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最新智能制造系統(tǒng)的定義(五篇)

格式:DOC 上傳日期:2023-01-11 21:33:27
最新智能制造系統(tǒng)的定義(五篇)
時(shí)間:2023-01-11 21:33:27     小編:zdfb

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智能制造系統(tǒng)的定義篇一

馮劍龍 1043115257 摘要

本文評(píng)述了智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng),,指出了智能制造確系21世紀(jì)的制造技術(shù),分析了智能制造在發(fā)展中的問題,,提出我國(guó)智能制造的近期研究重點(diǎn)應(yīng)為其關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù),。

關(guān)鍵詞智能制造智能制造技術(shù)智能制造系統(tǒng)智能機(jī)器 集成化智能化 智能制造系統(tǒng)的研究背景與發(fā)展現(xiàn)狀

近來年,人們對(duì)制造過程的自動(dòng)化程度賦予了極大的研究熱情,,這是因?yàn)閺?870年到1980年間,,制造過程的效率提高了20倍,而生產(chǎn)管理效率只提高了1.8~2.2倍,,產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率只提高了1.2倍,。這表明體力勞動(dòng)通過采用自動(dòng)化技術(shù)得到了極大的解放,而腦力勞動(dòng)的自動(dòng)化程度(其實(shí)質(zhì)是決策自動(dòng)化程度)則很低,,制造過程中人的因素尚未得到充分的認(rèn)識(shí),,人尚未真正地從復(fù)雜的生產(chǎn)過程中解放出來,,各種問題求解的最終決策在很大程度上仍依賴于人的智慧。因而,,人類群體所面臨的眾多問題(包括社會(huì)問題,、生理問題等)在制造過程中都有所反映。面對(duì)批量小,、品種多,、質(zhì)量高、更新快的產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求以及各種社會(huì)因素的綜臺(tái)影響.制造過程的自動(dòng)化程度的提高面臨眾多問題,,譬如,;(1)專家人才的短缺和轉(zhuǎn)移致使一些專門技能不能及時(shí)或長(zhǎng)久地得到提供;(2)現(xiàn)代制造過程中信息量大而繁雜,,傳統(tǒng)的信息處理方式已不能滿足要求,,大量的信息資源需要開發(fā)與共享;(3)制造環(huán)境柔性要求更大,,決策過程更加復(fù)雜,,決策時(shí)問要求更短。各種跡象表明,,“我們正處在制造歷史上的一個(gè)危險(xiǎn)時(shí)期” 幸運(yùn)的是,,計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)科學(xué)以及其它高技術(shù)的發(fā)展,通過集成制造技術(shù),、人工智能等而發(fā)展起來的一種新型制造工程—— 智能制造技術(shù)(intelligent manufacturing technology,,imt)與智能制造系統(tǒng)(inteliigent manufacturingsystem,ims)使我們有可能走出這個(gè)危機(jī),,“帶來真正的第二次工業(yè)革命”,。這是因?yàn)椋圃爝^程所面臨的眾多問題的核心是“制造智能(nlanufacturing iteliigence)”和制造技術(shù)的“智能化(intellecturallzation),。imt是指在制造工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)以一種高度柔性與高度集成的方式,,通過計(jì)算機(jī)模擬人類專家的智能活動(dòng),進(jìn)行分析,、判斷,、推理、構(gòu)思和決策,,旨在取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng),;并對(duì)人類專家的制造智能進(jìn)行收集、存貯,、完善,、共享、繼承與發(fā)展,。未來工業(yè)生產(chǎn)的基本特征應(yīng)該是知識(shí)密集型.制造自動(dòng)化的根本是決策自動(dòng)化,。目前,,imt~ims的研究正迅速受到眾多國(guó)家的政府、工業(yè)界和科學(xué)家們的廣泛重視,,研究方向從最初的“人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用”發(fā)展到今天的ims,,研究課題涉及的范圍由最初僅一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì),、生產(chǎn)計(jì)劃,、制造加工、過程控制,、材料處理,、信息管理、設(shè)備維護(hù)等技術(shù)型環(huán)節(jié)的自動(dòng)化.發(fā)展到今天的面向世界范圍內(nèi)的整個(gè)制造環(huán)境的集成化與自組織能力+包括制造智能處理技術(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(jí)競(jìng)爭(zhēng)式控制網(wǎng)絡(luò),、全球通訊與操作網(wǎng)等??傊?,智能制造是21世紀(jì)的制造技術(shù),,作為其特征的雙i(integration& intelligence)將是21世紀(jì)制造業(yè)賴以行進(jìn)的基本軌道,。從更深刻的意義上講,智能制造是從信息時(shí)代走向智能時(shí)代面臨的第一個(gè)嚴(yán)重任務(wù),。存在的問題

總的說來,,目前ims的研究仍處在人工智能在制造領(lǐng)域中應(yīng)用的階段,研究課題涉及到市場(chǎng)分析,、產(chǎn)品設(shè)計(jì),、制造過程控制、材料處理,、信息管理,、設(shè)備維護(hù)等眾多方面,取得了豐碩的成果.開發(fā)了種類繁多的面向特定領(lǐng)域的專家系統(tǒng),、基于知識(shí)的系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng),,甚至智能加工工作站(imw),形成了一系列“智能化孤島”(islands of intelligence),。這中間包括cims研究中所取得的有關(guān)進(jìn)展然而,,隨著研究與應(yīng)用工作的深入,人們逐漸地認(rèn)識(shí)到自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高依賴制造系統(tǒng)的自組織能力,,研究工作還面臨著一系列理論,、技術(shù)和社會(huì)問題,,問題的核心是“智能化”。一般說來,,現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作為一個(gè)有機(jī)的整體要受技術(shù)(包括生產(chǎn)系統(tǒng)),、人(包括間接影響生產(chǎn)過程的社會(huì)群體)和經(jīng)濟(jì)(包括市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和社會(huì)競(jìng)爭(zhēng))-方面因素的制約。從技術(shù)的角度來看,,對(duì)于一個(gè)企業(yè)來說,,市場(chǎng)預(yù)測(cè)、生產(chǎn)決策,、產(chǎn)品設(shè)計(jì),、原料訂購(gòu)與處理、制造加工,、生產(chǎn)管理,、原料產(chǎn)品的儲(chǔ)運(yùn)、產(chǎn)品銷售,、研究與發(fā)展等環(huán)節(jié)彼此相互影響,,構(gòu)成產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。該過程的自動(dòng)化程度取決于各環(huán)節(jié)的集成自動(dòng)化(integrated automatlon)水平,,而生產(chǎn)系統(tǒng)的自組織能力取決于各環(huán)節(jié)的集成智能(inte—grated intelligence)水平,。目前,尚缺乏這種“集成”制造智能的技術(shù),,這也是目前“并行工程”的研究重點(diǎn),。由日本提出的國(guó)際合作研究計(jì)劃對(duì)ims的解釋可看出,ims的研究包括三個(gè)基本方面:智能活動(dòng),、智能機(jī)器和兩者的有機(jī)融合技術(shù),,其中智能活動(dòng)是問題的核心。在ims研究的眾多基礎(chǔ)技術(shù)中.制造智能處理技術(shù)(manufacturing in—telligence processing technology)是最為關(guān)鍵和追切需要研究的問題之一,,因?yàn)樗?fù)責(zé)各環(huán)節(jié)的制造智能的集成和生成智能機(jī)器的智能活動(dòng),。從人的因素方面來看,其一,,企業(yè)內(nèi)部負(fù)責(zé)各個(gè)環(huán)節(jié)的專家和技術(shù)人員有著各自不同的知識(shí)背景和解決問題的策略,,他們應(yīng)該“坐”在一起,通過相互之間充分的合作,、協(xié)商與理解,,“并行”地開睫制造過程中各環(huán)節(jié)的工作,把以后可能出現(xiàn)的“隱患”和“反復(fù)”降低到最低程度,。其二,,人們參與制造過程的智能行為和知識(shí)存在著多種層次水平、多種類型,。因而要采用多種表示方式,。其三,,參與制造過程的群體,,作為社會(huì)中的一子集,,受社會(huì)發(fā)展變更的影響,,這種影響都將對(duì)制造過程產(chǎn)生既有積極又有消極的作用 最后.人與人之間存在生活、語言,、社會(huì)背景等方面的差別,。總之,,人的因素對(duì)現(xiàn)代生產(chǎn)的自動(dòng)化程度有著關(guān)鍵作用,。事實(shí)證明,人的因素是ims中制造智能的重要來源,。從經(jīng)濟(jì)因素來看,,它包括三個(gè)方面:第一,ims系統(tǒng)的主要目標(biāo)之一是全面提高制造過程的生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益,,它將把制造過程自動(dòng)化的概念更新和拓寬到“集成化”和“智能化”的高度,,從而具有更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 但如何設(shè)定和評(píng)價(jià)ims的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和性能則是一個(gè)問題。第二,,目前,,在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家普遍存在著勞動(dòng)力昂貴,所占生產(chǎn)成本的比例越來越高的問題,。從當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)利益出發(fā),,大量的制造企業(yè)被轉(zhuǎn)移至發(fā)展中國(guó)家,致使生產(chǎn)技術(shù)和勞動(dòng)者因素等方面受到牽制,,存在喪失他們產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的危險(xiǎn)這也是智能制造國(guó)際合作研究計(jì)劃提出的重要原因之一,。方向與課題

根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)和國(guó)家的需要,,以及imt&ims研究與開發(fā)工作的特點(diǎn),,我們認(rèn)為近期的研究點(diǎn)應(yīng)該放在imt&ims的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)上,它主要包括以下內(nèi)容:

3.1 智能制造系統(tǒng)理論基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)技術(shù)ims的概念正式提出至今僅二三年時(shí)間,。作為制造工程中的一個(gè)全新的概念,,ims理論基礎(chǔ)與體系尚未完全形成.它的精確內(nèi)涵和設(shè)計(jì)技術(shù)亟待進(jìn)一步研究,具體研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括:

3.1.1 體系結(jié)構(gòu)與發(fā)展戰(zhàn)略 需要建立ims統(tǒng)一的概念體系,,研究ims的系統(tǒng)組成和發(fā)展方向以及跟蹤國(guó)際上該領(lǐng)域的研究前沿

3.1.2 開發(fā)環(huán)境與設(shè)計(jì)方法學(xué)ims的開發(fā)與設(shè)計(jì)方法將有別于現(xiàn)有任何制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,,因?yàn)閕ms是面向整個(gè)制造過程的系統(tǒng)和各個(gè)環(huán)節(jié)的“智能化”的 因此.有必要研究ims的設(shè)計(jì)策略和開發(fā)環(huán)境(包括開發(fā)語言、操作系統(tǒng),、開發(fā)工具等)必須強(qiáng)調(diào)ims設(shè)計(jì)過程的標(biāo)準(zhǔn)化,、模塊化和通用化。

3.1.3 評(píng)價(jià)技術(shù)研究制造過程中的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià),、生產(chǎn)評(píng)價(jià),、材料評(píng)價(jià),、管理評(píng)價(jià)、市場(chǎng)評(píng)價(jià),、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià),、報(bào)價(jià)評(píng)價(jià)和功能評(píng)價(jià)等問題。

3.2 制造智能理論及處理技術(shù)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作為一個(gè)有機(jī)整體不僅是指各制造環(huán)節(jié)之間存在的技術(shù)型聯(lián)系,,而且還表現(xiàn)在人類專家的制造智能的統(tǒng)一體特性方面。制造智能理論及處理技術(shù)就是要研究整個(gè)制造環(huán)境中的各種智能源的開發(fā),、描述,、集成、共享與處理,,最后生成智能機(jī)器的智能活動(dòng),,具體研究?jī)?nèi)容包括: 3.2.1 制造環(huán)境的描述與建模研究描述制造環(huán)境的一致性概念體系,、制造過程建模,,影響制造過程的多因素分析與不確定性處理。

