模块二 智能制造关键
技术
《智能制造概论》
1《智能制造概论》
【模块二：智能制造关键
技术】
智能制造的关键技术之
间是息息相关的，制造企
业应当渐进式、理性地推
进智能制造技术的应用。
2《智能制造概论》
单元1 走进赛博物理系统
单元2 走进工业互联网
单元3 走进工业机器人
单元4 走进3D打印技术
单元5 走进传感技术
单元6 走进大数据与云计算
单元7 认识虚拟现实技术
单元8 认识信息安全技术
单元一单元一 走进赛博物理系统走进赛博物理系统
知识目标：知识目标：能说出赛博物理系统的定义、特征及结构。
技能目标：技能目标：能设计并构建赛博物理系统的模型。
素养目标：素养目标：信息技术助推中国智能制造发展，提升综合国力。
3《智能制造概论》
单元一单元一 走进赛博物理系统走进赛博物理系统
认识赛博物理系统
构建赛博物理系统模型
4《智能制造概论》
智能
制造
产品智
能化
生产方
式智能
化
管理智
能化
服务智
能化
装备智
能化
5《智能制造概论》
认识赛博物理系统
在国内业界，赛博物理系统约兴起于2014年，智能制造约
热于2015年，工业互联网约火于2017年，数字孪生约红于
2019年。
智能
制造
产品智
能化
生产方
式智能
化
管理智
能化
服务智
能化
装备智
能化
6《智能制造概论》
认识赛博物理系统
一、定义
赛博物理系统也称信息物理系统（CPS），基于环境感知深度融合了计算
机技术、通信技术和控制技术（统称“3C”技术）的可扩展网络化的物理设备
系统，通过人机接口实现与物理进程的信息交换，能实现深度融合和实时交互
来扩展新的功能。
其本质是开放的嵌入式系统加上网络和控制功能，核心是3C技术的融合，
自主适应物理环境的变化。
7《智能制造概论》
认识赛博物理系统
二、赛博物理系统的应用
赛博物理系统已经在某著名企业，智能交通和环境监控等诸多领域得到了
应用，并产生了积极的经济价值，体现了其技术上的优势。
应用领域 技术优势
交通运输
飞行器飞得更快，更远，耗能更少。飞行控制系统的设计，更有效地
利用空间航线资交通运输源。汽车功能更强，更安全，耗能更少。
国防 功能更强的防御系统。自治车辆的网络国防化编队。
能源和工业
自动化
新的可再生能源的开发，家庭、办公室、能源和工业自动化办公大楼
和车辆等运行效率更高操作更方便。
健康和生物
医疗
家庭保健服务，功能更强的生物医疗设健康和生物医疗设备，新一代
人造器官。拥有更高自动化水平和扩展功能的网络化生物医疗系统。
农业
节能技术的开发。设备自动化程度更高。生物工程闭环加工。资源与
环境的最优农业化利用，食品更安全。
国家基础设
施
高速公路容量更大，运行更安全。国家电国家基础设施网更可靠，效
率更高。
8《智能制造概论》
认识赛博物理系统
三、机遇与挑战
赛博物理系统的研究将给21世纪的工业带来革命性的发展。
9《智能制造概论》
构建赛博物理系统模型
一、赛博物理系统组件及其协同模型
赛博物理系统基本组件包括传感器、执行器和决策控制单元，以及闭环反馈
控制结构构成基本功能逻辑单元，执行CPS最基本的监测和控制功能。
10《智能制造概论》
构建赛博物理系统模型
一、赛博物理系统组件及其协同模型
在基于事件驱动
的CPS行为模型中，
实现CPS系统组件
的协调。
组件协同方式组
件间的交互主要通
过协同器实现，有
利于实现系统组件
的动态调整。
11《智能制造概论》
构建赛博物理系统模型
二、赛博物理系统的结构
赛博物理系统由众多异构元素构成的复杂系统，对于不同行业的应用通常需
要构建不同的系统结构。从技术实现的角度，一般可以将CPS系统分为物理层
（PL），网络层（NL）和应用层（AL）三层结构。
12《智能制造概论》
构建赛博物理系统模型
三、赛博物理系统调度模式
（一）管理模式
13《智能制造概论》
构建赛博物理系统模型
三、赛博物理系统调度模式
（二）编程模式
对无线传感网节点操作系统来说，很重要的问题是如何有效利用系统资源来
管理当前任务。当前的节点操作系统任务管理模型分为事件驱动系统和多线程
系统两类。
14《智能制造概论》
构建赛博物理系统模型
三、赛博物理系统调度模式
（二）编程模式
在管理模式下的编程模式
15《智能制造概论》
构建赛博物理系统模型
三、赛博物理系统调度模式
（三）完成调度考虑因素
在数字化车间中，CPS系统完成调度考虑因素主要有四条：
1考虑物理过程连续性、并发性与计算过程的离散型、及顺序性的本质区别。
2要考虑物理过程的参数选择对计算过程的影响。
3应预防在有限时间间隔发生无穷多个事件。
4应考虑具体领域的特性。
16《智能制造概论》
单元思政
来的"前无古人"的全新零部件。
信息技术助推中国智能制造
基于AI的智能工厂总体架构分为三层：数字化平台、智能技术平台和应用场
景。
企业数字化平台是实现智能制造的基产装备、仓储物流装备要实现数字化，
安装各种传感器、控制装置、数据采集装置、智能芯片，通过物联网平台实现
万物互联，采集大量的设备及产品工艺运行参数，为优化控制提供数据。
分享时刻：
请查阅资料并结合案例，
说一下信息技术助推智
能制造的特点。
（1）赛博物理系统的结构是哪几部分？
