智能制造概述

智能制造概述摘要：简要介绍了智能提出的背景、主要研究内容和目标、人工智能和I M T、I M S、I M S和C I M S、智能制造的物质基础和理论基础、智能制造系统的特性和框架结构、智能加工中心IMC、智能制造技术颈部的发展趋势、智能制造系统研究结果和现有问题。关键字：智能制造、IMS、IMC、IMT。Abstract:智能制造introducted the background，main contents and objectives，artifical intelligence and IMTKey words :智能制造，IMS，IMC，IMT。一.智能制造提出的背景制造业是国民经济的基础产业部门，是决定国家发展水平的最基本因素之一。从机械制造业的发展过程来看，经过了手工生产、泰勒制造、高度自动化、灵活自动化和集成制造、并行计划设计制造等阶段。以制造业自动化为例，大体上每10年一次的： 50-60年代是单机数控机器和70年代后构成数控机床和它们的自动化岛，80年代在全球掀起了灵活的自动化热潮。与此同时，虽然出现了计算机集成制造，但与实用化相去甚远。随着计算机的出现和发展，机械制造大大沿着两条路线发展：一个是传统制造技术的发展，另一个是计算机和自动化科学的制造技术和系统的发展。80年代以来，传统的制造技术发展到了多种程度，但也存在很多问题。先进的计算机技术和制造技术对产品、技术和系统设计人员和管理员提出了新的挑战。传统的设计和管理方法无法有效解决现代制造系统中出现的问题，因此我们使用现代工具和方法利用所有领域的最新研究结果，集成传统制造技术、计算机技术和科学、人工智能等技术，包括智能制造技术(in tell igen t m anufactu r ing techno logy，I m t)和智能制造系统90年代以后，世界各国竞争发展I M T和I M S的深层原因是：(1)集成不可缺少的智能制造系统是具有多年积累的生产经验、生产过程中人机交互、必须使用的智能机器(如智能机器人)等的复杂大型系统。超出智能，集成也不能完全实现。(2)可以选择更灵活的机械智能系统或单机智能；独立执行型可以开发一种智能，也可以开发多种智能。智能可以在系统内或独立运行，与集成制造系统不同，智能只能在整个系统集成中工作。(3)智能、经济高效的传统计算机集成制造系统(competer in tegra tem anufactu ingsystem，c I m s)投资少，投资数亿元，甚至数十亿元，几乎没有企业可以负担的，运行时运行少，维护成本高，传统(4)白领和技术人员越来越缺乏经验，产品制造技术越来越复杂，导致利用人工智能和知识工程技术解决现代化加工问题。(5)工厂生产力的提高，由于生产管理和生产自动化人工智能与计算机管理相结合，不懂计算机的人也可以通过视觉、对话等智能手段实现生产管理的科学化。总之，基于计算机信息技术的高新技术的迅速发展为传统制造业提供了新的发展机会。计算机技术、信息技术、自动化技术和传统制造技术相结合，形成了先进的制造技术概念。冷战结束后，在单纯的军事力量竞争中，经济发展和国民生活水平提高的综合国力对决，国际间高新技术领域的竞争日趋激烈，其发展形式从仅依赖本国的人力、物力、财力、财源发展到国际间大规模合作。近年来发达国家倡导的面向21世纪的“智能制造系统”、“信息高速公路”等国际研究计划是这一背景的产物，也是国际间高新技术研究开发的具体表现，是积极占领21世纪高新技术高地的象征。二.主要研究内容和目标智能制造没有国际公认的定义。目前常用的一个定义是智能制造技术在制造产业的不同部分以高度的灵活性和高度的集成方式通过计算机模拟人类专家的制造智能活动。因此，智能制造的研究开发对象是整个机械制造企业，主要研究开发目标2 : 具有整个制造工作的全面智能，并以实际制造系统中第一个人的码头劳动被机器智能代替为主要对象，强调了整个企业生产经营过程的广泛自我组织能力。强调信息和制造智能的集成和共享，智能集成自动化。目前，I M T和I M S的研究方向已从最初人工智能的制造领域应用领域(A I M)发展到今天的I M S。研究主题在市场分析、产品设计、生产计划、制造加工、工艺控制、信息管理和设备维护等基于技术的领域中实现了自动化。面向全球范围的制造环境的集成和自组织功能，包括制造智能处理技术、自配置处理设备、自配置机器人、智能生产管理信息系统、多级竞争控制网络、全球通信和运营网络。从日本提出的I M S国际合作研究计划对I M S的说明可以看出，I M S的研究包括智能活动、智能机器和两者的有机融合技术，其中智能活动是问题的核心。在I M S研究的众多基础技术中，制造智能处理技术在各个方面负责制造智能的集成和生成智能的智能活动，因此，它是需要研究的最重要和最紧迫的问题之一。在一个国家或全球范围内，企业之间存在着密切的关系，包括采用相同的生产设备和系统，类似的生产控制和管理方式，以及上下工序产品之间的连接。此前出现的显着问题包括产品和技术的标准化、标准化和普及、信息自动交换形式和界面、制造智能共享等。国际I M S计划的基本观点如下： I M S是21世纪的制造系统，必须开发相应的制造技术；要组织和组织这些技术。加强技术标准化；考虑人力因素。保护环境。