XXXXX學院單元教學設計XXXX—XXX學年第X學期課程名稱：授課班級：任課教師：所在系部及教研室：

本單元標題智能制造領域核心技術教學目的通過對智能制造技術的理解，提高學生知識素養，激發學生創新創業信心。教學目標能力（技能）目標知識目標理解智能制造在制造業中的地位；掌握智能制造的核心技術。提高學生對智能制造對制造強國作用的影響力的理解；通過對智能制造技術的理解，提高學生知識素養。重點難點及解決方法重難點：解決方法：參考資料[1]汪勵,陳小艷.工業機器人工作站系統集成[M].機械工業出版社,2014.[2]李志謙.精通FANUC機器人編程、維護與外圍集成[M].機械工業出版社,2020[3]陳曉明,霍永紅,項萬明.工業機器人應用編程(FANUC)初級[M].機械工業出版社,2022.[4]王哲祿,何紅軍.工工業機器人應用編程與集成技術[M].機械工業出版社,2022.[5]廖常初.S7-1200PLC應用教程[M].機械工業出版社,2020.[6]鄉碧云.自動化生產線組建與調試(第2版)—以亞龍YL-335B為例（三菱PLC版本）[M].機械工業出版社,2023.單元教學設計第一部分：復習上次課主要內容第二部分：新課導入及學習新內容（時間：30分鐘理論）【步驟一】新課導入引導問題什么是信息化技術、工業化技術？說出你的理解。請同學根據所學所識積極思考，踴躍發言【步驟二】新知識的講授一、智能制造是實現我國制造業由大變強的核心技術2021年12月，新華日報經濟周刊·長三角數字經濟大會特刊在北京發布了《2020年中國制造強國發展指數報告》。報告顯示，雖然在新冠肺炎疫情、世界經濟衰退、中美貿易摩擦等多重沖擊下，中國實現了世界主要國家中制造強國發展指數最大增幅，其次是美國、印度、日本和韓國。不僅如此，我們還在全國主要經濟體中實現了制造業規模唯一正增長，這也成為支撐中國經濟在2020年由負轉正、并持續回升的主要推動力。我國制造業強大“韌性”來自于黨中央的堅強領導、堅實的制造基礎、完整的工業體系、不斷健全的產業鏈、豐富的人力資源及持續提升的創新能力。應該說制造強國的建設信心大幅提升，長三角的制造業是相當發達的，也是制造強國建設的主力軍，是重要的支撐力量。中國工程院在《制造強國戰略研究報告》中指出，智能制造是實現我國制造業由大變強的核心技術和主線，綠色制造是重要保障，特別提出要優先推進制造業發展。發展智能制造，就是要用數字技術和智能技術賦能制造業高質量發展。第一，智能制造本身可以改造提升傳統產業。第二，數字技術、智能技術貫穿于整個生產過程的全鏈條，能從生產、銷售、服務各個方面促進制造業轉型升級，包括出現新業態、新模式，也是區域發展的新途徑。數字技術和智能技術能變革制造業發展模式，一個是制造模式的變革，真正實現了網絡化制造；還有一個是變革管理模式，真正實現了數字化管理；第三個是變革管理方式，真正把數字世界和物理世界滲透融合，最終實現人、機、物全面互聯互通，數據驅動全生命周期和全制造流程的數字化、制造化。二、推進智能制造要把掌握關鍵核心技術作為重點工信部產業政策司巡視員辛仁周在出席“2017中國智造業年會”時提出：“智能制造領域一些關鍵核心技術仍掌握在別人手里，未來推進智能制造一定要把掌握關鍵技術、核心設備作為重點。”“智能制造是先進的信息技術和先進的制造技術深度融合，貫穿于制造業的研發設計、生產制和經營管理、售后服務等一個全過程，是一種嶄新的生產方式。經過多年發展，我國在信息技術、硬件、先進制造等方面都取得了很大進步，一些產業已進入世界前列，但從總體適應智能制造的發展趨勢、滿足大量推進智能制造的要求來看，仍有一些關鍵核心技術跟國外有較大差距。”