（2）赛博物理系统的特征是什么？
（3）赛博物理系统的基础是什么？
（4）简述赛博物理系统的应用与前景。
（5）赛博物理系统组件有哪几部分构成？画出其协同模型？
（6）赛博物理系统的结构是什么？
储备知识
17《智能制造概论》
知识目标：知识目标：能说出工业互联网的定义、构成及核心要素。
技能目标：技能目标：能设计并构建工业互联网平台的模式。
素养目标：素养目标：形成模型设计思路，提升分析与解决问题的能力。
18《智能制造概论》
单元二单元二 走进工业互联网走进工业互联网
单元二单元二 走进工业互联网走进工业互联网
认识工业互联网
构建工业互联网平台模型
19《智能制造概论》
20《智能制造概论》
认识工业互联网
随着万物互联时代的到来，我国经济发展更加多
元化。工业互联网是实现制造业数字化、网络化、
智能化的重要载体，发展工业互联网对于促进制造
业转型升级、拓展数字经济新空间、推进制造强国
和网络强国建设都具有非常重要的意义。
21《智能制造概论》
认识工业互联网
一、工业互联网定义
工业互联网的概念最初由美国通用电气公司于2012年在《工业互联网：打
破智慧与机器的边界》白皮书中提出。
“工业互联网”（Industrial Internet）是指全球工业系统与高级计算、
分析、感应技术以及互联网连接融合的结果。工业互联网与物联网、智能设
备、智能决策、智能数据密不可分。
22《智能制造概论》
认识工业互联网
二、工业互联网的体系
工业互联网平台面向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量
数据的采集、汇聚、分析和服务的体系。
工业大数据是工业
数据的总称，是工业
互联网的核心要素。
23《智能制造概论》
认识工业互联网
三、工业互联网平台的核心价值
工业互联网的本质是数据的流动和分析，工业互联网平台的核心价值。
1 以信息流带动技术流、资金流、人才流和物资流，促进资源配置优化，
促进全要素生产率提升，从而释放数据价值。
2 实现通过数据-信息-知识-决策闭环，优化资源配置效率，实现生产流程
的优化、管理效率，实现生产流程的优化、管理效率的提升、产品质量的
提高，经营成本的下降，催生出新的商业模式。
24《智能制造概论》
构建工业互联网平台模型
一、构建工业互联网的关键要素
工业互联网主要包含三种关键要素：智能机器、高级分析、工作人员。
25《智能制造概论》
构建工业互联网平台模型
二、工业互联网平台的结构及特征
（一）工业互联网平台的结构
26《智能制造概论》
构建工业互联网平台模型
二、工业互联网平台的结构及特征
（一）工业互联网平台的结构
27《智能制造概论》
构建工业互联网平台模型
二、工业互联网平台的结构及特征
（二）工业互联网的特征
1.网络效应
2.应
3.替代效应
28《智能制造概论》
构建工业互联网平台模型
三、工业互联网的标识解析
2017 年 11 月 27 日，《关于深化“互联网+先进制造业”发展工
业互联网的指导意见》发布，明确指出要“构建标识解析服务体系，
支持各级标识解析节点和公共递归解析节点建设”。
工业互联网将机器和先进的传感器、控制和软件应用进行连接，由
标识解析、网络、平台和安全四部分构成，其本质在于工业机理、经
验的固化以及制造资源的集聚与共享。
29《智能制造概论》
构建工业互联网平台模型
三、工业互联网的标识解析
（一）工业互联网标识解析体系
工业互联网标识将传统互联网中的主机扩展到物品、信息、机器、
服务等资源，将IP地址扩展到异主、异地、异构的精细化信息集合。
传统互联网DNS解析 工业互联网标识解析
30《智能制造概论》
构建工业互联网平台模型
三、工业互联网的标识解析
我国工业互联网标识解析体系由国际根节点、国家顶级节点、二级节点、企
业节点、公共递归解析节点等要素组成。
（一）工业互联网标识解析体系
31《智能制造概论》
构建工业互联网平台模型
三、工业互联网的标识解析
（二）常用标识编码方式
目前标识编码存在有多种方案，总体分为两类：
一类是可跨行业广泛应用的公有标识，如URL、Handle、Ecode等公有标
识，目前多用于流通环节的供应链管理、产品溯源等场景中；
另一类是在行业或中小型企业大量使用的自定义私有标识，例如汽车零部
件标识、电厂标识、物流标识等。
32《智能制造概论》
构建工业互联网平台模型
四、工业互联网面临的问题和挑战
创建完善的工业互联网需要具备三大要素
首先要把机器变得智慧化，能够收集各项生产数据与操控设备；
其次是数据保存与处理分析能力和数据的安全问题；
再次是创新复合型人才的培养。
33《智能制造概论》
单元思政
中国工业互联网发展
目前，我国工业互联网初具规模，我国新型基础设施建设正在提速，工业互联
网网络、平台、安全三大功能体系初具规模，应用不断融合拓展。
截至2021年底，我国累计建成并开通了约万个5G基站，总量占到全球的
60%以上，建成了全球最大的5G网。依托独立组网架构、网络切片、边缘计算等
新技术，5G逐步由外网公网向工业专网下沉。
工业互联网标识解析体系国家顶级节点日均解析量突破4000万次，二级节点的
