《智能制造技術基礎》課件-第5章 智能制造系統

智能制造技術基礎第5章

智能制造系統本章要點5.1智能制造系統的定義及特征5.2智能制造系統體系架構5.3智能制造系統調度控制5.4智能制造系統供應鏈管理5.5智能管理與服務智能制造系統的定義及特征11智能制造系統的產生背景2智能制造系統的定義3智能制造系統的特征4智能制造系統研究的支撐技術5智能制造系統涉及的研究熱點5.1智能制造系統的定義及特征1、智能制造系統的產生背景智能制造系統概述圖

智能制造系統（IntelligentManufacturingSystem，簡稱IMS）的產生：（1）制造信息的爆炸性的增長，以及處理信息的工作量猛增，要求制造系統表現出更大的智能；（2）發(fā)展中國家專業(yè)人才的缺乏和專門知識的短缺嚴重制約了制造工業(yè)的發(fā)展，而發(fā)達國家由于制造企業(yè)向第三世界轉移同樣也造成本國技術力量的空虛；（3）多變的激烈的市場競爭要求制造企業(yè)在生產活動中表現出更高的敏捷性和智能化；（4）CIMS、ERP及PDM的實施和制造業(yè)全球化的發(fā)展，遇到的“自動化孤島”的聯接和全局優(yōu)化問題，各國，各地區(qū)的標準、數據和人機接口的統一問題的解決依賴于智能制造技術的發(fā)展。2、智能制造系統的定義5.1智能制造系統的定義及特征

智能制造系統的定義：在制造過程中，采用高度集成且柔性的方式，并利用計算機對人腦的分析、判斷、思考和決策等行為進行模擬，以實現對制造環(huán)境中部分腦力勞動的延伸或取代。智能制造系統由智能制造模式、智能生產和智能產品組成。智能產品可在產品生產和使用中展現出自我感知、診斷、適應和決策等一系列智能特征；智能生產是組成智能制造系統最為核心的內容，其是指產品設計、制造工藝和生產的智能化；智能制造模式是通過將智能技術和管理方法引入制造車間，以優(yōu)化生產資源配置、優(yōu)化調度生產任務與物流、精細化管理生產過程和實現智慧決策。加快推進智能制造，是實施中國制造2025的主攻方向，是落實工業(yè)化和信息化深度融合，打造制造強國的戰(zhàn)略舉措，工信部制定了《國家智能制造標準體系建設指南》。該指南重點研究了智能制造在兩個領域的幅度與界定：1、基于裝備的硬件智能制造，即智能制造技術。2、基于管理系統的軟件智能制造管理系統，即智能制造系統。3、智能制造系統的特征

5.1智能制造系統的定義及特征（1）自組織能力

自組織能力是指IMS中的各種智能設備，能夠按照工作任務的要求，自行集結成一種最合適的結構，并按照最優(yōu)的方式運行。（2）自律能力

IMS能根據周圍環(huán)境和自身作業(yè)狀況的信息進行監(jiān)測和處理，并根據處理結果自行調整控制策略，以采用最佳行動方案。（3）自學習和自維護能力IMS能以原有專家知識為基礎，在實踐中，不斷進行學習，完善系統知識庫，使知識庫趨向最優(yōu)。同時，還能對系統故障進行自我診斷、排除和修復。（4）整個制造環(huán)境的智能集成

IMS注重整個制造環(huán)境的智能集成，這是IMS與面向制造過程中的特定環(huán)節(jié)、特定問題的“智能化孤島”的根本區(qū)別。IMS涵蓋了產品的市場、開發(fā)，制造，服務與管理整個過程，并把它們集成為一個整體，實現整體的智能化。5.1智能制造系統的定義及特征4、智能制造系統研究的支撐技術(1)人工智能技術。IMS離不開人工智能技術(包括專家系統、人工神經網絡、模糊邏輯等)，IMS智能水平的提高依賴于人工智能技術的發(fā)展。(2)并行工程。并行工程作為一種重要的技術方法學應用于IMS中,將最大限度地減少產品設計的盲目性和設計的重復性。(3)虛擬制造技術。用虛擬制造技術在產品設計階段就模擬出該產品的整個生命周期，達到產品開發(fā)周期最短，產品成本最低，產品質量最優(yōu),生產效率最高的目的。虛擬制造技術應用于IMS為并行工程的實施提供了必要的保證。(4)信息網絡技術。信息網絡技術是制造過程的系統和各個環(huán)節(jié)“智能集成”化的支撐技術，也是制造信息及知識流動的通道。(5)人機一體化。IMS不單純是“人工智能”系統，而是人機一體化智能系統，是一種混合智能。人機一體化突出人在制造系統中的核心地位，同時在智能機器的配合下，更好地發(fā)揮出人的潛能。(6)自組織與超柔性。IMS中的各組成單元能夠依據工作任務的需要，自行組成一種最佳結構，使其柔性不僅表現在運行方式上，而且表現在結構形式上，所以稱這種柔性為超柔性，如同一群人類專家組成的群體，具有生物特征。5.1智能制造系統的定義及特征5、智能制造系統涉及的研究熱點(1)制造知識的結構及其表達，大型制造領城知識庫，適用于制造領域的形式語言、語義學。(2)計算智能在設計與制造領域中的應用，計算智能是一個門新興的與符號化人工智能相對應的人工智能技術，主要包括人工神經網絡、模糊邏輯、遺傳算法等方法。(3)制造信息模型(產品模型、資源模型、過程模型)。(4)特征分析、特征空間的數學結構。(5)智能設計、并行設計。(6)制造工程中的計量信息學。(7)具有自律能力的智能制造設備。(8)新的信息處理及網絡通信技術，如大數據、互聯網+、先進的通信設備、通信協議等。(9)推理、論證，預測及高級決策支持系統，面向加工車間的分布式決策支持系統。(10)生產過程的智能監(jiān)視、智能診斷、智能調度、智能規(guī)劃、仿真、控制與優(yōu)化等。(11)智能制造管理與服務體系的建設。智能制造系統體系架構21IMS的總體架構2IMS涉及的若干關鍵技術5.2智能制造系統體系架構1、