辛仁周強調，推進智能制造一定要把掌握關鍵技術、核心設備作為重點。“關鍵技術控制在別人手里，可以說這是一個命門、一個軟肋、一個風險，未來一定要把科技創新作為第一動力。”三、智能制造是推進制造強國戰略的主要技術路線進入新時代，國家確定并全力推進制造強國戰略，加快建設制造強國、加快發展先進制造業成為我國的國家戰略。習近平總書記指示，要以智能制造為主攻方向，推動產業技術變革和優化升級，推動制造業產業模式和企業形態根本性轉變，以鼎新帶動革故，以增量帶動存量，促進我國產業邁向全球價值鏈中高端。新一輪科技革命和產業變革與我國加快轉變經濟發展方式形成了歷史性交匯，智能制造是主要的交匯點，新一代人工智能技術與先進制造技術深度融合所形成的新一代智能制造技術成為了新一輪工業革命的核心技術，也成為了第四次工業革命的核心驅動力。智能制造是一個大概念，大系統。智能制造是先進制造技術與新一代信息技術的深度融合，貫穿于產品、制造、服務全生命周期的整個環節以及相應系統的優化集成，實現制造的數字化、網絡化和智能化，不斷地提升企業產品質量、效益和制造的水平。智能制造系統主要是由智能產品、智能生產和智能服務三大功能系統以及智能制造云和工業互聯網絡兩大支撐系統集成而成的。智能制造是貫穿產品全生命周期的一個大的創新系統，同時智能制造也是一個不斷演進的大系統，它包含了智能制造三個基本范式，也就是數字化制造：第一代智能制造；數字化網絡制造或者是互聯網+制造是第二代智能制造；第三代智能制造也就是數字化、網絡化和智能化制造，我們也稱之為新一代智能制造如圖1-7。我國必須充分發揮后發優勢，實行并聯式的發展方式，也就是要數字化、網絡化和智能化并行推進，融合發展的技術方針。圖1-7智能制造演進圖四、智能制造是第四次工業革命的核心技術回顧制造系統的發展歷史，制造系統發展的第一個階段是傳統的制造和人物理系統，歷史上人類不斷的發明創造各種不同的機械，這種由人和機器所組成的制造系統大量替代人的體力勞動，大大地提高制造的質量和效率，社會生產力得以極大提高。這些制造系統由兩部分組成，人和物理系統就是機器兩大組成部分，因此稱之為人物理系統，制造系統的第一個階段是傳統的，物理系統是這個系統的主體，而人是這個系統的主宰和主導。制造系統發展第二個階段進入了數字化制造的階段，這時系統發展成為人、信息和物理系統，數字化制造，我們說是智能制造的第一種基本范式，也可以稱之為第一代智能制造。在這個過程中，與傳統的制造系統相比，數字化制造系統本質的變化是在人和物理系統之間增加了一個信息系統，從原來的人、物理二元系統進化成了人、信息和物理三元系統，這有巨大的優越性。再進一步發展，制造系統發展的第三階段就是數字化的系統，數字化、網絡化制造的第二個基本形式就是互聯網+制造，即第二代智能制造，最大的變化在于信息技術，互聯網和云平臺成為了信息技術的重要組成部分，互聯網+制造實質上就解決了聯接這樣一個重大的問題。第三個階段，就是進入了數字化、網絡化和智能化制造階段，進入21世紀以來，互聯網、云計算和大數據這些信息技術日新月異、飛速發展，并且極其迅速地轉化為現實生產力，形成了群體性的跨越，這些歷史性的技術進步集中匯聚在了新一代人工智能上，是生產力的戰略性突破，新一代人工智能已經成為新一輪科技革命的核心技術，充分認識到新一代人工智能技術的發展，將深刻地改變人類社會生活、改變世界，我們國家制定了新一代人工智能的發展規劃。抓住機遇，搶占先機。