数量达到158个，覆盖某省市、自治区某省市，标识注册总量近600亿。
分享时刻：
请留心看一看生活学习的地方有没
有用到5G基站，谈一谈互联网技术
进步有哪几个阶段，为生产生活带
来了哪些便利？
（1）简述工业互联网的作用与体系结构。
（2）整理并归纳工业大数据与互联网大数据的区别与联系。
（3）简述工业互联网的实际应用案例与发展前景。
（4）工业互联网的关键要素是哪三个？画出工业互联网平台的五层结构模
型？
（5）收集并分析整理商品码：条形码、二维码、射频识别(RFID)码的识别
代码结构特点，分析条形码、二维码及射频识别技术应用的主要优缺点。
（6）查找资料具体分析我国工业互联网标识解析与传统互联网DNS解析结
构上的区别。
（7）根据案例，比较四种公用编码方案的结构及特点。
储备知识
34《智能制造概论》
单元三单元三 走进工业机器人走进工业机器人
知识目标：知识目标：能说出工业机器人的定义及特点。
技能目标：技能目标：举出实例，能设计并构建工业机器人系统的模式。
素养目标：素养目标：形成创新思维，提升分析与解决问题的能力。
35《智能制造概论》
单元三单元三 走进工业机器人走进工业机器人
认识工业机器人
构建工业机器人系统模型
36《智能制造概论》
37《智能制造概论》
认识工业机器人
鲁班（公元前507年-公元前444年）制造的
木鸟是中国最早的机器人雏形。
春秋后期
机器人按用途可以分为军用机器人、
工业机器人、服务机器人、娱乐机器人、
仿人机器人和农业机器人六大类。
38《智能制造概论》
认识工业机器人
一、工业机器人的概念
国际标准化ISO8373对工业机器人解释：机器人具备自动控制机可编程、
多用途功能，机器人操作级具有三个或三个以上的可编程轴，在工业自动化应
用中，机器人的底座可固定也可某著名企业。
我国国家标准GB/T12643-90将工业机器人定义为：
工业机器是一种能自动定位控制，可重复编程的，多
功能、多自由度的操作级。能搬运材料、零件或操持
工具，用以完成各种作业。
39《智能制造概论》
认识工业机器人
二、工业机器人的发展与特点
在工业机器人技术发展过程中，大致经历了以下三代的变化。
（1）第一代为示教再现型工业机器人，工业机器人有部分电脑化控制能力，
但做决策的还是人。
（2）第二代为感觉工业机器人，有视觉传感器的，能识别与定位的工业机器
人系统。人发出任务指令后，工业机器人发挥自己的智慧完成工作，不用实时
跟踪指导。
（3）第三代为智能工业机器人，工业机器人具有意识。工业机器人技术正逐
渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能
力的方向发展。
（一） 工业机器人的发展
40《智能制造概论》
认识工业机器人
二、工业机器人的发展与特点
工业机器人具有可编程、拟人化、通用性和机电一体化的基本特点。
（二）工业机器人的特点
41《智能制造概论》
认识工业机器人
三、工业机器人的应用前景
机器人产业链主要包括四个核心环节：核心零部件、本体制造、系
统集成和行业应用。
机器人产业链较短，但技术壁垒较高，而且每个环节都很重要。
柔性制造是工业机器人高度发展的产物，柔性制造系统包括数控加
工、物流仓储、智能制造和通讯四大系统。
42《智能制造概论》
构建工业机器人系统模型
一、工业机器人的基本组成
工业机器人一般由执行机构、驱动系统、控制系统和检测系统四部
分组成。
（一）执行机构
43《智能制造概论》
构建工业机器人系统模型
一、工业机器人的基本组成
（二）驱动装置
驱动装置为操作机提供动力的装置。
按采用的动力源分为电动、液动和气动三种类型。
44《智能制造概论》
构建工业机器人系统模型
一、工业机器人的基本组成
（三）控制系统
控制系统是工业机器人的指挥中心，控制工业机器人按照要求的作
业控制、运动控制和驱动控制的系统，多用计算机控制。
计算机系统一般分为三级：
（1）决策级：识别环境，建立模型，将作业任务分解为基本动作序列。
（2）策略级：将基本动作转变为关节坐标协调变化的规律，分配给各
关节的伺服系统。
（3）执行级：执行策略级分配的任务，并将执行结果反馈到系统。
45《智能制造概论》
构建工业机器人系统模型
一、工业机器人的基本组成
（四）监测系统
监测系统用来检测自己的执行系统所处的位置和状态，并将这些信
息及时反馈给控制系统。
46《智能制造概论》
构建工业机器人系统模型
二、工业机器人技术参数及分类
（一）工业机器人技术参数
47《智能制造概论》
构建工业机器人系统模型
二、工业机器人技术参数及分类
（二）工业机器人的主要种类
48《智能制造概论》
构建工业机器人系统模型
三、应用工业机器人技术
（一）编程语言
工业机器人语言按照操作流程分动作级语言、对象级语言和任务
级语言三种语言。
49《智能制造概论》
构建工业机器人系统模型
三、应用工业机器人技术
（二）四种编程方式
1.顺序控制编程模式
2.示教方式编程
（a）手把手示教 （b）有线示教 （c）无线示教
3.示教盒示教
4.脱机编程或预编程
50《智能制造概论》
构建工业机器人系统模型
三、应用工业机器人技术
（三）编程设计流程
机器人总体方案的设计可分为分析式设计和创成式设计。