3.2.2 制造智能處理技術(shù)重點(diǎn)研究制造智能源的開發(fā)與獲取,、制造智能的表示,、制造智能的集成與共享

3.2.3 智能活動(dòng)的生成與融合研究智能活動(dòng)的生成策略,,智能活動(dòng)的機(jī)器化技術(shù),。3.3 智能制造單元技術(shù)的集成近10年來,人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用研究取得較大進(jìn)展,,建立了一些智能制造單元技術(shù),。為了應(yīng)用于實(shí)際制造過程和面向21世紀(jì)制造工業(yè),這些單元技術(shù)除了需要進(jìn)一步完善與發(fā)展外,,更重要的是研究如何集成這些單元技術(shù)。

3.3.1 并行智能設(shè)計(jì)并行工程方法學(xué)這一概念是1986年由美國(guó)國(guó)防部定義,,并首先應(yīng)用于美國(guó)軍事武器系統(tǒng)開發(fā)計(jì)剞dos cals的,。.為了制造過程的設(shè)計(jì)階段能有效地模仿由來自各環(huán)節(jié)制造專家組成的專家組(expeit team)的智能行為,集成和共享各環(huán)節(jié)與各方面的制造智能,并行地開展產(chǎn)品環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作,,必須研究并行智能設(shè)計(jì)的支撐環(huán)境,、產(chǎn)品描述的統(tǒng)一模型、設(shè)計(jì)智能交互和并行智能設(shè)計(jì)方法學(xué),。

3.3.2 生產(chǎn)過程的智能調(diào)度,、規(guī)劃、仿真與優(yōu)化現(xiàn)代生產(chǎn)過程要面臨多信息源,、多因素,、多對(duì)象的及時(shí)處理問題,生產(chǎn)過程的調(diào)度與規(guī)劃中的智能決策問題的研究是迫在眉睫的,。仿真與優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和過程評(píng)估的有效途徑,。目前,更強(qiáng)調(diào)對(duì)設(shè)計(jì),、制造,、裝配、使用,、維修等過程的優(yōu)化與動(dòng)態(tài)仿真,。3.3 產(chǎn)品質(zhì)量信息的智能處理系統(tǒng)研究整個(gè)制造過程的“全質(zhì)量(total quality)模型和建立相應(yīng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù),研究質(zhì)量狀態(tài)的智能決策和質(zhì)量過程的智能控制.3.3.4 制造過程與系統(tǒng)的智能監(jiān)視,、診斷,、補(bǔ)償與控制研究面向在強(qiáng)干擾、多因素條件下監(jiān)視與診斷模型,,研究制造過程的動(dòng)態(tài)辨識(shí)與自適應(yīng)技術(shù),。

3.3.5 生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)管理的智能決策系統(tǒng)研究多因素、多目標(biāo)智能決策模型,,研究生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù),,研究產(chǎn)品市場(chǎng)評(píng)估與預(yù)測(cè)模型。

3.4 知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是制造過程的系統(tǒng)與各環(huán)節(jié)“集成智能化”的支撐,,在imt&ims研究中占有重要地位,。

3.4.1 分布式異構(gòu)聯(lián)想知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)研究知識(shí)庫(kù)異構(gòu)、知識(shí)庫(kù)分布式策略與維修,、知識(shí)庫(kù)聯(lián)想和分布數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),。

3.4.2 信息控制與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)研究ims中各種信息的交換接el、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),、系統(tǒng)操作控制策略,。

3.5 智能機(jī)器的設(shè)計(jì)智能機(jī)器是ims中模仿人類專家智能活動(dòng)的工具之一,是新一代的制造工具,,因而,,研究智能機(jī)器的設(shè)計(jì)方法及其相關(guān)技術(shù)將有劃時(shí)代的意義。

3.5.1 機(jī)器人智能技術(shù)智能機(jī)器人將在ims中占有重要的地位,主要體現(xiàn)在機(jī)器的視覺和機(jī)器^控制兩個(gè)方面,。有必要研究智能機(jī)器眼(視覺),、信息感知與智能傳感器、智能機(jī)器手(控制)和智能機(jī)器的自適應(yīng)定位與夾具設(shè)計(jì)等技術(shù),。

3.5.2 機(jī)器自學(xué)習(xí)與自維護(hù)技術(shù)研究智能機(jī)器的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型,,系統(tǒng)誤差的自動(dòng)恢復(fù)與維護(hù)技術(shù)。

3.5.3 智能制造單元機(jī)的設(shè)計(jì)與制造研究智能制造單元機(jī)的結(jié)構(gòu)組成與設(shè)計(jì)方法,、新型材料的應(yīng)用技術(shù),。

3.6 制造中人的因素ims的宗旨之一就是減輕人類制造專家的艱苦的腦力勞動(dòng)負(fù)擔(dān),因此.與腦力勞動(dòng)有密切聯(lián)系的制造中人的因素理應(yīng)受到充分的重視,,研究?jī)?nèi)容包括:

3.6.1 人一系統(tǒng)柔性交互技術(shù)研究人一系統(tǒng)柔性,、聯(lián)想、容錯(cuò)交互模型以及交互環(huán)境,。3 6.2 未來制造環(huán)境的設(shè)計(jì)研究人在未來制造環(huán)境中的地位和作用以及未來舒適,、友好的制造環(huán)境的設(shè)計(jì)。

3.6.3 人才培養(yǎng)與教學(xué)系統(tǒng)研究面向imt&ims的^才培養(yǎng)計(jì)劃.研制教學(xué)示范系統(tǒng),。

智能制造系統(tǒng)的定義篇二

智能制造系統(tǒng)

二,、智能制造的發(fā)展歷史 和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能 智 能 制 造 系 統(tǒng)(intelligent 系統(tǒng),它在制造過程中能進(jìn)行智能活動(dòng),,manufacture system,,ms)由部分或全部具 諸如分析、推理,、判斷,、構(gòu)思。和決策 有一定自主性和合作性的智能制造單元組 等,。通過人與智能機(jī)器的合作共事,,去 成的、在制造活動(dòng)全過程中表現(xiàn)出相當(dāng)智能 擴(kuò)大,、延伸和部分地取代人類專家在制 行為的制造系統(tǒng),。智能制造系統(tǒng)最主要的特 造過程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化 征是在工作過程中知識(shí)的獲取,、表達(dá)與使 的概念更新,,擴(kuò)展到柔性化、智能化和 用,。智能制造系統(tǒng)根據(jù)其知識(shí)來源的不同可 高度集成化,。分為兩種類型:(1)以專家系統(tǒng)為代表的非 毫無疑問,智能化是制造自動(dòng)化的 自主式的制造系統(tǒng),,其特點(diǎn)是系統(tǒng)的知識(shí)是 發(fā)展方向,。在制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)幾乎 根據(jù)人類的制造知識(shí)總結(jié)歸納而來,,系統(tǒng)知 都廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù),。專家系統(tǒng)技 識(shí)依賴于人工進(jìn)行擴(kuò)展,,因而有知識(shí)獲取瓶 術(shù)可以用于工程設(shè)計(jì),工藝過程設(shè)計(jì),,頸,、適應(yīng)性差、缺乏創(chuàng)新能力等缺陷,;(2)生產(chǎn)調(diào)度,,故障診斷等。也可以將神經(jīng) 建立在系統(tǒng)自學(xué)習(xí),、自進(jìn)化與自組織基礎(chǔ)上 網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)智 的自主型的智能制造系

統(tǒng),,其特點(diǎn)是系統(tǒng)的 能方法應(yīng)用于產(chǎn)品配方,生產(chǎn)調(diào)度等,,知識(shí)可以在使用過程中不斷自動(dòng)學(xué)習(xí),、完善 實(shí)現(xiàn)制造過程智能化。而人工智能技術(shù) 與進(jìn)化,,從而具有很強(qiáng)的適應(yīng)性以及開放式 尤其適合于解決特別復(fù)雜和不確定的問 的創(chuàng)新能力,。隨著以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法與 題,。但同樣顯然的是,,要在企業(yè)制造的 遺傳編程為代表的計(jì)算智能技術(shù)的發(fā)展,智 全過程中全部實(shí)現(xiàn)智能化,,如果不是完 能制造系統(tǒng)正逐步從非自主式的向具有自 全做不到的事情,,至少也是在遙遠(yuǎn)的將 學(xué)習(xí)、自進(jìn)化與自組織的具有持續(xù)發(fā)展能力 來,。有人甚至提出這樣的問題,,下個(gè)世

三、智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀

生 產(chǎn) 線和 生 產(chǎn) 設(shè) 備 內(nèi) 部的 信 息 流量增 加,,制 造過 程 和 管 理 工 作的 信 息 量也必 然 劇 增,,因 而 促 使 制 造 技術(shù) 發(fā) 展 的熱點(diǎn) 與 前 沿,轉(zhuǎn) 向 了 提 高 制 造系 統(tǒng) 對(duì) 于爆炸 性 增 長(zhǎng) 的制 造 信息處理的能力,、效率及規(guī)模上,。目前,先 進(jìn) 的 制 造設(shè) 備 離 開了信 息 的 輸 入就 無 法運(yùn)轉(zhuǎn),,柔性制造系統(tǒng)(fms)一旦被切 斷 信 息 來 源就 會(huì) 立 刻停止 工 作,。專家 認(rèn) 為,制 造 系統(tǒng) 正 在 由原先 的 能 量 驅(qū)動(dòng) 型 轉(zhuǎn) 變 為 信 息驅(qū) 動(dòng) 型,,這就 要 求 制 造系 統(tǒng) 不但要具備柔性,,而且還要表現(xiàn)出智能,,否 則 是 難 以處 理 如 此大量 而 復(fù) 雜 的信 息 工 作 量 的。其 次,,瞬息萬 變 的 市 場(chǎng)需 求 和 激 烈 競(jìng) 爭(zhēng)的 復(fù) 雜 環(huán)境,,也 要 求 制造 系 統(tǒng) 表 現(xiàn) 出 更高 的 靈 活、敏 捷 和 智 能,。因 此,,智能制造越來越受到高度的重視。因此,,它是制造技術(shù)發(fā)展,,特別是 制 造 信 息 技術(shù) 發(fā) 展 的必然,是 自 動(dòng)化 和 集成技術(shù)向縱深發(fā)展的結(jié)果

四,、智能制造的優(yōu)缺點(diǎn) 智能制造系統(tǒng)(intelligent manufacturing system---ims)是一種 由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī) 一體化系統(tǒng),,它突出了在制造諸環(huán)節(jié)中,以一種高度柔性與集成的方式,,借助計(jì) 算機(jī)模擬的人類專家的智能活動(dòng),,進(jìn)行 分析、判斷,、推理,、構(gòu)思和決策,取代

智 能 技 術(shù) ,;從 系 統(tǒng) 活 動(dòng) 角 度,,神 經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)技 術(shù) 在 系 統(tǒng)控 制 中 已 開 始 應(yīng)用,同 時(shí)應(yīng)用 分 布 技 術(shù)和 多 元 代 理 技 術(shù),、全 能 技術(shù),,并 采 用 開放 式 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu),使 系 統(tǒng) 活動(dòng)并 行,,解 決系 統(tǒng) 集成,。智能制造的未來發(fā)展趨勢(shì) 五﹑智能制造的未來發(fā)展趨勢(shì)

