機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)與應(yīng)用 課件 第3課 協(xié)作機(jī)器人

智能機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用“十四五”職業(yè)教育人工智能技術(shù)應(yīng)用專業(yè)系列教材第3課協(xié)作機(jī)器人231知識(shí)目標(biāo)（1）人與機(jī)器的協(xié)作知識(shí)。（2）協(xié)作機(jī)器人的定義與安全設(shè)計(jì)。（3）協(xié)作式專家系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。能力目標(biāo)（1）掌握專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)閱讀、思考與研究的能力。（2）參與團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)，提高組織活動(dòng)、參與活動(dòng)的能力。素質(zhì)目標(biāo)（1）熱愛學(xué)習(xí)，掌握學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)習(xí)能力。（2）熱愛讀書，善于分析，勤于思考，培養(yǎng)關(guān)心技術(shù)進(jìn)步的優(yōu)良品質(zhì)。（3）體驗(yàn)、積累和提高“大國(guó)工匠”的專業(yè)素質(zhì)。學(xué)習(xí)目標(biāo)

愿景

體驗(yàn)

創(chuàng)意

實(shí)踐重點(diǎn)難點(diǎn)（1）人與機(jī)器的協(xié)作。（2）協(xié)作機(jī)器人的定義。目錄人與機(jī)器的協(xié)作01協(xié)作機(jī)器人的定義02協(xié)作機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人03協(xié)作機(jī)器人安全設(shè)計(jì)04協(xié)作式專家系統(tǒng)05計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)06第3課協(xié)作機(jī)器人工業(yè)4.0有一個(gè)重要原則，就是在人機(jī)協(xié)作模式下，由人員控制并監(jiān)控生產(chǎn)，而機(jī)器人則負(fù)責(zé)辛苦的體力工作。兩者發(fā)揮各自的專長(zhǎng)。因此，人機(jī)協(xié)作給未來(lái)工廠中的工業(yè)生產(chǎn)和制造帶來(lái)了根本性的變革。人與機(jī)器的協(xié)作0101

人與機(jī)器的協(xié)作近年來(lái)，伴隨著市場(chǎng)需求日益加大和政策、資本的大力扶持，工業(yè)機(jī)器人已步入高速發(fā)展階段，各種機(jī)器人可以勝任越來(lái)越多的工作崗位，“機(jī)器換人”已在包括制造業(yè)、服務(wù)業(yè)等多行業(yè)展開。人類與機(jī)器人可以是一種互助共存的關(guān)系。機(jī)器人可以輔助人類去做一些繁復(fù)、深重的工作，人類可根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求調(diào)整機(jī)器人生產(chǎn)。協(xié)作

工業(yè)機(jī)器人是發(fā)展的新形態(tài)，人機(jī)協(xié)作是機(jī)器人

進(jìn)化的必然選擇，其特點(diǎn)是安全、易用、成本低，

普通工人可以像使用電器一樣操作它。

圖3-3各種機(jī)器人勝任越來(lái)越多的工作崗位工業(yè)機(jī)器人誕生工業(yè)創(chuàng)新和太空機(jī)器人01

工業(yè)機(jī)器人歷史家庭機(jī)器人和旅居者火星車射波刀和愛寶機(jī)器狗今天的機(jī)器人01

人與機(jī)器的協(xié)作3.1.1智能制造不同于自動(dòng)化隨著美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、日本等先進(jìn)國(guó)家制造業(yè)不斷加快向數(shù)字化、智能化時(shí)代發(fā)展，人工智能對(duì)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的影響也越來(lái)越大，智能制造已成為世界各國(guó)技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。我國(guó)將智能制造作為《中國(guó)制造2025》的主攻方向，其規(guī)劃指出，智能制造是未來(lái)制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢(shì)和核心內(nèi)容，也是解決我國(guó)制造業(yè)由大變強(qiáng)的根本路徑。但是，傳統(tǒng)的自動(dòng)化并不等于智能制造。01

人與機(jī)器的協(xié)作自動(dòng)化是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或生產(chǎn)、管理過(guò)程，在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)重復(fù)性的復(fù)現(xiàn)和執(zhí)行預(yù)期目標(biāo)的過(guò)程。而智能制造是面向產(chǎn)品全生命周期，實(shí)現(xiàn)泛在感知條件下的信息化制造。智能制造技術(shù)是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)智能化感知、人機(jī)交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程、制造過(guò)程和制造裝備智能化，是信息技術(shù)、智能技術(shù)與裝備制造技術(shù)的深度融合與集成；智能制造把制造自動(dòng)化的概念更新，并擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化（見圖3-5）。01

人與機(jī)器的協(xié)作圖3-5自動(dòng)化與智能制造01

人與機(jī)器的協(xié)作從制造業(yè)角度出發(fā)，過(guò)去的自動(dòng)化主要是針對(duì)批量生產(chǎn)，而在智能制造時(shí)代，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度快、批量小、個(gè)性化定制等，與大批量生產(chǎn)相比，生產(chǎn)組織高度復(fù)雜、質(zhì)量控制難度大增，人工物料成本顯著升高，這些相關(guān)的新問(wèn)題必須被迅速感知、及時(shí)處理。這時(shí)，智能制造的相關(guān)技術(shù)，如傳感技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、生產(chǎn)管理等與產(chǎn)品生產(chǎn)全生命周期相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)就成為了制造業(yè)變革創(chuàng)新的新希望。01

人與機(jī)器的協(xié)作另外，從技術(shù)上看，過(guò)去的自動(dòng)化產(chǎn)線上，人們一般試圖把生產(chǎn)的“邊界”盡量固定下來(lái)，通過(guò)抑制干擾來(lái)保證質(zhì)量、成本和效率；而在現(xiàn)在的智能制造生產(chǎn)線上，更強(qiáng)調(diào)出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)應(yīng)對(duì)這些干擾，因?yàn)闊o(wú)論如何，制造業(yè)都希望在生產(chǎn)制造上不必要的干擾盡量少、時(shí)間和資源的浪費(fèi)盡量少，只有這樣，制造商在生產(chǎn)管理上才能盡可能簡(jiǎn)單、盡可能高效。智能制造可以推動(dòng)創(chuàng)新主體的高效互動(dòng)、產(chǎn)品的快速迭代、模式的深

