《工业机器人技术及应用》 教案 任务1、2 工业4.0与智能制造、 认识机器人.docx

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1、工业机器人技术及应用教案XXXXxXXX教案授课人：XX课程名称：工业机器人技术及应用课题工业4.0与智能制造课时2教学目的与要求1、掌握工业4.O的含义及特点。2、掌握工业4.O的九大技术支柱。3、掌握智能制造的含义。教学重点与难点筑点：1）掌握工业4.0的含义及特点。2）掌握智能制造的含义。难点：1）掌握智能制造的含义。教学方法课堂讲授（PPT授课+小组讨论）教学过程主要内容及步骤备注-、组织教学：组织课堂，新课前的自我介绍，介绍本节课程的体系结构，告知学习的基本要求。二、课题导入：改善工业1.0,根据工业4.0的含义描述工业机器人领域,了解工业4.0。三、新课讲授：工业4.0的含义及特点

2、四、强化巩固利用实际生活中接触的例子加强巩固五、总结拓展1.课堂内容总结.2.布置作业小组讨论授课效果分析总结敦学内容课堂互动蜩烟裂量解介绍本门课程的学习内容及知识体系结构，提出课程学习的基本费“但步假学要求，强调本门课程的上课时间地点.推荐教材：工业机器人技术及应用活页式教材二、课题导入我们学习工业机器人技术，那么思考：工业4.O在工业机器人技术上启到什么作用呢？导入：在我们的生活随从若时间推移，步步的走向科技时代，从原源导入来的封建王朝：到工业革命：再到现在的科技自动化.现在我们生活上的穿衣打扮，手机通讯，都离不开工业,我们把这个纳入行业叫做“工业自动化行业”今天我们学习的工业自动化行业中

3、，什么叫做工业4.0,那么它的含义到底在哪里呢？融神胭工业4.0介绍（一）工业4.0述1、什么是工业4.01）工业1.018世纪60年代.在英国蒸汽机开始被广泛应用。随着蒸汽驱动的机械制造设备的出现,工业生产方式实现了机械化，人类进入了“蒸汽时代”，这是第一次工业革命，也被称为工业1.0.工业1.O是以蒸汽机为标志，用蒸汽动力盟动机器取代人力，从此手工业从农业分离出来,正式进化为工业.2）工业2.0从19世纪70年代开始,随着电力的发明和使用、内燃机和新交通工具和答本知识讲新通讯方式的出现特别是新能源电力的广泛应用,使工业生产方式实现了电气化，人类进入了“电气时代”,这是第二次工业革命，也被称

4、为工业2.0c工业2.0是以电力的广泛应用为标忐，用电力型动机器取代蒸汽动力，从此零部件生产与产品装配实现分工，工业进入大规模生产时代.3）工业3.020世纪四五十年代以来，在原子粕、电子计兑机、微电子技术、航天技术、分子生物学和遗传工程等领域取得的更大突破.标志若科学技术的到来：最有划时代意义的是电子计和机的迅速发展和广泛应用,使工业生产方式实现了自动化，标志苻人类开始进入“自动化时代”，这是第三次工业革命,也被称为工业3.0。工业3.0是以P1.C（可编程逻辑控制器）和PC（电子计算机）的应用为标志，从此机器不但接管了人的大部分体力劳动，同时也接管r部分脑力劳动，工业生产能力也自此超越了人

5、类的消费能力，人类进入了产能过朝时代.4）工业4.O从现阶段开始，基于物联信息融合系统，格生产中的供应、制造、销管信息数据化和智能化，新能源、新材料,新环境、新生物不断出现和应用，工业生产方式将向若智能化前进,人类开始进入以“智能制造”为核心的“绿色工业时代”.这将是第四次工业革命.也豉称为工业4.0,工业4.O是以智能制造为主导,运用信息物理系统实现生产方式的现代化简而言之，工业4.O就是“互朕网+制造”。（2） 34.0的假念本节课工点锢国政府首先提出“工业4.0”战略，并在2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出，其目的是为了提高例国工业的竞争力.在新一轮工业革命中占领先机。而这一-概

