智能制造概論

智能制造概論

前言近年來，勞動力成本和原材料價格節(jié)節(jié)上升，制造業(yè)已向更低成本的國家轉(zhuǎn)移，金融危機之后，發(fā)達國家提出“再工業(yè)化”，要用人工智能、機器人以及數(shù)字化制造打敗中國制造業(yè)。如中國最大的制造商之一——臺灣富士康科技集團曾宣布，計劃在三年內(nèi)安裝一百萬臺機器人來取代目前由中國工人來做的工作。事實證明，隨著智能制造技術(shù)、先進制造技術(shù)的快速發(fā)展，制造業(yè)已開始向發(fā)達國家回流，中國制造業(yè)大國的地位經(jīng)受嚴重挑戰(zhàn)。競爭格局、制造技術(shù)、綠色發(fā)展、國家戰(zhàn)略都要求制造業(yè)必須走向智能制造之路。一、智能制造的提出制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)部門,是決定國家發(fā)展水平的最基本因素之一。從機械制造業(yè)發(fā)展的歷程來看,經(jīng)歷了由手工制作、泰勒化制造、高度自動化、柔性自動化和集成化制造、并行規(guī)劃設(shè)計制造等階段。單機數(shù)控制造50~60年代70年代后80年代80年代后世界性的柔性自動化計算機集成制造、智能制造CNC機床及由它們組成的自動化系統(tǒng)就制造自動化而言,大體上每十年上一個臺階。80年代以來,傳統(tǒng)制造技術(shù)得到了不同程度的發(fā)展,但存在著很多問題。先進的計算機技術(shù)和制造技術(shù)向產(chǎn)品、工藝和系統(tǒng)的設(shè)計人員和管理人員提出了新的挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的設(shè)計和管理方法不能有效地解決現(xiàn)代制造系統(tǒng)中所出現(xiàn)的問題,這就促使我們借助現(xiàn)代的工具和方法,利用各學(xué)科最新研究成果,通過集成傳統(tǒng)制造技術(shù)、計算機技術(shù)與科學(xué)以及人工智能等技術(shù),發(fā)展一種新型的制造技術(shù)與系統(tǒng)，這就是所謂的智能制造的雛形。二、智能制造的科學(xué)內(nèi)涵智能制造（IntelligentManufacturing，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造的基本原理：從智能制造系統(tǒng)的本質(zhì)特征出發(fā)，在分布式制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，根據(jù)分布式集成的基本思想，應(yīng)用分布式人工智能中多Agent系統(tǒng)的理論與方法實現(xiàn)制造單元的柔性智能化與基于網(wǎng)絡(luò)的制造系統(tǒng)柔性智能化集成。根據(jù)分布系統(tǒng)的同構(gòu)特征,在智能制造系統(tǒng)的一種局域?qū)崿F(xiàn)形式基礎(chǔ)上實際也反映了基于Internet的全球制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下智能制造系統(tǒng)的實現(xiàn)模式。智能制造淵于人工智能的研究。一般認為智能是知識和智力的總和，前者是智能的基礎(chǔ)，后者是指獲取和運用知識求解的能力。