IMS的總體架構圖5-1智能制造系統架構主要從生命周期、系統層級和智能功能三個維度進行構建。生命周期由設計、生產、物流、銷售、服務等一系列相互聯系的價值創(chuàng)造活動組成的鏈式集合;系統層級自上而下分為協同層、企業(yè)層、車間層、單元層和設備層；智能功能則包括資源要素、系統集成、網絡互聯、信息融合和新興業(yè)態(tài)等五個層次。提取各類智能制造應用系統共性抽象特征，構建一個從上到下分別是協同層、管理層(含企業(yè)資源計劃(ERP)與產品全壽命周期管理(PLM))、制造執(zhí)行層、網絡層、感知層及現場設備層等構成的具有6個層次的智能制造系統系統層級的架構。（1）協同層：協同層的主要內容包括智能管理與服務、智能電商、企業(yè)門戶、銷售管理及供應商選擇與評價、決策投資。智能服務是利用賽博物理系統（Cyber-PhysicalSystem，CPS）全面地監(jiān)管產品的作用及維護，以保證客戶對產品的正常使用，通過產品運行數據分析改進產品的設計和制造。智能電商是根據客戶訂單的內容分析客戶的偏好，了解客戶的習慣，并根據大量訂單的商品信息及時補充商品的庫存，預測商品的市場供應趨勢，調控商品的營銷策略，開發(fā)新的與銷售商品有關聯的產品，將客戶訂購的產品通過智能電商與客戶及各協作企業(yè)交互溝通，將商務合同信息、產品技術要求及問題反饋給管理層的ERP系統處理。1、

IMS的總體架構（2）管理層：主要功能是實現智能制造系統資源的優(yōu)化管理，該層分為智能經營、智能設計與智能決策三部分。智能經營主要包括企業(yè)資源計劃（ERP）、供應鏈管理（SCM）、客戶關系管理（CRM）及人力資源管理等系統；智能設計則包括CAD/CAPP/CAM/CAE/PDM等工程設計系統、產品生命周期管理（PLM）、產品設計知識庫、工藝知識庫等；智能決策則包括商業(yè)智能、績效管理、其它知識庫及專家決策系統，它利用云計算、大數據等新一代信息技術能夠實現制造數據的分析及決策，并不斷優(yōu)化制造過程，實現感知、執(zhí)行、決策、反饋的閉環(huán)。為了實現產品的全生命周期管理，管理層的PLM必須與SCM系統、CRM系統及ERP系統進行集成與融合，在統一的PLM管理平臺下協同運作，實現產品設計、生產、物流、銷售、服務與管理過程的動態(tài)智能集成與優(yōu)化。ERP系統將客戶訂購定制的產品信息交由CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM系統、財務與成本控制系統、供應鏈管理（SCM）系統和客戶關系管理（CRM）系統進行產品研發(fā)、成本控制、物料供給的協同與配合，并維護與各合作企業(yè)、供應商及客戶的關系；產品研發(fā)制造工藝信息、物料清單（BOM）、加工工藝、車間作業(yè)計劃交由底層的制造執(zhí)行層的制造執(zhí)行系統（MES）執(zhí)行。該層獲取下層制造執(zhí)行層的制造信息進行績效管理，同時將高層的計劃傳遞給下層進行計劃分解與執(zhí)行。（3）制造執(zhí)行層：負責監(jiān)控制造過程的信息，并進行數據采集，將其反饋給上層ERP系統，經過大數據分析系統的數據清洗、抽取、挖掘、分析、評估、預測和優(yōu)化后，將優(yōu)化后的指令或信息發(fā)送至設備層精準執(zhí)行，從而實現ERP與其他系統層級系統的信息集成與融合。（4）網絡層：該層首先是一個設備之間互聯的物聯網。由于現場設備層及感知層設備眾多，通信協議也較多，用最新的無線通信標準（WIA-FA）、RFID的無線通信技術協議ZigBee，針對機器人制造的ROBBUS標準及CAN總線等。目前單一設備與上層的主機之間的通信問題已得到解決，而設備之間的互聯問題和互操作性問題尚沒有得到根本解決，最新的工業(yè)無線傳感器WIA-FA網絡技術，可實現智能制造過程中生產線的協同和重組，為各產業(yè)實現智能制造轉型提供理論和裝備支撐。（5）感知層：該層主要由RFID讀寫器、條碼掃描槍、各類速度、壓力、位移傳感器、測控儀等智能感知設備構成，用來識別及采集現場設備層的信息，并將設備層接入上層的網絡層。（6）現場設備層：該層由多個制造車間或制造場景的智能設備構成，如AGV智能小車、智能搬運機器人、貨架、緩存站、堆垛機器人、智能制造設備等，這些設備提供標準的對外讀寫接口，將設備自身的狀態(tài)通過感知層設備傳遞至網絡層，也可以將上層的指令通過感知層傳遞至設備進行操作控制。企業(yè)資源計劃ERP是IMS的中心，屬于智能經營范疇，處于制造企業(yè)的高層，它是美國GartnerGroup公司于20世紀90年代初提出的概念，在制造資源計劃（ManufacturingResourcePlanning，MRPII）的基礎上發(fā)展起來的，其目的是為制造業(yè)企業(yè)提供了銷售、生產、采購、財務及售后服務的整個供應鏈上物流、信息流、資金流、業(yè)務流的科學的管理模式。ERP系統的主要功能包括：銷售管理、采購管理、庫存管理、制造標準、主生產計劃（MasterProductionSchedule，MPS）、物料需求計劃（MaterialRequirementPlanning，MRP）、能力需求計劃（CapacityRequirementPlanning，CRP）、車間管理、及時生產管理（Just-In-Time，JIT）、質量管理、財務管理、成本管理、固定資產管理、人力資源管理、分銷資源管理、設備管理、工作流管理以及系統管理等，其核心是MRP。階段企業(yè)經營方要解決的問題管理軟件發(fā)展階段基礎理論第1階段20世紀60年代追求降低成本，手工訂貨發(fā)貨，生產缺貨頻繁確定訂貨時間和訂時段式貨數量時段式MRP系統庫存管理理論，主生產計劃，BOM,期量標準第2階段20世紀70年代計劃偏離實際，人工完成車間作業(yè)計劃保障計劃工作的有效實施和及時調整循環(huán)式MRP系統能力需求計劃、車間作業(yè)管理，計劃、實施、反饋與控制的循環(huán)第3階段20世紀80年代尋求競爭優(yōu)勢，各子系統缺乏聯系，矛盾重重實現管理系統一體化MRPⅡ系統系統集成技術、物資管理和決策模擬第4階段20世紀90年代尋求創(chuàng)新，要求適應市場環(huán)境的迅速變化在全社會范圍內利用切可利用的資源ERP系統供應鏈、混合型生產研究和事前控制第5階段20世紀90年代末到21世紀初尋求創(chuàng)新，要適應全球化市場環(huán)境的迅速變化在全球范用內利用切可利用的資源ERPⅡ系統商業(yè)智能、商業(yè)法規(guī)和高級生產計劃等ERP發(fā)展的歷程IMS系統架構主要系統之間的關聯關系圖在IMS中ERP不斷適應知識經濟的新的管理模式和管理方法。如敏捷制造、虛擬制造、精益生產、網絡化協同制造、云制造及智能制造等不斷融入ERP系統。以ERP為核心衍生出的供應鏈管理（SupplyChainManagement，SCM）、客戶關系管理（CustomerRelationshipManagement，CRM）、制造執(zhí)行系統（ManufacturingExecuttingSystem，MES）也較好的補充了新的需求，互聯網、物聯網、移動應用、大數據技術等在ERP系統中不斷加強。ERPII系統與其它系統的關系圖如今企業(yè)內部應用系統ERP與知識管理（KnowledgeManagement，KM）、辦公自動化（OfficeAutomation，OA）日益交互，以及成為密不可分的一個集成系統；產品數據管理（ProductDataManagement，PDM），先進制造技術（AdvancedManufacturingTechnology，AMT）與ERP的數據通信與集成度也不斷加強；供應鏈、CRM、企業(yè)信息門戶（EnterpriseInformationPortal，EIP）等處于內部信息與外部互聯網應用的結合處，使得面向互聯網應用（如電子商務、協同商務）與企業(yè)信息化日益集成構建了全面信息集成體系（EnterpriseApplicationIntegration，EAI），這些變化形成了ERPII系統。