刻變革、用戶的組織參與，并激發(fā)全社會(huì)的活力、提

高創(chuàng)新資源、縮短技術(shù)商業(yè)化周期；同時(shí)智能制造也

是自動(dòng)化的延伸和發(fā)展。

圖3-6智能制造的生產(chǎn)線01

人與機(jī)器的協(xié)作智能制造與自動(dòng)化相對(duì)比，其中一個(gè)重要差別就是，信息的來(lái)源和協(xié)同的范圍擴(kuò)大了。在傳統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)中，對(duì)象往往是機(jī)器級(jí)別的，但是對(duì)于智能制造的理解，現(xiàn)在則是車間、工廠、企業(yè)、供應(yīng)鏈、乃至全球。目前的智能制造將重點(diǎn)放在智能制造技術(shù)及智能制造裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方面，而智能制造應(yīng)該將技術(shù)貫穿于產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的制造活動(dòng)全過(guò)程，不僅包括智能制造裝備，還應(yīng)該包括智能制造服務(wù)；制造業(yè)實(shí)現(xiàn)制造生產(chǎn)的智能化，不僅加快企業(yè)升級(jí)改革的互聯(lián)網(wǎng)道路，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠，同時(shí)還能結(jié)合現(xiàn)有的科技，不斷的應(yīng)用到企業(yè)

的生產(chǎn)制造中，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)制造，加強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。01

人與機(jī)器的協(xié)作3.1.2人機(jī)協(xié)作：工藝技術(shù)在人機(jī)協(xié)作模式中，機(jī)器人就是人的助手，輔助人去做勞累艱苦的工作，比如搬運(yùn)、上下料等大量重復(fù)性工作，而人機(jī)協(xié)同的一個(gè)很大的特點(diǎn)就是不隔開、無(wú)護(hù)欄。例如：庫(kù)卡（KUKA）LBRiiwa人機(jī)協(xié)作機(jī)器人使用智能控制技術(shù)、高性能傳感器和先進(jìn)的軟件技術(shù)，它可以協(xié)作生產(chǎn)，使以往困難的、手動(dòng)完成的作

業(yè)轉(zhuǎn)換成自動(dòng)化生產(chǎn)。在庫(kù)卡flexFellow等移動(dòng)式平臺(tái)的

幫助下，此款機(jī)器人可不受位置和任務(wù)的限制，

有其自發(fā)自動(dòng)化的特點(diǎn)，具有最大的靈活性，

可以作為生產(chǎn)負(fù)荷高峰和資源瓶頸時(shí)的助手，提

供最佳支持。圖3-7庫(kù)卡LBRiiwa人機(jī)協(xié)作機(jī)器人01

人與機(jī)器的協(xié)作協(xié)同機(jī)器人在3C行業(yè)（指結(jié)合電腦、通訊和消費(fèi)性電子三大科技產(chǎn)品整合應(yīng)用的資訊家電產(chǎn)業(yè)）中應(yīng)用非常廣泛。電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中涉及到焊接、裝配、打磨、檢測(cè)等復(fù)雜的工序過(guò)程，為了跟上產(chǎn)品更新的速度，又要保證產(chǎn)品的生產(chǎn)品質(zhì)，人機(jī)協(xié)作就成為當(dāng)前最理想的解決方案。在服務(wù)領(lǐng)域，協(xié)作機(jī)器人也講究人機(jī)協(xié)作，共同發(fā)展。例如在當(dāng)年九寨溝地震發(fā)生當(dāng)晚，第一篇關(guān)于九寨溝地震的新聞就出自中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)的一個(gè)寫稿機(jī)器人之手，僅耗時(shí)22秒就完成了500多字的稿件并發(fā)布。機(jī)器人撰寫的稿件是以廣泛數(shù)據(jù)作為支撐，而稿件的格式、語(yǔ)序等，都源自固定模版。目前騰訊、新華社、美聯(lián)社等國(guó)內(nèi)外媒體廣泛“聘用”寫稿機(jī)器人，仔細(xì)觀察它們平時(shí)發(fā)布的新聞，不難發(fā)現(xiàn)雖然產(chǎn)出數(shù)量較高，但是所發(fā)稿件多半是集中在財(cái)經(jīng)、體育、氣象、自然災(zāi)害等領(lǐng)域，而內(nèi)容多為對(duì)事件的簡(jiǎn)單描述，以及對(duì)事件涉及到的數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀呈現(xiàn)，起到傳遞信息并作簡(jiǎn)要分析的作用（見圖3-8）。01

人與機(jī)器的協(xié)作

圖3-8機(jī)器人撰寫稿件01

人與機(jī)器的協(xié)作隨著人工智能發(fā)展的日益成熟，機(jī)器人會(huì)越來(lái)越智能，會(huì)在多個(gè)領(lǐng)域中承擔(dān)更多的工作職責(zé)。人類與機(jī)器人將是一種相互依存關(guān)系，長(zhǎng)期的漸進(jìn)式過(guò)程。盡管在發(fā)展中還有許多挑戰(zhàn)，但人們相信人機(jī)協(xié)作會(huì)是大勢(shì)所趨。01

人與機(jī)器的協(xié)作3.1.3人類和機(jī)器協(xié)同工作通常我們認(rèn)為“智能”是個(gè)體的一種內(nèi)在特質(zhì)。人工智能的典型定義是一種對(duì)構(gòu)建擁有不同形式智能機(jī)器個(gè)體的追求，即使是那種已經(jīng)在人類身上測(cè)量了一個(gè)世紀(jì)以上的廣義智能。然而，就像麻省理工學(xué)院托馬斯·馬龍教授所說(shuō)的一樣，“幾乎人類做過(guò)的每件事，都不是由個(gè)人獨(dú)立完成的，而是由一群人，通過(guò)跨越時(shí)間和空間相互協(xié)作完成的”。馬龍教授是群體智能領(lǐng)域的前沿研究者，同時(shí)也對(duì)人工智能技術(shù)改造工人、工作地和社會(huì)的潛力有獨(dú)到的理解。智能制造的發(fā)展離不開機(jī)器人，發(fā)展智能機(jī)器人是打造智能制造裝備平臺(tái)、提升制

