智能制造管理 課件 第四章 智能制造基本原理

第四章智能制造基本原理1工廠物理學(xué)2透明制造3智能產(chǎn)品4智能物料5智能生產(chǎn)6智能服務(wù)第一節(jié)工廠物理學(xué)工廠物理學(xué)定義：工廠物理學(xué)（FactoryPhysics）是對制造系統(tǒng)基本行為的系統(tǒng)描述。意義：①識別改善目前系統(tǒng)的機會；②設(shè)計有效的新系統(tǒng)；③權(quán)衡不同領(lǐng)域的政策。工廠物理學(xué)生產(chǎn)排程Schedule往往譯作“排程”，也譯作“計劃”。在企業(yè)中，高層管理者希望能準時交貨、最小化在制品，縮短交貨期，以及最大化資源利用率。在現(xiàn)實生活中，這些目標相互沖突，存在此消彼長的關(guān)系。因此，計劃排程的目標就是在這些沖突的目標中達到一個利益最大化的平衡。工廠物理學(xué)2.運營管理中的人因人在制造系統(tǒng)中的作用是復(fù)雜的且具有多面性的，一個生產(chǎn)系統(tǒng)包含設(shè)備、邏輯，以及人是很重要的。就算是技術(shù)性很強的主題，例如排班，能力計劃，質(zhì)量控制，以及機器維護，都在基本的方式上包含了人。工廠物理學(xué)3.車間作業(yè)控制車間作業(yè)控制（ShopFloorControl，SFC）是計劃與部件的結(jié)合處，因此，它是生產(chǎn)計劃與控制體系的基礎(chǔ)。由于Sfc模塊處于執(zhí)行實時控制決策的位置，它也很自然地處于實時監(jiān)控這些類型的變化的位置。除了收集實時狀態(tài)的信息，SFC模塊也有益于收集、加工超出實時的與未來相關(guān)的信息。工廠物理學(xué)4.全面質(zhì)量管理全面質(zhì)量管理改變了原來質(zhì)量管理的觀念，引入了新的理念，即改變原來檢查最終產(chǎn)品或服務(wù)為監(jiān)控產(chǎn)品或服務(wù)全過程。TQM的出發(fā)點就是在第一時間預(yù)防產(chǎn)品質(zhì)量問題的發(fā)生。第二節(jié)透明制造透明制造1.透明工廠2.數(shù)字化工廠解決方案第三節(jié)智能產(chǎn)品智能產(chǎn)品1.智能產(chǎn)品的不同定義：Cena等認為智能產(chǎn)品是物理域和信息域的緊密結(jié)合，這使其具有特定的智能化特性。依靠物理域與信息域的迭代交互，智能產(chǎn)品實現(xiàn)了對用戶和環(huán)境的自適應(yīng)。Wong等將智能產(chǎn)品的自適應(yīng)特性歸結(jié)于其自身一套成熟的軟件智能體系統(tǒng)，該軟件系統(tǒng)可以根據(jù)智能產(chǎn)品其他模塊的輸入數(shù)據(jù)或使用環(huán)境的變化進行推理并做出反應(yīng)。Venta等認為智能產(chǎn)品應(yīng)該具有以下功能：持續(xù)監(jiān)控自身狀態(tài)和使用環(huán)境；對環(huán)境和操作條件做出反應(yīng)和適應(yīng)；在不同使用環(huán)境下保持最優(yōu)使用狀態(tài)；與用戶或環(huán)境及其他智能產(chǎn)品和系統(tǒng)進行交互。Mcfarlane等提出智能產(chǎn)品應(yīng)該具有以下特性：唯一標識符；能與環(huán)境進行有效交互；能夠保留或存儲自身相關(guān)信息；運用某種機器語言展現(xiàn)自身特性、生產(chǎn)要求等；能夠參與有關(guān)自身的決策。智能產(chǎn)品2.智能車間：智能化的車間中主要包括智能機床、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、通信技術(shù)、控制中心四大部分組成。其中主要的工作原理就是控制中心輸入命令通過網(wǎng)關(guān)的傳輸，

讓智能機床能夠進行好的工作，同時智能機床對自身的數(shù)據(jù)分析也可以通過網(wǎng)關(guān)傳輸給控制中心，使其工作的人員能夠?qū)ζ湓O(shè)備進行一定的分析。以此判斷設(shè)備的運行情況是否達到規(guī)范的要求標準，同時也可以對設(shè)備的安全性做出一定的檢測。3.智能機床：智能機床具備感知、推理、決策及學(xué)習(xí)能力。機床具有感知能力：就要求機床將裝備更多的傳感器，例如，溫度傳感器、振動傳感器、扭矩傳感器、聲控傳感器等，為智能機床推理、決策提供已知條件或感知條件的變化。機床具有推理、決策能力，就要求機床能夠根據(jù)現(xiàn)有條件得出正確的結(jié)果或根據(jù)現(xiàn)有條件的變化采取應(yīng)對措施，以保證結(jié)果的正確性。第四節(jié)智能物料智能物料生產(chǎn)物流及智能化發(fā)展：最初的人工物流是靠人工完成的，隨著工業(yè)革命的推進，采用機械設(shè)備進行物料輸送，再到自動化物流自動輸送、搬運和自動分揀，信息化將物流系統(tǒng)進行信息集成，現(xiàn)如今隨著新一代信息技術(shù)的影響，將人工智能集成到物流系統(tǒng)發(fā)展成為智能物流。智能化物流配送：智能物料配送系統(tǒng)是智能制造中的關(guān)鍵部分，利用RFID技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)等，使生產(chǎn)制造過程與物流運輸過程互聯(lián)，實現(xiàn)快速決策、智能調(diào)度、動態(tài)配送等生產(chǎn)物流過程。物料管理體系框架：①資源感知層；②網(wǎng)絡(luò)傳輸層；③信息集成層；④應(yīng)用層智能物料4.基于實時定位的智能物料配送系統(tǒng)：①實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；②三維數(shù)字化車間系統(tǒng)；③物料配送執(zhí)行系統(tǒng)；④企業(yè)內(nèi)部管理系統(tǒng)。