51《智能制造概论》
单元思政
遇见机器人 遇见新未来
2022年北京冬奥会来到“冰立方”进行采访报道的媒体都会被眼前不断穿梭的
智能机器人所吸引，它们有着不同的造型，更有着出众的“工作”能力，这里面
既有清扫机器人、消毒机器人也有5G送餐机器人，可以说它们的出现不仅为日常
的工作提供便利，同时也成为一道亮丽的风景线。
2022年北京冬奥会和北京残奥会正值全球疫情阶段，智能机器人“笨笨”们上
岗防疫，机器人可按照规定路线主动寻找人员并测量人员体温，当发现体会主动
上前交流提示，并报告给管理人员，对区域内没有佩戴口罩的人员，会上前提示
其佩戴好口罩。
分享时刻：
请留心查看2022年北
京冬奥会相关视频，还
有哪些“黑科技”为奥
运助力，增添了科技色
彩？
（1）机器人和工业机器人联系与区别是什么？
（2）工业机器人的特点有哪些？
（3）简述工业机器人产业链核心环节中，各个部分的代表性的产品都有哪
些？
（4）简述工业机器人的应用与前景。
（5）工业机器人有哪几部分构成？画出工业机器人系统结构关系图？
（6）分析工业机器人的关键技术及主要技术参数。
（7）工业机器人的分类有哪些？介绍一下最熟悉的类型的工业机器人。
（8）简述工业机器人的编程语言及四种编程方式。
储备知识
52《智能制造概论》
单元四单元四 走进走进3D3D打印技术打印技术
知识目标：知识目标：能说出3D打印技术的定义及特点。
技能目标：技能目标：能设计并构建3D打印的模型。
素养目标：素养目标：形成创新思维，提升分析与解决问题的能力。
53《智能制造概论》
单元四单元四 走进走进3D3D打印技术打印技术
认识3D打印技术
构建3D打印的模型
54《智能制造概论》
55《智能制造概论》
认识3D打印技术
3D打印技术的核心思想最早起源于19
世纪末的美国，我国从1991年开始研究
3D打印技术。
56《智能制造概论》
认识3D打印技术
一、3D打印技术的概念
增材制造(AM)也称3D打印，融合了计算机辅助
设计、材料加工与成形技术，以数字模型文件为基
础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金
属材料或医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、
光固化、喷射等方式逐层堆积制造出实体物品。
57《智能制造概论》
认识3D打印技术
一、3D打印技术的概念
3D打印技术原理：基于离散/堆积成型的模型，3D打印技术由数字模型直接
驱动3D打印机，运用金属、塑料、陶瓷、树脂、蜡、纸、沙等可粘合材料，在
快速成型设备中经过逐层叠加的方式来构造物理实体的技术。
58《智能制造概论》
认识3D打印技术
二、3D打印技术的特点
59《智能制造概论》
认识3D打印技术
二、3D打印技术的特点
60《智能制造概论》
认识3D打印技术
三、3D打印的打印材料
61《智能制造概论》
构建3D打印的模型
一、3D打印系统组成及基本流程
（一）系统组成
3D打印系统由3D打印设备、计算机设计与控制软件及打印材料等主要部分组成。
打印设备。3D打印机是3D打印的核心装备，主要由高精度机械系统、数
控系统、喷射系统和成型环境等子系统组成。
2.设计与控制软件。辅助品的三维数字模型，并根据模型自动分析出打印的程
序，自动控制打印机和材料的操作。
3.打印材料。原材料能够被打印设备液化、粉末化和丝化，在打印完成后能重
新结合起来，具有合格的物理和化学性能。
62《智能制造概论》
构建3D打印的模型
一、3D打印系统组成及基本流程
（二）基本流程
3D打印流程一般包括基本流程是：计算机设计三维建模，分割三维数据成二维，
材料打印，以及后处理的四个步骤。
第一步：
三维建
模
第二步：
分割成二维
数据
第四步：
后处理
第三步：
打印
63《智能制造概论》
构建3D打印的模型
二、3D打印工艺建模
打印类型 工艺技术 基本材料
挤压 熔融沉积式（FDM） 热塑性塑料，共晶系统金属，可食用材料等
线 电子束自由成型制造EBF 多数合金
粒状 直接金属激光烧结DMLS 多数合金
电子束融化成型EBM 钛合金
选择性激光融化成型SLM 钛合金、钴铬合金、不锈钢、铝等
选择性热烧结SHS 热塑性粉末
选择性激光烧结SLS 热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末
粉末 石膏3D打印PP 石膏
层压 分层实体制造LOM 纸、金属膜、塑料薄膜等
光聚合 立体平板印刷SLA 光硬化树脂
数字光处理DLP 光硬化树脂
64《智能制造概论》
构建3D打印的模型
二、3D打印工艺建模
65《智能制造概论》
构建3D打印的模型
三、3D打印建模软件
软件名称 简介
Auto CAD 能进行二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。具备良好的用户界面，
通过交互菜单或命令方便进行各种操作。
UG（Uni-graphics
NX）
UG最早应用于美国麦道飞机公司，目前已经成为模具行业三维设计的主流应用之
