智能制造的基本內(nèi)容詮釋

千里之行，始于腳下。第2頁/共2頁精品文檔推薦智能制造的基本內(nèi)容詮釋智能創(chuàng)造的基本內(nèi)容詮釋

2023-11-10才智城市圈子邱文斌

(4)白領(lǐng)化使得有豐盛閱歷的機(jī)械工人和技術(shù)人員日益缺少，產(chǎn)品創(chuàng)造技術(shù)越來越復(fù)雜，促使使用人工智能和學(xué)問工程技術(shù)來解決現(xiàn)代化的加工問題。

(5)工廠生產(chǎn)率的提高更多地取決于生產(chǎn)管理和生產(chǎn)自動化

人工智能與計算機(jī)管理相結(jié)合，使得不懂計算機(jī)的人也能通過視覺、對話等智能手段實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的科學(xué)化。

總之，以計算機(jī)信息技術(shù)為基礎(chǔ)的高新技術(shù)得到迅猛進(jìn)展，為傳統(tǒng)的創(chuàng)造業(yè)提供了新的進(jìn)展機(jī)遇。計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)與傳統(tǒng)創(chuàng)造技術(shù)相結(jié)合，形成了先進(jìn)創(chuàng)造技術(shù)概念。

冷戰(zhàn)結(jié)束以后，國際間競爭的重點(diǎn)由單純的XXX事實(shí)力較量轉(zhuǎn)向以進(jìn)展經(jīng)濟(jì)和提高國民生活水平的綜合國勢較量，隨之而來的這種國際間高新技術(shù)領(lǐng)域的競爭愈演愈烈，且其進(jìn)展形式由最初的僅依托本國的人力、物力和財力，進(jìn)展到國際間的大規(guī)模合作。

近年來由發(fā)達(dá)國家提倡的面對21世紀(jì)的“智能創(chuàng)造系統(tǒng)”、“信息高速馬路”等國際討論方案，無疑是該背景下的產(chǎn)物，也是國際間舉行高科技討論開發(fā)的詳細(xì)表現(xiàn)和樂觀占據(jù)21世紀(jì)高科技制高點(diǎn)的象征。

二、主要討論內(nèi)容和目標(biāo)

智能創(chuàng)造在國際上尚無公認(rèn)的定義。目前比較通行的一種定義是，智能創(chuàng)造技術(shù)是指在創(chuàng)造工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，以一種高度柔性與高度集成的方式，通過計算機(jī)來模擬人類專家的創(chuàng)造智能活動。

因此，智能創(chuàng)造的討論開發(fā)對象是囫圇機(jī)械創(chuàng)造企業(yè)，其主要討論開發(fā)目標(biāo)有二:

①囫圇創(chuàng)造工作的全面智能化，它在實(shí)際創(chuàng)造系統(tǒng)中首次提出了以機(jī)器智能取代人的部腦力勞動作為主要目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)節(jié)個企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程大范圍的自組織能力;

②信息和創(chuàng)造智能的集成與分享，強(qiáng)調(diào)智能型的集成自動化。

目前，IMT和IMS的討論方向已從最初的人工智能在創(chuàng)造領(lǐng)域中的應(yīng)用(AiM)進(jìn)展到今日的IMS，討論課題涉及的范圍由最初僅一個企業(yè)內(nèi)的市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)方案、創(chuàng)造加工、過程控制、信息管理、設(shè)備維護(hù)等技術(shù)型環(huán)節(jié)的自動化，進(jìn)展到今日的面對世界范圍內(nèi)的囫圇創(chuàng)造環(huán)境的集成化與自組織能力，包括創(chuàng)造智能處理技術(shù)、自組織加工單元、自組織機(jī)器人、智能生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、多級競爭式控制網(wǎng)絡(luò)、全球通訊與操作網(wǎng)等。

由XXX提出的IMS國際合作討論方案對IMS的解釋可以看出，IMS的討論包括智能活動、智能機(jī)器以及兩者的有機(jī)融合技術(shù)，其中智能活動是問題的核心。在IMS討論的眾多基礎(chǔ)技術(shù)中，創(chuàng)造智能處理技術(shù)是最為關(guān)鍵和迫切需要討論的問題之一，由于它負(fù)責(zé)各環(huán)節(jié)的創(chuàng)造智能的集成和生成智能機(jī)器的智能活動。

在一個國家甚至世界范圍內(nèi)，企業(yè)之間有著密切的聯(lián)系，譬如，采納相同的生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng)，有著類似的生產(chǎn)控制與管理方式，上下游產(chǎn)品之間的聯(lián)系，等等。其間存在的突出問題是產(chǎn)品和技術(shù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化、信息自動交換形式與接口以及創(chuàng)造智能分享等。

國際IMS方案的基本觀點(diǎn)如下:①IMS是21世紀(jì)的創(chuàng)造系統(tǒng)，必需開發(fā)與之相適應(yīng)的創(chuàng)造技術(shù);②應(yīng)對這些技術(shù)舉行組織化和系統(tǒng)化;③加強(qiáng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化;④考慮人的因素;⑤庇護(hù)環(huán)境。該方案由已有生產(chǎn)技術(shù)的體系化和標(biāo)準(zhǔn)化、21世紀(jì)生產(chǎn)技術(shù)的討論與開發(fā)兩大部分構(gòu)成。

1992年4月在XXX召開的第一次國際技術(shù)XXX會，確定了4個主題:

①技術(shù)課題;

②挑選原則;

③評價程序;