1、人工智能技術(shù),。因?yàn)?ims 的目標(biāo) 單是“人工智能系統(tǒng),,而且是人機(jī)一體 是計(jì)算機(jī)模擬制造業(yè)人類專家的智能活 化智能系統(tǒng),是一種混合智能,。想以人 動(dòng),,從而取代或延伸人的部分腦力勞動(dòng),工智能全面取代制造過程中人類專家的 因此人工智能技術(shù)成為 ims 關(guān)鍵技術(shù)之 智能,,獨(dú)立承擔(dān)分析,、判斷、決策等任 一,。ims 與人工智能技術(shù)(專家系統(tǒng),、人 務(wù),,目前來說是不現(xiàn)實(shí)的。人機(jī)一體化 工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),、模糊邏輯)息息相關(guān),。突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位,同時(shí) 在智能機(jī)器的配合下,,更好的發(fā)揮人的 潛能,,使達(dá)到一種相互協(xié)作平等共事的

2,、并行工程,。針對(duì)制造業(yè)而言,并 行工程是一種重要的技術(shù)方法學(xué),,應(yīng)用 于 ims 中,,將最大限度的減少產(chǎn)品設(shè)計(jì) 的盲目性和設(shè)計(jì)的重復(fù)性。

3,、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù),。信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是 制造過程的系統(tǒng)和各個(gè)環(huán)節(jié)“智能集成” 化的支撐。信息網(wǎng)絡(luò)同時(shí)也是制造信息 及知識(shí)流動(dòng)的通道,。

4,、虛擬制造技術(shù)。虛擬制造技術(shù)可 以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就模擬出該產(chǎn)品的整 個(gè)生命周期,,從而更有效,,更經(jīng)濟(jì)、更 靈活的組織生產(chǎn),,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品開發(fā)周期 最短,,產(chǎn)品成本最低,產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu),,生產(chǎn)效率最高的保證,。同時(shí)虛擬制造技 術(shù)也是并行工程實(shí)現(xiàn)的必要前提。

5,、自律能力構(gòu)筑,。即收集和理解環(huán) 境信息和自身的信息并進(jìn)行分析判斷和 規(guī)劃自身行為的能力。強(qiáng)大的知識(shí)庫(kù)和 基于知識(shí)的模型是自律能力的基礎(chǔ),。

6,、人機(jī)一體化。智能制造系統(tǒng)不單

7,、自組織和超柔性,。只能制造系統(tǒng) 中 的 各 組 成單 元 能 夠依據(jù) 工 作 任 務(wù)的 需 要,自 行 組成 一 種 最佳結(jié) 構(gòu),,使 其柔 性 從智能制造的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面來考慮, 未來智能制造系統(tǒng)應(yīng)為分布式自主制造系 統(tǒng), 該系統(tǒng)由若干個(gè)智能施主組成, 根據(jù) 生產(chǎn)任務(wù)細(xì)化層次的不同, 智能施主可以 分為不同的級(jí)別,。如一個(gè)智能車間稱為一個(gè) 施主, 它調(diào)度管理車間的加工設(shè)備, 它以 車間級(jí)施主身份參與整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng);同時(shí) 對(duì)于一個(gè)智能車間而言, 它們直接承擔(dān)加 工任務(wù),。無論哪一級(jí)別的施主, 它與上層控 制系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的連接, 各 智能加工設(shè)備之間通過自動(dòng)引導(dǎo)小車實(shí)現(xiàn) 物質(zhì)傳遞。在這樣的制造環(huán)境中產(chǎn)品的生產(chǎn) 過程為: 通過并行

智能制造系統(tǒng)的定義篇三

智能制造概述

摘要:介紹了智能制造提出的背景,、主要研究?jī)?nèi)容和目標(biāo), 人工智能與 i m t,、i m s的關(guān)系, i m s 和c i m s, 智能制造的物質(zhì)基礎(chǔ)及理論基礎(chǔ), 智能制造系統(tǒng)的特征及框架結(jié)構(gòu), 并簡(jiǎn)要介紹了智能加工中心 imc, 智能制造技木的發(fā)展趨勢(shì),以及智能制造系統(tǒng)研究成果及存在問題,。關(guān)鍵詞:智能制造,,ims, imc, imt。

abstract:intelligent manufacturing introduced the background, main contents and objectives, artificial intelligence and imt, ims relations, ims and cims, intelligent manufacturing and the material basis of the theoretical basis of the characteristics of intelligent manufacturing system and the framework structure, and gave a briefing on intelligence machining center imc, intelligent manufacturing technology development trend of wood, as well as the intelligent manufacturing systems research results and words: intelligent manufacturing, ims, imc, imt,。

一.智能制造提出的背景

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)部門, 是決定國(guó)家發(fā)展水平的最基本因素之一,。從機(jī)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(dòng)化,、柔性自動(dòng)化和集成化制造、并行規(guī)劃設(shè)計(jì)制造等階段,。就制造自動(dòng)化而言, 大體上每十年上一個(gè)臺(tái)階: 50~ 60年代是單機(jī)數(shù)控, 70 年代以后則是cnc 機(jī)床及由它們組成的自動(dòng)化島, 80 年代出現(xiàn)了世界性的柔性自動(dòng)化熱潮,。與此同時(shí), 出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)集成制造, 但與實(shí)用化相距甚遠(yuǎn)。隨著計(jì)算機(jī)的問世與發(fā)展, 機(jī)械制造大體沿兩條路線發(fā)展: 一是傳統(tǒng)制造技術(shù)的發(fā)展, 二是借助計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化科學(xué)的制造技術(shù)與系統(tǒng)的發(fā)展,。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(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)向產(chǎn)品、工藝和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員和管理人員提出了新的挑戰(zhàn), 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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), 這便是智能制造技術(shù)(in telligen t m anufactu r ingtechno logy, i m t)與智能制造系統(tǒng)(in telligen tm anufactu r ing system , i m s)[1 ],。

年代以后, 世界各國(guó)競(jìng)相大力發(fā)展 i m t 和i m s 的深層次原因有:(1)集成化離不開智能 制造系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng), 其中有多年積累的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn), 生產(chǎn)過程中的人—機(jī)交互作用, 必須使用的智能機(jī)器(如智能機(jī)器人)等。脫離了智能化, 集成化也就不能完美地實(shí)現(xiàn),。

(2)機(jī)器智能化比較靈活 可以選擇系統(tǒng)智能化, 也可以選擇單機(jī)智能化;單機(jī)可發(fā)展一種智能,也可發(fā)展幾種智能;無論在系統(tǒng)中或單機(jī)上, 智能化均可工作, 不像集成制造系統(tǒng), 只有全系統(tǒng)集成才可工作,。

(3)智能化的經(jīng)濟(jì)效益較高 現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(compu ter in tegratedm anufactu r ingsystem , c i m s)少則投資數(shù)千萬元, 多則投資數(shù)億元乃至數(shù)十億元, 很少有企業(yè)能承擔(dān)得起, 而且投入正常運(yùn)行的很少, 維護(hù)費(fèi)用也高, 還要廢棄原有的設(shè)備, 難以推廣。

(4)白領(lǐng)化使得有豐富經(jīng)驗(yàn)的機(jī)械工人和技術(shù)人員日益缺少,,產(chǎn)品制造技術(shù)越來越復(fù)雜, 促使使用人工智能和知識(shí)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(dòng)化 人工智能與計(jì)算機(jī)管理相結(jié)合, 使得不懂計(jì)算機(jī)的人也能通過視覺、對(duì)話等智能手段實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的科學(xué)化,。

總之,,以計(jì)算機(jī)信息技術(shù)為基礎(chǔ)的高新技術(shù)得到迅猛發(fā)展 ,為傳統(tǒng)的制造業(yè)提供了新的發(fā)展機(jī)遇。計(jì)算機(jī)技術(shù),、信息技術(shù),、自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合 ,形成了先進(jìn)制造技術(shù)概念。冷戰(zhàn)結(jié)束以后 ,國(guó)際間競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)由單純的軍事實(shí)力較量轉(zhuǎn)向以發(fā)展經(jīng)濟(jì)和提高國(guó)民生活水平的綜合國(guó)力較量 ,隨之而來的這種國(guó)際間高新技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈 ,且其發(fā)展形式由最初的僅依托本國(guó)的人力,、物力和財(cái)力 ,發(fā)展到國(guó)際間的大規(guī)模合作,。近年來由發(fā)達(dá)國(guó)家倡導(dǎo)的面向21世紀(jì)的 “智能制造系統(tǒng)”、“信息高速公路” 等國(guó)際研究計(jì)劃 ,無疑是該背景下的產(chǎn)物 ,也是國(guó)際間進(jìn)行高科技研究開發(fā)的具體表現(xiàn)和積極占領(lǐng) 21 世紀(jì)高科技制高點(diǎn)的象征,。二.主要研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)

智能制造在國(guó)際上尚無公認(rèn)的定義,。目前比較通行的一種定義是, 智能制造技術(shù)是指在制造工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié), 以一種高度柔性與高度集成的方式,通過計(jì)算機(jī)來模擬人類專家的制造智能活動(dòng),。因此, 智能制造的研究開發(fā)對(duì)象是整個(gè)機(jī)械制造企業(yè), 其主要研究開發(fā)目標(biāo)有二: ①整個(gè)制造工作的全面智能化, 它在實(shí)際制造系統(tǒng)中首次提出了以機(jī)器智能取代人的部腦力勞動(dòng)作為主要目標(biāo), 強(qiáng)調(diào)整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)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(qiáng)調(diào)智能型的集成自動(dòng)化。目前, i m t 和 i m s 的研究方向已從最初的人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用(a i m)發(fā)展到今天的i m s, 研究課題涉及的范圍由最初僅一個(gè)企業(yè)內(nèi)的市場(chǎng)分析,、產(chǎn)品設(shè)計(jì),、生產(chǎn)計(jì)劃、制造加工,、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(dòng)化, 發(fā)展到今天的面向世界范圍內(nèi)的整個(gè)制造環(huán)境的集成化與自組織能力, 包括制造智能處理技術(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(jí)競(jìng)爭(zhēng)式控制網(wǎng)絡(luò),、全球通訊與操作網(wǎng)等。

由日本提出的 i m s 國(guó)際合作研究計(jì)劃對(duì) i m s的解釋可以看出, i m s 的研究包括智能活動(dòng),、智能機(jī)器以及兩者的有機(jī)融合技術(shù), 其中智能活動(dòng)是問題的核心。在 i m s 研究的眾多基礎(chǔ)技術(shù)中, 制造智能處理技術(shù)是最為關(guān)鍵和迫切需要研究的問題之一, 因?yàn)樗?fù)責(zé)各環(huán)節(jié)的制造智能的集成和生成智能機(jī)器的智能活動(dòng),。在一個(gè)國(guó)家甚至世界范圍內(nèi), 企業(yè)之間有著密切的聯(lián)系, 譬如, 采用相同的生產(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(dòng)交換形式與接口以及制造智能共享等,。

國(guó)際 i m s 計(jì)劃的基本觀點(diǎn)如下: ①i m s 是21世紀(jì)的制造系統(tǒng), 必須開發(fā)與之相適應(yīng)的制造技術(shù);②應(yīng)對(duì)這些技術(shù)進(jìn)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保護(hù)環(huán)境。該計(jì)劃由已有生產(chǎn)技術(shù)的體系化和標(biāo)準(zhǔn)化,、21 世紀(jì)生產(chǎn)技術(shù)的研究與開發(fā)兩大部分構(gòu)成,。

1992 年4 月在日本召開的第一次國(guó)際技術(shù)委員會(huì), 確定了4 個(gè)主題: ①技術(shù)課題;②選擇原則;③評(píng)價(jià)程序;④執(zhí)行準(zhǔn)則。由國(guó)際 i m s 中心成員提出的首批10 項(xiàng)研究課題是①企業(yè)集成;②全球制造;③系統(tǒng)單元技術(shù);④清潔制造技術(shù);⑤人與組織研究;⑥先進(jìn)的材料加工技術(shù);⑦全球并行工程(評(píng)估和實(shí)施);⑧自主模塊的系統(tǒng)設(shè)備與分布控制;⑨快速產(chǎn)品開發(fā);b k知識(shí)系統(tǒng)化(設(shè)計(jì)與制造),。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(n sf)已連續(xù)數(shù)年重點(diǎn)資助了與智能制造有關(guān)的研究項(xiàng)目, 這些項(xiàng)目覆蓋了智能制造的絕大部分技術(shù)領(lǐng)域, 包括制造過程中的智能決策,、基于多施主(mu lt i-agent)的智能協(xié)作求解、智能并行設(shè)計(jì),、物流傳輸?shù)闹悄茏詣?dòng)化,、智能加工系統(tǒng)和智能機(jī)器等。