一。为产品设计及加工过程提供数字化造型和验证。
Pro/E（Pro/Engine
er）
一套由设计到生产的机械自动化软件，广泛用于汽车、航空航天、消费电子、模
具、玩具、工业设计和机械制造等行业。
Solid-works 世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。专门负责研发和销售机械设计
软件的视窗产品，功能强大，组件丰富，成为领先的、主流的三维CAD解决方案。
CATIA 高端集CAD/CAE/CAM一体化软件。第一个用户是世界著名的航空航天企业，功
能强大，用户还包括波音、宝马、奔驰等。
Cimatron 金属3D打印软件3DXpert，全球第一款覆盖整个设计流程的金属3D打印软件，从
设计到后期处理C，软件都能发挥很好作用。
66《智能制造概论》
单元思政
科技创造未来
和平与发展、互促与共进，不仅是14亿中国人民的理想和信念，也是全世界的
永恒主题。时代在发展，科技在进步，让我们共同努力用科技创造未来。
先进制造正向结构功能一体化、材料器件一体化方向发展，极端制造技术向极
大（如航母、极大规模集成电路等）和极小（如微纳芯片等）方向迅速推进。人
机共融的智能制造模式、智能材料与3D打印结合形成的4D打印技术，将推动工业
品由大批量集中式生产向定制化分布式生产转变，引领“数码世界物质化”和“
物质世界智能化”。
分享时刻：
请结合3D打印技术，说一下3D
技术是如何创造了不一样的“未
来”？
（1）简述3D打印与普通打印的联系与区别,及增材制造与传统制造的区别。
（2）简述3D打印产品质量的影响因素。
（3）能说出3D打印的主要材料及特点。
（4）简述3D打印技术的现状与前景。
（5）简述3D打印的基本流程，及每个步骤的工作内容。
（6）简述影响3D打印建模的因素有哪些。
（7）对几种典型3D打印成型工艺进行比较。
储备知识
67《智能制造概论》
单元五单元五 走进传感技术走进传感技术
知识目标：知识目标：能说出传感技术的定义、特征及结构。
技能目标：技能目标：能设计并构建传感技术系统的模型。
素养目标：素养目标：形成创新思维，提升分析与解决问题的能力。
68《智能制造概论》
单元五单元五 走进传感技术走进传感技术
认识传感技术
构建传感技术系统模型
69《智能制造概论》
70《智能制造概论》
认识传感技术
一、传感技术的概念
传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿
生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递
信息的“神经系统”的话，传感技术就是“感觉器官”。
71《智能制造概论》
认识传感技术
二、传感技术的发展历程
最初的传感器起源于仿生研究。
72《智能制造概论》
认识传感技术
三、 传感技术特点及传感器分类
73《智能制造概论》
认识传感技术
三、 传感技术特点及传感器分类
分类依据 类型 说明
按被测对
象
物理型、化
学型、生物
型等
以转换中的物理效应、化学效应等命名。
按构成原
理
结构型 依靠传感器结构参数的变化实现信号转变，如电容式传感器、电感式传感器
等。
物性型 依靠敏感元件材料本身物理性质的变化实现信号变换，如光敏电阻。
按能量关
系分
能量转换型 传感器输出量直接由被测量能量转换得到。
能量控制型 传感器输出量能量由外部供给，并由被测控制外部控制供给能量变换的变化。
按作用原
理
应变式、电
容式、压电
式、热电式
等
以传感器对信号转换的作用原理命名。
按输入量 位移、压力、
、湿度、气
体等
按用途分类法进行命名。
按输出量 模拟式 输出量为模拟信号，电压或电流的连续信号
数字式 输出量为数字信号，开关量
74《智能制造概论》
认识传感技术
三、 传感技术特点及传感器分类
75《智能制造概论》
认识传感技术
三、 传感技术特点及传感器分类
1.传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是当今世界极其重
要的高科技，一切现代化仪器，设备几乎都离不开传感器。
2.传感器“三新四化”的发展趋势相互交叉渗透和相辅相成的。
“三新”：新材料、新技术、新工艺。
“四化”：集成化、多维化、多功能化、智能化。
76《智能制造概论》
构建传感技术系统模型
一、传感技术组成
传感技术是以传感器为核心，与测量学、微电子学、材料学、信息处理
技术和计算机技术相互结合而形成的一门新的综合和密集型技术。
根据国家标准，传感器的定义：能感受规定的被测量，并按照一定规律
转换成可用输出信号的器件或装置，一般由敏感元件、转换元件、测量电
路和辅助电源四个部分组成。
敏感元件 转换元件 信号调理转换电路
辅助电源
被测量 输出信息
77《智能制造概论》
构建传感技术系统模型
三、无线传感技术
无线传感器网络（WSN）由部署在检测区域内数量不等的无线传感器
节点组成，通过无线通信方式形成的自组织网络系统，实现协作感知、采
集和处理在网络覆盖区域中感知对象的信息。
78《智能制造概论》
构建传感技术系统模型
三、无线传感技术
79《智能制造概论》