④執(zhí)行準(zhǔn)則。

由國際IMSXXX成員提出的首批10項(xiàng)討論課題是

①企業(yè)集成;

②全球創(chuàng)造;

③系統(tǒng)單元技術(shù);

④清潔創(chuàng)造技術(shù);

⑤人與組織討論;

⑥先進(jìn)的材料加工技術(shù);

⑦全球并行工程(評估和實(shí)施);

⑧自主模塊的系統(tǒng)設(shè)備與分布控制;

⑨迅速產(chǎn)品開發(fā);bk學(xué)問系統(tǒng)化(設(shè)計與創(chuàng)造)。

XXX國家科學(xué)基金會(NSF)已延續(xù)數(shù)年重點(diǎn)資助了與智能創(chuàng)造有關(guān)的討論項(xiàng)目，這些項(xiàng)目籠罩了智能創(chuàng)造的絕大部分技術(shù)領(lǐng)域，包括創(chuàng)造過程中的智能決策、基于多施主(multi-agent)的智能配合求解、智能并行設(shè)計、物流傳輸?shù)闹悄茏詣踊?、智能加工系統(tǒng)和智能機(jī)器等。

XXX提出的智能創(chuàng)造系統(tǒng)國際合作方案，以高新計算機(jī)為后盾、深受其“真空世界”計算機(jī)討論方案的影響。其主要討論內(nèi)容如下:

①強(qiáng)調(diào)部分代替人的智能活動，實(shí)現(xiàn)部分人的技能;

②使用智能計算機(jī)技術(shù)來集成設(shè)計創(chuàng)造過程，使之一體化，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬創(chuàng)造，以多媒體的人機(jī)接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)職業(yè)教導(dǎo);

③強(qiáng)調(diào)全球創(chuàng)造網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)創(chuàng)造技術(shù)，通過衛(wèi)星、Internet和數(shù)字電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全球創(chuàng)造;

④強(qiáng)調(diào)智能化與自律化的智能加工系統(tǒng)以及智能化CNC、智能機(jī)器人的討論。

⑤重視分布式人工智能技術(shù)的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)自律配合代替集中遞階控制。

IMT與IMS的討論與開發(fā)對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和降低成本，提高國家創(chuàng)造業(yè)響應(yīng)市場變化的能力和速度，以及提高國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和國民的生活水準(zhǔn)，均具有重大的意義。其討論目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)將市場適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、人的重要性、適應(yīng)自然和社會環(huán)境的能力、開放性和兼容能力等融合在一起的生產(chǎn)系統(tǒng):

①使囫圇創(chuàng)造過程實(shí)現(xiàn)智能化，并具有自組織能力;

②IMS是一個集成許多工廠和多種機(jī)器設(shè)備的混合系統(tǒng);

③具備滿足各種社會需求的柔性;

④能充分發(fā)揮人的作用;

⑤易于操作;

⑥總效率高;

⑦能避開重復(fù)XXX等。

人工智能的目的是為了用技術(shù)系統(tǒng)來突破人的自然智力的局限性，達(dá)到對人腦的部分代替、延長和加強(qiáng)的目的，使那些單靠人的自然?智能無法舉行或帶有危急性的工作得以完成，從而使人類的才智能集中到那些更富于制造性的工作中去。人是創(chuàng)造智能的重要來源，在創(chuàng)造業(yè)走向智能化過程中起著打算性作用。目前在整體智能水平上，與人工系統(tǒng)相比，人的智力仍然是遙遙率先的。

人工智能模擬的藍(lán)本主要是人類的智能，但人類的智能是隨時光不斷變化的，而這種變化又是無止境的，惟獨(dú)人與機(jī)器有機(jī)高度結(jié)合，才干實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造過程的真正智能化。智能創(chuàng)造被稱為新世紀(jì)的創(chuàng)造技術(shù)，目前之所以還不能實(shí)現(xiàn)，是因?yàn)橐艿侥壳翱茖W(xué)技術(shù)、人以及經(jīng)濟(jì)等諸多方面的制約。

智能與思維智能，就是在各種環(huán)境和目的的條件下正確制定決策和實(shí)現(xiàn)目的的能力。在這里，給定的環(huán)境和目的是問題的約束條件，制定正確的決策是智能的XXX環(huán)節(jié)，而有效地實(shí)現(xiàn)目的，則是智能的評判準(zhǔn)則。從信息處理的角度講，智能可以看成是獵取、傳遞、處理、再生和利用信息的能力。而思維能力是囫圇智能活動中最復(fù)雜、最核心的部分，主要指處理和再生信息的能力。

這種信息處理的過程是非常復(fù)雜和多樣化的，歸納起來，大體可分為3種基本的類型，即:閱歷思維、規(guī)律思維和制造性思維。在工藝設(shè)計過程中，這三種類型的思維都存在，在不同層次的決策中起著重要作用。

總之，智能創(chuàng)造技術(shù)是創(chuàng)造技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科相互滲透、相互交織而形成的一門綜合技術(shù)。其詳細(xì)表現(xiàn)為:智能設(shè)計、智能加工、機(jī)器人操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調(diào)度與管理、智能裝配、智能測量與診斷等。

它強(qiáng)調(diào)通過“智能設(shè)備”和“自治控制”來構(gòu)造新一代的智能創(chuàng)造系統(tǒng)模式。智能創(chuàng)造系統(tǒng)具有自律能力、自組織能力、自學(xué)習(xí)與自我優(yōu)化能力、自修復(fù)能力，因而適應(yīng)性極強(qiáng)，而且因?yàn)椴杉{VR技術(shù)，人機(jī)界面越發(fā)友好。