造過(guò)程自動(dòng)化和智能化水平的必經(jīng)之路。隨著科技的不斷進(jìn)步，特別是工業(yè)4.0時(shí)代

的到來(lái)，廣泛采用工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)線已成為世界制造業(yè)的核心裝備。01

人與機(jī)器的協(xié)作在智能制造時(shí)代，為了應(yīng)對(duì)消費(fèi)者日益增長(zhǎng)的定制化產(chǎn)品的需求，智能工廠需要在有限空間內(nèi)，充分利用現(xiàn)有資源，建設(shè)靈活、安全、可快速變化的智能生產(chǎn)線，為適應(yīng)新產(chǎn)品的生產(chǎn)，更換生產(chǎn)線，縮短產(chǎn)品制造時(shí)間，需要靈活快速的生產(chǎn)單元來(lái)滿足這些需求，并提高制造企業(yè)產(chǎn)能和效率，降低成本。因此，智能機(jī)器人會(huì)成為智能制造系統(tǒng)中最重要的硬件設(shè)備。某種意義上說(shuō)，智能機(jī)器人的全面升級(jí)，是新一輪工業(yè)革命的重要內(nèi)容。但在某些產(chǎn)品領(lǐng)域與生產(chǎn)線上，人力操作仍不可或缺，比如裝配高精度的零部件、對(duì)靈活性要求較高的密集勞動(dòng)等。在這些場(chǎng)

合人機(jī)協(xié)作機(jī)器人將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。01

人與機(jī)器的協(xié)作所謂的人機(jī)協(xié)作，就是由機(jī)器人從事精度與重復(fù)性高的作業(yè)流程，而工人在其輔助下進(jìn)行創(chuàng)意性工作。人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的使用，使企業(yè)的生產(chǎn)布線和配置獲得了更大的彈性空間，也提高了產(chǎn)品良品率。人機(jī)協(xié)作的方式可以是人與機(jī)器分工，也可以是人與機(jī)器一起工作。不僅如此，智能制造的發(fā)展要求人和機(jī)器的關(guān)系發(fā)生更大的改變。人和機(jī)器必須能夠相互理解、相互感知、相互幫助，才能夠在一個(gè)空間里緊密地協(xié)調(diào)，自然地交互并保障彼此安全（見圖3-9）。01

人與機(jī)器的協(xié)作

圖3-9人機(jī)協(xié)同的業(yè)務(wù)邏輯01

人與機(jī)器的協(xié)作3.1.4人機(jī)合作的四種方式人機(jī)合作有四種方式，比如作為人類所

使用的工具、作為人類的助手、搭檔或

者管理者等角色（見圖3-10）。圖3-10歐姆龍人機(jī)協(xié)作智能產(chǎn)線01

人與機(jī)器的協(xié)作（1）工具。最容易想到、也是人們談?wù)撟疃嗟模菣C(jī)器作為人類所使用的工具而存在。比如，當(dāng)你在寫Word文檔或Excel表格時(shí)，電腦只是在執(zhí)行你下達(dá)的指令，你也必須時(shí)刻關(guān)注它。作為工具存在時(shí)，機(jī)器同樣也只做你想讓它做的事。01

人與機(jī)器的協(xié)作（2）助手。機(jī)器作為人類的助手而存在。當(dāng)然，除了機(jī)器，我們也可以請(qǐng)人來(lái)作為自己的助手，但是機(jī)器正逐步取代這個(gè)角色。作為助手而存在時(shí)，機(jī)器有更高的自主性和能動(dòng)性來(lái)幫助你實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，而且可能知道一些你不知道的知識(shí)，從而讓你的目標(biāo)達(dá)成更高效。我們很多人都在做數(shù)據(jù)科學(xué)方面的事，預(yù)測(cè)未來(lái)20年可能發(fā)生什么。例如設(shè)計(jì)一個(gè)軟件構(gòu)建預(yù)測(cè)算法，來(lái)幫助保險(xiǎn)承保人更好地選擇和評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，或者幫助索賠理算員更好地處理保險(xiǎn)索賠。對(duì)于簡(jiǎn)單情況，只需要計(jì)算機(jī)就能完成任務(wù)；而對(duì)于復(fù)雜一點(diǎn)的案件，可能需要人類來(lái)消除一些歧義；這樣一來(lái)，人類就更加專注于需要背景、常識(shí)和判斷力的復(fù)雜案例。這就是一個(gè)很好的機(jī)器作為助手的例子。計(jì)算機(jī)實(shí)際上可以比人更好、更快地完成一些任務(wù)，同時(shí)成本也比人工成本更低。作為助手，機(jī)器在處理簡(jiǎn)單案件的時(shí)候可以更主動(dòng)，例如短信中的自動(dòng)更正功能。01

人與機(jī)器的協(xié)作（3）搭檔。機(jī)器作為人類的搭檔，我們?cè)诤芏鄨?chǎng)景中可以看到這方面的例子。例如訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)算法來(lái)預(yù)測(cè)足球聯(lián)賽的輸贏，然后讓計(jì)算機(jī)和人一起參與到預(yù)測(cè)過(guò)程中。（4）管理者。機(jī)器作為人類的管理者，這是最后一種可能性，人們可能會(huì)對(duì)此感到恐慌。但是如果你仔細(xì)想想就會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們已經(jīng)有了機(jī)器作為管理者的例子，而且在很多情況下，這似乎非常正常。例如過(guò)去是警察在繁忙的十字路口指揮交通。今天，紅綠燈就是這么做的，而我們對(duì)此并不感冒。將來(lái)很有可能我們會(huì)看到越來(lái)越多的機(jī)器來(lái)做這方面的事，比如使用算法來(lái)完成任務(wù)的排序，預(yù)測(cè)哪個(gè)人最適合做哪項(xiàng)任務(wù)等。01