新一代人工智能技術與先進制造技術的深度融合，就形成了新一代的智能制造技術。它是智能制造的第三種基本范式，本質是人工智能+互聯網+數字化制造，它的最大變化是在系統當中增加了認知和學習的部分，因此制造系統具備了認知和學習的能力，形成了真正意義上的人工智能。最大的變化是在人和信息系統的關系上發生了根本性變化，用一句成語來比喻，就是從“授之以魚”變成了“授之以漁”。縱觀歷史，每一次工業革命都是共性賦能技術和制造技術的深度融合，都有一種革命性的、共性的賦能技術，它能夠賦能制造技術，和制造技術深度融合形成了新的工業技術，成為這次工業革命的核心技術。前面三次工業革命的核心技術，分別是蒸汽機、電動機和數字化技術。第四次工業革命的共性賦能技術就是數字化、網絡化和自動化技術。數字化、網絡化、自動化技術和制造技術的深度融合又形成了智能制造技術，可以推動各行各業、各種各類制造技術的創新升級，引領和推動制造技術革命向縱深發展。可以看到，第一次工業革命和第二次工業革命分別是以蒸汽機和電力的發展和應用作為根本動力，極大地提升了生產力，人類社會進入了現代工業社會。而第三次工業革命是以數字化技術的創新和應用為標志，推動了工業革命的先進發展，新一代智能制造技術的突破和廣泛應用，將推動形成這次工業革命新的高潮，引領真正意義上的工業4.0，實現第四次工業革命。抓住機遇，乘勢而上，實現中國制造業的開道超車，跨越發展。習近平總書記指出，現在我們迎來了世界新一輪科技革命和產業變革，與我國轉變發展方式歷史性交匯期，我們既面臨著千載難逢的歷史機遇，又面臨著差距拉大的嚴峻挑戰，我們要充分認識到新的歷史交匯期可能同頻共振，有的歷史交匯期也可能是擦肩而過，所以新一輪工業革命對中國來說是極大的挑戰，同時也是極大的機遇。今后15年，正是智能制造這個新一輪工業革命的核心技術發展的關鍵時期，中國制造業必須要抓住這一千載難逢的歷史機遇，集中優勢力量打一場戰略決戰，實現戰略性的歷史跨越，推動中國制造業由大變強，進入世界產業鏈的中高端，實現中國制造業的開道超車，跨越發展。五、信息化技術與自動化控制在智能制造中的應用優勢智能制造就是以信息技術為依托，將信息深度感知技術、精準控制技術以及智能化決策技術等各環節深度應用的過程，智能制造流程如圖1-8所示。而智能制造技術就是相關技術人員以計算機模擬系統為支撐分析某一系統，提升工作效率，達到節省人力、物力，增加效益目的的技術手段。計算機系統是其關鍵，人員借助該系統能夠完成各項分析工作，提高生產效率及時效性。圖1-8智能制造流程在智能制造發展過程中，只有將信息化技術與自動化控制應用其中才能夠最大程度發揮效用，進一步減少人工作業量。一方面可以減少產品生產對于人工的依賴，減輕人員工作壓力；另一方面能夠在很大程度上降低風險事件發生率，提升生產的安全性和效率。與傳統制造相比，充分應用信息化及自動化技術的智能制造特征更明顯，可以通過模擬人類思維達到提升工作質量、降低生產成本的目的，對于推動制造業轉型升級有重要現實意義。信息化技術與自動化控制的具體應用優勢包括以下幾點。（一）降低技術應用門檻信息化及自動化技術涉及內容極為廣泛，綜合性強，既包括常規機械技術，也包括傳感技術等，將其于智能制造中用能夠有效加強各方聯系，而智能制造技術也可將信息化及自動化技術作為應用基礎，充分發揮二者優勢，降低智能制造技術應用門檻。此外，信息化技術與自動化控制有利于智能制造技術的完善，推動智能制造技術進一步發展。同時，智能制造技術對于信息化技術與自動化控制能夠起到反向推動作用，促使其向多元化方向發展，進一步發揮信息化、自動化價值。