因此，IM技術(shù)的討論開發(fā)對于提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)、降低成本，提高創(chuàng)造業(yè)市場應(yīng)變能力、國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和國民生活水準(zhǔn)，具有重要意義。智能創(chuàng)造是創(chuàng)造系統(tǒng)柔性自動化和集成自動化的新進(jìn)展和重要組成部分，因此將來智能創(chuàng)造將向智能集成的方向進(jìn)展，將來智能創(chuàng)造的討論將著重于智能傳感與檢測(如智能傳感器、智能傳感與檢測技術(shù)、光纖傳感技術(shù)等)。

三、人工智能與IMT、IMS

人工智能的討論，一開頭就未能掙脫創(chuàng)造機(jī)器生物的思想，即“機(jī)器智能化”。這種以“自主”系統(tǒng)為目標(biāo)的討論路線，嚴(yán)峻地妨礙了人工智能討論的發(fā)展。

許多學(xué)者已意識到這一點(diǎn)，F(xiàn)eigenbaum、Newell、錢學(xué)森從計算機(jī)角度動身，提出了人與計算機(jī)相結(jié)合的智能系統(tǒng)概念。目前國外對多媒體及虛擬技術(shù)討論舉行大量XXX，以及XXX第五代智能計算機(jī)研制方案的擱淺等事例，就是智能系統(tǒng)討論目標(biāo)有所轉(zhuǎn)變的明證。

人工智能技術(shù)在機(jī)械創(chuàng)造領(lǐng)域中的應(yīng)用涉及市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃、過程控制、質(zhì)量管理、材料處理、設(shè)備維護(hù)等諸方面。結(jié)果是開發(fā)出了種類繁多的面對特定領(lǐng)域的自立的專家系統(tǒng)、基于學(xué)問的系統(tǒng)或智能輔助系統(tǒng)，形成一系列的“智能化孤島”。

隨著討論與應(yīng)用的深化，人們逐漸熟悉到，將來的創(chuàng)造自動化應(yīng)是高度集成化與智能化的人—機(jī)系統(tǒng)的有機(jī)融合，創(chuàng)造自動化程度的進(jìn)一步提高要依靠于囫圇創(chuàng)造系統(tǒng)的自組織能力。如何提高這些“孤島”的應(yīng)用范圍和在實(shí)際創(chuàng)造環(huán)境中處理問題的能力，成為人們的討論焦點(diǎn)。

在80年月末和90年月初，一種通過集成創(chuàng)造自動化、新一代人工智能、計算機(jī)等科學(xué)技術(shù)而進(jìn)展起來的新型創(chuàng)造工程——IMT和新——代創(chuàng)造系統(tǒng)——IMS便脫穎而出。

人工智能在創(chuàng)造領(lǐng)域中的應(yīng)用與IMT和IMS的一個重要區(qū)分在于，IMS和IMT首次以部分取代創(chuàng)造中人的腦力勞動為討論目標(biāo)，而不再僅起“輔助和支持”作用，在一定范圍還需要能自立地適應(yīng)周圍環(huán)境，開展工作。

四、IMS和CIMS

CIMS進(jìn)展的道路不是一帆風(fēng)順的。今日，CIMS的進(jìn)展碰到了不行逾越的障礙，可能是剛開頭時就對CIMS提出了過高的要求，也可能是CIMS本身就存在某種與生俱來的缺陷，今日的CIMS在國際上已不像幾年前那樣受到極大的關(guān)注與廣泛地討論。從CIMS的進(jìn)展來看，眾多討論者把重點(diǎn)放在計算機(jī)集成上，從科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀看，要完成這樣一個集成系統(tǒng)是很困難的。

CIMS作為一種銜接生產(chǎn)線中的單個自動化子系統(tǒng)的策略，是一種提高創(chuàng)造效率的技術(shù)。它的技術(shù)基礎(chǔ)具有集中式結(jié)構(gòu)的遞階信息網(wǎng)絡(luò)。盡管在這個遞階體系中有多個執(zhí)行層次，但主要控制設(shè)施仍然是XXX計算機(jī)。CIMS存在的一個主要問題是用于異種環(huán)境必需互連時的復(fù)雜性。

在CIMS概念下，手工操作要與高度自動化或半自動化操作集成起來是十分困難和昂貴的。在CIMS深化進(jìn)展和推廣應(yīng)用的今日，人們已經(jīng)逐漸熟悉到，要想讓CIMS真正發(fā)揮效益和大面積推廣應(yīng)用，有兩大問題需要解決:

①人在系統(tǒng)中的作用和地位;

②在不作很大XXX對現(xiàn)有設(shè)施舉行技術(shù)改造的狀況下亦能應(yīng)用CIMS?，F(xiàn)有的CIMS概念是解決不了這兩個難題的。

今日，人力和自動化是一對技術(shù)沖突，不能集成在一起，所能做的挑選，或是昂貴的全自動化生產(chǎn)線，或是手工操作，而缺乏的是人力和創(chuàng)造設(shè)備之間的相容性，人機(jī)工程只是一個方面的考慮，更重要的相容性考慮要體現(xiàn)在競爭、技能和決策能力上。人在創(chuàng)造中的作用需要被重新定義和加以重視。