（1）無線射頻技術（RFID）2、IMS涉及的若干關鍵技術5.2智能制造系統體系架構近年來，趨于成熟的RFID技術是一種非接觸式自動識別技術，它通過無線射頻信號自動識別制造車間中的移動對象，如物料、運輸小車、機器人等。RFID從其讀取方式、讀取范圍、信息儲量及工作環(huán)境等方面，可取代傳統的條形碼技術。RFID可實現動態(tài)快速、高效、安全的信息識別和存儲，其在制造業(yè)中應用較廣泛。無線射頻技術概述圖RFID射頻卡具有體積小、非接觸式、重復使用、復制仿造困難、安全性高、適應惡劣環(huán)境、多標簽同時識別讀寫、距離遠速度快等諸多優(yōu)點。一個基本的RFID系統由射頻卡（標簽）、射頻閱讀器、射頻天線及計算機通信設備等組成。其中射頻卡是一種含有全球唯一標識的標簽，標簽內含有無線天線和專用芯片。按供電方式分為有源標簽及無源標簽；按載波頻率分為低頻、中頻及高頻，其中低頻主要適合于車輛管理等，中頻主要應用于物流、智能貨架等，而高頻應用于供應鏈、生產線自動化、物料管理等；按標簽數據讀寫性可分為只讀卡及讀寫卡；射頻閱讀器也稱讀卡器，通過RS232等總線與通信模塊相連，其功能是提供與標簽進行數據傳輸的接口，對射頻卡進行讀寫操作，通過射頻天線完成與射頻卡的雙向通信。（2）智能機床5.2智能制造系統體系架構智能機床通過各類傳感器實時監(jiān)測制造的整個過程，在知識庫和專家系統的支持下，進行分析和決策，控制、修正在生產過程中出現的各類偏差。數控系統具有輔助編程、通信、人機對話、模擬刀具軌跡等功能。未來的智能機床都會成為工業(yè)互聯網上的一個終端，具有與信息物理系統CPS聯網的功能。對機床故障能進行遠程診斷，能為生產提供最優(yōu)化方案，并能實時計算出所用切削刀具、主軸、軸承和導軌的剩余壽命。2、IMS涉及的若干關鍵技術智能機床一般具有如下特征：（1）人機一體化特征智能機床首先是人機體化系統，它將人、計算機、機床有機地結合在一起。機器智能與人的智能將真正地集成在一起，互相融合，保證機床高效、優(yōu)質和低耗的運行。（2）感知能力智能機床與數控機床的主要區(qū)別在于智能機床具有各種感知的能力，通過力、溫度、振動、聲、能量、液、工件尺寸、機床部件位移、身份識別等傳感器采集信息，作為分析、決策及控制的依據。（3）知識庫和專家系統為了智能決策和控制，除了有關數控編程的知識庫、智能化數控加工系統及專家系統外，還要建立故障知識庫和分析專家系統、誤差智能補償專家系統、3D防碰撞控制算法、在線質量檢測與控制算法、工藝參數決策知識、加工過程數控代碼自動調整算法、振動檢測與控制算法、刀具智能檢測與使用算法以及加工過程能效監(jiān)測與節(jié)能運行等。（4）智能執(zhí)行能力在智能感知、知識庫和專家系統支持下進行智能決策。決策指令通過控制模塊確定合適的控制方法，產生的控制信息通過NC控制器作用于加工過程，以達到最優(yōu)控制，實現規(guī)定的加工任務。（5）具有接入CPS的能力智能機床要具備接入工業(yè)互聯網的能力，實現物物互聯。在CPS環(huán)境下實現機床的遠程監(jiān)測、故障診新、自修復、智能維修維護、機床運行狀態(tài)的評估等。同時具有和其他機床、物流系統組成柔性制造系統的能力。5.2智能制造系統體系架構智能機器人至少要具備以下3個要素：一是感覺要素，用來認識周圍環(huán)境狀態(tài);二是運動要素，對外界做出反應性動作:三是思考要素，根據感覺要素所得到的信息，思考采用什么樣的動作。（3）智能機器人2、IMS涉及的若干關鍵技術智能機器人與工業(yè)機器人的根本區(qū)別在于，智能機器人具有感知功能與識別、判斷及規(guī)劃功能。外部環(huán)境智能感知系統由一系列外部傳感器（包括視覺、聽覺、觸覺、接近覺和紅外、超聲及激光等）進行傳感信息處理、實現控制與操作的能力，如碰撞傳感器、遠紅外傳感器、光敏傳感器、麥克風、光電編碼器、超聲傳感器、連線測距紅外傳感器、溫度傳感器等。內部智能感知系統主要用來檢測機器人本身狀態(tài)的傳感器。包括實時監(jiān)測機器人各運動部件的各個坐標的位置、速度、加速度、壓力和軌跡等，監(jiān)測各個部件的受力、平衡、溫度等。多種類型的傳感器獲取的傳感信息必須進行綜合、融合處理，即傳感器融合。傳器的融合技術涉及神經網絡、知識工程、模糊理論等信息、檢測、控制領域的新理論和新方法。智能控制系統的任務是根據機器人的作業(yè)指令程序及從外部、內部傳感器反饋的信號，經過知識庫和專家系統去辨識、應用不同的算法，發(fā)出控制指令，支配機器人的執(zhí)行機構去完成規(guī)定的運動和決策。如何分析處理這些信息并做出正確的控制決策，需要專家系統的支持。專家系統解釋從傳感器采集的數據，推導出機器人狀態(tài)描述，從給定的狀態(tài)推導并預測可能出現的結果，通過運行狀態(tài)的評價，診斷出系統可能出現的故障。5.2智能制造系統體系架構（4）常用的網絡通信協議網絡通信協議概述圖在智能制造系統環(huán)境中，工業(yè)互聯網不可缺少，智能功能的網絡互聯幾乎應用于系統層級的各個層次中，它通過有線、無線等通信技術，實現設備之間、設備與控制系統之間、企業(yè)之間的互聯互通。在網絡層中，設備與設備的通信存在兩類協議：第一類協議是接入協議（也稱傳輸協議），負責子網內設備間的組網及通信，這類協議包括：ZigBee，WiFi，藍牙；第二類協議是通信協議，負責通過傳統互聯網與服務器、APP或設備進行交換數據，包括HTTP，MQTT，WebSocket、XMPP、COAP。2、IMS涉及的若干關鍵技術數字化制造車間生產控制系統的網絡拓撲結構圖數字化制造車間的生產控制系統主要由現場控制站、數據通信系統、人機接口單元、機柜及電源等組成，該控制系統具備開放的體系結構和多層開放數據接口，支持多種現場總線標準以適應未來的擴充需要。數字化制造車間采用分散控制系統，通信網絡承擔各種制造過程的控制變量、報警、報告等信息的傳遞，它具有一個完善的通信系統、分布式數據庫、控制單元及相互間的高度自治、透明、分散。智能制造系統調度控制31流水排序調度算法2基于分配律的生產車間調度優(yōu)化算法5.3智能制造系統調度控制智能制造系統的調度控制是一個基于狀態(tài)反饋的自動控制系統。智能制造系統涉及調度的場合一般都具備動態(tài)性、實時性、離散事件、具有強烈的隨機擾動性，因此調度控制問題一直沒有得到最優(yōu)的解決方案。對于一般性的調度控制問題已找到許多求可行解的方法。如基于排序理論的調度方法、基于規(guī)則的調度方法、基于離散事件系統仿真的調度方法、基于人工智能的調度方法等。5.3智能制造系統調度控制1、流水排序調度算法關于這類問題的排序調度算法有很多，但權威的算法是約翰遜算(Johnson算法)。雖然約翰遜算法只適應于機器數m=2的特殊情況，但是卻給很多新算法的提出奠定了基礎。