日本提出的智能制造系統(tǒng)國(guó)際合作計(jì)劃, 以高新計(jì)算機(jī)為后盾,、深受其 “真空世界” 計(jì)算機(jī)研究計(jì)劃的影響,。其主要研究?jī)?nèi)容如下: ①?gòu)?qiáng)調(diào)部分代替人的智能活動(dòng), 實(shí)現(xiàn)部分人的技能;②使用智能計(jì)算機(jī)技術(shù)來集成設(shè)計(jì)制造過程, 使之一體化, 以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬制造, 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)教育;③強(qiáng)調(diào)全球制造網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)制造技術(shù), 通過衛(wèi)星,、in ternet 和數(shù)字電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全球制造;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)器人的研究。⑤重視分布式人工智能技術(shù)的應(yīng)用, 強(qiáng)調(diào)自律協(xié)作代替集中遞階控制,。

i m t 與 i m s 的研究與開發(fā)對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量,、生產(chǎn)效率和降低成本, 提高國(guó)家制造業(yè)響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力和速度, 以及提高國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和國(guó)民的生活水準(zhǔn), 均具有重大的意義,。其研究目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)將市場(chǎng)適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性,、人的重要性,、適應(yīng)自然和社會(huì)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使整個(gè)制造過程實(shí)現(xiàn)智能化, 并具有自組織能力;②i m s 是一個(gè)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(huì)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能避免重復(fù)投資等,。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(duì)人腦的部分代替,、延伸和加強(qiáng)的目的 ,使那些單靠人的天然智能無法進(jìn)行或帶有危險(xiǎn)性的工作得以完成 ,從而使人類的智慧能集中到那些更富于創(chuàng)造性的工作中去。人是制造智能的重要來源 ,在制造業(yè)走向智能化過程中起著決定性作用,。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領(lǐng)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(shí)間不斷變化的 ,而這種變化又是無止境的 ,只有人與機(jī)器有機(jī)高度結(jié)合 ,才能實(shí)現(xiàn)制造過程的真正智能化。智能制造被稱為新世紀(jì)的制造技術(shù) ,目前之所以還不能實(shí)現(xiàn) ,是由于要受到目前科學(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中心環(huán)節(jié) ,而有效地實(shí)現(xiàn)目的 ,則是智能的評(píng)判準(zhǔn)則,。從信息處理的角度講 ,智能可以看成是獲取,、傳遞、處理,、再生和利用信息的能力,。而思維能力是整個(gè)智能活動(dòng)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十分復(fù)雜和多樣化的 ,歸納起來 ,大體可分為 3 種基本的類型 ,即:經(jīng)驗(yàn)思維,、邏輯思維和創(chuàng)造性思維。在工藝設(shè)計(jì)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,,智能制造技術(shù)是制造技術(shù)、自動(dòng)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(jì),、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(cè)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)造新一代的智能制造系統(tǒng)模式。智能制造系統(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) ,而且由于采用 vr技術(shù) ,人機(jī)界面更加友好,。因此 , i m技術(shù)的研究開發(fā)對(duì)于提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì),、降低成本 ,提高制造業(yè)市場(chǎng)應(yīng)變能力,、國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和國(guó)民生活水準(zhǔn) ,具有重要意義,。智能制造是制造系統(tǒng)柔性自動(dòng)化和集成自動(dòng)化的新發(fā)展和重要組成部分 ,因此未來智能制造將向智能集成的方向發(fā)展 ,未來智能制造的研究將著重于智能傳感與檢測(cè)(如智能傳感器、智能傳感與檢測(cè)技術(shù),、光纖傳感技術(shù)等),。

三.人工智能與 i m t,、i m s 人工智能的研究, 一開始就未能擺脫制造機(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)的研究路線, 嚴(yán)重地阻礙了人工智能研究的進(jìn)展,。許多學(xué)者已意識(shí)到這一點(diǎn), feigenbaum、n ew ell,、錢學(xué)森從計(jì)算機(jī)角度出發(fā), 提出了人與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的智能系統(tǒng)概念,。目前國(guó)外對(duì)多媒體及虛擬技術(shù)研究進(jìn)行大量投資, 以及日本第五代智能

計(jì)算機(jī)研制計(jì)劃的擱淺等事例, 就是智能系統(tǒng)研究目標(biāo)有所改變的明證。

人工智能技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用涉及市場(chǎng)分析,、產(chǎn)品設(shè)計(jì),、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)出了種類繁多的面向特定領(lǐng)域的獨(dú)立的專家系統(tǒng)、基于知識(shí)的系統(tǒng)或智能輔助系統(tǒng), 形成一系列的 “智能化孤島”,。隨著研究與應(yīng)用的深入, 人們逐漸認(rèn)識(shí)到, 未來的制造自動(dòng)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, 制造自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高要依賴于整個(gè)制造系統(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)際制造環(huán)境中處理問題的能力, 成為人們的研究焦點(diǎn)。在80 年代末和90 年代初, 一種通過集成制造自動(dòng)化,、新一代人工智能,、計(jì)算機(jī)等科學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來的新型制造工程—— i m t 和新——代制造系統(tǒng)—— i m s 便脫穎而出。

人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用與 i m t 和i m s 的一個(gè)重要區(qū)別在于, i m s 和 i m t 首次以部分取代制造中人的腦力勞動(dòng)為研究目標(biāo), 而不再僅起 “輔助和支持” 作用, 在一定范圍還需要能獨(dú)立地適應(yīng)周圍環(huán)境, 開展工作,。

四.i m s 和c i m s c i m s 發(fā)展的道路不是一帆風(fēng)順的,。今天,c i m s 的發(fā)展遇到了不可逾越的障礙, 可能是剛開始時(shí)就對(duì)c i m s 提出了過高的要求, 也可能是c i m s 本身就存在某種與生俱來的缺陷, 今天的c i m s 在國(guó)際上已不像幾年前那樣受到極大的關(guān)注與廣泛地研究。從c i m s 的發(fā)展來看, 眾多研究者把重點(diǎn)放在計(jì)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(gè)集成系統(tǒng)是很困難的,。

c i m s 作為一種連接生產(chǎn)線中的單個(gè)自動(dòng)化子系統(tǒng)的策略, 是一種提高制造效率的技術(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(gè)遞階體系中有多個(gè)執(zhí)行層次, 但主要控制設(shè)施仍然是中心計(jì)算機(jī),。c i m s 存在的一個(gè)主要問題是用于異種環(huán)境必須互連時(shí)的復(fù)雜性,。在c i m s 概念下, 手工操作要與高度自動(dòng)化或半自動(dòng)化操作集成起來是非常困難和昂貴的。在c i m s 深入發(fā)展和推廣應(yīng)用的今天, 人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到, 要想讓c i m s 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在不作很大投資對(duì)現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造的情況下亦能應(yīng)用c i m s。現(xiàn)有的c i m s概念是解決不了這兩個(gè)難題的,。今天, 人力和自動(dòng)化是一對(duì)技術(shù)矛盾, 不能集成在一起, 所能做的選擇, 或是昂貴的全自動(dòng)化生產(chǎn)線, 或是手工操作, 而缺乏的是人力和制造設(shè)備之間的相容性,人機(jī)工程只是一個(gè)方面的考慮, 更重要的相容性考慮要體現(xiàn)在競(jìng)爭(zhēng),、技能和決策能力上。人在制造中的作用需要被重新定義和加以重視,。

事實(shí)上, 在70 年代末和80 年代初, 人們已開始認(rèn)識(shí)到人的因素在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用,。英國(guó)出版公司(ifs)于 1984 年就首次發(fā)起了第一屆“制造中人的因素” 研討會(huì), 目的在于提高人們對(duì)制造環(huán)境中人的因素及其所起作用的認(rèn)識(shí)。事實(shí)證明, 人是 i m s 中制造智能的重要來源,。值得指出的是, c i m s 和 i m s 都是面向制造過程自動(dòng)化的系統(tǒng), 兩者密切相關(guān)但又有區(qū)別,。

c i m s 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 i m s 強(qiáng)調(diào)的則是更大范圍內(nèi)的整個(gè)制造過程的自組織能力。從某種意義上講, 后者難度更大, 但比c i m s 更實(shí)用,、更實(shí)際,。c i m s 中的眾多研究?jī)?nèi)容是 i m s 的發(fā)展基礎(chǔ), 而 i m s 也將對(duì)c i m s 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動(dòng)更高水平的集成,。i m t 和 i m s 的研究成果將不只是面向21 世紀(jì)的制造業(yè), 不只是促進(jìn)c i m s 達(dá)到高度集成, 而且對(duì)于fm s,、m s、cnc 以至一般的工業(yè)過程自動(dòng)化或精密生產(chǎn)環(huán)境而言, 均有潛在的應(yīng)用價(jià)值,。有識(shí)之士對(duì)人工智能技術(shù),、計(jì)算機(jī)科學(xué)和c i m s 技術(shù)進(jìn)行了全面的反思。他們?cè)谡J(rèn)識(shí)機(jī)器智能化的局限性的基礎(chǔ)上, 特別強(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(huì)提出的問題, 也正是c i m s 所忽視的關(guān)鍵因素, 這一因素導(dǎo)致了c i m s 發(fā)展中不可逾越的障礙。值得一提的是有的學(xué)者特別強(qiáng)調(diào) “人件(humanw are)” 在系統(tǒng)中的重要性, 提出c i m s 的開放結(jié)構(gòu)體系思想,。最引人注目的是歐共體的espr it 計(jì)劃中單獨(dú)列出的一個(gè)研究子項(xiàng), 即 “以人為中心的c i m s”,。甚至有人索性稱以人為中心的 c i m s 為 h i m s(humanin tegrated m anufactu r ing system), 指出集成制造系統(tǒng)首先是 “人的集成”。耐人尋味的是, 目前研究的 “精良生產(chǎn)” 與 “敏捷制造” 等新型制造系統(tǒng)的主要出發(fā)點(diǎn)也是強(qiáng)調(diào) “人” 的作用, 即 “以人為中心”,。

五.智能制造的物質(zhì)基礎(chǔ)及理論基礎(chǔ) 1.智能制造系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)主要有:

(1)數(shù)控機(jī)床和加工中心 美國(guó)于 1952 年研制成功第一臺(tái)數(shù)控銑床 ,使機(jī)械制造業(yè)發(fā)生一次技術(shù)革命,。數(shù)控機(jī)床和加工中心是柔性制造的核心單元技術(shù)。(2)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期 ,改變了傳統(tǒng)用手工繪圖,、依靠圖紙組織整個(gè)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 ,使制造過程更富于柔性擴(kuò)展了人類工作范圍,。

(4)制造系統(tǒng)為智能化開發(fā)了面向制造過程

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

(5)智能制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)用

計(jì)算機(jī)一體化控制生產(chǎn)系統(tǒng) ,使生產(chǎn)從概念,、設(shè)計(jì)到制造聯(lián)成一體 ,做到直接面向市場(chǎng)進(jìn)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 ,制造技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步 ,也帶來了很多新問題。數(shù)控機(jī)床,、自動(dòng)物料系統(tǒng),、計(jì)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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(cims)”、“柔性制造系統(tǒng)(fms)”,、“工廠自動(dòng)化(fa)”,、“多目標(biāo)智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(m1cad)”、“模塊化制造與工廠(mxmf),、并行工程(ce)”,、“智能控制系統(tǒng)(ics)” 以及 “智能制造(im)”、“智能制造技術(shù)(imt)” 和 “智能制造系統(tǒng)(ims)” 等等新術(shù)語,。先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù),、控制技術(shù)和制造技術(shù)向產(chǎn)品、工藝和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師和管理人員提出了新的挑戰(zhàn) ,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理方法不能再有效地解決現(xiàn)代制造系統(tǒng)提出的問題了,。要解決這些問題,、需要用現(xiàn)代的工具和方法 ,例如人工智能(ai)就為解決復(fù)雜的工業(yè)問題提出了一套最適宜的工具。2.智能制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)