事實(shí)上，在70年月末和80年月初，人們已開頭熟悉到人的因素在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用。英國出版公司(IFS)于1984年就首次發(fā)起了第一屆“創(chuàng)造中人的因素”研討會，目的在于提高人們對創(chuàng)造環(huán)境中人的因素及其所起作用的熟悉。事實(shí)證實(shí)，人是IMS中創(chuàng)造智能的重要來源。值得指出的是，CIMS和IMS都是面對創(chuàng)造過程自動化的系統(tǒng)，兩者密切相關(guān)但又有區(qū)分。

CIMS強(qiáng)調(diào)的是企業(yè)內(nèi)部物料流的集成和信息流的集成;而IMS強(qiáng)調(diào)的則是更大范圍內(nèi)的囫圇創(chuàng)造過程的自組織能力。從某種意義上講，后者難度更大，但比CIMS更有用、更實(shí)際。CIMS中的眾多討論內(nèi)容是IMS的進(jìn)展基礎(chǔ)，而IMS也將對CIMS提出更高的要求。集成是智能的基礎(chǔ)，而智能也將反過來推進(jìn)更高水平的集成。

IMT和IMS的討論成績將不只是面對21世紀(jì)的創(chuàng)造業(yè)，不只是促進(jìn)CIMS達(dá)到高度集成，而且對于FMS、MS、CNC以至普通的工業(yè)過程自動化或精密生產(chǎn)環(huán)境而言，均有潛在的應(yīng)用價值。有識之士對人工智能技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)和CIMS技術(shù)舉行了全面的反思。

他們在熟悉機(jī)器智能化的局限性的基礎(chǔ)上，特殊強(qiáng)調(diào)人在系統(tǒng)中的重要性。如何發(fā)揮人在系統(tǒng)中的作用，建立一種新型的人—機(jī)的協(xié)同關(guān)系，從而產(chǎn)生高效、高性能的生產(chǎn)系統(tǒng)，這是當(dāng)前眾多學(xué)者都會提出的問題，也正是CIMS所忽略的關(guān)鍵因素，這一因素導(dǎo)致了CIMS進(jìn)展中不行逾越的障礙。

值得一提的是有的學(xué)者特殊強(qiáng)調(diào)“人件(Humanware)”在系統(tǒng)中的重要性，提出CIMS的開放結(jié)構(gòu)體系思想。最引人注目的是歐共體的ESPRIT方案中單獨(dú)列出的一個討論子項(xiàng)，即“以人為XXX的CIMS”。

甚至有人干脆稱以人為XXX的CIMS為HIMS(HumanIntegratedManufacturingSystem)，指出集成創(chuàng)造系統(tǒng)首先是“人的集成”。耐人尋味的是，目前討論的“精良生產(chǎn)”與“靈敏創(chuàng)造”等新型創(chuàng)造系統(tǒng)的主要動身點(diǎn)也是強(qiáng)調(diào)“人”的作用，即“以人為XXX”。

五、智能創(chuàng)造的物質(zhì)基礎(chǔ)及理論基礎(chǔ)

1.智能創(chuàng)造系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)主要有:

(1)數(shù)控機(jī)床和加工XXXXXX于1952年研制勝利第一臺數(shù)控銑床，使機(jī)械創(chuàng)造業(yè)發(fā)生一次技術(shù)XXX。數(shù)控機(jī)床和加工XXX是柔性創(chuàng)造的核心單元技術(shù)。

(2)計算機(jī)輔助設(shè)計與創(chuàng)造提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)用手工繪圖、依賴圖紙組織囫圇生產(chǎn)過程的技木管理模式。

(3)工業(yè)控制技術(shù)、微電子技術(shù)與機(jī)械工業(yè)的結(jié)合———機(jī)器人開創(chuàng)了工業(yè)生產(chǎn)的新局面，使生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，使創(chuàng)造過程更富于柔性擴(kuò)展了人類工作范圍。

(4)創(chuàng)造系統(tǒng)為智能化開發(fā)了面對創(chuàng)造過程

中特定環(huán)節(jié)、特定問題的“智能化孤島”，如專家系統(tǒng)、基干學(xué)問的系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)等。

(5)智能創(chuàng)造系統(tǒng)和計算機(jī)集成創(chuàng)造系統(tǒng)用

計算機(jī)一體化控制生產(chǎn)系統(tǒng)，使生產(chǎn)從概念、設(shè)計到創(chuàng)造聯(lián)成一體，做到直接面對市場舉行生產(chǎn)，可以從事大小規(guī)模并舉的多樣化的生產(chǎn);近年來，創(chuàng)造技術(shù)有了長足的進(jìn)展和長進(jìn)，也帶來了無數(shù)新問題。

數(shù)控機(jī)床、自動物料系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)、機(jī)器人等在工業(yè)公司得到了廣泛的應(yīng)用，越來越多的公司使用了“計算機(jī)集成創(chuàng)造系統(tǒng)(CIMS)”、“柔性創(chuàng)造系統(tǒng)(FMS)”、“工廠自動化(FA)”、“多目標(biāo)智能計算機(jī)輔助設(shè)計(M1CAD)”、“模塊化創(chuàng)造與工廠(MXMF)、并行工程(CE)”、“智能控制系統(tǒng)(ICS)”以及“智能創(chuàng)造(IM)”、“智能創(chuàng)造技術(shù)(IMT)”和“智能創(chuàng)造系統(tǒng)(IMS)”等等新術(shù)語。

先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和創(chuàng)造技術(shù)向產(chǎn)品、工藝和系統(tǒng)的設(shè)計師和管理人員提出了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的設(shè)計和管理辦法不能再有效地解決現(xiàn)代創(chuàng)造系統(tǒng)提出的問題了。