（二）便于設備檢修在智能制造中應用信息化技術與自動化控制能夠在較大程度上提升設備檢修的便捷性以及效果，為設備穩定運行提供保障。一般情況下，智能化設備系統較為復雜，且內部構成要素多，一旦其中的某一環節出現問題就需要耗費較多時間及人力進行繁雜的測試和維修。然而，在信息化、自動化技術應用下，相關工作人員可通過計算機系統分析在短時間內了解問題出現的原因、位置并予以針對性修繕，在提升檢修效率的同時，能夠避免發生更嚴重的安全問題。其原因是設備中的某一環節出現問題后相應的電路數據也會發生改變，在對比電路物理量后，便可精準鎖定故障部位。（三）拓寬技術應用范圍智能制造技術與傳統機械自動化生產相比，特征尤為突出，其不僅操作更為便捷、效率更高，且安全性更強，因此在制造領域發揮了關鍵作用，能夠有效滿足當前行業發展要求。將智能化制造與信息化技術、自動化控制相結合可以在原有基礎上，進一步拓寬智能化技術應用范圍，在更多行業領域發揮其優勢。以機械制造中的遠程操作為例，傳統生產技術下工作者必須通過電信號傳輸完成操作，不僅穩定性不強，且操作較復雜，而在信息化、智能化推動下，智能制造技術得以更大范圍應用，人員可通過網絡信號完成遠程操作，非常便捷。六、機電一體化技術在智能制造中的實踐運用（一）傳感技術傳感技術是機電一體化技術在智能制造中的核心技術，主要用于捕捉、傳輸生產制造中形成的數據信息。因此，當機電一體化技術運用于智能制造時，要考慮傳感技術的結構設計、運用需求以及技術作用，有效體現機電一體化技術的價值。從智能制造實踐運用來看，在生產制造過程中，部分零件的參數和生產信息無法真正實現自動化采集、整合、分析，不利于嚴格把控產品生產質量。若產品質量出現問題且未及時修正，將直接影響生產制造效益。運用傳感技術并結合相關的傳感設備、軟件系統，可以針對生產制造全過程實現動態化監測管理，有效監控各個生產環節，及時獲取生產制造過程中產生的各類數據信息，并結合預設的既定參數審核產品質量，確保生產制造實現全過程監控。傳感技術原理，如圖1-9所示。此外,可以結合生產過程形成的數據信息實施整合、存儲、分析，準確掌握生產制造各個流程的細節，保障產品生產質量，有助于及時對生產設備進行維護管理。總體來看，傳感技術在智能制造中發揮了極大作用，對提高智能制造準確性和機電一體化技術水平具有關鍵作用。圖1-9傳感技術原理（二）數控技術數控技術是結合數字信息、借助計算機編程完成生產制造過程自動化控制的制造技術，包括機械技術、計算機軟件技術等。數控技術依托于數控機床（如圖1-10所示）開展具體運用。制造業是運用數控技術的早期產業之一，因此數控技術是智能制造的關鍵技術，在促進智能制造實現創新發展方面具有重要作用。數控技術在智能制造中的運用優勢主要體現在兩個方面。一方面，保證生產制造精準度。數控技術需要依托精密設備和自動化控制系統才能發揮應有的作用，因而數控技術在實踐運用中能夠獲得可靠的精密性和自動性支持，保證智能制造生產的產品與設計預期保持高度一致。在數控系統支撐下，可以補償制造過程形成的誤差，以提高生產加工精準度，確保產品質量。另一方面，保證智能制造生產效率。有效運用數控技術可以大幅度提高機床生產加工效率，通過多種自動化控制功能縮短生產加工時間。圖1-10數控機床（三）智能機器人人工智能主要針對模擬、延伸、擴展人類智能的理論、技術、實踐進行研究、開發以及應用，分屬于計算機科學。人工智能技術通過對人類行為、思維等方面的研究、開發以及應用，利用計算機程序的輸入輸出實現對人類行為的高度還原，旨在利用人工智能技術解決人類不便處理與應對的各種難題。