该计划由已有生产技术的系统化和标准化、21世纪生产技术的研究和开发两部分组成。1992年4月在日本举行的第一个国际技术委员会确定了4个主题： 技术课题。选择原则；评价程序；实施指南。国际I M S中心成员提出的前10个研究课题企业整合，全球制造；系统单元技术；清洁制造技术；人体和组织研究；高级材料加工技术；全球并行工程(评估和实施)；自主模块系统设备和分布控制；快速产品开发；B k知识系统化(设计和制造)。美国国家科学基础(N SF)继续支持与智能制造相关的大部分研究项目，包括制造流程中的智能决策、基于多城市的智能协作解决方案、智能并行设计、物流传输的智能自动化、智能处理系统和智能机器。日本推出的智能制造系统国际合作计划以尖端计算机为背景，受到“真空世界”计算机研究计划的影响。其主要研究内容如下： 强调部分替代者的智能活动，实现部分人的技能；利用智能计算机技术集成设计制造过程，利用虚拟现实技术实现虚拟制造，实现多媒体的人机界面技术、虚拟现实技术、职业教育。强调全球制造网络的生产和制造技术，通过卫星、In ternet和数字电话网络实现全球制造。强调智能性和自律化的智能加工系统和智能CNC，智能机器人研究。重视分布式人工智能技术的应用，强调自主协作，而不是集中层次控制。I M T和I M S的研究和开发对提高产品质量、提高生产力和降低成本、提高国家制造业应对市场变化的能力和速度、提高国家的经济实力和人民的生活水平具有重要意义。研究目标是将市场适应能力、经济性、人的重要性、适应自然和社会环境的能力、开放性和兼容性等结合在一起的生产系统： 使整个制造过程智能化，并具备自我组织能力。I M S是集成很多工厂和各种机械设备的混合系统；具有满足各种社会需要的灵活性。能充分发挥人的作用。操作容易。总效率；可以避免重复投资等。人工智能的目的是打破人类自然智能的限制，以代替、扩大、加强人类大脑的部分为目的，完成仅凭人的自然智能无法完成的或具有危险性的工作，使人的智慧能够集中在更具创造性的工作上。人类是制造业走向智能的过程中起决定性作用的制造智能的重要来源。目前在整体智力水平上，与人工系统相比，人的智力仍然遥遥领先。人工智能模拟的蓝本主要以人类的智能为对象，但人类的智能随着时间不断变化，而这种变化又没有尽头，只有人和机器有机结合，才能实现制造过程的真正智能。智能制造被称为新世纪的制造技术，但尚未实现的原因是，目前需要受到科学技术、人、经济等多方面的制约。智力和思维的智能就是根据不同的环境和目的实现决策和目的的能力。这里给定的环境和目的是问题的制约条件，正确的决策制定是智能的中心环节，有效地实现目的是智能的判断标准。在信息处理方面，智能可以看作是获取、传递、处理、重新生成和利用信息的能力。思维能力是整个智能活动中最复杂、最关键的部分，主要是指处理和重新生成信息的能力。这种信息处理过程非常复杂，多种多样，概括起来，大致可以分为：实证思维、逻辑思维、创造性思维三种基本类型。在流程设计过程中，所有这三种类型的事故都存在，并在不同层次的决策中发挥着重要作用。总之，智能制造技术是制造技术、自动化技术、系统工程和人工智能等学科相互渗透、相互交织的综合技术。具体表现为：智能设计、智能处理、机器人操作、智能控制、智能工艺计划、智能调度和管理、智能装配、智能测量和诊断。强调通过“智能设备”和“自主控制”构建下一代智能制造系统模型。智能制造系统具有自律、自我组织、自我学习和自我优化功能、自我康复功能，适应性强，采用VR技术，人机界面更加熟悉。因此，I M技术的研究和开发对提高生产效率和产品质量、降低成本、提高制造业市场适应性、国家经济实力和国民生活水平具有重要意义。智能制造是制造系统灵活自动化和集成自动化的新发展和重要组成部分，因此，今后智能制造将朝着智能集成的方向发展，今后智能制造的研究将集中在智能检测和检测上，如智能传感器、智能检测和检测技术、光纤检测技术等。三.人工智能和I M T，I M S有关人工智能的研究从一开始就没有摆脱制造机器生物的想法“机器智能”。以这种“自主”系统为对象的研究路径严重阻碍了人工智能研究的进展。很多学者已经认识到这一点，Feigenbaum、N ew ell、Qian Xuesen从计算机的角度提出了人和计算机相结合的智能系统概念。目前，在海外，在多媒体和虚拟技术研究方面进行了大量投资，同时使用了日本第五代智能这表明，计算机开发计划搁浅等事例改变了知识系统研究目标。人工智能技术在机械制造领域的应用包括市场分析、产品设计、生产计划、过程控制、质量控制、材料处理、设备维护等。结果，开发了各种领域的独立专家系统、知识库系统或智能辅助系统，形成了一系列“智能岛”。随着研究和应用的深化，未来制造自动化必须高度集成和智能化的认识逐渐扩散人机系统的有机集成使制造自动化水平进一步提高，依赖于整个制造系统的自组织能力。这些“岛”的适用范围以及如何提高在实际制造环境中处理问题的能力成为了研究的重点。通过集成制造自动化、新一代人工智能、计算机等科学技术开发的新的制造工程 I M T和新的代制造系统 I M S引人注目。人工智能在制造领域的应用与I M T和I M S的重要区别在于，I M S和I M T作为第一次部分代替制造商的脑力劳动的研究对象，应在一定范围内独立适应周围环境并进行工作，而不是起到“辅助和支持”的作用。四