要解決這些問題、需要用現(xiàn)代的工具和辦法，例如人工智能(AI)就為解決復(fù)雜的工業(yè)問題提出了一套最相宜的工具。

2.智能創(chuàng)造技術(shù)的理論基礎(chǔ)

智能創(chuàng)造技術(shù)是采納一種全新的創(chuàng)造概念和實(shí)現(xiàn)模式。其核心特征強(qiáng)調(diào)節(jié)個創(chuàng)造系統(tǒng)的整體“智能化”或“自組織能力”與個體的“自主性”?！爸悄軇?chuàng)造國際合作討論方案JIRPIMS”明確提出:“智能創(chuàng)造系統(tǒng)是一種在囫圇創(chuàng)造過程中貫通智能活動，并將這種智能活動與智能機(jī)器有機(jī)融合，將囫圇創(chuàng)造過程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)到市場銷售等各個環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)”。

基于這個觀點(diǎn)，在智能創(chuàng)造的基礎(chǔ)理論討論中，提出了智能創(chuàng)造系統(tǒng)及其環(huán)境的一種實(shí)現(xiàn)模式，這種模式給創(chuàng)造過程及系統(tǒng)的描述、建模和仿真討論給予了全新的思想和內(nèi)容，涉及創(chuàng)造過程和系統(tǒng)的方案、管理、組織及運(yùn)行各個環(huán)節(jié)，體現(xiàn)在創(chuàng)造系統(tǒng)中創(chuàng)造智能學(xué)問的獵取和運(yùn)用，系統(tǒng)的智能調(diào)度等，亦即對創(chuàng)造系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)流、信息流、功能決策能力和控制能力提出明確要求。

作為智能創(chuàng)造技術(shù)基礎(chǔ)，各種人工智能工具，及人工智能技術(shù)討論成績在創(chuàng)造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了智能創(chuàng)造技術(shù)的進(jìn)展。而智能創(chuàng)造系統(tǒng)中，智能調(diào)度、智能信息處理與智能機(jī)器的有機(jī)融合而構(gòu)成的復(fù)雜智能系統(tǒng)，主要體現(xiàn)在以智能加工XXX為核心的智能加工系統(tǒng)的智能單元上。

作為智能單元的神經(jīng)中樞——智能數(shù)控系統(tǒng)，不僅需要對系統(tǒng)內(nèi)部中各種不確定的因素如噪聲測量、傳動間隙、摩擦、外界干擾、系統(tǒng)內(nèi)各種模型的非線性及非預(yù)見性大事實(shí)施智能控制，而且要對創(chuàng)造系統(tǒng)的各種命令哀求做出智能反應(yīng)。

這種功能已遠(yuǎn)非傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)所能勝任，這是一個具有挑戰(zhàn)性的新課題。對此有待討論解決的問題有無數(shù)，其中包括智能創(chuàng)造機(jī)理、智能創(chuàng)造信息、創(chuàng)造智能和創(chuàng)造中的計算幾何等。

總之，創(chuàng)造技術(shù)進(jìn)展到今日，已經(jīng)由一種技術(shù)進(jìn)展成為包括系統(tǒng)論、信息論和控制論為核心的、貫通在囫圇創(chuàng)造過程各個環(huán)節(jié)的一門新型的工程學(xué)科，即創(chuàng)造科學(xué)。創(chuàng)造系統(tǒng)集成與調(diào)度的關(guān)鍵是信息的傳遞與交換。

從信息與控制的觀點(diǎn)來看，智能創(chuàng)造系統(tǒng)是一個信息處理系統(tǒng)，由輸入、處理、輸出和反饋等部分組成。輸入有物質(zhì)(原料、設(shè)備、資金、人員)、能量與信息;輸出有產(chǎn)品與服務(wù);處理包括物料的處理與信息處理;反饋有產(chǎn)品品質(zhì)回饋與顧客反饋。

創(chuàng)造過程實(shí)質(zhì)上是信息資源的采集、輸入、加工處理和輸出的過程，而終于形成的產(chǎn)品可視為信息的物質(zhì)表現(xiàn)形式。

六、智能創(chuàng)造系統(tǒng)的特征及框架結(jié)構(gòu)

1.為了提出有我國特群的智能創(chuàng)造模式，首先要搞清智能系統(tǒng)應(yīng)具有什么特征。

當(dāng)前對智能系統(tǒng)的理解有兩種不同的意見:一種是從科學(xué)的角度來看這個問題的意見，即認(rèn)為惟獨(dú)具備下列特征的系統(tǒng)才干稱為智能系統(tǒng):一個系統(tǒng)既具有人類智能(或部分地)，又具有與人類實(shí)現(xiàn)其智能相像的過程與途徑。

另一種是從工程的角度來看這個問題的意見，即認(rèn)為一個系統(tǒng)只要具有(或部分具有)人類智能就稱為智能系統(tǒng)，而不管實(shí)現(xiàn)其智能的過程與途徑。我們這里所研究的問題是關(guān)于智能創(chuàng)造系統(tǒng)的問題，也就是從工程角度來研究智能系統(tǒng)的問題。

我們認(rèn)為:在工程上，智能系統(tǒng)的特征有以下幾個方面，具有下列特征之一的系統(tǒng)，從工程角度看，就可稱為智能系統(tǒng)：

(1)多信息感知與融合;