約翰遜算法專門用于解決以最大完工時間為目標的若干零件在兩臺機器上加工的排序問題。約翰遜算法問題描述如下:假設有n個零件，每個零件有兩道工序，分別在機器M1和M2上加工，且規(guī)定每個零件都先在M1上加工第一道工序，在M2上加工第二道工序。用約翰遜算法求解最優(yōu)調度的步驟如下:步驟1:在零件的所有工序中找加工時間最小的零件。步驟2:若加工時間最小的工序為零件的第一道工序,則將該零件安排在最前面加工；若加工時間最小的零件工序為第二道工序，則將該零件安排在最后加工。如果兩個零件的某道工序加工時間相同，則安排在前面還是后面均可。步驟3:將剩下的零件按照步驟1和步驟2繼續(xù)排序，直到所有零件排序完畢。5.3智能制造系統調度控制2、基于分配率的生產車間調度優(yōu)化算法問題描述:有一個零件和一個機器的集合，每個零件有若干道工序，每道工序都要在事先安排好的機器上加工，且加工過程中不允許中斷；每臺機器每次只能加工一道工序，同一道工序能在一臺機器上加工。調度的目標就是把每道工序分配給機器上的某個時間段，找到最短完工時間的調度。智能制造系統供應鏈管理41制造業(yè)供應鏈管理概念2智能供應鏈管理3多智能體在供應鏈中的應用5.4智能制造系統供應鏈管理1、制造業(yè)供應鏈管理概念制造業(yè)供應鏈是一種將供應商、制造商、分銷商、零售商、直至最終客戶連成一個整體的功能網鏈模式，使整個供應鏈系統成本達到最小，而將供應商、制造商、倉庫、配送中心和渠道商有效地組織在一起，共同進行產品制造、轉運、分銷及銷售的管理方法。供應鏈主要包括：（1）供應鏈的參與者：主要包括供應商、制造商、分銷商、零售商、最終客戶（消費者）（2）供應鏈的活動：原材料采購、運輸、加工在制品、裝配成品、銷售商品、進入客戶市場（3）供應鏈的四種流：物料流、信息流、資金流及商流。物料因在供應鏈上加工、運輸等活動而增值，給供應鏈上的全體成員都帶來了收益。5.4智能制造系統供應鏈管理