构建传感技术系统模型
三、无线传感技术
80《智能制造概论》
单元思政
匠心匠心
筑梦筑梦
冬奥赛场上，运动员的精彩表现来自刻苦训练，离不开现代科技设备的支持。
传感技术以及精密传感设备实现了高技术标准，数据采集和监控，在国家跳
台滑雪中心建立运维云平台统筹设计施工，实现自下而上的信息化集成和智能
分析，同时研发了助滑道冰面准分布式智能监测系统和铺面平整性智能检测车，
使得助滑道冰面精度与着陆坡表面达到厘米级精度，助滑道冰面测误差小于
℃，填补了国际空白。
传感技术助力2022北京冬奥会
分享时刻：
请结合你所认识的传感技
术，谈一下传感技术如何
助力使生活更便利？
（1）简述传感技术的主要特点。
（2）查资料了解传感器的三个阶段及实例。
（3）根据传感器的分类表，确定传感器属于哪种类型，并选用合适的传感
器。
（4）简述传感技术在智慧物流中的应用。
（5）了解传感器“三新四化”的发展趋势，简述传感技术的现状与前景。
（6）简述传感技术基本结构及各部分作用。能举案例说明区别传感器与传
送器的不同。
（7）以具体案例，说明自动检测控制系统结构中各部分的工作联系。
（8）按照无线传感网络系统示意图，布置5个传感节点的控制系统。
储备知识
81《智能制造概论》
单元六单元六 走进大数据与云计算走进大数据与云计算
知识目标：知识目标：能说出云与大数据的定义、关系及特点。
技能目标：技能目标：能设计并构建大数据与云计算应用模型 。
素养目标：素养目标：形成创新思维，提升分析与解决问题的能力。
82《智能制造概论》
单元六单元六 走进大数据与云计算走进大数据与云计算
认识大数据与云计算
构建大数据与云计算应用模型
83《智能制造概论》
84《智能制造概论》
认识大数据与云计算
一、认识大数据
数字作为计算机技术的基础，自1937年英国科学家图灵提出思考原理计算
机（图灵机）的概念。
大数据是一个海量数据，数据类别复杂的数据集合，并且无法用传统数据库
工具对其内容进行抓取、管理和处理的数据集。
大数据具有五个特点：大量（Volume）、高速(Velocity)、多样(Variety)、
价值密度(Value)、真实性（Veracity），简称“5V”特点。
85《智能制造概论》
认识大数据与云计算
一、认识大数据
传统信息系统 大数据信息系统
系统目的 现实事项的数据生产 基于已有数据的应用
前提条件 结构化设计 建立分析与挖掘数据模型
依托对象 人和物 信息系统
加工对象 数据 逻辑
数据采集范围 局部 全局
价值 记录历史方式的事件信息 预测问题，科学决策
效果 数据生产、简单应用 统计挖掘、复杂应用
呈现 局部个体的信息展现 个体在全局中的展现
表现形态 ERP等企业信息管理系统 宏观决策信息系统
作用 企业信息化 企业智慧“大脑”
86《智能制造概论》
认识大数据与云计算
二、认识云计算
云计算中的“云”是指一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些
大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器和宽带资源等。
87《智能制造概论》
认识大数据与云计算
二、认识云计算
88《智能制造概论》
认识大数据与云计算
二、认识云计算
云计算按照服务组织和交付方式的不同，分为公有云、私有云和混合云。
89《智能制造概论》
认识大数据与云计算
三、计算大数据与云计算的应用现状
90《智能制造概论》
构建大数据与云计算应用模型
一、大数据的分析与处理
（一）大数据的分析
1.可视化分析
2.数据挖掘算法
3.预测分析能力
4.语义引擎
5.数据质量和数据管理
91《智能制造概论》
构建大数据与云计算应用模型
一、大数据的分析与处理
（二）大数据处理的流程
大数据处理的流程一般分为采集、导入预处理、统计分析及挖掘四个步骤。
采集
导入
预处理
统计分析 挖掘
92《智能制造概论》
构建大数据与云计算应用模型
二、云计算背景下数据挖掘的关键技术
云背景下大数据挖掘的关键技术包括分布式/并行技术、数据挖掘算法以及
服务管理技术。
93《智能制造概论》
构建大数据与云计算应用模型
三、云计算大数据处理体系的架构
（一）服务层
对海量的大数据处理进行挖掘、分析，与运行通过服务窗口与使用者进行交
互，将得出的结果可视化，可见的数据技术和服务展示给用户。核心服务层在
当前被分为三个子层。
94《智能制造概论》
构建大数据与云计算应用模型
三、云计算大数据处理体系的架构
（二）功能层
功能层是整个数据挖掘系统的核心，其中包括数据预处理子系统和并行数据
挖掘子系统两个模块。
（三）支撑平台层
支撑平台作为功能运算和操作的基础，置放在平台架构系统的最底层，在存
储海量数据方面起到重要作用，并用分布式并行处理数据。
95《智能制造概论》
单元思政
大数据与云计算技术助力大数据与云计算技术助力20222022北京冬奥会北京冬奥会
2022年北京冬奥会期间，奥运会各国参赛选手信息由抵离信息系统监管，抵
离信息系统建立在大数据、云计算技术等信息技术基础上，与多系统实现无缝
衔接，数据共享，收集、管理和使用包括运动员及随队官员、奥林匹克大家庭