(2)學(xué)問表達(dá)、獵取、存儲和處理(主要是識別、設(shè)計、計算、優(yōu)化、推理與決策);

(3)聯(lián)想記憶與智能控制;

(4)自治性自相像、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自維護(hù);

(5)機(jī)器智能的演繹(分解)與歸納(集成);

(6)容錯。

2.智能創(chuàng)造系統(tǒng)模式的框架結(jié)構(gòu)

囫圇系統(tǒng)是一個多智能體分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分成四個部分:XXX層、管理層、方案層和生產(chǎn)層。每個層由具有自治性的多智能體組成，這種多智能體具有相像的結(jié)構(gòu)，但按照任務(wù)的不同而有不同的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自維護(hù)功能。智能系統(tǒng)有一定的容錯能力，可以在不完整的信息或偶然誤差浮現(xiàn)時正常地工作。系統(tǒng)與因特網(wǎng)兼容，可以舉行企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟、招標(biāo)、投標(biāo)及電子商務(wù)，還可形成虛擬創(chuàng)造的支持環(huán)境。

七、智能加工XXXIMC

1.智能加工XXX是智能創(chuàng)造系統(tǒng)中一種典型的智能加工機(jī)器。

作為以IMC為主的智能加工單元，其任務(wù)為感知、決策、加工、控制與學(xué)習(xí)。智能加工XXX既是智能創(chuàng)造過程和系統(tǒng)的試驗(yàn)和應(yīng)用對象，也是智能創(chuàng)造技術(shù)的縮影和實(shí)現(xiàn)通道。

它與一般的加工XXX(MC)有著本質(zhì)的區(qū)分，除了完成數(shù)控代碼規(guī)定的加工任務(wù)外，能夠按照信息的綜合舉行自主決策，實(shí)時調(diào)節(jié)自身行為，適應(yīng)環(huán)境和自身的不確定性變化，即應(yīng)具有“自主性”和“自組織”能力，實(shí)現(xiàn)對IMC的數(shù)控系統(tǒng)舉行實(shí)時干預(yù)與智能控制。

數(shù)控加工XXX的實(shí)時智能控制，表現(xiàn)為三個方面:第一是遠(yuǎn)程控制，通過通信線路對加工現(xiàn)場舉行控制，對加工XXX的加工操作和加工狀態(tài)舉行監(jiān)視;其次是故障識別與處理，如刀具磨損識別與自動更換備用刀具、自激振動識別與自動抑制或消退等;第三是自適應(yīng)控制，按照檢測到的過程控制信息自適應(yīng)地轉(zhuǎn)變加工參數(shù)。

而智能加工XXX對信息的獵取與處理表現(xiàn)在對加工環(huán)境和加工狀態(tài)的自主響應(yīng)能力，其中對刀具狀態(tài)的監(jiān)測是評判加工狀態(tài)的重要依據(jù)。加工XXX刀具狀態(tài)實(shí)時在線智能監(jiān)測系統(tǒng)，及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與含糊識別模式的多傳感器融合技術(shù)的刀具磨、破損監(jiān)測系統(tǒng)的勝利開發(fā)，為智能創(chuàng)造信息的自動獵取，勝利提供了有力的保證。

2.智能加工XXX的主要功能

在智能加工XXX中，智能數(shù)控系統(tǒng)是IMC的神經(jīng)中樞，其智能化程度直接打算了囫圇智能創(chuàng)造系統(tǒng)的智能水平。智能數(shù)控系統(tǒng)具有高級的自主控制功能，能將任務(wù)哀求、作業(yè)規(guī)劃、軌跡控制、過程監(jiān)視與控制、錯誤自修復(fù)等功能有機(jī)結(jié)合起來。面對創(chuàng)造系統(tǒng)，它是任務(wù)驅(qū)動的柔性規(guī)劃學(xué)習(xí)系統(tǒng)，而面向復(fù)雜的物流加工環(huán)境，它又是“刺激一反應(yīng)”型的再勵系統(tǒng)，能對來自內(nèi)部和外界環(huán)境的多種刺激做出理智的決策，從而以最優(yōu)策略完成目標(biāo)任務(wù)。

通過對智能創(chuàng)造環(huán)境下的加工過程舉行分析，確定加工XXX應(yīng)具備的主要功能有:

(1)感知功能，按照多種傳感器信號的收集、特征提取和信息融合，實(shí)現(xiàn)加工對象感知和系統(tǒng)狀態(tài)感知。

(2)決策功能，在感知的基礎(chǔ)上通過決策，明確其在囫圇創(chuàng)造系統(tǒng)中的作用、與其它智能機(jī)器的關(guān)系，并確定自身的行為方式。

(3)控制功能，智能加工XXX按照決策結(jié)果舉行處理，采納最優(yōu)化的方式完成加工任務(wù)，并保證加工過程得到牢靠的監(jiān)視和維護(hù)。

(4)通信功能，包括與CAD/CAM系統(tǒng)的智能通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與學(xué)問的溝通，支持并行工程策略;與其它智能加工機(jī)器的智能通信，溝通狀態(tài)信息，協(xié)調(diào)加工負(fù)荷;與人類專家和操作人員的智能通信，提供良好的人機(jī)交互環(huán)境，為智能機(jī)器提供學(xué)問單元，做出相應(yīng)決策。

(5)學(xué)習(xí)功能，依據(jù)決策、控制和加工指令，以及由此引起的狀態(tài)變化和終于加工任務(wù)，學(xué)習(xí)和堆積相關(guān)學(xué)問，改進(jìn)決策和控制策略。此外，還包括從人類專家和其它智能機(jī)器直接獵取學(xué)問。