智能制造將專家的知識和經(jīng)驗融入感知、決策、執(zhí)行等制造活動中，賦予產(chǎn)品制造在線學(xué)習和知識進化的能力，涉及到產(chǎn)品全生命周期中的設(shè)計、生產(chǎn)、管理和服務(wù)等制造活動。智能制造涵蓋的范圍智能制造智能制造系統(tǒng)智能制造裝備智能制造技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)品智能制造服務(wù)智能制造涵蓋的范圍很廣泛，包括智能制造技術(shù)、智能制造裝備、智能制造系統(tǒng)和智能制造服務(wù)等。三、智能制造主要研究目標和任務(wù)智能制造智能制造應(yīng)當包含智能制造技術(shù)(intelligentmanufacturingtechnology，IMT)和智能制造系統(tǒng)(intelligentmanufacturingsystem，IMS)。其主要研究開發(fā)目標有:①整個制造工作的全面智能化,它在實際制造系統(tǒng)中首次提出了以機器智能取代人的部分腦力勞動作為主要目標,強調(diào)整個企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程大范圍的自組織能力。②信息和制造智能的集成與共享,強調(diào)智能型的集成自動化。全球通訊與操作網(wǎng)多級競爭性控制網(wǎng)絡(luò)智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)制造智能處理技術(shù)柔性加工單元自組織機器人IMS的研究方向IMS的研究方向智能制造技術(shù)制造技術(shù)自動化技術(shù)信息管理系統(tǒng)工程與人工智能智能制造技術(shù)（IMT）IMT是制造技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術(shù)其具體表現(xiàn)為:智能設(shè)計、智能加工、機器人操作、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。它強調(diào)通過“智能設(shè)備”和“自治控制”來構(gòu)造新一代的智能制造系統(tǒng)模式。發(fā)展智能制造的主要任務(wù)包括:智能制造的基礎(chǔ)理論研究;功能安全與及安全認證體系研究;智能化設(shè)計與管理技術(shù);新一代網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(ＤＣＳ/ＰＬＣ);自動化成套生產(chǎn)線及工業(yè)機器人;傳感器等關(guān)鍵零部件及通用部件;智能儀器儀表及執(zhí)行機構(gòu);流程工業(yè)協(xié)同智能化制造技術(shù);離散制造過程柔性化、智能化制造技術(shù);重大工程示范應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)等10個方面?！旱谝籔PT』—WWW.1PPT.COM201520202030基本形成智能制造技術(shù)的理論與技術(shù)體系并奠定智能制造裝備產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)高端主要核心裝備基本實現(xiàn)自主的目標,研究智能制造技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)問題,攻克核心基礎(chǔ)零部件、核心控制技術(shù)、高可靠性及安全控制技術(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)以及智能化應(yīng)用軟件技術(shù)等核心關(guān)鍵技術(shù),研制一批制約我國高端裝備發(fā)展的核心系統(tǒng)及產(chǎn)品。我國智能制造發(fā)展戰(zhàn)略機械產(chǎn)品總體升級為智能一代，制造業(yè)主要領(lǐng)域?qū)⑷嫱菩兄悄苤圃炷Ｊ健旱谝籔PT』—WWW.1PPT.COM智能制造國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.我國智能制造發(fā)展現(xiàn)狀：取得了一批基礎(chǔ)研究成果和智能制造技術(shù)智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系初步形成國家對智能制造的扶持力度不斷加大我國對智能制造的研究開始于20世紀80年代末。在最初的研究中在智能制造技術(shù)方面取得了一些成果，而進入21世紀以來的十年當中智能制造在我國迅速發(fā)展，在許多重點項目方面取得成果，智能制造相關(guān)產(chǎn)業(yè)也初具規(guī)模。隨著信息技術(shù)與先進制造技術(shù)的高速發(fā)展，我國智能制造裝備的發(fā)展深度和廣度日益提升，一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能制造裝備實現(xiàn)突破。近年來，我國對智能制造的發(fā)展也越來越重視，越來越多的研究項目成立，研究資金也大幅增長。智能制造問題智能制造基礎(chǔ)理論和技術(shù)體系建設(shè)滯后智能制造中長期發(fā)展戰(zhàn)略缺失關(guān)鍵智能制造技術(shù)及核心基礎(chǔ)部件主要依賴進口高端制造裝備對外依存度高存在的問題近年來，我國智能制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，并取得了較為顯著的成效。然而，制約我國智能制造快速發(fā)展的突出矛盾和問題依然存在，主要表現(xiàn)在四個方面我國智能制造發(fā)展計劃：

最近，中國社科院發(fā)布的2014年藍皮報告指出，未來中國人口面貌老齡化轉(zhuǎn)型，人口紅利的消失導(dǎo)致勞動力的費用上升以及勞動力短缺問題，企業(yè)面臨產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。如何破解勞動力不足，勞動力工資高，實現(xiàn)制造企業(yè)生產(chǎn)人工智能化，這將為智能制造發(fā)展帶來新的機遇與挑戰(zhàn)。預(yù)計到2015年，僅智能制造裝備的產(chǎn)業(yè)銷售收入就超過1萬億元，年均增長率超過25%，2020年產(chǎn)業(yè)銷售收入將超過3萬億元。由此可見，智能制造是中國未來10年高速增長的新興產(chǎn)業(yè)之一，已呈崛起之勢；同時也是帶動其他新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大動力。2、國外發(fā)展現(xiàn)狀