人與機(jī)器的協(xié)作3.1.5人機(jī)協(xié)作群體智能廣義地說(shuō)，智能就是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的能力。于是可以定義，專業(yè)智能是指“在特定情況下實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)的能力”，而通用智能是指“在多種情況下實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)的能力”。這兩者之間的區(qū)別對(duì)于理解人工智能系統(tǒng)的能力至關(guān)重要。當(dāng)前，即使是最先進(jìn)的人工智能系統(tǒng)也只具有專業(yè)智能。比如IBM“沃森”程序雖然在游戲中戰(zhàn)勝了人類最好的玩家，但是卻連簡(jiǎn)單地三連棋都不會(huì)下，更不用說(shuō)象棋了。類似地，一輛自

動(dòng)駕駛汽車在交通擁擠的道路中可以表現(xiàn)良好，但是卻不會(huì)

把倉(cāng)庫(kù)中的一個(gè)東西拿下來(lái)放到盒子里。這就是專業(yè)智能，

其智能只表現(xiàn)在做某一方面的事情上。01

人與機(jī)器的協(xié)作當(dāng)然，在有些方面智能計(jì)算機(jī)的表現(xiàn)要比人類好。最近這些年來(lái)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，計(jì)算機(jī)在一些方面的模式識(shí)別表現(xiàn)得比人類更好，但這并不意味著計(jì)算機(jī)在任何方面都比人聰明。這只是說(shuō)，對(duì)于這種特殊的思維，電腦比人好得多。但還是有很多方面人比機(jī)器要好。群體智能是一種共享智能，是集結(jié)眾人的意見進(jìn)而轉(zhuǎn)化為決策的一種過(guò)程，用來(lái)對(duì)單一個(gè)體做出隨機(jī)性決策。對(duì)群體智能的研究實(shí)際上可以被認(rèn)為是一個(gè)屬于社會(huì)學(xué)、商業(yè)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、大眾傳媒和大眾行為的分支學(xué)科，研究從夸克（一種參與強(qiáng)相互作用的基本粒子，也是構(gòu)成物

質(zhì)的基本單元）層次到細(xì)菌、植物、動(dòng)物以及人類社會(huì)層次的群體行為的一個(gè)領(lǐng)

域。群體智能的四項(xiàng)原則是：開放、對(duì)等、共享和全體行動(dòng)。01

人與機(jī)器的協(xié)作群體智能的概念源于對(duì)自然界中一些社會(huì)性昆蟲，如螞蟻、蜜蜂等的群體行為的研究。單只螞蟻的智能并不高。不過(guò)幾只螞蟻湊到一起，就可以一起往蟻穴搬運(yùn)路上遇到的食物。如果是一群螞蟻，它們就能協(xié)同工作，建起堅(jiān)固、漂亮的巢穴，一起抵御危險(xiǎn)，撫養(yǎng)后代。在某群體中，若存在眾多無(wú)智能的個(gè)體，它們通過(guò)相互之間的簡(jiǎn)單合作所表現(xiàn)出來(lái)的群居性生物的智能行為是分布式控制的，具有自組織性，就被稱為群體智能。實(shí)現(xiàn)群體智能也可以是由人或機(jī)器組成的一個(gè)群體所顯現(xiàn)出來(lái)的某種能力，可以是一群機(jī)器、蜜蜂、螞蟻或者甚至是一

群細(xì)菌。可以把群體智能定義為大量個(gè)體以一種看起來(lái)智能的方式、協(xié)作性地運(yùn)作。協(xié)作機(jī)器人的定義0202

協(xié)作機(jī)器人的定義未來(lái)的智能工廠是人與機(jī)器和諧共處所締造的，這就要求機(jī)器人能夠與人一同協(xié)作，并與人類共同完成不同的任務(wù)。這既包括完成傳統(tǒng)的“人干不了的、人不想干的、人干不好的”任務(wù)，又包括能夠減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度、提高人類生存質(zhì)量的復(fù)雜任務(wù)。正因如此，人機(jī)協(xié)作可被看作新型工業(yè)機(jī)器人的必有屬性。02

協(xié)作機(jī)器人的定義協(xié)作機(jī)器人，顧名思義，就是機(jī)器人與人可以在生產(chǎn)線上協(xié)同作業(yè)，把機(jī)器人（精確）的重復(fù)性能和人類獨(dú)特的技巧與能力結(jié)合起來(lái)，人類擅長(zhǎng)解決不精確/模糊的問(wèn)題，而機(jī)器人則在精度、力量和耐久性上占優(yōu)。充分發(fā)揮機(jī)器人的效率及人類的智能。這種機(jī)器人不僅性價(jià)比高，而且安全方便，能夠極大地促進(jìn)制造企業(yè)的發(fā)展。作為一種新型的工業(yè)機(jī)器人，協(xié)作型機(jī)器人掃除了人機(jī)協(xié)作的障礙，讓機(jī)器人擺脫護(hù)欄或圍籠的束縛，其開創(chuàng)性的產(chǎn)品性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展開啟了新時(shí)代。協(xié)作機(jī)器人用來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)，提高安全性的措施，從本質(zhì)上

可以分為被動(dòng)和主動(dòng)兩種。被動(dòng)安全設(shè)計(jì)主要由機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，主

動(dòng)安全由控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，協(xié)作機(jī)器人的定義是：在共享空間中與人類互動(dòng)或在附近安全工作的機(jī)器人。

這與傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人相反，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人旨在通過(guò)與人的接觸隔離來(lái)確保安

全自主地工作。02

協(xié)作機(jī)器人的定義全球性行業(yè)協(xié)會(huì)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）定義了四種類型的協(xié)作制造應(yīng)用程序：（1）共存：人與機(jī)器人可以并排工作，但是沒有共享的工作空間。（2）順序協(xié)作：人和機(jī)器人共享工作空間的全部或一部分，但不能同時(shí)在零件或機(jī)器上工作。（3）合作：機(jī)器人和人類同時(shí)在同一零件或機(jī)器上工作，并且兩者都在運(yùn)動(dòng)中。（4）響應(yīng)式協(xié)作：機(jī)器人實(shí)時(shí)響應(yīng)工人的動(dòng)作。在如今協(xié)作機(jī)器人的大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中，協(xié)作機(jī)器人和人