智能制造技術(shù)是采用一種全新的制造概念和實(shí)現(xiàn)模式,。其核心特征強(qiáng)調(diào)整個(gè)制造系統(tǒng)的整體“智能化” 或 “自組織能力” 與個(gè)體的 “自主性”,。“智能制造國(guó)際合作研究計(jì)劃j irpims” 明確提出: “智能制造系統(tǒng)是一種在整個(gè)制造過程中貫穿智能活動(dòng) ,并將這種智能活動(dòng)與智能機(jī)器有機(jī)融合 ,將整個(gè)制造過程從訂貨,、產(chǎn)品設(shè)計(jì),、生產(chǎn)到市場(chǎng)銷售等各個(gè)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)”?;谶@個(gè)觀點(diǎn),在智能制造的基礎(chǔ)理論研究中 ,提出了智能制造系統(tǒng)及其環(huán)境的一種實(shí)現(xiàn)模式 ,這種模式給制造過程及系統(tǒng)的描述,、建模和仿真研究賦予了全新的思想和內(nèi)容 ,涉及制造過程和系統(tǒng)的計(jì)劃、管理,、組織及運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié) ,體現(xiàn)在制造系統(tǒng)中制造智能知識(shí)的獲取和運(yùn)用 ,系統(tǒng)的智能調(diào)度等 ,亦即對(duì)制造系統(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,。作為智能制造技術(shù)基礎(chǔ) ,各種人工智能工具 ,及人工智能技術(shù)研究成果在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用 ,促進(jìn)了智能制造技術(shù)的發(fā)展,。而智能制造系統(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)在以智能加工中心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(duì)系統(tǒng)內(nèi)部中各種不確定的因素如噪聲測(cè)量、傳動(dòng)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)見性事件實(shí)施智能控制 ,而且要對(duì)制造系統(tǒng)的各種命令請(qǐng)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(gè)具有挑戰(zhàn)性的新課題,。對(duì)此有待研究解決的問題有很多 ,其中包括智能制造機(jī)理、智能制造信息,、制造智能和制造中的計(jì)算幾何等,。總之 ,制造技術(shù)發(fā)展到今天 ,已經(jīng)由一種技術(shù)發(fā)展成為包括系統(tǒng)論、信息論和控制論為核心的,、貫穿在整個(gè)制造過程各個(gè)環(huán)節(jié)的一門新型的工程學(xué)科 ,即制造科學(xué),。制造系統(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 ,智能制造系統(tǒng)是一個(gè)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,。制造過程實(shí)質(zhì)上是信息資源的采集、輸入,、加工處理和輸出的過程 ,而最終形成的產(chǎn)品可視為信息的物質(zhì)表現(xiàn)形式,。

六.智能制造系統(tǒng)的特征及框架結(jié)構(gòu)

1.為了提出有我國(guó)特色的智能制造模式 ,首先要搞清智能系統(tǒng)應(yīng)具有什么特征。當(dāng)前對(duì)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(gè)問題的意見 ,即認(rèn)為只有具備下列特征的系統(tǒng)才能稱為智能系統(tǒng):一個(gè)系統(tǒng)既具有人類智能(或部分地),又具有與人類實(shí)現(xiàn)其智能相似的過程與途徑,。另一種是從工程的角度來看這個(gè)問題的意見 ,即認(rèn)為一個(gè)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,。我們這里所討論的問題是關(guān)于智能制造系統(tǒng)的問題 ,也就是從工程角度來討論智能系統(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(gè)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)知識(shí)表達(dá),、獲取,、存儲(chǔ)和處理(主要是識(shí)別、設(shè)計(jì),、計(jì)算,、優(yōu)化、推理與決策);(3)聯(lián)想記憶與智能控制;(4)自治性 自相似,、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(cuò),。

2.智能制造系統(tǒng)模式的框架結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)多智能體分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ,分成四個(gè)部分:中心層、管理層,、計(jì)劃層和生產(chǎn)層,。每個(gè)層由具有自治性的多智能體組成 ,這種多智能體具有相似的結(jié)構(gòu) ,但根據(jù)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(cuò)能力 ,可以在不完整的信息或偶然誤差出現(xiàn)時(shí)正常地工作,。系統(tǒng)與因特網(wǎng)兼容 ,可以進(jìn)行企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟,、招標(biāo),、投標(biāo)及電子商務(wù) ,還可形成虛擬制造的支持環(huán)境。

七. 智能加工中心 imc 1.智能加工中心是智能制造系統(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),。智能加工中心既是智能制造過程和系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用對(duì)象 ,也是智能制造技術(shù)的縮影和實(shí)現(xiàn)通道。它與普通的加工中心(mc)有著本質(zhì)的區(qū)別 ,除了完成數(shù)控代碼規(guī)定的加工任務(wù)外 ,能夠根據(jù)信息的綜合進(jìn)行自主決策 ,實(shí)時(shí)調(diào)整自身行為 ,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(duì) imc的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)干預(yù)與智能控制,。數(shù)控加工中心的實(shí)時(shí)智能控制 ,表現(xiàn)為三個(gè)方面:第一是遠(yuǎn)程控制 ,通過通信線路對(duì)加工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制 ,對(duì)加工中心的加工操作和加工狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視;第二是故障識(shí)別與處理 ,如刀具磨損識(shí)別與自動(dòng)更換備用刀具,、自激振動(dòng)識(shí)別與自動(dòng)抑制或消除等;第三是自適應(yīng)控制 ,根據(jù)檢測(cè)到的過程控制信息自適應(yīng)地改變加工參數(shù)。而智能加工中心對(duì)信息的獲取與處理表現(xiàn)在對(duì)加工環(huán)境和加工狀態(tài)的自主響應(yīng)能力 ,其中對(duì)刀具狀態(tài)的監(jiān)測(cè)是評(píng)判加工狀態(tài)的重要依據(jù),。加工中心刀具狀態(tài)實(shí)時(shí)在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ,及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊識(shí)別模式的多傳感器融合技術(shù)的刀具磨,、破損監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)的成功開發(fā) ,為智能制造信息的自動(dòng)獲取 ,成功提供了有力的保證。2.智能加工中心的主要功能

在智能加工中心中 ,智能數(shù)控系統(tǒng)是 imc 的神經(jīng)中樞 ,其智能化程度直接決定了整個(gè)智能制造系統(tǒng)的智能水平,。智能數(shù)控系統(tǒng)具有高級(jí)的自主控制功能 ,能將任務(wù)請(qǐng)求,、作業(yè)規(guī)劃、軌跡控制,、過程監(jiān)視與控制,、錯(cuò)誤自修復(fù)等功能有機(jī)結(jié)合起來。面向制造系統(tǒng) ,它是任務(wù)驅(qū)動(dòng)的柔性規(guī)劃學(xué)習(xí)系統(tǒng) ,而面對(duì)復(fù)雜的物流加工環(huán)境 ,它又是 “刺激一反應(yīng)” 型的再勵(lì)系統(tǒng) ,能對(duì)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(duì)智能制造環(huán)境下的加工過程進(jìn)行分析 ,確定加工中心應(yīng)具備的主要功能有:(1)感知功能 ,根據(jù)多種傳感器信號(hào)的收集,、特征提取和信息融合 ,實(shí)現(xiàn)加工對(duì)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 ,明確其在整個(gè)制造系統(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 ,智能加工中心根據(jù)決策結(jié)果進(jìn)行處理 ,采用最優(yōu)化的方式完成加工任務(wù) ,并保證加工過程得到可靠的監(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)與知識(shí)的交流 ,支持并行工程策略;與其它智能加工機(jī)器的智能通信 ,交流狀態(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)器提供知識(shí)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)變化和最終加工任務(wù) ,學(xué)習(xí)和積累相關(guān)知識(shí) ,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)器直接獲取知識(shí),。

八.智能制造技木的發(fā)展趨勢(shì) 智能制造是從 80 年代末發(fā)展起來的 ,最旱的幾本有關(guān)智能制造及系統(tǒng)方面的專著是在 1988年由 wrightfg milacic 等人編寫的 ,隨后,、kusiak和 pain也相繼出版了這方面的研究著作。這些專著所描述的 ims仍基于設(shè)計(jì)與制造技術(shù)所提出的問題和解決的工具與方法,。在許多工業(yè)化國(guó)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方法。因此 ,這些專著僅著力于人工智能在制造業(yè)中的應(yīng)用和智能系統(tǒng)研究與應(yīng)用中提出的問題的求解,、使用基于知識(shí)的系統(tǒng)(如級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng))和優(yōu)化方法來解決自動(dòng)化制造環(huán)境中零件、產(chǎn)品,、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造 ,以及自動(dòng)制造系統(tǒng)的規(guī)劃與調(diào)度(管理)問題,。先進(jìn)的工業(yè)化國(guó)家在研究 fms,、cims、fa 及ai籌的基礎(chǔ)上 ,為了進(jìn)行國(guó)際間制造業(yè)的共同協(xié)作研究,、開發(fā),、設(shè)計(jì)、生產(chǎn),、物流,、信息流、經(jīng)營(yíng)管理乃至制造過程的集成化與智能化等而提出來的智能制造系統(tǒng) ,也是為了解決各發(fā)達(dá)國(guó)家面臨的企業(yè)活動(dòng)全球化,、重復(fù)投資增大,、現(xiàn)場(chǎng)熟練技術(shù)工人不足和社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的需求變化等因素而倡導(dǎo)的國(guó)際制造業(yè)的合作。在迸行智能制造及其相關(guān)技術(shù)與系統(tǒng)的研究方面,、首推日本在 1990 年提議和倡導(dǎo)的日,、美、歐之間建立的國(guó)際運(yùn)營(yíng)委員會(huì),、國(guó)際技術(shù)委員會(huì)和附屬機(jī)構(gòu) ims中,。大有主宰未來制造技術(shù)的趨勢(shì)。1991~ 1993 年 barschdor 汀和 monostori 等應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(anns)到智能制造中進(jìn)行加工過程的建模,、監(jiān)測(cè),、診斷、自適應(yīng)控制;通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示和學(xué)習(xí)能力 ,縮短 cims的反應(yīng)時(shí)間 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量 ,使系統(tǒng)更可靠,。而 furukawa則對(duì)智能機(jī)器的設(shè)計(jì)程序及它在自動(dòng)導(dǎo)引車中的應(yīng)用作了介紹,。被稱為是二十一世紀(jì)的制造技術(shù)的智能制造系統(tǒng) ,目前國(guó)內(nèi)外已相繼開展了國(guó)際聯(lián)合研究計(jì)劃。智能制造系統(tǒng)與當(dāng)前任何制造系統(tǒng)相比 ,在體系結(jié)構(gòu)上有著根本意義上的不同 ,具體體現(xiàn)在:一是采用開放式系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略,。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ,實(shí)現(xiàn)共享制造數(shù)據(jù)和制造知識(shí) ,以保證系統(tǒng)質(zhì)量,。這是將計(jì)算機(jī)界先進(jìn)的設(shè)計(jì)和開發(fā)思想融入到制造系統(tǒng)的結(jié)果 ,因而使制造系統(tǒng)向擬人化的方向進(jìn)一步發(fā)展。二是采用分布式多自主體智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略 ,其基本思想是:賦予制造系統(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(gè)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(gè)智能結(jié)點(diǎn)在物理上是分散的 ,在邏輯上是平等的,。通過各結(jié)點(diǎn)的協(xié)同處理與合作 ,共同完成制造系統(tǒng)任務(wù) ,實(shí)現(xiàn)人與人的知識(shí)在制造中的核心地位,。此外 ,生物制造與仿生機(jī)械的科學(xué)與技術(shù)、生物自生長(zhǎng)成形制造,、綠色制造的科學(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)品綠色工藝(如near2zero waste)等也極大地豐富了智能制造的范疇 ,促進(jìn)了智能制造系統(tǒng)的發(fā)展,。目前 ,我國(guó)一些高等院校也在進(jìn)行智能制造技術(shù)的研究 ,如南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院朱劍英教授成立的智能制造科研組 ,一方面跟蹤國(guó)際智能制造的最新研究動(dòng)態(tài) ,另一方面從事智能制造關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)的預(yù)研工作 ,為地區(qū)及我國(guó)智能制造技術(shù)的發(fā)展做出了一定貢獻(xiàn)。遺憾的是 ,由于種種原因 ,我國(guó)政府主管部門和有關(guān)大公司,、廠家并無跡象表明對(duì)智能制造已引起足夠的重視 ,至今也未得到我國(guó)機(jī)械學(xué)科的普遍關(guān)注,。相信隨著人們對(duì)智能制造系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的逐步深入 ,智能制造系統(tǒng)必將得以迅猛發(fā)展 ,迎頭趕上世界先進(jìn)發(fā)展水平。

