè)機器人1.定義及特點：工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行。（1）可編程；（2）擬人化；（3）通用性；（4）涉及的學科相當廣泛當今工業(yè)機器人技術正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強的對作業(yè)環(huán)境的自適應能力的方向發(fā)展。2.工業(yè)機器人種類（1）移動機器人（AGV）；（2）點焊機器人；（3）弧焊機器人；（4）激光加工機器人；（5）真空機器人；（6）潔凈機器人四、3D打印技術1.定義：3D打印是快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。2.打印流程：五、RFID射頻技術1．RFID定義RFID（RadioFrequencyIdentification）技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，它的基本原理是利用射頻信號和空間稱合或雷達反射的傳輸特性,從一個貼在商品或者物品上叫做電子標簽或者RFID標簽中讀取數據,從而實現對物品或者商品的自動識別。2.特點（1）快速掃描RFID辨識器可同時辨識讀取數個RFID標簽；（2）體積小型化、形狀多樣化；（3）抗污染能力和耐久性；（4）可重復使用；（5）穿透性和無屏障閱讀；（6）數據的記憶容量大；（7）安全性3.RFID射頻技術應用（1）RFID標簽技術電子標簽是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。電子標簽上的數據可以加密，存儲數據容量大，存儲信息容易更改，因而它比條形碼的應用范圍更廣泛，使用起來也更方便。（2）RFID門禁控制門禁控制器通常是指分體式門禁控制系統(tǒng)，主要用于門禁管理系統(tǒng)的底層控制。通過和計算機的命令、數據通信，使管理者可以隨時掌握門和防區(qū)的實際情況，便于在緊急情況下迅速作出反應。（3）RFID智能卡智能卡也叫IC卡，是一個帶有微處理器和存儲器等微型集成電路芯片的、具有標準規(guī)格的卡片。智能卡已應用到銀行、電信、交通、社會保險、電子商務等領域，IC電話卡、金融IC卡、社會保險卡和手機中的SIM卡都屬于智能卡的范疇。六、云計算與大數據1.云計算與大數據云計算（cloudcomputing）是基于互聯(lián)網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網來提供動態(tài)易擴展且經常是虛擬化的資源。云是網絡、互聯(lián)網的一種比喻說法。過去在圖中往往用云來表示電信網，后來也用來表示互聯(lián)網和底層基礎設施的抽象。2.云計算大數據平臺的主要技術框架（1）Hadoop：Hadoop是一個海量數據分布式處理的開源軟件框架，Hadoop能支持PB級海量數據，可擴展性強?？煽?、高效、可擴展和開源的特性，使Hadoop技術得到了迅猛發(fā)展，并在2008年成為Apache的頂級項目。從2003年Google公開發(fā)布MapReduce的思想，到2006年Amazon使用Hadoop成為全球最早提供成熟云計算服務的供應商之一，再到如今IBM、微軟、DELL、EMC2、阿里巴巴、騰訊各大國內外廠商都商用了自己的Hadoop平臺，Hadoop已經取得了輝煌的成績，得到了越來越廣泛的應用。（2）Spark。Spark是一款開源的基于內存計算的分布式計算系統(tǒng)，能夠對大數據進行快速分析處理。Spark項目2010年由加州伯克利大學AMP實驗室開發(fā)，2014年2月，Spark成為Apache軟件基金會的頂級開源項目，Spark基于內存計算實現，加快了數據分析處理速度。HadoopMapReduce以批處理方式處理數據，每個任務都需要HDFS的讀寫，耗時較大，在機器學習和數據庫查詢等數據計算過程中，Spark的處理速度可以達到HadoopMapReduce的100倍以上。七、虛擬現實與人工智能技術1.定義：虛擬現實技術是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境。是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，能夠使用戶沉浸到該環(huán)境中。2.特征：（1）多感知性指除一般計算機所具有的視覺感知外，還有聽覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至還包括味覺、嗅覺、感知等。（2）存在感指用戶感到作為主角存在丁模擬環(huán)境中的真實程度。（3）交互性指用戶對模擬環(huán)境內物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度.（4）自主性指虛擬環(huán)境中的物體依據現實世界物理運動定律動作的程度。3.關鍵技術：（1）實時三維計算機圖形；（2）顯示；（3）聲音；（4）感覺反饋；（5）語音。八、智能制造的信息安全技術1.信息安全關鍵技術（1）安全芯片；（2）安全操作系統(tǒng)；（3）密碼技術；（4）信息安全總體技術2.智能制造中的信息安全技術（1）工業(yè)云安全技術（2）工業(yè)物聯(lián)網安全技術（3）工控系統(tǒng)安全技術教案(末頁)山東勞動職業(yè)技術學院【小結】【作業(yè)】1.什么是智能制造？2.智能制造的關鍵技術主要有哪些？3.什么是物聯(lián)網？4.工業(yè)物聯(lián)網的應用主要集中在哪幾個方面？5.工業(yè)機器人有哪些特點？6.工業(yè)機器人的常用種類有哪些？7.3