類工人共享相同的空間，但獨(dú)立地或順序地完成任務(wù)（共

存或順序協(xié)作）。02

協(xié)作機(jī)器人的定義人機(jī)協(xié)作給未來(lái)工廠的工業(yè)生產(chǎn)和制造帶來(lái)了根本性的變革，具有決定性的重要優(yōu)勢(shì)：（1）生產(chǎn)過(guò)程中的靈活性最大。（2）承接以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化且不符合人體工學(xué)的手動(dòng)工序，減輕員工負(fù)擔(dān)。（3）降低受傷和感染危險(xiǎn)，例如使用專用的人機(jī)協(xié)作型夾持器。（4）高質(zhì)量完成可重復(fù)的流程，而無(wú)需根據(jù)類型或工件進(jìn)行投資。（5）采用內(nèi)置的傳感系統(tǒng)，提高生產(chǎn)率和設(shè)備復(fù)雜程度?；谌藱C(jī)協(xié)作的優(yōu)點(diǎn)，順應(yīng)市場(chǎng)需求，更加靈活的協(xié)作型機(jī)器人成為一種承擔(dān)組裝

和提取工作的可行性方案。它可以把人和機(jī)器人各自的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致，讓機(jī)器人

更好地和工人配合，能夠適應(yīng)更廣泛的工作挑戰(zhàn)。協(xié)作機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人0303

協(xié)作機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人協(xié)作機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人中的一個(gè)重要的細(xì)分類別，它的最大優(yōu)勢(shì)就是靈活性，但缺點(diǎn)也非常明顯，就是為了獲得控制力，協(xié)作機(jī)器人的運(yùn)行速度比較慢，一般只能達(dá)到傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的1/3到2/3。而且協(xié)作機(jī)器人重量都比較輕，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，整個(gè)機(jī)器人的剛性不足，所以協(xié)作機(jī)器人負(fù)載一般都是比傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人低，工作范圍只與人的手臂差不多。協(xié)作機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人的區(qū)別可以理解為：（1）未來(lái)理想中的高度自動(dòng)化確實(shí)不需要人；（2）短期內(nèi)人類還無(wú)法達(dá)到上述的“高度自動(dòng)化”；（3）協(xié)作機(jī)器人是一個(gè)過(guò)渡概念，通過(guò)結(jié)合人的靈活性和機(jī)器人的高速、高精度來(lái)提高生

產(chǎn)效率；（4）最終，所有的機(jī)器人都將具有人機(jī)協(xié)作的特性。03

協(xié)作機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，協(xié)作機(jī)器人是一種從設(shè)計(jì)之初就考慮降低傷害風(fēng)險(xiǎn)，可以安全的與人類進(jìn)行直接交互/接觸的機(jī)器人。而傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人在工作時(shí)，受限于技術(shù)和歷史原因，為了保證安全，需要采取某些措施把人類排除在工作區(qū)域之外，例如汽車廠的焊接，噴漆等工序完全不需要人的參與，因此用安全圍欄/光柵圍住即可。但是這樣的話，在很多需要人類介入的工作中就無(wú)法采用機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)較高程度的自動(dòng)化。03

協(xié)作機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人協(xié)作機(jī)器人與傳統(tǒng)機(jī)器人之間的不同，只是基于不同的設(shè)計(jì)理念生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，在協(xié)作機(jī)器人發(fā)展初期，很多都是從傳統(tǒng)機(jī)器人的基礎(chǔ)上改造的。比如，F(xiàn)ANUC的CR-35iA協(xié)作機(jī)器人是在傳統(tǒng)機(jī)器人M-20iA的基礎(chǔ)上，外面包裹一個(gè)

保護(hù)層發(fā)展而來(lái)，是目前世界上負(fù)載能力最大（35kg）

的協(xié)作機(jī)器人。

圖3-11CR-35iA協(xié)作機(jī)器人03

協(xié)作機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人再如，KUKA在2005年推出的SafeRobot，是在其KR3機(jī)器人的外面包裹了厚厚的一層墊子，以減少碰撞時(shí)的沖擊。

圖3-12SafeRobot協(xié)作機(jī)器人03

協(xié)作機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人隨著技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)規(guī)范的完善，協(xié)作機(jī)器人慢慢轉(zhuǎn)向了區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)器人的外形設(shè)計(jì)（目的是增大負(fù)載自重比，降低夾傷手指/身體的風(fēng)險(xiǎn)，降低碰撞傷害的風(fēng)險(xiǎn)等）。圖3-13各種各樣的協(xié)作機(jī)器人03

協(xié)作機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人協(xié)作機(jī)器人的主要特點(diǎn)有：（1）輕量化：使機(jī)器人更易于控制，提高安全性。（2）友好性：保證機(jī)器人的表面和關(guān)節(jié)是光滑且平整的，無(wú)尖銳的轉(zhuǎn)角或者易夾傷操作人員的縫隙。（3）感知能力：感知周圍的環(huán)境，并根據(jù)環(huán)境的變化改變自身的動(dòng)作行為。（4）人機(jī)協(xié)作：具有敏感的力反饋特性，當(dāng)達(dá)到已設(shè)定的力時(shí)會(huì)立即停止，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后可不需要安裝保護(hù)欄，使人和機(jī)器人能協(xié)同工作。（5）編程方便：對(duì)于一些普通操作者和非技術(shù)背景的人員來(lái)說(shuō)，都非常容易進(jìn)行編程與調(diào)試。03

協(xié)作機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人人類的生產(chǎn)經(jīng)歷了全手工勞動(dòng)，到半自動(dòng)、全自動(dòng)等生產(chǎn)模式，未來(lái)必將走進(jìn)人與機(jī)器人的協(xié)作時(shí)代，并且成為一種常態(tài)的工作模式。今天，可能只在生產(chǎn)線的上下料等上下游使用機(jī)器人，在裝配過(guò)程中，采用手工來(lái)裝配，配合輸送帶系統(tǒng)，追求單元的精益生產(chǎn)。未來(lái)，在生產(chǎn)線中，人與機(jī)器人將實(shí)現(xiàn)混合搭配，協(xié)作型機(jī)器人將使用多功能的爪鉗，采用引導(dǎo)式的高效編程，提高整個(gè)裝配系統(tǒng)成本競(jìng)爭(zhēng)力。多自由度運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)械手與人類一起工作，它們緊湊運(yùn)動(dòng)不擾亂工人工作。未來(lái)的協(xié)作機(jī)器人在人機(jī)的工作分配方面，將簡(jiǎn)單重復(fù)、勞動(dòng)強(qiáng)度大的勞動(dòng)留給機(jī)器