成员和贵宾、国际单项体育联合会、媒体、转某省市场合作伙伴等约万名奥
运会客户群及随行物品的抵离信息。赛时，抵离信息系统为奥运会保障单位和
服务领域提供数据服务，提高保障服务质量和运行水平。
分享时刻：
请结合你所了解的大数
据技术，谈一下大数据
技术与云计算如何助力
使生活更便利？
（1）简述普通信息数据与大数据的不同。
（2）分析“百度云”“网”等云平台，了解云计算的特点及其价值所在。
（3）简述大数据在日常生活工作中的应用。
（4）结合案情，分析给定图片/视频/音频等信息数据，探讨对应大数据分
析方法。
（5）根据处理大数据的一般步骤分析电商的调研和精准营销案例。
（6）根据云计算与大数据的关系，构建云计算大数据处理的模型。
储备知识
96《智能制造概论》
单元七单元七 走进虚拟现实技术走进虚拟现实技术
知识目标：知识目标：能说出虚拟现实技术的定义、特征及结构。
技能目标：技能目标：能设计并构建虚拟现实技术的模型。
素养目标：素养目标：形成创新思维，提升分析与解决问题的能力。
97《智能制造概论》
单元七单元七 走进虚拟现实走进虚拟现实
认识虚拟现实技术
构建虚拟现实技术模型
98《智能制造概论》
99《智能制造概论》
认识虚拟现实技术
一、认识虚拟现实技术
虚拟现实（Virtual Reality,VR）指计算机生成一种模拟环境，并通过多种专
用设备使用户沉浸到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。
VR技术可以让用户使用户对虚拟世界中的物体进行考察或操作，同时提供
视觉、听觉和触觉等多种直觉而自然的实时感知。
100《智能制造概论》
认识虚拟现实技术
一、认识虚拟现实技术
虚拟现实 计算机仿真
对现实世界的创建和体验 计算机模拟和分析现实世界的系统
要求较高的真实度，要求达到或接近人们对现
实世界的认识。
得到一些性能参数，主要对运动原理、力
学原理等进行模拟，以获得仿真对象的定
量反馈，对场景的真实程度要求不高。
能够提供人类所具有的所有感知 一般只能提供视觉感知
用户沉浸于虚拟空间，可以从虚拟空间的向外
观察，甚至可以把用户暂时与外部环境隔离开，
使用户融合到虚拟现实中，逼真地观察所研究
的对象，更自然、真实地进行实时交互。
利用计算机软件模拟真实环境进行科学实
验的技术，采用用户输入参数，系统现实
处理结果的对话模式，但无法与模拟世界
进行实时交互。
虚拟现实可看作是更高层次的计算机仿真，在一定程度上是对计算机仿真的扩充和加
强，是计算机仿真发展的新方向。
101《智能制造概论》
认识虚拟现实技术
一、认识虚拟现实技术
虚拟现实 三维动画
由基于真实数据建立的数字模型组合而成，严格遵
守工程项目设计的标准和要求，属于科学仿真系统。
操虚拟三维空间，身临其境。
场景画面由动画料或想象直接制成，与
真实的环境和数据有较大的差别，属于
演示类艺术作品。预先设定的观察路径，
无法改变。
参与者可以实时感受运动带来的场景变化，步移景
异，并可亲自布置场景，具有双向互动的功能。
只能如电影一样单向演示，场景变化，
画面需要事先制作生成，耗时、费力、
成本较高。
支持立体显示和3D立体声，三维空间。 不支持
没有时间限制，可真实详尽地展示，并可以在虚拟
现实基础上导出动画视频文件，同样可以用于多模
体资料制作和宣传，性价比高。
受动画制作时间限制，无法详尽展示，
性价比低。
实时三维环境中，支持方案整理、评估、管理和信
息查询等事物处理功能，适合较大型复杂工程项目
的规划、设计等需要，同时又具有更真实和直观的
多媒体演示功能。
只适合简单的演示功能。
102《智能制造概论》
认识虚拟现实技术
二、虚拟现实技术特点
虚拟现实的三角形特点：沉浸感、交互性和想象性。
103《智能制造概论》
构建虚拟现实技术模型
一、虚拟现实系统的组成
虚拟现实系统的基本构成主要包括：虚拟与真实环境、用户感知设备、跟踪
控制模块与检测模块。
104《智能制造概论》
构建虚拟现实技术模型
一、虚拟现实系统的组成
105《智能制造概论》
构建虚拟现实技术模型
二、虚拟现实关键技术
106《智能制造概论》
构建虚拟现实技术模型
三、虚拟现实系统的分类
桌面虚拟现实
头盔式显示器的
虚拟现实体验
投影式虚拟现实
远程存在
107《智能制造概论》
单元思政
虚拟现实技术助力虚拟现实技术助力20222022年北京冬奥会年北京冬奥会
为丰富观众体验，北京冬奥会开启“智能观赛”模式，即使不在现场，也能
“身临其境”。随着中国体育产业不断发展和科技创新加速推进，人工智能、虚拟
现实(VR)、5G通信、360度回放、无人机等先进技术将在北京冬奥会上得到综合运
用。其中虚拟现实技术正在越来越多地应用于赛事直播等领域，特别是在滑雪等对
场地要求较高的运动项目中，可以将所有慢动作360度无死角转动回放，给观众以
丰富+震撼的观赛体验。
分享时刻：
请结合你所了解的虚
拟现实技术，谈一下
虚拟现实如何助力使
生活更便利？
（1）虚拟现实包括哪几个相关概念？
（2）虚拟现实的意义是什么？
（3）虚拟现实的三角形特点是什么？
（4）认识虚拟现实的概念及特点.