供應鏈具有以下主要特征：（1）動態(tài)性

供應鏈網鏈結構中的節(jié)點企業(yè)經常進行動態(tài)的調整（新加入、退出或調整層次），因而供應鏈具有明顯的動態(tài)特性。（2）復雜性

供應鏈上的節(jié)點往往由多個不同類型、不同層次的企業(yè)構成，因而結構比較復雜。（3）面向用戶性

供應鏈的形成、運作都是以用戶為中心而發(fā)生的。用戶的需求拉動是供應鏈中物流、資金流以及信息流流動的動力源。（4）跨地域性

供應鏈網鏈結構中的節(jié)點成員超越了空間的限制，在業(yè)務上緊密合作,在信息流和物流的推動下，可進一步擴展為全球供應鏈體系。（5）結構交叉性

某一節(jié)點企業(yè)可能分屬為多個不同供應鏈的成員，多個供應鏈形成交叉結構，這無疑增加了協調管理的復雜度。（6）借助于互聯網、物聯網、信息化等技術，供應鏈正向敏捷化、智能化方向快速發(fā)展。隨著新一輪科技革命和產業(yè)變革的到來，制造業(yè)供應鏈管理存在以下問題：（1）供應鏈管理水平低供應鏈上的節(jié)點企業(yè)普遍存在供應鏈管理粗放的問題，制訂的供應鏈計劃往往是一個靜態(tài)的、分散的、不連續(xù)的、按臺套的計劃，不能進行合理的通用件合并，投資重金開發(fā)的ERP系統只停留在供銷存和財務管理的層面，市場響應速度慢。CRM、供應商關系管理（SupplierRelationshipManagement,SRM）、電子商務的應用水平還很低。（2）采購計劃制訂不科學采購計劃沒有遵循物料需求計劃結果，導致庫存數據、消耗定額數據、在制品數據、采購在途量不準確、不及時。（3）缺乏物流管理很多企業(yè)只是使用了ERP中財務加供銷存模塊，物流管理無法為生產計劃、財務、成本提供準確及時的物流信息。（4）經營管理信息化、智能化水平低很多企業(yè)雖然應用信息化、智能化技術，但是受限于現有的管理模式和業(yè)務流程，“穿新鞋走老路”，管理變革不到位，實施的效果不佳。（5）不重視基礎數據的管理物料代碼、物料主數據、物料清單（BillofMaterial，BOM）、工藝路線、加工中心數據和工時定額不準確，嚴重影響供應鏈計劃、車間作業(yè)計劃、成本核算的準確性。（6）系統集成性差，開放利用不足多數企業(yè)的單個信息系統如CAD、設備管理系統、財務管理系統等應用較好，但系統之間的集成性較差，如產品設計系統與ERP、MES、CRM、SRM之間的集成度；ERP系統內部各個子系統之間、ERP系統與MES、CRM、SRM之間的集成度等。系統出現許多斷點，以及不必要的重復錄入數據，導致系統運行效率差、出錯率高。5.4智能制造系統供應鏈管理2、