人，復(fù)雜的智力勞動(dòng)留給人類自己，協(xié)作機(jī)器人正在打破傳統(tǒng)機(jī)器人的桎梏，在追

求低價(jià)、高效、安全和生產(chǎn)多樣化的今天或?qū)⑵鹨粓?chǎng)制造業(yè)機(jī)器換人的風(fēng)暴。協(xié)作機(jī)器人安全設(shè)計(jì)0404

協(xié)作機(jī)器人安全設(shè)計(jì)協(xié)作機(jī)器人的主動(dòng)安全設(shè)計(jì)，即控制系統(tǒng)的安全完整性，是整個(gè)系統(tǒng)中的重要因素。安全性可以定量的由機(jī)器人控制系統(tǒng)的安全級(jí)別來(lái)確定，以SIL（安全完整性等級(jí)）為例。

圖3-14安全完整性等級(jí)04

協(xié)作機(jī)器人安全設(shè)計(jì)主流的機(jī)器人控制系統(tǒng)都可以達(dá)到SIL2以上的級(jí)別，部分可以達(dá)到SIL3。SIL2代表的含義是，對(duì)于經(jīng)常執(zhí)行的安全操作來(lái)講（頻率高于2次/小時(shí)），其在1個(gè)小時(shí)內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)失效的概率要小于10-6。比如說(shuō)，大家熟悉的急停按鈕就是機(jī)器人的安全相關(guān)部件，假設(shè)你沒事干1個(gè)小時(shí)拍2次，至少要連續(xù)拍56年才會(huì)出現(xiàn)一次拍了急停但機(jī)器人沒有停止的情況。但值得一提的是，機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人、末端執(zhí)行器、周圍配套的外部軸、機(jī)械設(shè)備等。正常工作中與人交互的，是包含機(jī)器人在內(nèi)的一整個(gè)系統(tǒng)，而協(xié)作機(jī)器人只是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)組

件，其他部分如果不考慮安全設(shè)計(jì)，那就不能稱之為人機(jī)

協(xié)作。04

協(xié)作機(jī)器人安全設(shè)計(jì)協(xié)作機(jī)器人適合的場(chǎng)景是要求人員介入的，大部分涉及到裝配/組裝。例如電子產(chǎn)品裝配中，機(jī)器人放置零件，操作人員負(fù)責(zé)組裝（見圖3-15）；或者汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配（見圖3-16）；或者醫(yī)療領(lǐng)域，進(jìn)行手術(shù)輔助（見圖3-17）。協(xié)作機(jī)器人的本質(zhì)是安全性，是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的必經(jīng)之路，也是終極目標(biāo)之一。圖3-15電子產(chǎn)品裝配04

協(xié)作機(jī)器人安全設(shè)計(jì)圖3-16汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配圖3-17醫(yī)療領(lǐng)域的手術(shù)輔助協(xié)作式專家系統(tǒng)0505

協(xié)同式專家系統(tǒng)當(dāng)前存在的大部分專家系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)等），在規(guī)定的專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，它是一個(gè)“專家”，但一旦超出特定的專業(yè)領(lǐng)域，專家系統(tǒng)就可能無(wú)法工作。協(xié)同式專家系統(tǒng)正是為了克服一般專家系統(tǒng)的局限性而逐漸發(fā)展起來(lái)的。20世紀(jì)80年代中葉，隨常識(shí)推理和模糊理論實(shí)用化及深層知識(shí)表示技術(shù)的成熟，專家系統(tǒng)開始向著多知識(shí)表示、多推理機(jī)的多層次綜合型轉(zhuǎn)化。協(xié)同式專家系統(tǒng)立足于糾正傳統(tǒng)專家系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題求解的簡(jiǎn)單化，開始追求深層解釋和推理，實(shí)現(xiàn)原則是技術(shù)互補(bǔ)，起始于單純的知識(shí)

表示和推理方法的結(jié)合，并逐漸發(fā)展到專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的

綜合。05

協(xié)同式專家系統(tǒng)該系統(tǒng)能綜合若干個(gè)相近領(lǐng)域或一個(gè)領(lǐng)域多個(gè)方面的分專家系統(tǒng)相互協(xié)同工作共同解決一個(gè)更廣泛的問(wèn)題。在研究復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，可將確定的總?cè)蝿?wù)分解成幾個(gè)分任務(wù)，分別由幾個(gè)專家系統(tǒng)米完成。各個(gè)專家系統(tǒng)發(fā)揮自身的特長(zhǎng)，解決一個(gè)問(wèn)題再進(jìn)行子系統(tǒng)的協(xié)同，確保專家系統(tǒng)的推理更加全面、準(zhǔn)確、可靠。協(xié)同式專家系統(tǒng)協(xié)同推理解題的過(guò)程可分為四個(gè)階段：?jiǎn)栴}劃分、子問(wèn)題的分配、核心子間題求解和推理結(jié)果的綜合。這四個(gè)階段是遞歸的，對(duì)于非核心子問(wèn)題需維續(xù)這一過(guò)程，而且可能

反復(fù)“遞歸-回潮”，直到問(wèn)題解決為止。05

協(xié)同式專家系統(tǒng)協(xié)同式專家系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，例如當(dāng)今的腫瘤疾病包括多種，如果針對(duì)每一種腫瘤開發(fā)一款專家系統(tǒng)，那么這樣的專家系統(tǒng)就只能輔助診斷一種癌癥：這顯然是人力與資源的浪費(fèi)。專家們開發(fā)出了“沃森醫(yī)生”及“十大常見惡性腫瘤診療專家系統(tǒng)”等協(xié)同式專家系統(tǒng)，可很好地輔助醫(yī)生們?cè)\斷出各種不同的癌癥，并給出相應(yīng)

的治療方案醫(yī)生與專家系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)等）相互協(xié)同，