九.智能制造系統(tǒng)研究成果及存在問題

目前對(duì)分布式制造系統(tǒng)的研究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奮的基礎(chǔ)理論研究成果和應(yīng)用成果 ,如制造 agent的個(gè)體目標(biāo)機(jī)制(如獎(jiǎng)懲機(jī)制,、市場(chǎng)機(jī)制、目標(biāo)函數(shù)等)等,。這些研究成果奠定了mas在制造控制中應(yīng)用的基礎(chǔ),。但是 ,由于制造 agent 在信息,、知識(shí)和控制上的完全分布 ,每個(gè) agent 對(duì)環(huán)境、對(duì)整個(gè)問題求解活動(dòng)及其他agent 的意圖只有部分的,、不完全的知識(shí) ,并且擁有的知識(shí)可能互相不一致 ,各個(gè) agent只能根據(jù)不完備的知識(shí)與不完整,、不同步的信息做出局部決策。又由于整個(gè)系統(tǒng)缺乏類似中央控制的機(jī)制 ,因而整個(gè)系統(tǒng)的控制和決策往往不能達(dá)到最優(yōu)效果 ,而且不可避免地存在大量難以解決的決策沖突(c onflict)和死鎖(deadlock),。因此 ,對(duì)分布式自治制造系統(tǒng)中異構(gòu) agent 間的相互合作以及全局協(xié)調(diào)機(jī)制的研究 ,是分布式自治制造系統(tǒng)最重要 ,也是最基本的問題 ,更是其走向?qū)嵱盟酱鉀Q的核心問題,。協(xié)調(diào)是指一組 agent 完成一些集體活動(dòng)時(shí)相互作用的性質(zhì)。在分布式制造系統(tǒng)中 ,全局協(xié)調(diào)和優(yōu)化是一個(gè)在多目標(biāo)動(dòng)態(tài)約束下 ,各類活動(dòng)和資源的最佳組合和排序的動(dòng)態(tài)求取過程 ,它可以描述為兩個(gè)子問題 ,即局部調(diào)度決策和全局資源協(xié)調(diào),。由于 “組合爆炸” 現(xiàn)象的存在 ,當(dāng)前采用的普遍方法是談判和投標(biāo)(neg otiation and bidding),。談判被定義為:在開放的、動(dòng)態(tài)的制造控制環(huán)境下 ,擁有任務(wù)訂單的 agent(協(xié)調(diào)者),及欲參與任務(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)進(jìn)行協(xié)商 ,直到其中一個(gè)agent 或一組agent 被選出組成執(zhí)行該任務(wù)的隊(duì)列的過程,。在這個(gè)過程中出現(xiàn)的沖突和死鎖或者由協(xié)調(diào)者來解決 ,或者由沖突中的 agent 自行解決。為了加快談判過程 ,許多研究工作致力于改進(jìn)談判策略和開發(fā)支持協(xié)商的協(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)前所采用的模型中 ,談判是基于對(duì)談判者的知識(shí)與能力,、討價(jià)還價(jià)過程,、收益計(jì)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(jì)算的迭代模型模擬社會(huì)或生物界的組織形式和進(jìn)化過程的協(xié)調(diào)和協(xié)作方法;

(2)各個(gè)agent 總是將其他agent 的局部調(diào)度作為其預(yù)測(cè)信息 ,以計(jì)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(gè)串行過程,。當(dāng)一個(gè)agent 產(chǎn)生的結(jié)果不可接受時(shí) ,又需要進(jìn)行反復(fù)通信和迭代。因而 ,各個(gè) agent 的內(nèi)部可以看作是一個(gè)局部閉環(huán)反饋控制系統(tǒng) ,而沖突則是其外部擾動(dòng);

(3)全局協(xié)調(diào)的目標(biāo)是要完全消解沖突 ,因而各 agent 總是要利用最新的信息來處理沖突,。因此 ,談判實(shí)際上是一種外部合作機(jī)制,。這種方法在一定程度上解決了開放環(huán)境中的 agent 協(xié)調(diào)和協(xié)作的組合優(yōu)化問題 ,但是該方法的一個(gè)固有缺陷是它只是對(duì)社會(huì)市場(chǎng)或生物界的組織形式和進(jìn)化過程的直覺模仿[1 ],尚缺乏對(duì)其基本原理、機(jī)制和限制條件的深刻認(rèn)識(shí)和理論上的證明 ,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 處于信息連續(xù)變化的高度紊亂的環(huán)境中(如由于市場(chǎng)的快速變化 ,經(jīng)常會(huì)有一些短期的,、緊急的訂單需要及時(shí)處理)時(shí) ,有可能引起沖突的傳播(即任何兩個(gè)實(shí)體間沖突的解決會(huì)觸發(fā)其他沖突的出現(xiàn)),。這種特性類似于自催化過程 ,各個(gè)制造agent 間正向先進(jìn)制造技術(shù)的源泉.科學(xué)通報(bào),1998 , 43-33727.[4 ] 史忠植.高級(jí)人工智能.北京: 科學(xué)出版社, 1998.[5]楊文通 ,王曹 劉志峰 ,等 數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)北京 電子工業(yè)出版社 , [6]王英林 ,劉敏 ,張申生 ,基于agent的敏捷供應(yīng)鏈及相關(guān)技術(shù) 中國(guó)機(jī)械工程 , [7]張軍 ,趙江洪 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同數(shù)控機(jī)床工業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的知識(shí)獲取與應(yīng)用研究 〔機(jī)械工程學(xué)報(bào) 〕 ,

智能制造系統(tǒng)的定義篇四

智能制造是先進(jìn)制造技術(shù)的最新的制造模式之一,智能制造系統(tǒng)是一個(gè)信息處理系統(tǒng),,它的原料,、能量和信息都是開放的,因此智能制造系統(tǒng)是一個(gè)開放的信息系統(tǒng),。智能制造技術(shù)是制造技術(shù),、自動(dòng)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),。智能制造是新世紀(jì)制造業(yè)的發(fā)展方向,。由于其實(shí)施方案可以在整個(gè)制造的大系統(tǒng)(產(chǎn)品的全生命周期)進(jìn)行,也可以在單元技術(shù)(例如模具設(shè)計(jì)專家系統(tǒng),、數(shù)控機(jī)床診斷專家系統(tǒng)、智能機(jī)器人等)上逐步推進(jìn),,從經(jīng)濟(jì)性,、實(shí)用性講,也是我國(guó)實(shí)現(xiàn)制造業(yè)跨越發(fā)展的必經(jīng)之路,。引言

智能制造「‘」(工m:intelligent manufacturing)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng),,它在制造過程中能進(jìn)行智能活動(dòng),諸如分析,、推理,、判斷、構(gòu)思和決策等,。通過人與智能機(jī)器的合作共事,,去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動(dòng),。并對(duì)人類專家的制造智能進(jìn)行收集,、存儲(chǔ)、完善,、共享,、繼承和發(fā)展,。1.1智能制造系統(tǒng)概述

智能制造系統(tǒng)「2」就是要通過集成知識(shí)工程,、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺與機(jī)器人控制等來對(duì)制造技術(shù)的技能與專家知識(shí)進(jìn)行模擬,,使智能機(jī)器在沒有人工干預(yù)情況下進(jìn)行生產(chǎn),。智能制造系統(tǒng)就是要把人的智力活動(dòng)變?yōu)橹圃鞕C(jī)器的智能活動(dòng)。智能制造系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)是智能機(jī)器,,它包括具有各種程序的智能加工機(jī)床,,工具和材料傳送裝置,檢測(cè)和試驗(yàn)裝置,,以及裝配裝置等,。1.2智能化制造的特點(diǎn)

川智能化制造技術(shù)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效,、低耗、清潔,、靈活生產(chǎn),,提高產(chǎn)品對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力為目標(biāo),。

(2)智能化制造技術(shù)不局限于制造工藝,,而是覆蓋了市場(chǎng)分析、生產(chǎn)管理,、加工和裝配,、銷售、維修,、服務(wù),,以及回收再生的全過程。

(3)智能化制造強(qiáng)調(diào)技術(shù),、人、管理和信息的四維集成,,不僅涉及到物質(zhì)流和能量流,,還涉及到信息流和知識(shí)流,即四維集成和四流交匯是智能化制造技術(shù)的重要特點(diǎn):

(4)智能化制造技術(shù)更加重視制造過程組成和管理的合理化以及革新,,它是硬件,、軟件、智能(人)與組織的系統(tǒng)集成,。

2.智能化制造數(shù)控設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)械制造設(shè)備的智能化,、網(wǎng)絡(luò)化、以及對(duì)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),、云計(jì)算技術(shù)的研究與應(yīng)用,,使機(jī)械制造工)‘智能化技術(shù)得到了跨越式的發(fā)展,可以說這是又一次具有劃時(shí)代意義的工業(yè)技術(shù)革命,。目前,,智能化制造數(shù)控設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù),除了機(jī)械主體以外,,主要是由智能數(shù)控系統(tǒng)技術(shù),、智能感知技術(shù)、智能自適應(yīng)技術(shù),、智能神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù),、智能云計(jì)算技術(shù)和智能專家系統(tǒng)等主要技術(shù)構(gòu)成。

(1>智能化數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控設(shè)備智能化的發(fā)

展是以數(shù)控系統(tǒng)完善的軟硬件功能及高靈敏度、高精度感知檢測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ),,以適應(yīng)智能化,、信息化、數(shù)字化集成技術(shù)發(fā)展的要求,。為追求數(shù)控設(shè)備加工效率和加工質(zhì)量,,數(shù)控系統(tǒng)不但有自動(dòng)編程、前饋控制,、模糊控制,、自學(xué)習(xí)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成,、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)戎悄芑δ?,并有故障診斷專家系統(tǒng),,使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨勢(shì)完善。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)智能化,,能自動(dòng)感知負(fù)載變化,,自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。如發(fā)那科推出的hrv控制,,通過共振追隨型hrv濾波器,,可以避免因頻率變動(dòng)而造成設(shè)備的共振。通過融合旋轉(zhuǎn)伺服電動(dòng)機(jī),,高精度,、高響應(yīng)和高分辨率脈沖編碼器,實(shí)現(xiàn)高速和高精度的伺服控制,,保證極其平穩(wěn) 的進(jìn)刀,。