（5）了解构建虚拟现实系统的框架和关键技术。
储备知识
108《智能制造概论》
单元八单元八 走进信息安全技术走进信息安全技术
知识目标：知识目标：能说出信息安全的定义及主要技术。
技能目标：技能目标：能举例说出信息安全面临风险及具体的防控措施 。
素养目标：素养目标：形成创新思维，提升分析与解决问题的能力。
109《智能制造概论》
单元八单元八 走进信息安全技术走进信息安全技术
认识信息安全
认识信息安全主要技术
110《智能制造概论》
111《智能制造概论》
认识信息安全
一、信息安全的概念
信息安全是保证用户的数据处理系统及信息传递的安全可靠。安全服务的
主要目的是对抗攻击，以保证信息的基本属性不被破坏，同时保证信息的不可
抵赖性和信息提供者身份可认证性。
信息安全主要体现在信息的完整性、性和可用性三个方面。
信息完整性（Integrity）信息必须是正确和完全的，能够免受未授权或无意
更改的危险。
信息性（ity）信息免受未授权的披露。
信息可用性（ailability）信息在需要时能够及时获得以满足业务需求。
112《智能制造概论》
认识信息安全
一、信息安全的概念
信息污染对人类本身及所居住环境及所处数据信息的污染。
信息系统安全的威胁主要有三种：人为的无意失误、人为的恶意攻击及软件
的漏洞三种。
信息安全技术研究主要以提高安全防护、发现隐患、应急 响应及信息对抗
能力为目标。
现代信息安全的内涵主要包括：信息安全基础设施建设、信息攻防技术、信
息安全服务及安全体系三个方面。
113《智能制造概论》
认识信息安全
一、信息安全的概念
（一）信息安全基础设施建设
信息安全基础设施建设涉及到密码技术、安全协议、安全操作系统、安全数
据库、安全服务器、安全路由器等关键技术。
（二）信息攻防技术
信息攻防技术涉及信息安全防御和信息安全攻击两方面。
（三）信息安全服务技术
从定性分析、定量分析、分析和方案分析等多个方面研究系统安全风险分析
和评估方法，开发应对软件，包括故障分析诊断技术、攻击避免与故障隔离技
术、系统快速修复等技术。
114《智能制造概论》
认识信息安全
二、信息安全的威胁
信息安全的威胁主要是计算机病毒。计算机病毒是存在于编程或在计算机程
序中的能破坏计算机功能或毁坏数据，影响计算及使用，并能自我复制的一组
计算机指令或程序代码。
计算机病毒传播途径可以通过软盘、硬盘、光盘及网络等多种途径进行传播。
计算机病毒具有隐蔽性、传染性、潜伏性、破坏性和可触发性等性质。
115《智能制造概论》
认识信息安全主要技术
一、数据加密技术
信息加密技术是保证网络、信息安全的核心技术，是一种主动的信息安全
防范措施。其原理是利用一定的加密算法，将明文转换成不可直接读取的密文，
阻止非法用户获取和理解原始数据，从而确保数据的性。
数据加密就是将被传输的数据转换成表面上杂乱无章的数据，只有合法的接
收者才能恢复数据，对于非法窃取者，转换后的数据是读不懂的毫无意义的数
据。
116《智能制造概论》
认识信息安全主要技术
二、数字签名
数字签名（Digital Signature）是网上传输的电子报文进行签名确认的一种
方式。
数字签名需要满足三点：接收方能够核实发送方对报文的签名、发送方不能
抵赖对报文的签名，以及接收方不能伪造对报文的签名。
目前数字签名已经应用于网上安全支付系统、电子银行系统、电子证券系统、
安全邮件系统、电子订票系统、网上购物系统、网上报税等一系列电子商务应
用的签名认证服务中。
117《智能制造概论》
认识信息安全主要技术
二、数字签名
数字签名（Digital Signature）是网上传输的电子报文进行签名确认的一种方式。
数字签名需要满足三点：接收方能够核实发送方对报文的签名、发送方不能抵赖对
报文的签名，以及接收方不能伪造对报文的签名。
目前数字签名已经应用于网上安全支付系统、电子银行系统、电子证券系统、安全
邮件系统、电子订票系统、网上购物系统、网上报税等一系列电子商务应用的签名认
证服务中。
118《智能制造概论》
认识信息安全主要技术
三、防火墙技术
防火墙（Firewall）是设置在被保护网络和外部网络之间的软件和硬件设备
的组合，对网络和外部网络之间的通信进行控制，通过监测和限制跨越防火
墙的数据流，尽可能地对外部屏蔽网络的结构、信息和运行情况，用于防止
发生不可预测的、潜在破坏性的入侵和攻击，是一种比较有效的网络安全技
术。
119《智能制造概论》
单元思政
谨防网络诈骗谨防网络诈骗
网络诈骗是指以非法占有为目的，利用互联网采用虚构事实或者隐瞒真相的
方法，骗取数额较大的公私财物的行为。
诈骗手法多样化，有假冒好友、网络钓鱼、网络托儿、网银升级诈骗、某著
名企业诈骗变种等。
分享时刻：
请结合已知具体案例，分析数
据信息安全面临的风险，谈一
下你将如何防范信息及被信息
诈骗？
（1）了解大数据和云计算等信息技术应用及发展。
（2）了解信息安全的意义及信息安全所面临的主要威胁。
（3）知道网络信息发展的关键问题是其安全性。
（4）了解信息安全的主要技术。
储备知识
120《智能制造概论》
模块二 走进智能制造关键技术
121《智能制造概论》
接下来>>> 模块三：智能制造产品全生命理