不僅節(jié)約了醫(yī)生的時(shí)間與精力，而且極大地提高了診

斷的準(zhǔn)確率，取得了良好的效果。此外，協(xié)同式專家

系統(tǒng)也廣泛應(yīng)用在醫(yī)療診斷、天氣預(yù)報(bào)、化學(xué)工程、

金融決策、地質(zhì)勘探、語(yǔ)音識(shí)別、圖像處理等領(lǐng)域。

圖3-18協(xié)同式醫(yī)療專家系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)0606

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)在現(xiàn)代制造業(yè)中，人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)取得了很好的成效，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)正在迅速發(fā)展起來(lái)。圖3-19計(jì)算機(jī)集成制造06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）由美國(guó)學(xué)者約瑟夫·哈靈頓于1973年首次提出，指的是綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等，將企業(yè)生產(chǎn)全部過(guò)程中有關(guān)的人、機(jī)（計(jì)算機(jī)、生產(chǎn)及控制設(shè)備等）集成并優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜的大系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，人與機(jī)器配合工作，各司其職。人主要從事感知、推理、決策、創(chuàng)造等方面的工作；機(jī)器則在生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)施與控制方面發(fā)揮作用，或者從事由于生理或心理因素人們無(wú)法完成的工作。在最近的幾十年中，美國(guó)、西歐、日本、韓國(guó)及中國(guó)的多家化工、鋼鐵及機(jī)械制造等企業(yè)紛紛采用了計(jì)

算機(jī)集成制造系統(tǒng)。06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展而產(chǎn)生的。它是在信息技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)與制造的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)把分散在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程中各種孤立的自動(dòng)化子系統(tǒng)有機(jī)地集成起來(lái)，形成適用于多品種、小批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)整體效益的集成化和智能化制造系統(tǒng)。從體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS系統(tǒng)的分系統(tǒng)關(guān)聯(lián)來(lái)分，CIMS可分成集中性、分散性和混合型三種。06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)當(dāng)前，我國(guó)的計(jì)算機(jī)集成制造CIMS已經(jīng)發(fā)展為“現(xiàn)代集成制造（CIM）”與“現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（CIMS）”，在廣度與深度上拓展了原來(lái)CIM/CIMS的內(nèi)涵。其中，“現(xiàn)代”的含義是計(jì)算機(jī)化、信息化、智能化?！凹伞庇懈鼜V泛的內(nèi)容，包括信息集成、過(guò)程集成及企業(yè)間集成等三個(gè)階段的集成優(yōu)化；企業(yè)活動(dòng)中三要素及三流的集成優(yōu)化；CIMS有關(guān)技術(shù)的集成優(yōu)化及各類人員的集成優(yōu)化等。CIMS不僅僅把技術(shù)系統(tǒng)和經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)系統(tǒng)集成在一起，而且把人（人的思想、理念及智能小型計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）也集成在一起，使整個(gè)企業(yè)的工作流程、

物流和信息流都保持通暢和相互有機(jī)聯(lián)系，所以，CIMS是

人、經(jīng)營(yíng)和技術(shù)三者集成的產(chǎn)物。CIMS體系結(jié)構(gòu)CIMS技術(shù)構(gòu)成CIMS發(fā)展趨勢(shì)04

現(xiàn)代機(jī)器人06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)3.6.1CIMS體系結(jié)構(gòu)CIMS體系結(jié)構(gòu)是用來(lái)描述研究對(duì)象整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)部分和各個(gè)方面的相互關(guān)系和層次結(jié)構(gòu)，從大系統(tǒng)理論角度研究，將整個(gè)研究對(duì)象分為幾個(gè)子系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立自治、分布存在、并發(fā)運(yùn)行和驅(qū)動(dòng)等（見圖3-20）。我們可以從功能結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)來(lái)認(rèn)識(shí)CIMS體系結(jié)構(gòu)。從功能層方面分析，CIMS大致可以分為六層：生產(chǎn)/制造系統(tǒng)，硬事務(wù)處理系統(tǒng)，技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，軟事務(wù)處理系統(tǒng)，信息服務(wù)系統(tǒng)，決策管理系統(tǒng)。06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

圖3-20CIMS體系結(jié)構(gòu)06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)從生產(chǎn)工藝方面分，CIMS可大致分為離散型制造業(yè)、連續(xù)性制造業(yè)和混合型制造業(yè)三種；從體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS系統(tǒng)的分系統(tǒng)關(guān)聯(lián)來(lái)分，CIMS也可以分成集中性、分散性和混合型三種。06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)3.6.2CIMS技術(shù)構(gòu)成CIMS涉及到的技術(shù)包括多個(gè)方面。（1）先進(jìn)制造技術(shù)（AMT）。是傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸嵌入式計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)收機(jī)械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、管理、銷售、使用、服務(wù)的制造全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，并取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。（2）敏捷制造（AM）。是以競(jìng)爭(zhēng)力和信譽(yù)度為基礎(chǔ)，選擇合作者組成虛擬公司，

分工合作，為同一目標(biāo)共同努力來(lái)增強(qiáng)整體競(jìng)爭(zhēng)能力，對(duì)用戶需求作出快速反應(yīng)，

以滿足用戶的需要。06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（3）虛擬制造（VM）。利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)制造活動(dòng)中的人、物、信息及制造過(guò)程進(jìn)行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，在產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而達(dá)到產(chǎn)品一次性制造成功，來(lái)達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的目的。（4）并行工程（CE）。是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程（包括制造過(guò)程和支持過(guò)程）的系統(tǒng)方法。它要求產(chǎn)品開發(fā)人員在一開始就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成

到產(chǎn)品報(bào)廢的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶要求，并行工程的發(fā)

展為虛擬制造技術(shù)的誕生創(chuàng)造了條件，虛擬制造技術(shù)將是以并行工程為基礎(chǔ)的，

并行工程的進(jìn)一步發(fā)展就是虛擬制造技術(shù)。在探討現(xiàn)代集成制造技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之前，首先應(yīng)該了解一下，當(dāng)前現(xiàn)代制造