(2)智能自適應(yīng)控制技術(shù)自適應(yīng)控制分為 工藝自適應(yīng)和兒何自適應(yīng)。工藝自適應(yīng)又分為

最佳自適應(yīng)控制系統(tǒng)(aco)和約束式自適應(yīng)(acc),。自適應(yīng)控制自20世紀(jì)60年代已開始研究,,但用于生產(chǎn)實(shí)踐尚不普遍。目前應(yīng)用面較廣的還是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的acc系統(tǒng),,已用于銑,、車、鉆,、磨,、電加工和加工中心等機(jī)床上;而aco多用于加工因素相對(duì)簡(jiǎn)單的磨削和電火花加工(ed m)上。影響加工的因素很多很復(fù)雜,,不僅建立數(shù)學(xué)模

型困難,,而且要實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)也有很大難度,有待深入研究。(3)智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最智能的莫過于人的大腦,,人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)

(ann)是一種模擬

人的神經(jīng)結(jié)構(gòu),,即類似人的大腦神經(jīng)突觸連接的結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息處理的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)功能,、聯(lián)想記憶功能,、非線性映射功能和高速尋找優(yōu)化解的功能等。目前,,神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)多用于數(shù)控設(shè)備可靠性預(yù)測(cè)和優(yōu)化工藝參數(shù)方面,,神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)方面的研究與應(yīng)用尚不多見。隨著神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,,在數(shù)控機(jī)床方面的應(yīng)用可能會(huì)有很好的前景,,或許會(huì)把數(shù)控系統(tǒng)的智能化水平推向高級(jí)階段。未來兒年希望能有一個(gè)較快的發(fā)展,。(4)智能專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算i機(jī)程序系統(tǒng),,其專家知識(shí)庫(kù)中含有某個(gè)領(lǐng)域大量的l專家知識(shí)與經(jīng)驗(yàn),就是利用這些專家知識(shí),、經(jīng)驗(yàn)和土解決問題的方法來處理該領(lǐng)域的技術(shù)問題,。它能夠f應(yīng)用人工智能技術(shù),根據(jù)該專家系統(tǒng)中的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷,,模擬專家的決策過程,,來解決·需要專家處理的復(fù)雜問題。目前,,數(shù)控設(shè)備領(lǐng)域尚l(wèi)缺乏這種專家系統(tǒng),。(5)云計(jì)算將把智能化制造推向更高級(jí)階右段國(guó)外工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的大型工業(yè)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和高等院校對(duì)云計(jì)算的研究和發(fā)展都極為重視,,之認(rèn)為這是一種具有劃時(shí)代意義的技術(shù),。如美國(guó)宇航!局和通用汽車公司都在研究和應(yīng)用云計(jì)算技術(shù);我1國(guó)北京建有云計(jì)算基地,華為技術(shù)有限公司和tcl集團(tuán)也都特別關(guān)注云計(jì)算的發(fā)展,、研究和應(yīng)用,。3.智能化工廠

智能化機(jī)械工)‘是以“智能化”為核心,以智能化,、數(shù)字化,、網(wǎng)絡(luò)化為主要特征的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)實(shí)體,。智能化工)‘將逐步分層次實(shí)現(xiàn),。智能工業(yè)機(jī)器人在智能自動(dòng)化制造工)‘中扮演著重要角色。(1>智能工業(yè)機(jī)器人在智能化數(shù)控設(shè)備中

除了各種數(shù)控設(shè)備和相關(guān)數(shù)控配套設(shè)備以外,,智能工業(yè)機(jī)器人在智能制造單元,、智能制造系統(tǒng)和智能制造工)‘中具有重要作用,。

(2)智能化自動(dòng)化工)‘在各種智能化自動(dòng)化數(shù)控設(shè)備的基礎(chǔ)上,智能化工)‘將由工廠‘局部智能自動(dòng)化,、逐步分層次地發(fā)展到全工)‘智能自動(dòng)化和社會(huì)化智能制造,。

第一層次:單機(jī)或單元智能自動(dòng)化。

單機(jī)或單元智能自動(dòng)化,,可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無人值守,。國(guó)內(nèi)外都有用于生產(chǎn) 的實(shí)例。

第二個(gè)層次:生產(chǎn)制造系統(tǒng)智能自動(dòng)化,。

在第三代“智能機(jī)器人化單元”的基礎(chǔ)上,,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制生產(chǎn)車間全自動(dòng)化系統(tǒng)。包括毛坯倉(cāng)儲(chǔ)管理,,再制品倉(cāng)儲(chǔ)管理,,成品零件倉(cāng)儲(chǔ)管理及其搬運(yùn)、裝卸,、裝配作業(yè)和質(zhì)量檢驗(yàn)等,。

第三個(gè)層次:智能化數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)。

在第二層次生產(chǎn)制造系統(tǒng)智能自動(dòng)化的基礎(chǔ)上,,配置網(wǎng)絡(luò)綜合管理系統(tǒng),來實(shí)現(xiàn)全工)‘的智能化數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)制造,。智能化工)‘的實(shí)現(xiàn)主要是靠信息通信技術(shù)(ict)和智能網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行加以保證,。具有實(shí)時(shí)資料搜集與傳輸功能、高效能計(jì)算機(jī)與分析預(yù)測(cè)功能,、遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷功能及模擬功能等,。智能化工)‘最核心的部分是生產(chǎn)過程和全面經(jīng)營(yíng)運(yùn)行的智能自動(dòng)化,包括設(shè)計(jì)智能化,,生產(chǎn)排序自動(dòng)化,,生產(chǎn)線自動(dòng)化,測(cè)試檢驗(yàn)自動(dòng)化,,倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化,,電力管理智能自動(dòng)化等等,進(jìn)一步發(fā)展到自動(dòng)化無人化工)‘(絕大多數(shù)設(shè)備可以無人值守),。

第四個(gè)層次:智能化社會(huì)化生產(chǎn),。

智能化網(wǎng)絡(luò)化社會(huì)化制造,將山企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)經(jīng)因特網(wǎng)向企業(yè)外部傳輸,。這就是所謂的internet/intranet,。網(wǎng)絡(luò)可使企業(yè)與企業(yè)之間進(jìn)行跨地區(qū)協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造,、信息共享,、遠(yuǎn)程監(jiān)控,、遠(yuǎn)程診斷和服務(wù)等。網(wǎng)絡(luò)能為制造提供完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息,,可以通過網(wǎng)絡(luò)將加工程序傳給遠(yuǎn)方的設(shè)備進(jìn)行加工,,也可遠(yuǎn)程診斷并發(fā)出指令調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)使各地分散的數(shù)控機(jī)床聯(lián)系在一起,,互相協(xié)調(diào),,統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)整,使產(chǎn)品加工不局限于一個(gè)工)‘內(nèi)而實(shí)現(xiàn)社會(huì)化生產(chǎn),。智能化社會(huì)化制造能夠借助internet網(wǎng)實(shí)現(xiàn)跨行業(yè),、跨國(guó)際智能化制造,進(jìn)人internet/intranet時(shí)代,。云計(jì)算借助internet網(wǎng)整合了計(jì)算機(jī)資源,,為智能化制造開了先河。智能化網(wǎng)絡(luò)化社會(huì)化制造將引領(lǐng)社會(huì)和全球資源的整合與優(yōu)化運(yùn)用,,同時(shí)將有效地提高人類的生活質(zhì)量,,逐步地減少人類的體力勞動(dòng)而擴(kuò)大腦力勞動(dòng)的比重,進(jìn)入知識(shí)社會(huì),,智能社會(huì),。

智能制造具有高科技高水平的先進(jìn)制造系統(tǒng),面臨一些極具挑 戰(zhàn)性的問題,。當(dāng)然也需要我們投入大量的研究去攻克這些技術(shù)難題,。產(chǎn)品和制造過程的數(shù)字建模理論及混合約束求解方法,幾何表示與推理在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃,、抓取,、夾持、裝配,、nc加工,、計(jì)算機(jī)視覺、測(cè)量中的應(yīng)用,,制造技能和制造知識(shí)的表示,、獲取與推理。智能制造單元的agent建模及智能制造系統(tǒng)的多agent建模理論,、多agent系統(tǒng)學(xué)>-j及重構(gòu)理論,、多agent系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析方法及性能評(píng)價(jià)標(biāo)、多agent系統(tǒng)規(guī)劃,、調(diào)度,、控制與協(xié)調(diào)等。制造資源的holon模型holonic系統(tǒng)組成及其分別式協(xié)調(diào)與控制等,。由于人類智能問題本身的復(fù)雜性,,智能制造理論與技術(shù)的研究任重而道遠(yuǎn),,上述問題的深入研究,不僅將促進(jìn)智能制造理論與技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)一步完展具有積極的推動(dòng)作用,。不僅要提高機(jī)器設(shè)備的智商,,更要協(xié)調(diào)好人與機(jī)器的關(guān)系,建立一種新型的人機(jī)一體化關(guān)系,,從而產(chǎn)生高效高性能的生產(chǎn)系統(tǒng),。總之,,隨著智能制造技術(shù)的普及以及其帶來的優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯,,可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來,智能制造將成為下一代重要的生產(chǎn)模式,。參考文獻(xiàn):

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智能制造系統(tǒng)的定義篇五

現(xiàn)代制造技術(shù)

1142813203 吳文樂

摘要:現(xiàn)代制造技術(shù)是在傳統(tǒng)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上, 不斷吸收和發(fā)展機(jī)械、電子,、能源,、材料、信息及現(xiàn)代管理技術(shù)的成果, 將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì),、制造,、檢驗(yàn)、管理服務(wù)等產(chǎn)品生命周 期的全過程, 以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì),、高效、低耗,、靈活,、清潔的生產(chǎn)技術(shù)模式,取得理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱傳統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)可以顯著提高生產(chǎn)效率,然而其局限性也顯而易見,,即無法很好地適應(yīng)中小批量生產(chǎn)的要求,。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展,特別是自動(dòng)控制技術(shù),、數(shù)控加工技術(shù),、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等的迅猛發(fā)展,柔性制造技術(shù)(fmi)應(yīng)運(yùn)而生,。

關(guān)鍵詞:現(xiàn)代制造技術(shù),;自動(dòng)控制技術(shù);柔性制造技術(shù)

1.現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展綜述

現(xiàn)代制造技術(shù)在系統(tǒng)論,、方法論,、信息論和協(xié)同 論等的基礎(chǔ)上形成制造系統(tǒng)工程學(xué),,是一種廣義制造的概念,亦稱之為“大制造”的概念,,它體現(xiàn)了制造概念的擴(kuò)展,。廣義制造概念的形成過程主要有以下幾方面原因[1]。

1).制造設(shè)計(jì)一體化,。體現(xiàn)制造和設(shè)計(jì)的密切結(jié)合,,形成了設(shè)計(jì)制造一體化,設(shè)計(jì)不僅是指產(chǎn)品設(shè)計(jì),,而且包括工藝設(shè)計(jì),、生產(chǎn)調(diào)度設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制設(shè)計(jì)等,。

2).材料成形機(jī)理的擴(kuò)展?,F(xiàn)在加工成形機(jī)理明確地將加工分為去除加工、結(jié)合加工和變形加工,。

3).制造技術(shù)的綜合性?,F(xiàn)代制造技術(shù)是一門以 機(jī)械為主體,交叉融合光,、電,、信息、材料等學(xué)科的綜合體,,并與管理科學(xué),、社會(huì)科學(xué)、文化,、藝術(shù),、人機(jī)工 程、生物工程和生命科學(xué)等相結(jié)合,,拓展了新領(lǐng)域?,F(xiàn)代制造技術(shù)應(yīng)包括硬件和軟件兩大方面,硬/軟件工具,、平臺(tái)和支撐環(huán)境有了很大的發(fā)展,。