6、念在美国叫“工业互联网”,我国叫中国制造2025,这三者本质内容是一致的都指向一个核心，就是智能制造。工业4.O的概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。如图IT所示。一是“智能工厂”，Ifi点研究智俄化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现.二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。三是“智能物流”，主要通过互联网、物联网、物流网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服务匹配，得到物流支持。图IT工业4.0智能工厂2、工

7、业4.0的主要特点本节课.重点（1）互联：工业4.0的核心是连接要把设备、生产线、工厂、供应商、产品和,客户紧密地联系在一起。2）数据：工业4.O连接产赫数据、设笛数据、研发数据、工业链数据、运营数据、管理数据、销售数据、消费者数据。（3）集成：工业4O将无处不在的传感跳、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过信息物理系统形成一个智能网络.通过这个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器、以及服务与服务之间，能够形成一个互联,从而实现横向、纵向和端到端的高度集成。（4）创新：工业4.O的实施过程是制造业创新发展的过程，制造技术、产品、模式、业态、组织等方面的创新，将会层出不力,从技术创新到

8、产品创新，到模式创新，再到业态创新，最后到组织创新.（5）转型：对于中国的传统制造业而吉，转型实际上是从传统的工厂,从2.0、3.O的工厂转型到1.0的工厂，整个生产形态上，从大规模生产，转向个性化定制,实际上恪个生产的过程更加柔性化、个性化、定制化.3、1.业4.0的九大技术支柱工业10的九大技术支柱中的很多技术其实己经应用在制造业中,但工业4.0技术将这些技木整合到一起,成为完整的生产流程,这将改变供应商、制造商和消近者之间的关系，以及人与机落之间的关系.如图12所示。图1-2工业4.。的九大技术支柱（1）工业互联网：随才互联网时代的到来，越来越多的设备，甚至包括一些半成M，都将装备嵌入式

9、计算技术，井通过标准技术实现互联，届时，身处不同地理位置的产从设备将能进行互动和沟通，井由中央处理器集中控制.互联网将实现决策的去中心化，互联设备能进行自动分析和决策，对环境变化进行实时反应.（2）工业云计算：随若工业4.0的到来越来越多与生产相关的任务需要更多的跨地域和跨公司的数据分享,与此同时,云技术的性能也会不断增强，使反应速度达到几毫秒，机器数据和功能将逐渐迂移到云端，越来越多的生产系统数据服务也会应运而生。未来，检测和控制生产流程的系统也会搬到云端，一些制造执行系统供应商已势开始提供云端服务解决方案。3）工业大数据：在制造业领域，基于海数据的分析方兴未艾，但它已经能帮助企业优化生产战

10、量、节省般海并改进设备服务.在工业4.0的M境F.对不同数据源（生产设爵和系统以及企业和客户管理系统等）i行收集和分析将成为未来企业进行实时决策的标准配得.（4）工业机器人：很多行业制造商己经广泛采用机器人完成发杂的生产任务，但今天的机器人技术则变解更加强大。它们变得更加灵活且智能，最终，这些机器人之间不但可以互通互联，更可以安全地与人类一起工作，技至从人类身上学习新的技能，这些新机器人不但在性能上远超今天的工业机器人，更大大降低了成本.（5）3D打印：3D打印是制造史上最大的技术突破.3D打印在美国、德国有很多新的技术突破,可以看到3D打印的衣服、汽车、甚至心脏支架。（6）知识工作自动化:在