業(yè)和制造企業(yè)的特征，它們是推動(dòng)現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的內(nèi)存動(dòng)力。06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)3.6.3CIMS發(fā)展趨勢(shì)CIMS是企業(yè)管理運(yùn)作的一種手段，是一種戰(zhàn)略思想的應(yīng)用，其初期投資大，涉及面廣，資金回籠周期長(zhǎng)，短期內(nèi)很難見到效益，因此，在對(duì)CIMS作效益評(píng)價(jià)時(shí)不能單憑貨幣標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量其效益，要多方面綜合考慮其效益指標(biāo)。所謂綜合效益是指CIMS系統(tǒng)對(duì)企業(yè)和社會(huì)所能帶來(lái)的各種效益。06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（1）應(yīng)用CIMS提高了勞動(dòng)生產(chǎn)力為企業(yè)帶來(lái)的利潤(rùn)，為國(guó)家增加國(guó)民收入所做出的貢獻(xiàn)。（2）應(yīng)用CIMS提高了企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的應(yīng)變能力和抗風(fēng)險(xiǎn)能力，對(duì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略所做出的貢獻(xiàn)；提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步所作的貢獻(xiàn)。（3）為提高整個(gè)企業(yè)員工素質(zhì)和技術(shù)水平作的貢獻(xiàn)。（4）為節(jié)約自然資源所做出的貢獻(xiàn)。（5）通過(guò)應(yīng)用和推廣CIMS技術(shù)，為國(guó)家優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展新產(chǎn)業(yè)，提高造國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力所作的貢獻(xiàn)。06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)以信息技術(shù)的發(fā)展為支持，以滿足制造業(yè)市場(chǎng)需求和增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力為目的，現(xiàn)代集成制造技術(shù)未來(lái)將突出以下八個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)。（1）發(fā)展核心。未來(lái)世界，“數(shù)字化”將勢(shì)不可當(dāng)?！皵?shù)字化”不僅是“信息化”發(fā)展的核心，而且也是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的核心。信息的“數(shù)字化”處理同“模擬化”處理相比，有著3個(gè)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：信息精確，信息安全，信息容量大。數(shù)字化制造就是指制造領(lǐng)域的數(shù)字化，它是制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與管理科學(xué)

的交叉、融和、發(fā)展與應(yīng)用的結(jié)果，也是制造企業(yè)、制造系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)

系統(tǒng)不斷實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢(shì)。它包含了三大部分：以設(shè)計(jì)為中心的數(shù)字制造，

以控制為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造。06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)對(duì)制造設(shè)備而言，其控制參數(shù)均為數(shù)字化信號(hào)。對(duì)制造企業(yè)而言，各種信息（如圖形、數(shù)據(jù)、知識(shí)、技能等等）均以數(shù)字形式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，在企業(yè)內(nèi)傳遞，以便根據(jù)市場(chǎng)信息，迅速收集資料信息，在虛擬現(xiàn)實(shí)、快速原型、數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體等多種數(shù)字化技術(shù)的支持下，對(duì)產(chǎn)品信息、工藝信息與資源信息進(jìn)行分析、規(guī)劃與重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品功能的仿真，對(duì)加工過(guò)程與生產(chǎn)組織過(guò)程的仿真，或完成原型制造，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的快速重組與對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)，以滿足客戶化要求。對(duì)全球制造業(yè)而言，用戶借助網(wǎng)絡(luò)發(fā)布信息，各類企業(yè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)需求，應(yīng)用電子商務(wù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，迅速協(xié)同設(shè)計(jì)與制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。這樣，在數(shù)字制造環(huán)境下，在廣泛領(lǐng)域乃至跨地區(qū)、跨國(guó)界形成一個(gè)數(shù)字化組成的網(wǎng)，企業(yè)、車間、設(shè)備、員工、經(jīng)銷商乃至有關(guān)市場(chǎng)均可成為網(wǎng)上的一個(gè)“結(jié)點(diǎn)”，在研究、設(shè)計(jì)、制造、銷售、服務(wù)的過(guò)程中，彼此交互，圍繞產(chǎn)品所賦予的數(shù)字信息，成為驅(qū)動(dòng)制造業(yè)活動(dòng)的最活躍的因素。06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（2）發(fā)展關(guān)鍵。所謂“精密化”，一方面是指對(duì)產(chǎn)品、零件的精度要求越來(lái)越高，另一方面是指對(duì)產(chǎn)品、零件的加工精度要求越來(lái)越高?！熬笔侵讣庸ぞ燃捌浒l(fā)展，精密加工，細(xì)微加工，納米加工，如此等等。（3）發(fā)展焦點(diǎn)。“極”就是極端條件，就是指在極端條件下工作的或者有極端要求的產(chǎn)品，從而也是指這類產(chǎn)品的制造技術(shù)有“極”的要求。在高溫、高壓、高濕、強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)腐蝕等等條件下工作的，或有高硬度、大彈性等等要求的，或在幾何形體上極大、極小、極厚、

極薄、奇形怪狀的。顯然，這些產(chǎn)品都是科技前沿的產(chǎn)

品。其中之一就是“微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）”。可以說(shuō)，

“極”是前沿科技或前沿科技產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)焦點(diǎn)。06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（4）發(fā)展前提。這是所講的“自動(dòng)化”就是減輕人的勞動(dòng)，強(qiáng)化、延伸、取代人的有關(guān)勞動(dòng)的技術(shù)或手段。自動(dòng)化總是伴隨有關(guān)機(jī)械或工具來(lái)實(shí)現(xiàn)的。可以說(shuō)，機(jī)械是一切技術(shù)的載體，也是自動(dòng)化技術(shù)的載體?！白詣?dòng)化”從自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)辨識(shí)等發(fā)展到自學(xué)習(xí)、自組織、自維護(hù)、自修復(fù)等更高的自動(dòng)化水平；而且今天自動(dòng)控制的內(nèi)涵與水平已遠(yuǎn)非昔比，從控制理論、控制技術(shù)、控制系統(tǒng)、控制元件，都有著極大的發(fā)展。制造業(yè)發(fā)展的自動(dòng)化不但極大地解放了人的體力勞動(dòng)，而且更為關(guān)鍵的是有效地提高了腦力勞動(dòng)，解放了人的部分的腦力勞動(dòng)。因此，自動(dòng)化將是現(xiàn)代集成制造技術(shù)發(fā)展的前提條件。06

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（5）發(fā)展方法?！凹苫保皇?/p>