智能制造系统

第六章智能制造系统16.1概述6.2智能制造系统体系架构6.3智能制造系统调度控制6.4智能制造系统供应链管理智能制造系统全文共22页，当前为第1页。面向产品的全生命周期，以物联网、大数据、云计算等新一代信息技术为基础，以制造装备、制造单元、制造车间、制造企业和企业生态系统等不同层次的制造系统为载体，在其设计、生产、管理、服务等制造活动的关键环节，具有一定自主性的感知、学习、分析、决策、通信与协调控制、执行能力，能动态地适应制造环境的变化，从而实现有效缩短产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗等目标。

智能制造的定义6.1智能制造系统概述智能制造系统全文共22页，当前为第2页。6.1智能制造系统概述智能制造的目的是通过集成知识工程、制造系统、机器视觉和机器控制，来对制造技工的技能和专家知识进行建模，以使智能机器在没有人工干预的情况下进行生产。如果将体现在制造系统各环节中的智能制造技术与制造环境中人的智能以柔性方式集成起来，并贯穿于制造过程中，就是智能制造系统。智能制造的载体是智能制造系统。智能制造系统就是基于智能制造技术实现的制造系统。智能制造系统全文共22页，当前为第3页。“智能制造系统”与“自动化制造系统”、“数字化制造系统”的区别：①

具备一定的感知、决策、学习、通信、协调控制能力；②

能动态适应制造环境的变化。6.1智能制造系统概述智能制造系统全文共22页，当前为第4页。

智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行诸如分析、推理、判断、构思和决策等智能活动。智能制造系统是智能制造技术的载体，包括智能产品、智能制造过程、智能制造模式。6.1智能制造系统概述智能制造系统全文共22页，当前为第5页。6.1智能制造系统概述智能制造技术在不同层次的制造系统中实现，构成不同层次的智能制造系统。智能制造系统的层次智能制造系统全文共22页，当前为第6页。6.1智能制造系统概述智能制造系统的特点(1)在实际制造系统中提出了以取代人的部分脑力劳动作为目标；(2)强调信息和制造智能的集成共享，强调智能型的集成自动化；(3)强调制造智能的集成，人的智能与机器智能的有机融合；(4)强调系统的自组织与自学习能力，不断优化自身的工作过程，具有容错冗余、故障自我诊断、自我排除、自我修复等特点。智能制造系统全文共22页，当前为第7页。特征：大型性、复杂性、动态性、不确定性、人为因素性、等级层次性、信息结构能通性。1）大系统6.1智能制造系统概述智能制造系统特征2）感知→分析→决策→执行与反馈大闭环3）系统进化和自学习5）虚拟与物理的融合4）人与机器的融合智能制造系统全文共22页，当前为第8页。

智能制造系统的关键技术有：（1）制造系统建模与自组织技术；（2）智能制造执行系统技术；（3）智能企业管控技术；（4）智能供应链管理技术；（5）智能控制技术；（6）信息物理融合技术。6.1智能制造系统概述智能制造系统全文共22页，当前为第9页。6.2智能制造系统体系架构智能制造系统架构通过生命周期、系统层级和智能功能三个维度构建完成，主要解决智能制造标准体系结构和框架的建模研究。智能制造系统全文共22页，当前为第10页。6.2智能制造系统体系架构1. 生命周期生命周期是由设计、生产、物流、销售、服务等一系列相互联系的价值创造活动组成的链式集合。生命周期中各项活动相互关联、相互影响。不同行业的生命周期构成不尽相同。智能制造系统全文共22页，当前为第11页。6.2智能制造系统体系架构2. 系统层级系统层级自下而上共五层，分别为设备层、控制层、车间层、企业层和协同层。智能制造的系统层级体现了装备的智能化和互联网协议（IP）化，以及网络的扁平化趋势。智能制造系统全文共22页，当前为第12页。6.2智能制造系统体系架构3. 智能功能智能功能包括资源要素、系统集成、互联互通、信息融合和新兴业态等五层。智能制造系统全文共22页，当前为第13页。6.2智能制造系统体系架构可编程逻辑控制器（PLC）PLC位于智能制造系统架构生命周期的生产环节、系统层级的控制层级，以及智能功能的系统集成。智能制造系统全文共22页，当前为第14页。6.2智能制造系统体系架构工业机器人工业机器人位于智能制造系统架构生命周期的生产环节、系统层级的设备层级和控制层级，以及智能功能的资源要素。智能制造系统全文共22页，当前为第15页。6.2智能制造系统体系架构工业互联网工业互联网位于智能制造系统架构生命周期的所有环节、系统层级的设备、控制、工厂、企业和协同五个层级，以及智能功能的互联互通。智能制造系统全文共22页，当前为第16页。

调度控制在制造系统管理控制中的地位在离散生产环境下，制造系统中零部件繁多、物流复杂、现场状态瞬息万变，因此，没有好的调度，再优的生产计划也难以产生好的生产效益。由此可见，调度控制在现代制造系统的管理控制中具有非常重要的地位。6.3智能制造系统调度控制智能制造系统全文共22页，当前为第17页。

调度控制子问题一般包括以下几类：（1）工件投放控制；（2）工作站输入控制；（3）工件流动路径控制；（4）刀具调度控制；（5）程序与数据的调度控制；（6）运输调度控制。6.3智能制造系统调度控制解决调度控制问题的方法和系统可分为两大类，即静态调度和动态调度。智能制造系统全文共22页，当前为第18页。

调度控制系统是一个基于状态反馈的自动控制系统。6.3智能制造系统调度控制智能制造系统全文共22页，当前为第19页。

解决调度控制问题的难点主要体现在：（1）现代制造系统中的调度控制属于实时闭环控制，对信息处理与计算求解的实时性要求很高；（2）被控对象是特殊的非线性动力学系统——离散事件动态系统（DEDS），难以建模；（3）没有根据被控对象设计调度控制器的有效理论方法。（4）系统处于具有强烈随机扰动的环境中，扰动D（如原材料、毛坯供应突变，能源供应异常变化，资金周转出现意外情况等）对系统运行的影响极大。6.3智能制造系统调度控制智能制造系统全文共22页，当前为第20页。

对于一般性的调度控制问题，具有代表性的方法：（1）基于排序理论的调度方法，如流水排序方法、非流水排序方法等；（2）基于规则的调度方法，如启发式规则调度方法、规则动态切换调度方法等；（3）基于离散事件系统仿真的调度方法；（4）基于人工智能的调度方法，如模糊控制方法、专家系统方法、自学习控制方法等。6.3智能制造系统调度控制智能制造系统全文共22页，当前为第21页。

制造业供应链管理传统企业组织中的采购、生产、分销、零售等看似是