智能供應鏈管理

針對制造業(yè)供應鏈的現狀及問題，企業(yè)必須建立供應鏈科學的管控體系及協同商務系統，并建立全價值鏈的集成平臺。智能供應鏈管理是一種以多種信息技術、人工智能為支撐的先進管理軟件和技術，它將先進的電子商務、數據挖掘、協同技術等緊密集成在一起，為企業(yè)產品策略性設計、資源的策略性獲取、合同的有效洽談以及產品內容的統一管理等提供了優(yōu)化、雙贏的解決方案。智能供應鏈與智能經營集成的總體框架智能供應鏈系統以客戶為中心，將供應鏈上的客戶、供應商、協作配套廠商、合作伙伴從戰(zhàn)略高度進行組織，使其共享利益、共擔風險、共享信息。實現SRM、ERP、CRM、PM的優(yōu)化和信息化。這些模塊包括供應鏈計劃管理、協同商務管理、庫存管理、采購管理、銷售管理、生產管理、分銷管理、財務成本管理、人力資源管理、設備管理、績效管理以及商業(yè)智能等。SRM目標是通過與供應商建立長期、緊密的業(yè)務關系，并通過對雙方資源和競爭優(yōu)勢的整合來共同開拓市場，擴大市場需求和份額，降低產品前期的高額成本，實現雙贏的企業(yè)管理模式。具體的功能包括供應商管理（包括供應商準入的管理、供應商評價管理、供應商退出管理）、招投標管理、采購管理、工程管理（包括物料管理、BOM管理、加工中心管理、工藝管理等）及電子商務采購等功能。供應鏈管理系統中最重要、應用最困難、成功率最低是供應鏈計劃與控制及協同商務。（1）供應鏈計劃與控制供應鏈的計劃與控制是供應鏈管理系統的核心，也是智能制造系統中智能經營分支的核心。它由客戶需求計劃、項目計劃、供應鏈網絡計劃、MPS、MRP、JIT、運輸計劃等構成適應不同生產類型要求的計劃控制體系。目的是在有限資源（庫存、在制、計劃政策、提前期、加工能力等）條件下，根據客戶的需求，對企業(yè)內外供應鏈上的成員（供應商、協作配套廠商、合作伙伴、企業(yè)內部上下工序車間之間）需求做出合理的安排，最大限度地縮短采購和生產周期，降低庫存和在制品資金的占用，提高生產效率，降低生產成本，準時供貨，快速響應客戶需求。供應鏈計劃隨著生產類型的不同而不同。制造業(yè)的生產類型分為離散型制造和流程制造兩類。離散型制造分為訂單生產、多品種小批量生產、大批量生產、大規(guī)模定制及再制造生產等五種方式。多品種小批量生產是當今制造業(yè)主要生產模式，適合使用ERP系統制訂供應鏈計劃，其它生產類型是在多品種小批量生產模式的基礎之上制訂供應鏈計劃的。多品種小批量生產模式的供應鏈計劃制訂流程圖產品協同商務集成原理（2）協同商務產品協同商務是建立在網絡化制造、基于互聯網基礎之上的網狀系統平臺，各個企業(yè)必須在核心企業(yè)或盟主的統一領導下，彼此協同合作才能完成機遇產品的開發(fā)。產品協同商務可以與ERP進行集成，各個合作企業(yè)的ERP系統的信息能夠提取至系統商務平臺中的協同數據庫中進行集成，從而實現協同企業(yè)高效交互，增強供應鏈的核心競爭力。產品協同商務具有如下的特點：（1）動態(tài)性?？紤]到合作企業(yè)的選擇、確定協作關系，在產品的全生命周期會調用不同的協作實體。（2）組織結構優(yōu)化。為實現資源的快速重組，要求合作體更具有靈活性、開放性和自主性的組織結構，一般采用扁平化的組織結構。（3）分散性。參與合作體的實體群在地理位置上是分散的，需要互聯網環(huán)境的支撐及數據交換標準的制訂。（4）協同性。協同關系反映在企業(yè)內部的協同、企業(yè)之間的協同以及企業(yè)與其它組織的協同。（5）競爭性。合作體成員之間既合作又競爭，此外合作體與其它合作體之間也存在群體之間的競爭，合作體內部也存在類似資源的競爭。（6）知識性。協同商務鏈是協同商務發(fā)展的方向，其特征具有知識流、物流、信息流、資金流，其中知識流可以與知識機構，如科研院所等進行協同，協同的內容包括知識的描述、知識的建模、知識的存儲、知識的使用及知識的優(yōu)化等。5.4智能制造系統供應鏈管理3、多智能體在供應鏈中的應用

隨著企業(yè)信息化和業(yè)務數字化應用的日益深入，特別是線上業(yè)務和網絡經營范圍的不斷擴大，信息的處理規(guī)模、關系網絡的復雜性以及供需的動態(tài)特征等因素已經成為供應鏈管理的難題。

多智能體（Multi-Agent，MA）技術具有分布性、自治性、移動性、智能性和自主學習性等優(yōu)點比較適用于跨越企業(yè)邊界的、處于復雜環(huán)境的供應鏈管理，進而滿足企業(yè)間可整合、可擴展的需求，集成供應鏈上各個節(jié)點企業(yè)的核心能力和價值創(chuàng)造能力。Agent結構類型Agent的結構由環(huán)境感知模塊、執(zhí)行模塊、信息處理模塊、決策與智能控制模塊以及知識庫和任務表組成。環(huán)境感知模塊、執(zhí)行模塊和通信模塊負責與系統環(huán)境和其他Agent進行交互；信息處理模塊負責對感知和接收到的信息進行初步地加工、處理和存儲；決策與智能控制模塊是賦予Agent智能的關鍵部件，它運用知識庫中的知識對信息處理模塊處理所得到的外部環(huán)境信息和其他Agent的通信信息進行進一步的分析、推理，為進一步的通信或從任務表中選擇適當的任務供執(zhí)行模塊執(zhí)行做出合理的決策。5.4智能制造系統供應鏈管理3、多智能體在供應鏈中的應用多智能體系統（Multi-AgentSystem，MAS）及其特征MAS是由多個相互聯系、相互作用的自治Agent組成的一個較為松散的多Agent聯盟目標。特征如下：（1）每個Agent都擁有解決問題的不完全的信息或能力；（2）每個Agent之間相互通信、相互學習、協同工作，構成一個多層次、多群體的協作結構，使整個系統的能力大大超過單個Agent；（3）MAS中各Agent成員自身目標和行為不受其他Agent成員的限制；（4）MAS中的計算是分布并行、異步處理的，因此性能較好；（5）MAS把復雜系統劃分成相對獨立的Agent子系統，通過Agent之間的合作與協作來完成對復雜問題的求解，簡化了系統的開發(fā)。5.4智能制造系統供應鏈管理3、多智能體在供應鏈中的應用多Agent供應鏈管理系統概述及構成多Agent供應鏈管理系統是在傳統的供應鏈管理系統里，嵌入多Agent技術、使企業(yè)主體的業(yè)務建模、量化分析、知識管理和決策支持等任務由Agent承擔，實現動態(tài)的合作體與信息共享。其核心策略是根據優(yōu)勢互補的原則建立多個企業(yè)的可重構、可重用的動態(tài)組織集成方式以支持供應鏈管理的智能化，并滿足顧客需求的多樣化與個性化。實現敏捷供應鏈管理智能集成體系。5.4智能制造系統供應鏈管理3、多智能體在供應鏈中的應用供應鏈管理系統中的供應商、制造單位、客戶、銷售和產品管理等均具備獨立的Agent的特征，因此制造企業(yè)的供應鏈網絡中的人、組織、設備間的合作交互、共同完成任務的各種話動可以描述為agent之間的自主作業(yè)活動。根據多Agent供應鏈各節(jié)點的功能，可將這些節(jié)點劃分為供應商Agent、采購Agent、原材料庫存Agent、生產計劃Agent、制造Agent、產品庫存Agent、訂單處理Agent、運輸Agent以及分銷商Agent等。多Agent供應鏈系統架構MAS供應鏈管理系統框架的組成包括以客戶為中心的Agent、以產品為中心的Agent、以供應商為中心的Agent、以物流為中心的Agent四個部分。以客戶為中心的Agent主要負責處理客戶信息管理；以產品為中心的Agent負責利用客戶信息分析客戶在什么時候需要何種產品；以供應商為中心的Agent負責為原材料和組件選擇更好的供應商；以物流為中心的Agent負責為制造商調度材料和產品。每個Agent在整個供應鏈中都獨立地承擔一個或多個職能，同時每個Agent都要協調自己與其他Agent的活動。5.4智能制造系統供應鏈管理3、多智能體在供應鏈中的應用MAS供應鏈管理系統的架構多Agent供應鏈管理系統的協同機制在一個具有動態(tài)性，交互性和分布性的供應鏈中，各合作體之間一般采用合同網協議實現?；诤贤W的協議是一種協同機制，供應鏈中各合作體使用它進行合作，完成任務的計劃、談判、生產、分配等。整個申請過程可以在互聯網平臺上完成。5.4智能制造系統供應鏈管理3、多智能體在供應鏈中的應用多Agent供應鏈的協同申請機制（圖中的數字(1)~(8)代表了供應鏈合作伙伴之間的通信順序）（1）生產商通過供應商Agent向所有潛在供應商機供外部訂單。（2）接收到外部訂單后，潛在供應商做出投標決策。（3）如果供應商決定投標，實施投標申請。（4）供應商投標是在供應商接口代理平臺上進行。（5）接收到投標申請之后，制造商將會通過供應商管理Agent對參與投標的供應商給出一個綜合的評估，根據評價結果選擇較合適的供應商。（6）生產商通過供應商接口的Agent宣布中標者，同時回復所有未中標的供應商。（7）中標供應商對收到的訂單實施生產（8）供應商將其生產的最終原料發(fā)送給生產商。智能管理與服務51智能服務系統2智能管理系統5.5智能管理與服務