5.智能倉庫：現(xiàn)代的智能倉庫主要是采用物流高層貨架、巷道式堆垛機、出入庫工作臺、AGV、智能管理控制系統(tǒng)和RFID等先進設(shè)備和技術(shù)，大大提高了倉庫管理的效率，簡化的操作流程，同時也提高了物流配送的效率。智能倉庫主要包括：①高層貨架。用于存儲貨物的鋼結(jié)構(gòu)。②托盤。用于承載貨物的器具。③巷道式堆垛機。用于自動存取貨物的設(shè)備。④輸送機系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要負責(zé)將貨物運送到堆垛機，或者是將貨物從堆垛機運送走。輸送機系統(tǒng)中的輸送機有很多種類，通常的使用的有鏈條輸送機，升降臺，分配車，提升機，皮帶機等。第五節(jié)智能生產(chǎn)智能生產(chǎn)智能裝備與控制系統(tǒng)：智能裝備與控制系統(tǒng)是智能生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)裝備，它由若干柔性制造系統(tǒng)FMS組成，具有以下特征：機器柔性、工藝柔性、生產(chǎn)能力柔性、維護柔性、擴展柔性、運行柔性。智能倉儲和物流系統(tǒng)：建設(shè)智能倉儲和物流配送系統(tǒng)是實現(xiàn)智能生產(chǎn)的重要組成部分。智能倉儲和物流系統(tǒng)由倉儲物流信息管理系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、物流設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)組成。智能制造執(zhí)行系統(tǒng)：MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著中間層的作用，在ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃指導(dǎo)下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實時數(shù)據(jù)，對短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程進行優(yōu)化。生產(chǎn)指揮系統(tǒng)以及智能生產(chǎn)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成：①與ERP系統(tǒng)的集成；②與研發(fā)設(shè)計系統(tǒng)的集成；③與智能服務(wù)系統(tǒng)的集成。第六節(jié)智能服務(wù)智能服務(wù)智能服務(wù)定義：Carstena把構(gòu)建智能服務(wù)的過程分為四個階段，即：內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施、外部基礎(chǔ)設(shè)施、連接物理平臺、服務(wù)平臺。因此，智能服務(wù)的實現(xiàn)不僅僅依賴智能互聯(lián)和數(shù)字化的設(shè)備、平臺或服務(wù)系統(tǒng)，也依賴智能化的服務(wù)供應(yīng)鏈對收集到的數(shù)據(jù)進行分析處理，并反饋至顧客及供應(yīng)商。Porter和Heppelmann認為所有智能、互聯(lián)的產(chǎn)品或系統(tǒng)都包含三個核心要素:物理部件(如機械和電子部件)、智能組件(傳感器、微處理器、數(shù)據(jù)存儲、控制、軟件、嵌入式操作系統(tǒng)和數(shù)字用戶界面)以及連接性組件(端口、天線、協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)品和產(chǎn)品云之間的通信等)。首先，通過智能組件(傳感器、微處理器等)的分析處理；其次，將結(jié)果通過連接性組件反饋給物理部件去執(zhí)行或呈現(xiàn)。在這個過程中，它更強調(diào)多平臺、多系統(tǒng)、多終端的協(xié)同化、一體化、數(shù)字化和信息化的管理。智能服務(wù)智能服務(wù)歷經(jīng)的階段：農(nóng)業(yè)經(jīng)濟時代：很少存在服務(wù)活動，在這一時期，主要依靠簡單的人力勞動來提供服務(wù)，例如傳統(tǒng)的酒樓、旅館、驛站等，工作效率低、成本高，智能化程度趨近于零。20世紀以后：隨著工業(yè)革命的興起以及機器設(shè)備的出現(xiàn)，人們開始使用機器取代人力，生產(chǎn)效率得到很大提高，逐漸產(chǎn)生半自動半人工的服務(wù)活動，智能化程度得到一定的提高。此時，交通運輸開始成為服務(wù)業(yè)的代表，并逐漸占據(jù)著主導(dǎo)地位。20世紀50年代：社會進入“服務(wù)經(jīng)濟時代”，計算機的普及使得各類服務(wù)活動變得更加方便和快捷，人工逐漸被取代，社會開始進入半智能化時代，智能化程度得到很大提高。金融、銀行、證券、保險等服務(wù)業(yè)也開始不斷涌現(xiàn)；21世紀的今天，新的服務(wù)形式和新的服務(wù)活動層出不窮，大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)使得人類社會從此邁入“智能服務(wù)經(jīng)濟時代”。智能服務(wù)智能服務(wù)歷經(jīng)的實現(xiàn)路徑：首先，應(yīng)建立以顧客需求為導(dǎo)向的服務(wù)意識與服務(wù)體系；其次，服務(wù)智能化的實現(xiàn)也依賴企業(yè)自身動態(tài)能力的強弱，感知能力越強有助于企業(yè)發(fā)現(xiàn)和捕捉市場機會，獲取最新的信息和最新的技術(shù)，對市場需求做出快速的