在智能制造中運用智能機器人技術（如圖1-11），可以根據生產制造的具體需求調整智能機器人編程內容，結合計算機技術對智能機器人實現遠程管理和控制，確保智能機器人能夠根據預先設定的程序高效、有序地完成生產制造工作，確保生產過程順利。圖1-11智能機器人（四）柔性制造柔性制造系統需要傳輸系統的支持。傳輸系統能夠有效連接生產制造系統的各個設備，將待加工零部件傳輸至其他設備完成生產加工流程。柔性制造系統一般包括3個部分：一是加工設備，包括數控機床和零部件加工中心；二是存儲和移動設備，負責零部件及待加工物料的存儲和移動；三是信息處理和控制設備主要采用核心系統群控，負責生產加工全過程控制，包括各項指令傳遞、生產加工數據信息反饋、生產加工計劃擬定以及產品各項參數管理等。從智能制造的角度分析，運用柔性制造系統的優勢和價值體現在兩個方面。一方面，柔性制造系統有較為良好的生產加工能力，即使生產加工機床發生故障，系統也可以自動繞過故障，確保生產加工連續。另一方面，柔性制造系統可以保障產品質量，實現高效、順暢的產品生產、加工、移動全流程，有效保障產品質量和產品精確度。圖1-12為智能柔性系統舉例。圖1-12智能柔性系統在實踐運用中，智能制造有機結合機電一體化技術，可以彌補智能制造存在的不足，突破智能制造局限性，使機電一體化技術與智能制造技術、智能制造系統充分融合，大幅提升智能制造的實踐效果和生產制造成效。智能制造與機電一體化技術具有良好的互通性，因此在實踐運用中不存在過多問題，也不會產生高額的費用，且獲得的經濟效益十分可觀。持續提高智能制造水平，將推動我國制造產業實現高質量發展，有利于制造業在國民經濟發展中展現出更高的經濟效能，提供先進的技術支持。七、VR/AR在智能制造中的應用為了使制造業變得越來越智能，新的智能制造系統需要無縫連接物理世界和數字世界《虛擬現實／增強現實，即VR（VirtualReality）/AR（AugmentedReality），因為具右強大的數據可視化和交互性、沉浸性的特點而被譽為是一種可以拓展人類感知能力、改變產品形態和服務模式的新興技術，對制造業而言，其改變了產品研發過程中的信息流；為制造過程提供可視化、輔助和擴展空間；有助于在開發過程的早期階段發現并避免設計錯誤；減少了物理原型的數量，并為企業節省了時間和成本。在許多智能制造應用中，VR/AR被認為是改善和加速產品和工藝開發的寶貴工具。VR/AR作為新一代計算平合，支持人類對智能制造系統產生的大量數據進行實時的、與生產背最相關的可視化訪問。雖然人工智能、數字化技術取得長足發展，但很長一段時間內人類仍將在制造操作中扮演著不可或缺的角色，VR/AR是實現以人為本的智能制造的核心技術。VR/AR在裝配應用、維護和培訓、產品測評、智能工廠布局、物流和倉儲管理發揮廣泛作用，能大幅度提升設計、生產、裝配、規劃和物料管理效率。信息流和物流是智能工廠正常運行的兩條動脈。相比而言，針對物流和倉儲的可視化研究不是很多，但是這個行業的發展可以促進AR技術的成熟。目前已有一些商業和研究機構開始涉足物流與倉儲可視化技術。物流行業中，分揀步驟耗費時間最多《根據ＤＨＬ的調查報告，倉儲管理的分揀和運輸貨物占物流總成本的11%~13%。分揀人員利用AR可以擴展視角，從而確保更多的可見性、靈活性、指引性以及前瞻性。從而節省了搜索和分類時間，大大提高工作效率。AR在物流與倉儲管理中應用的核心技術是掃描技術。掃描精度和掃描速度將決定AR能否在物流應用得到推廣，當前多數AR分揀指引系統都是基于視覺的掃描技術，