在全球經濟一體化的今天，國際產業(yè)轉移和分工日益加劇，新一輪技術革命和產業(yè)革命正在興起，客戶對產品及服務的要求越來越高。中國已經是制造業(yè)大國，但仍不算是制造強國。因為制造業(yè)強國掌握著產品研發(fā)設計技術、工藝設計技術及核心零部件的制造技術并提供相應的服務，依靠強大的營銷網絡和服務體系，占領著價值鏈的高端。在這個全球化的價值鏈中，我國處于價值鏈的低端，位于價值鏈高端的制造業(yè)企業(yè)，其服務型收入已經遠遠產品的銷售收入。因此，要想實現制造業(yè)強國夢，提升制造業(yè)核心競爭力，必須從傳統的生產型制造向服務型制造轉型。要實現服務型制造，離不開互聯網及物聯網的支撐環(huán)境，離不開遠程監(jiān)控、及時服務、運行維護知識庫及專家系統的建設，需要提升產品智能化水平和智能管理水平。制造業(yè)服務化轉型的形式多樣，按照工信部《發(fā)展服務型制造專項行動指南》（工信部聯產業(yè)[2016]231號）文件的精神，體現在產品設計的增值服務、提高產品效能的增值服務、產品交易便捷化的增值服務以及產品集成的增值服務四種形式。產品設計的增值服務是提高附件價值、產品品牌價值的重要手段，內容包括產品功能設計、外觀設計、以消費者為中心的個性化定制設計服務、基于互聯網的協同設計等；提高產品效能的增值服務通過互聯網、物聯網的連接，實現遠程診斷服務、遠程在線服務，通過維修知識庫實現預防性維護，從而提升產品的效能、延長產品的服務周期，降低維修成本。產品交易便捷化的增值服務則包括智能供應鏈管理服務、產品協同商務服務、便捷的電子商務服務等，從而提高交易的效率，降低交易成本。產品集成的增值服務描述了從提供單機的服務向系統集成、交鑰匙工程轉型，按照用戶要求，提供設計、規(guī)劃、制造、施工、培訓、維護、運營一體化的集成服務和解決方案。5.5智能管理與服務1、智能服務系統在線智能服務系統的設計目標是在互聯網及物聯網的支撐下，將遠程終端設備通過感知設備進行物物互聯，并通過互聯網將客戶、服務提供商及供應商集成在一起，使用維修服務知識庫、數據庫和專家系統，構建在線服務體系，提供遠程監(jiān)測、診斷、在線、及時、周到的高質量服務。基于云計算平臺的在線智能服務系統的總體架構從下往上分為設備層、網絡層、企業(yè)信息系統層、在線云平臺層及應用層等五個部分設備層、網絡層及企業(yè)信息系統等三層屬于制造商內部的物聯網平臺制造商內部的各種設備首先經傳感器、RFID及嵌入式系統等感知設備獲取設備運行的數據，再通過內部的網絡層傳輸至企業(yè)內部的管理信息系統中，并經過云平臺篩選、提煉出有用的數據存儲到數據庫中。云平臺具有快速開發(fā)應用、計算資源共享、管理方便、降低初始投資、滿足不同的業(yè)務需求、降低風險等優(yōu)勢。5.5智能管理與服務2、智能管理系統

智能管理（IntelligentManagement,IM）是人工智能與管理科學、知識工程與系統工程、計算技術與通信技術、軟件工程與信息工程等多學科、多技術相互結合、相互滲透而產生的一門新技術、新學科。它研究如何提高計算機管理系統的智能水平及應用智能管理系統的設計理論、方法與實現技術。