11、过去，我们讲究生产流程的标准化、生产设备的自动化。其实，未来社会是一个知识工作者联合作战的时代，知识工作者的工作会变得更加自动化，这是一个数万亿的新市场,工业时代的管理模式、大师、理论在互联网时代大部分都将不复存在，针对互联网的管理模式尚未形成,知识工作者的形态、标准还未形成.（7）工业网络安全：在过去可以看到,服务业的网络安全里，现在有企业级的网络安全,有一定的防范和安全指数。但是在工业里,过去的数据是培于PC和PC的互联，那么未来机器和机器互联，第一存在接口兼容问题，笫二这些数据保存在云端，数据之间的安全防的性变成至关重要的选择。所以工业网络安全是工业40技术里面一个非常也要，也是近些年来

12、中国增长最快的一类服务公司。（8）虚拟现实：在工程设计领域，不少公司都采用了3D模以技术来设计产丛的结构和材料。未来，模拟技术将在工厂运营中扩展到更广的范围，人们可以用实时数据来模仿包括机器、产M和人在内的物理世界，将新产M放入虚拟的生产环境中.在进行实际生产前，公司可以对这些新产品进行测试和优化,从而减少设分装配调试的时间并提高产品质量。（9）人工智能：在未来的工业4.O时代,软件重要还是硬件重要.这个答案非常简单：软件决定一切，软件定义机器，所有的工厂都是软件企业，都是数据企业，所有工业软件在工业4.O时代，是至关市要的，所以说软件定义一切，美国硅谷有个未来学家预测，2045年机器的料能将

13、超过人工的智能a（二）智能制造1、什么是智能制造智能制造（Inte1.1.igentManufacturing.IM）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去犷大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动,它把制造自动化的概念更新,扩展到柔性化、智能化和高度集成化.智熊制造是工业儿。的核心，一个广域概念智能制造有五个方面，生产方式智能化、服务智能化、产品智陇化、装的智能化、管理智能化.未来智能工厂是人马机器智能并存。实现智能制造跨越五个阶段，从督导阶段到产供销阶段，到制造业价值

14、健阶段，再到物联网阶段，最后到4.O阶段。室无铤问，智能化是制造自动化的发展方向。在制造过程的各个环节几乎都广泛应用人工智能技术.专家系统技术可以用于工程设计、工艺过程设计、生产调度、故障诊断等.也可以将神经网络和模糊控制技术等先进的计以机智能方法应用于产品配方,生产调度等，实现制造过程智能化。而人工智能技术尤其适合于解决特别复杂和不确定的问题.2 .我国智能制造的发展现状中国随着生产成本的不断上升,传统制造业的优势不断削弱,过去制造业是依旅发达国家来拉动,现在这种局面正在发生着改变.中国如何实现从制造向创造的转变，将长期成为我国制造业内思考的何即.然而智能制造对我国制造业是个发展的好时期，应

15、该把握好这次机遇，从而提升我国制造业姝合水平，脱离低效率和高消耗的困境.实际上，中国早期也对智能制造进行了初步的研究。早在1993年，中国对“智镇制造系统关键技术”进行了探讨研究.最近这几年政府和企业更加注电智能制造的发展,一是国家持续颁布了一些政策关于智能制造的发展.如：4“I四五”智能制造发展规划B.当前，我国已具备发展智能制造的基础与条件:（I）我国己经取得了一大批相关的菸础研究成果，掌握了长期制约我国产业发展的部分智能制造技术，如机器人技术、嬷知技术、宏杂制造系统、智能信息处理技术等,以新型传您器、智能控制系统、工业机器人、自动化成套生产线为代表的智能制造装备产业体系初步形成.（2）我国制造业数字化具备一定的基础.目前规模以上工业企业在研发设计方面应用数字化工具普及率已经达到54%,生产线上数控装的比电已经达到30%。然而，与发达国家相比，我国还有较大差距，主要体现在以下几个方面：1）智能制造暴础理论和技术体系建设滞后.月前，我国主要侧16智能制造技术追踪和技术引进，而基础研究能力相对不足，对引进技术的消化吸收力度不够,原始创新匮乏：控制系统、系统软件等关键技术环节薄弱,技术体系不够完整.（2）我国发展智能制造的数字化基咄较为薄