美國：2011年6月，美國正式啟動包括工業(yè)機器人在內(nèi)的“先進制造伙伴計劃”，2012年2月又出臺“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”，提出通過加強研究和試驗稅收減免、擴大和優(yōu)化政府投資、建設(shè)“智能”制造技術(shù)平臺以加快智能制造的技術(shù)創(chuàng)新，2012年設(shè)立美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，并先后設(shè)立增材制造創(chuàng)新研究院和數(shù)字化制造與設(shè)計創(chuàng)新研究院

德國：通過政府、弗勞恩霍夫研究所和各州政府合作投資于數(shù)控機床、制造和工程自動化行業(yè)應(yīng)用制造研究。德國于2013年正式實施以智能制造為主體的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，鞏固其制造業(yè)領(lǐng)先地位。

日本：提出通過加快發(fā)展協(xié)同式機器人、無人化工廠提升制造業(yè)的國際競爭力。

歐盟啟動新的研發(fā)項目，選擇了多項核心技術(shù)，其中信息技術(shù)、分子生物學(xué)和先進制造技術(shù)中均突出了智能制造技術(shù)的地位。近年來，各國除了對智能制造基礎(chǔ)技術(shù)進行研究外，更多的是進行國際間的合作研究。智能制造發(fā)展趨勢3、全球智能制造發(fā)展趨勢：3D打印為代表的“數(shù)字化”制造技術(shù)嶄露頭角世界范圍內(nèi)智能制造國家戰(zhàn)略空前高漲“數(shù)字化”制造技術(shù)有可能改變未來產(chǎn)品的設(shè)計、銷售和交付用戶的方式，使大規(guī)模定制和簡單的設(shè)計成為可能，使制造業(yè)實現(xiàn)隨時、隨地、按不同需要進行生產(chǎn)，并徹底改變自“福特時代”以來的傳統(tǒng)制造業(yè)形態(tài)。3D打印技術(shù)呈現(xiàn)三個方面的發(fā)展趨勢：打印速度和效率將不斷提升;將開發(fā)出多樣化的3D打印材料;3D打印機價格大幅下降。先進制造技術(shù)的加速融合使得制造業(yè)的設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)各個環(huán)節(jié)日趨智能化，智能制造正引領(lǐng)新一輪的制造業(yè)革命，主要體現(xiàn)在以下四個方面：一是建模與仿真使產(chǎn)品設(shè)計日趨智能化;二是以工業(yè)機器人為代表的智能制造裝備在生產(chǎn)過程中應(yīng)用日趨廣泛;三是全球供應(yīng)鏈管理創(chuàng)新加速;四是智能服務(wù)業(yè)模式加速形成。智能制造技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用貫穿制造業(yè)全過程五、智能制造系統(tǒng)簡介智能制造系統(tǒng)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能以一種高度柔性與集成不高的方式，借助計算機模擬人類專家的智能活動進行分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等，從而取代或者延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動。同時，收集、存貯、完善、共享、集成和發(fā)展人類專家的智能.智能制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要類型以提高制造系統(tǒng)智能為目標"智能機器人、智能體等為手段的智能制造系統(tǒng)用生物問題的求解方法的生物智能制造系通過互聯(lián)網(wǎng)把企業(yè)的建模、加工、測量、機器人的操作一體化的智能制造系統(tǒng)

六、智能制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要類型目前較多采用的是基于Agent的分布式網(wǎng)絡(luò)化IMS的模型虛擬現(xiàn)實整個系統(tǒng)智能集成自律能力人機一體化智能系統(tǒng)自學(xué)習和自維護能力自組織能力七、智能制造系統(tǒng)的特征智能制造系統(tǒng)的特征八、智能制造系統(tǒng)的模式各種制造系統(tǒng)模式的總數(shù)可能超過100多種，其中比較重要的制造系統(tǒng)模式有:1)計算機輔助設(shè)計(CAD)/計算機輔助制造(CAM)/計算機輔助工程(CAE);2)成組技術(shù)(grouptechnology，GT);3)柔性制造系統(tǒng)(flexiblemanufacturingsystem，F(xiàn)MS);4)準時生產(chǎn)制(justintime，JIT);5)計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP);6)計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS);7)并行工程(concurrentengineering，CE);8)精益生產(chǎn)(leanproduction，LP);9)敏捷制造(agilemanufacturing，AM);10)虛擬現(xiàn)實制造(virtualrealitymanufacturing，VRM);11)增強現(xiàn)實制造(augmentedrealitymanufactur-ing，ARM);12)