智能管理是現代管理科學技術發(fā)展的新動向。智能管理系統是在管理信息系統（ManagementInformationSystem,MIS）、辦公自動化系統（OfficeAutomationSystem，OAS）、決策支持系統（DecisionSupportSystem,DSS）的功能集成、技術集成的基礎上，應用人工智能專家系統、知識工程、模式識別、人工神經網絡等方法和技術，進行智能化、集成化、協調化、設計和實現的新一代的計算機管理系統。智能管理正逐步在企業(yè)管理中發(fā)揮應有的作用，如制造企業(yè)車間級的制造生產管理系統、智能化產品設計系統、車間智能調度系統、智能物流管理系統、商務智能系統等。智能管理強調“人因素”和“人機協調”的高效整合和實現“人機協調”。智能化物料管理系統，是通過在生產現場布置專用設備，如LED生產看板、條碼采集器、PLC、傳感器、I/O、DCS、RFID、PC等，對從原材料上線到成品入庫的生產過程進行實時數據采集、控制和跟蹤的信息系統。通過控制包括物料、倉庫設備、人員、品質、工藝、流程指令和設備在內的所有工廠資源來提高制造競爭力，它提供了一種在統一平臺上集成工藝派工單、質量控制、NC代碼、智能調度、設備管理等功能的模式，從而實現企業(yè)實時化的信息系統。下面以智能倉儲物料管理系統為例，描述智能管理系統的實現過程。1、物料管理系統的功能描述智能倉儲物料管理主要表現在物料采購入庫、庫存管理、領料出庫等過程，傳統的出入庫管理由手工登記物料的出入庫信息，易出錯且效率低。智能倉儲物料管理將RFID技術應用于物料管理，能做到物料信息采集的及時性、準確性和可追溯性，根據物料管理的特點。（1）物料初始化：供應商或車間來料后，倉庫管理員根據物料檢驗結果使用發(fā)卡器對等待入庫的物料進行初始化，將卡編號與物料號對應信息記錄至物料表中，并將射頻卡附著在物料上。（2）入庫處理：物料入庫時，安裝在入口處的閱讀器讀取射頻卡中的物料號，并將入庫單號與卡進行綁定，將物料號、貨位號、數量等信息記錄至入庫明細表及庫存表中，物料狀態(tài)設為“入庫”，完成入庫過程。（3）出庫處理：物料出庫時，安裝在出口處的閱讀器讀取射頻卡中的物料號，并將出庫單號與卡進行綁定，將物料號、數量等信息記錄至出庫明細表，更新庫存表，物料狀態(tài)設為“出庫”，完成出庫過程。（4）庫存盤點：每隔一定時間，員工就會啟動安裝在倉庫各個貨架上RFID設備，對每個貨位實際物料進行清點，統計各物料實際數量，與庫中的庫存量進行比對，產生物料盤點表，為補貨及缺貨登記服務。（5）查詢與統計：按照查詢統計條件對入庫、出庫、庫存、盤點等信息進行查詢與統計，為制訂需求計劃服務。物料管理的功能描述如下：2、物料管理系統的數據庫分析與設計根據物料管理系統功能，確定員工、入庫單、入庫單明細、出庫單、出庫單明細、供應商、物料、庫存及貨架等9個實體，其中員工與入庫單、員工與出庫單、入庫單與入庫單明細、出庫單與出庫單明細、供應商與物料、貨架與庫存都是一對多的關系；而物料與庫存是一對一的關系。智能管理系統的實現過程3、智能物料的硬件架構設計根據RFID的工作原理及物料系統功能需求，設計一個典型的硬件組成架構。該系統自下向上分為設備層、感知層、通信層及服務層四層，各層的作用描述如下：（1）設備層。與物料管理有關的設備如物料、貨架等，射頻卡或標簽一般安裝或附在物料等識別對象上，隨識別對象移動而移動。（2）感知層。該層主要由RFID讀寫器、條碼掃描儀等智能感知設備構成，用來識別設備層的物料對象，將獲取的射頻信息傳送至通信模塊端。（3）通信層。該層主要由ZigBee通信主、副模塊構成。（4）服務層。該層主要由組成局域網的RFID控制器、數據庫服務器及智能物流管理系統若干終端構成。智能管理系統的實現過程4、智能物料系統的軟件架構設計該系統的軟件架構自下向上分為數據庫層、數據訪問層及用戶表示層三層，其中數據訪問層是系統的核心，用戶表示層是用戶與系統交互的人機界面。系統有14個模塊，其中物料識別模塊運行在RFID控制器上，其它模塊主要完成對相應數據表的增加、刪除、更改與查詢統計功能，運行在管理終端上。智能管理系統的實現過程5、相關關鍵技術描述由于物料系統涉及到射頻卡數據格式及讀寫方式等關鍵技術。射頻卡采用ISO18000-6C標準RFID認證協議，卡的安全性較好。根據協議規(guī)定將射頻卡存儲空間分為保留內存區(qū)、EPC存儲區(qū)、TID存儲區(qū)和用戶存儲區(qū)四種，其中TID區(qū)存儲卡的ID，是唯一不可更改的，用戶區(qū)存儲量較大（96位），用來存儲物料的相關數據，保留內存區(qū)存儲殺死口令和訪問口令，EPC區(qū)用來存儲自定義可改變的卡號，該卡號與用戶區(qū)存儲的信息對應。。智能管理系統的實現過程6、庫存盤點功能模塊的實現以庫存盤點模塊為例，描述盤點實現的過程，物料在庫存中按照物料ABC分類，存儲在不同的區(qū)間。盤點時采用手持或固定的RFID閱讀器讀取貨架上每個物料的庫存中的數量與實際盤點數量進行比對，消除差值，確保庫存的準確可靠。智能物流管理系統全部模塊采用C#與Or