八、智能創(chuàng)造技木的進(jìn)展趨勢

智能創(chuàng)造是從80年月末進(jìn)展起來的，最旱的幾本有關(guān)智能創(chuàng)造及系統(tǒng)方面的專著是在1988年由WrightfgMilaciC等人編寫的，隨后、Kusiak和Pain也相繼出版了這方面的討論著作。

這些專著所描述的IMS仍基于設(shè)計與創(chuàng)造技術(shù)所提出的問題和解決的工具與辦法。在許多工業(yè)化國家、人工智能已被當(dāng)作求解現(xiàn)代工業(yè)提出的問題的工具和辦法。

因此，這些專著僅著力于人工智能在創(chuàng)造業(yè)中的應(yīng)用和智能系統(tǒng)討論與應(yīng)用中提出的問題的求解、使用基于學(xué)問的系統(tǒng)(如級聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng))和優(yōu)化辦法來解決自動化創(chuàng)造環(huán)境中零件、產(chǎn)品、系統(tǒng)的設(shè)計與創(chuàng)造，以及自動創(chuàng)造系統(tǒng)的規(guī)劃與調(diào)度(管理)問題。

先進(jìn)的工業(yè)化國家在討論FMS、CIMS、FA及AI籌的基礎(chǔ)上，為了舉行國際間創(chuàng)造業(yè)的共同配合討論、開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、物流、信息流、經(jīng)營管理乃至創(chuàng)造過程的集成化與智能化等而提出來的智能創(chuàng)造系統(tǒng)，也是為了解決各發(fā)達(dá)國家面臨的企業(yè)活動全球化、重復(fù)XXX增大、現(xiàn)場嫻熟技術(shù)工人不足和社會對產(chǎn)品的需求變化等因素而提倡的國際創(chuàng)造業(yè)的合作。

在迸行智能創(chuàng)造及其相關(guān)技術(shù)與系統(tǒng)的討論方面、首推XXX在1990年提議和提倡的日、美、歐之間建立的國際運(yùn)營XXX會、國際技術(shù)XXX會和附屬機(jī)構(gòu)IMS中。大有主宰將來創(chuàng)造技術(shù)的趨勢。

1991～1993年Barschdor汀和Monostori等應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANNS)到智能創(chuàng)造中舉行加工過程的建模、監(jiān)測、診斷、自適應(yīng)控制;通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)問表示和學(xué)習(xí)能力，縮短CIMS的反應(yīng)時光，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，使系統(tǒng)更牢靠。而Furukawa則對智能機(jī)器的設(shè)計程序及它在自動導(dǎo)引車中的應(yīng)用作了介紹。被稱為是二十一世紀(jì)的創(chuàng)造技術(shù)的智能創(chuàng)造系統(tǒng)，目前國內(nèi)外已相繼開展了國際聯(lián)合討論方案。

智能創(chuàng)造系統(tǒng)與當(dāng)前任何創(chuàng)造系統(tǒng)相比，在體系結(jié)構(gòu)上有著根本意義上的不同，詳細(xì)體現(xiàn)在:一是采納開放式系統(tǒng)設(shè)計策略。通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分享創(chuàng)造數(shù)據(jù)和創(chuàng)造學(xué)問，以保證系統(tǒng)質(zhì)量。這是將計算機(jī)界先進(jìn)的設(shè)計和開發(fā)思想融入到創(chuàng)造系統(tǒng)的結(jié)果，因而使創(chuàng)造系統(tǒng)向擬人化的方向進(jìn)一步進(jìn)展。

二是采納分布式多自主體智能系統(tǒng)設(shè)計策略，其基本思想是:給予創(chuàng)造系統(tǒng)中各組成部分或子系統(tǒng)一定的自主權(quán)，使其形成一個封閉的具有完整功能的自主體，這些自主體以網(wǎng)絡(luò)智能結(jié)點(diǎn)的形式聯(lián)接在通訊網(wǎng)絡(luò)上，各個智能結(jié)點(diǎn)在物理上是簇?fù)淼?，在?guī)律上是平等的。通過各結(jié)點(diǎn)的協(xié)同處理與合作，共同完成創(chuàng)造系統(tǒng)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)人與人的學(xué)問在創(chuàng)造中的核心地位。

此外，生物創(chuàng)造與仿生機(jī)械的科學(xué)與技術(shù)、生物自生長成形創(chuàng)造、綠群創(chuàng)造的科學(xué)與技術(shù)包括產(chǎn)品與人類和自然的協(xié)調(diào)理論，產(chǎn)品綠群工藝(如Near2ZeroWaste)等也極大地豐盛了智能創(chuàng)造的范疇，促進(jìn)了智能創(chuàng)造系統(tǒng)的進(jìn)展。

目前，我國一些高等院校也在舉行智能創(chuàng)造技術(shù)的討論，如南京航空航天高校機(jī)電學(xué)院朱劍英教授成立的智能創(chuàng)造科研組，一方面跟蹤國際智能創(chuàng)造的最新討論動態(tài)，另一方面從事智能創(chuàng)造關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)的預(yù)研工作，為地區(qū)及我國智能創(chuàng)造技術(shù)的進(jìn)展做出了一定貢獻(xiàn)。