4).產(chǎn)品的全生命周期。制造的范疇從過去的設(shè)計(jì),、加工和裝配發(fā)展為產(chǎn)品的全生命周期,,包括市場(chǎng)調(diào)研、設(shè)計(jì),、制造,、銷售、維修和報(bào)廢處理等,。

5).生產(chǎn)制造模式的發(fā)展,。計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù) 是制造技術(shù)與信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,,集成制造系統(tǒng)強(qiáng) 調(diào)信息集成,其后出現(xiàn)了柔性制造,、敏捷制造,、虛擬制 造、網(wǎng)絡(luò)制造,、大規(guī)模定制,、綠色制造、智能制造和協(xié) 同制造等多種制造模式,,有效地提高了制造技術(shù)的水平,,擴(kuò)展了制造技術(shù)的領(lǐng)域[2]。

現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展主要沿著“廣義制造”或稱 “大制造”的方向發(fā)展,,其具體的發(fā)展可以歸納為四個(gè)方面和多個(gè)大項(xiàng)目[3],,如圖1所示:

圖1:現(xiàn)代制造技術(shù)方向

針對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù),本文從柔性制造技術(shù)的角度對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí),,對(duì)柔性制造在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行深入的研究,;

2.柔性制造

2.1 柔性制造簡(jiǎn)述

所謂“柔性”,是指制造系統(tǒng)(企業(yè))對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力,,也是指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力,。柔性可分為瞬時(shí)、短期和長(zhǎng)期柔性[4],。瞬時(shí)柔性是指設(shè)備出現(xiàn)故障后,,自動(dòng)排除故障或?qū)⒘慵D(zhuǎn)移到另一臺(tái)設(shè)備上繼續(xù)進(jìn)行加工的能力;短期柔性是指系統(tǒng)在短時(shí)期內(nèi),,適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力,,包括在任意時(shí)期混合進(jìn)行加工2種以上零件的能力;長(zhǎng)期柔性則是指系統(tǒng)在長(zhǎng)期使用中,,能夠加工各種不同零件的能力,。迄今為止,柔性還只能定性地加以分析,尚無科學(xué)實(shí)用的量化指標(biāo),。因此,,凡具備上述3種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動(dòng)化制造系統(tǒng)都可以稱為柔性制造系統(tǒng),。柔性制造技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)過程及其裝備上的應(yīng)用,,是將微電子技術(shù)、智能技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)融合在一起,,具有自動(dòng)化,、柔性化,、高效率的特點(diǎn),,是目前自動(dòng)化制造系統(tǒng)的基本單元技術(shù)[5]。

柔性制造技術(shù)是對(duì)各種不同形狀加工對(duì)象實(shí)現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和[6],。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群,,我們認(rèn)為凡是側(cè)重于柔性,適應(yīng)于多品種,、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù),。目前按規(guī)模大小劃分為[7]:

(1)柔性制造系統(tǒng)(fms):關(guān)于柔住制造系統(tǒng)的定義很多,權(quán)威性的定義有:美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局把fms定義為:“由一個(gè)傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設(shè)備,,傳輸裝置把工件放征其他聯(lián)結(jié)裝置上送到各加工設(shè)備,,使工件加工準(zhǔn)確、迅速和自動(dòng)化,。

(2)柔性制造單元(fmc):m s是fms向廉價(jià)化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物,,它是由l~2臺(tái)加工中心、工業(yè)機(jī)器人,。數(shù)控機(jī)床及物料運(yùn)送存貯設(shè)備構(gòu)成,,其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)單機(jī)柔性化及自動(dòng)化,具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性,。迄今已進(jìn)入普及應(yīng)用階段,。

(3)柔性制造線(fml):它是處于單一或少品種人批量非柔性自動(dòng)線與中小批量多品種fms之間的生產(chǎn)線,。其加工設(shè)備可以是通用的加工中心,,cnc機(jī)床;亦可采用爭(zhēng)用機(jī)床或nc專用機(jī)床,,對(duì)物料搬運(yùn)系統(tǒng)柔性的要求低于fms,,但生產(chǎn)率更高。它是以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)生過程中的分散型控制系統(tǒng)(d c s)為代表,,其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動(dòng)化,,其技術(shù)已日趨成熟,迄今已進(jìn)入實(shí)用化階段,。

(4)柔性制造工廠(fmf):fmf是將多條fms連接起來,,配以自動(dòng)化屯體倉(cāng)庫(kù),用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系,,采用從訂貨,、設(shè)計(jì)、加工,、裝配,、檢驗(yàn),、運(yùn)送至發(fā)貨的完整f m s。它包括了cad/cam,,并使計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(cims)投入實(shí)際,,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng) 柔性化及自動(dòng)化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理,、產(chǎn)品加工及物料貯運(yùn)進(jìn)程的全盤化,。fmf是自動(dòng)化生產(chǎn)的最高水平,,反映出世界上最先進(jìn)的自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)。它是將制造,、產(chǎn)品開發(fā)及經(jīng)營(yíng)管理的自動(dòng)化連成一個(gè)整體,以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(tǒng)(ims)為代表,,其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)工廠柔性化及自動(dòng)化[8],。

2.2柔性制造所采用的關(guān)鍵技術(shù)

1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)未來cad技術(shù)發(fā)展將會(huì)引入專家系統(tǒng),使之具有智能化,,可處理各種復(fù)雜的問題,。當(dāng)前設(shè)計(jì)技術(shù)最新的一個(gè)突破是光敏立體成形技術(shù),,該項(xiàng)新技術(shù)是直接利用cad數(shù)據(jù),通過計(jì)算機(jī)控制的激光掃描系統(tǒng),,將二維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形,,并按二維片狀圖彤對(duì)池內(nèi)的光敏樹脂液面進(jìn)行光學(xué)掃描,被掃描到的液面則變成固化塑料,,如此循環(huán)操作,逐層掃描成形,,并自動(dòng)地將分層成形的各斤狀固化塑料粘合在一起,,僅需確定數(shù)據(jù),數(shù)小時(shí)內(nèi)便呵制出精確的原型,。它有助于加快開發(fā)新產(chǎn)品和研制新結(jié)構(gòu)的速度,。

2.模糊控制技術(shù)模糊數(shù)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用是模糊控制器。最近開發(fā)出的高性能模糊摔制器具有自學(xué)習(xí)功能,,可在控制過程中不斷獲取新的信息井自動(dòng)地對(duì)控制量作調(diào)整,使系統(tǒng)性能大為改善,,其中尤其以基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)方法更引起人們極大的關(guān)注,。

3.人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)迄今,,柔性制造技術(shù)中所采用的人工智能大多指基礎(chǔ)規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識(shí)和推理規(guī)則進(jìn)行推理,,求解各類問題(如解釋,、預(yù)測(cè),診斷,、查找故障,、設(shè)汁、計(jì)劃,、監(jiān)視,、修復(fù)、命 令及控制等),。由于專家系統(tǒng)能簡(jiǎn)便地將各種事實(shí)及經(jīng)驗(yàn)證過的理論與通過經(jīng)驗(yàn)獲得的知識(shí)相結(jié)合,,因而專家系統(tǒng)為柔性制造的諸方面工作增強(qiáng)綜合性。展望未來,,以知識(shí)密集為特征,,以知識(shí)處理為手段的人工智能(包括專家系統(tǒng))技術(shù)必將在柔性制造(尤其智能型)中起著非常重要的關(guān)鍵性的作用。目前對(duì)未來智能化柔性制造技術(shù)具有重要意義的一個(gè)正在急速發(fā)展的領(lǐng)域是智能傳感器技術(shù),。該項(xiàng)技術(shù)是伴隨計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和人工智能產(chǎn)生的,,它使傳感器具有內(nèi)在的“決策”功能,。

4.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息進(jìn)行并處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也就是一種人工智能工具,。在自動(dòng)控制領(lǐng)域,,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不久將并列到專家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng),成為現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分[9],。

3.國(guó)內(nèi)現(xiàn)代制造技術(shù)狀況

近年來,,世界各國(guó)都投入了巨大的財(cái)力和物力,強(qiáng)化作為光機(jī)電一體化制造業(yè)基礎(chǔ)的先進(jìn)制造業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略研究,。美國(guó),、德 國(guó)、日 本 等 國(guó) 已 經(jīng) 開 發(fā) 出 了 數(shù) 控(nc),、計(jì)算機(jī)數(shù)控(cnc),、直接數(shù)控(cam)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(cims),、制造資源規(guī)則(mrp),、柔性制造單元(tmc)、柔性制造系統(tǒng)(fms),、機(jī)器人,、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造(cad/cam)、精益生產(chǎn)(lp),、智能制造系統(tǒng)(ms),、并行工程(ce)和敏捷制造(am)等多項(xiàng)現(xiàn)代制造技術(shù)與制造模式。這些技術(shù)的推廣與應(yīng)用,,不僅使本國(guó)企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力得到鞏固,,也使得世界先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展迅猛[10]。我國(guó)制造業(yè)市場(chǎng)的巨大潛力,,為現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)空間,。但是,與制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)相比,,國(guó)內(nèi)的現(xiàn)代制造技術(shù)的研發(fā)與市場(chǎng)拓展還不均衡,。其中,,國(guó)內(nèi)機(jī)械基礎(chǔ)件制造行業(yè)中的數(shù)控化率極低,不足1.6%,,先進(jìn)加工工藝,、技術(shù)和裝備的普及程度不足10 % ;cad/cam 系統(tǒng)應(yīng)用的普及率在國(guó)內(nèi)骨干企業(yè)僅有35%,,產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小,。另外,在相關(guān)行業(yè)中如印刷業(yè),、電力行業(yè)和醫(yī)療器械行業(yè)等,,技術(shù)裝備的低數(shù)控化率也遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)對(duì)中高檔先進(jìn)產(chǎn)品的需求??v觀國(guó)際制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)與發(fā)展,面對(duì)國(guó)際,、國(guó)內(nèi)兩個(gè)制造業(yè)市場(chǎng)的日漸融合,,如何立足國(guó)內(nèi)制造業(yè)的市場(chǎng)需求,整合分散的科研與企業(yè)資源,,盡快形成自己在先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中的技術(shù)優(yōu)勢(shì),,已經(jīng)是擺在我國(guó)制造業(yè)面前的迫在眉睫的課題了[11]。

總之,,重視制造業(yè)和現(xiàn)代制造技術(shù)已成為全球化的大趨勢(shì)?,F(xiàn)代制造技術(shù)不是一項(xiàng)具體技術(shù),而是利用系統(tǒng)工程技術(shù)將各種相關(guān)技術(shù)集成的一個(gè)有機(jī)整體,;現(xiàn)代制造技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)技術(shù),,而不是一成不變的,它需要不斷吸收各種高新技術(shù)成果,,并將其滲透到產(chǎn)品的所有領(lǐng)域,,結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體,實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì),、高效,、低耗、清潔和靈活的生產(chǎn)[12],;現(xiàn)代制造技術(shù)的目的是提高制造業(yè)的綜合效益,,其不摒棄傳統(tǒng)技術(shù),而是有賴于不斷用科技新手段去研究它和傳承它,,并應(yīng)用科技新成果去改造它和充實(shí)它,;現(xiàn)代制造技術(shù)在強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)的同時(shí),還強(qiáng)調(diào)各專業(yè)學(xué)科之間的相互滲透,、融合和淡化,,并消除其間的界限,。我國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)結(jié)合自身的特點(diǎn),形成特色,,大力發(fā)展一些關(guān)鍵前沿技術(shù),,比如新一代材料成型技術(shù)、微米及納米技術(shù),、快速原型制造以及智能制造等[13],。在不久的將來,現(xiàn)代制造技術(shù)將得到更大的發(fā)展和壯大,,發(fā)展和應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)是每個(gè)國(guó)家為提高企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和技術(shù)創(chuàng)新能力的必然選擇,。

參考文獻(xiàn):

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