圓滿的是，因?yàn)榉N種緣由，我國政府主管部門和有關(guān)大公司、廠家并無跡象表明對智能創(chuàng)造已引起足夠的重視，至今也未得到我國機(jī)械學(xué)科的普遍關(guān)注。信任隨著人們對智能創(chuàng)造系統(tǒng)熟悉的逐步深化，智能創(chuàng)造系統(tǒng)必將得以迅猛進(jìn)展，迎頭趕上世界先進(jìn)進(jìn)展水平。

九、智能創(chuàng)造系統(tǒng)討論成績及存在問題

目前對分布式創(chuàng)造系統(tǒng)的討論雖然還處于初期階段，但已在不同層次、不同側(cè)面上取得了大量令人振作的基礎(chǔ)理論討論成績和應(yīng)用成績，如創(chuàng)造Agent的個體目標(biāo)機(jī)制(如獎懲機(jī)制、市場機(jī)制、目標(biāo)函數(shù)等)等。這些討論成績奠定了MAS在創(chuàng)造控制中應(yīng)用的基礎(chǔ)。

但是，因?yàn)閯?chuàng)造Agent在信息、學(xué)問和控制上的徹低分布，每個Agent對環(huán)境、對囫圇問題求解活動及其他Agent的意圖惟獨(dú)部分的、不徹低的學(xué)問，并且擁有的學(xué)問可能相互不全都，各個Agent只能按照不完備的學(xué)問與不完整、不同步的信息做出局部決策。又因?yàn)猷駠飨到y(tǒng)缺乏類似中心控制的機(jī)制，因而囫圇系統(tǒng)的控制和決策往往不能達(dá)到最優(yōu)效果，而且不行避開地存在大量難以解決的決策矛盾(Conflict)和死鎖(Deadlock)。

因此，對分布式自治創(chuàng)造系統(tǒng)中異構(gòu)Agent間的互相合作以及全局協(xié)調(diào)機(jī)制的討論，是分布式自治創(chuàng)造系統(tǒng)最重要，也是最基本的問題，更是其走向有用所亟待解決的核心問題。

協(xié)調(diào)是指一組Agent完成一些集體活動時互相作用的性質(zhì)。在分布式創(chuàng)造系統(tǒng)中，全局協(xié)調(diào)和優(yōu)化是一個在多目標(biāo)動態(tài)約束下，各類活動和資源的最佳組合和排序的動態(tài)求取過程，它可以描述為兩個子問題，即局部調(diào)度決策和全局資源協(xié)調(diào)。

因?yàn)椤敖M合爆炸”現(xiàn)象的存在，當(dāng)前采納的普遍辦法是談判和投標(biāo)(NegotiationandBidding)。談判被定義為:在開放的、動態(tài)的創(chuàng)造控制環(huán)境下，擁有任務(wù)訂單的Agent(協(xié)調(diào)者)，及欲參加任務(wù)執(zhí)行的Agent(投標(biāo)者)之間傳遞各自的資源、愿望和能力信息，反復(fù)舉行商議，直到其中一個Agent或一組Agent被選出組成執(zhí)行該任務(wù)的隊列的過程。

在這個過程中浮現(xiàn)的矛盾和死鎖或者由協(xié)調(diào)者來解決，或者由矛盾中的Agent自行解決。為了加快談判過程，許多討論工作致力于改進(jìn)談判策略和開發(fā)支持商議的協(xié)議和語言，目前已提出了諸如一步談判、多步談判、合同網(wǎng)等多種談判策略和協(xié)議。

分析這種談判過程，可以看出:

(1)在當(dāng)前所采納的模型中，談判是基于對談判者的學(xué)問與能力、討價還價過程、收益計算，以及子系統(tǒng)的影響(或能力)的平衡的顯式表達(dá)，以可計算的迭代模型模擬社會或生物界的組織形式和進(jìn)化過程的協(xié)調(diào)和配合辦法;

(2)各個Agent總是將其他Agent的局部調(diào)度作為其預(yù)測信息，以計算其自己的局部調(diào)度決策。依次地，又將決策結(jié)果傳遞給其他Agent。宏觀上看，這是一個串行過程。當(dāng)一個Agent產(chǎn)生的結(jié)果不行接受時，又需要舉行反復(fù)通信和迭代。因而，各個Agent的內(nèi)部可以看作是一個局部閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，而矛盾則是其外部擾動;

(3)全局協(xié)調(diào)的目標(biāo)是要徹低消解矛盾，因而各Agent總是要利用最新的信息來處理矛盾。因此，談判實(shí)際上是一種外部合作機(jī)制。

這種辦法在一定程度上解決了開放環(huán)境中的Agent協(xié)調(diào)和配合的組合優(yōu)化問題，但是該辦法的一個固有缺陷是它只是對社會市場或生物界的組織形式和進(jìn)化過程的直覺仿照[1]，尚缺乏對其基本原理、機(jī)制和限制條件的深刻熟悉和理論上的證實(shí)，例如，在什么條件下談判的過程是收斂的、穩(wěn)定的。

如何得到期望的結(jié)構(gòu)或功能等。尤其當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大，而且Agent處于信息延續(xù)變化的高度紊亂的環(huán)境中(如因?yàn)槭袌龅难杆僮兓?，常常會有一些短期的、緊張的訂單需要準(zhǔn)時處理)時，有可能引起矛盾的傳揚(yáng)(即任何兩個實(shí)體間矛盾的解決會觸發(fā)其他矛盾的浮現(xiàn))。

這種特性類似于自催化過程，各個創(chuàng)造Agent間正向-反向交換局部解答的動態(tài)迭代過