智能制造技术的发展概述(智能制造)

智能制造技术的发展概述制作人某某智能制造技术的发展历程智能制造技术的理论基础智能制造技术的特点智能制造技术的框架结构总结目录智能制造技术的发展趋势一、智能制造技术的发展历程----智能制造定义智能制造是指在制造系统生产与管理的各个环节中，以计算机为工具，并借助人工智能技术来模拟专家智能（分析、判断、推理、构思、决策等）的各种制造和管理技术的总称。智能制造是将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与先进自动化技术、传感技术、数字制造技术结合、实现工厂和企业的内部、企业之间和产品生命周期的实施管理和优化的新型制造系统。一、智能制造技术的发展历程----发展经历从机械制造业发展的历程来看,经历了由手工制作、泰勒化制造、高度自动化、柔性自动化和集成化制造、并行规划设计制造等阶段。就制造自动化而言,大体上每十年上一个台阶:50～60年代是单机数控,70年代以后则是CNC机床及由它们组成的自动化岛，80年代出现了世界性的柔性自动化热潮。80年代以来,

先进的计算机技术和制造技术向产品、工艺和系统的设计人员和管理人员提出了新的挑战,

传统的设计和管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题,

这就促使我们借助现代的工具和方法,

利用各学科最新研究成果,

通过集成传统制造技术、

计算机技术与科学以及人工智能等技术,

发展一种新型的制造技术与系统,

这便是智能制造技术

(Intelligent

Manufacturing

Technology,IMT)与智能制造系统(IntelligentM

anufacturing

System，IMS)。90年代以后，计算机技术、信息技术、自动化技术与传统制造技术相结合，形成了先进制造技术概念。近年来，由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，无疑是该背景下的产物，也是国际间进行高科技研究开发的具体表现和积极占领21世纪高科技制高点的象征。一、智能制造技术的发展历程----人工智能与I

M

T、I

M

S目前国外对多媒体及虚拟技术研究进行大量投资,以及日本第五代智能计算机研制计划的搁浅等事例,就是智能系统研究目标有所改变的明证。人工智能技术在机械制造领域中的应用涉及市场分析、产品设计、生产规划、过程控制、质量管理、材料处理、设备维护等诸方面。结果是开发出了种类繁多的面向特定领域的独立的专家系统、基于知识的系统或智能辅助系统，形成一系列的“智能化孤岛”。随着研究与应用的深入，人们逐渐认识到，未来的制造自动化应是高度集成化与智能化的人—机系统的有机融合，制造自动化程度的进一步提高要依赖于整个制造系统的自组织能力。在80年代末和90年代初,一种通过集成制造自动化、新一代人工智能、计算机等科学技术而发展起来的新型制造工程——IMT和新——代制造系统——IMS便脱颖而出。人工智能在制造领域中的应用与IMT和IMS的一个重要区别在于,IMS和IMT首次以部分取代制造中人的脑力劳动为研究目标,而不再仅起“辅助和支持”作用,在一定范围还需要能独立地适应周围环境,开展工作。二、智能制造技术的理论基础----物质基础智能制造系统的物质基础主要有：(1)数控机床和加工中心；(2)计算机辅助设计与制造；(3)工业控制技术、微电子技术与机械工业的结合即工业机器人的出现；(4)制造系统为智能化开发了面向制造过程中特定环节、特定问题的

“智能化孤岛”，如专家系统、基干知识的系统和智能辅助系统等；(5)智能制造系统和计算机集成制造系统；先进的计算机技术、控制技术和制造技术向产品、工艺和系统的设计师和管理人员提出了新的挑战，传统的设计和管理方法不能再有效地解决现代制造系统提出的问题了。要解决这些问题、需要用现代的工具和方法，例如人工智能(AI)就为解决复杂的工业问题提出了一套最适宜的工具。二、智能制造技术的理论基础----理论基础智能制造国际合作研究计划明确提出:“智能制造系统是一种在整个制造过程中贯穿智能活动，并将这种智能活动与智能机器有机融合，将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场销售等各个环节以柔性方式集成起来的能发挥最大生产力的先进生产系统”。基于这个观点,在智能制造的基础理论研究中，提出了智能制造系统及其环境的一种实现模式，这种模式给制造过程及系统的描述、建模和仿真研究赋予了全新的思想和内容，涉及制造过程和系统的计划、管理、组织及运行各个环节，体现在制造系统中制造智能知识的获取和运用，系统的智能调度等，亦即对制造系统内的物质流、信息流、功能决策能力和控制能力提出明确要求。作为智能制造技术基础，各种人工智能工具，及人工智能技术研究成果在制造业中的广泛应用，促进了智能制造技术的发展。而智能制造系统中，智能调度、智能信息处理与智能机器的有机融合而构成的复杂智能系统，主要体现在以智能加工中心为核心的智能加工系统的智能单元上。二、智能制造技术的理论基础----理论基础智能制造系统中，智能调度、智能信息处理与智能机器的有机融合而构成的复杂智能系统，主要体现在以智能加工中心为核心的智能加工系统的智能单元上。作为智能单元的神经中枢——智能数控系统，不仅需要对系统内部中各种不确定的因素如噪声测量、传动间隙、摩擦、外界干扰、系统内各种模型的非线性及非预见性事件实施智能控制，而且要对制造系统的各种命令。请求做出智能反应。这种功能已远非传统的数控系统体系结构所能胜任，这是一个具有挑战性的新课题。对此有待研究解决的问题有很多，其中包括智能制造机理、智能制造信息、制造智能和制造中的计算几何等。总之，制造技术发展到今天，已经由一种技术发展成为包括系统论、信息论和控制论为核心的、贯穿在整个制造过程各个环节的一门新型的工程学科，即制造科学。二、智能制造技术的理论基础----理论基础智能制造系统中，智能调度、智能信息处理与智能机器的有机融合而构成的复杂智能系统，主要体现在以智能加工中心为核心的智能加工系统的智能单元上。作为智能单元的神经中枢——智能数控系统，不仅需要对系统内部中各种不确定的因素如噪声测量、传动间隙、摩擦、外界干扰、系统内各种模型的非线性及非预见性事件实施智能控制，而且要对制造系统的各种命令。请求做出智能反应。这种功能已远非传统的数控系统体系结构所能胜任，这是一个具有挑战性的新课题。对此有待研究解决的问题有很多，其中包括智能制造机理、智能制造信息、制造智能和制造中的计算几何等。总之，制造技术发展到今天，已经由一种技术发展成为包括系统论、信息论和控制论为核心的、贯穿在整个制造过程各个环节的一门新型的工程学科，即制造科学。三、智能制造技术的特点----多信息感知与融合智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。推进智能制造，能够有效缩短产品研制周期，提高生产效率和产品质量，降低运营成本和资源能源消耗，并促进基于互联网的众创、众包、众筹等新业态、新模式的孕育发展。从生产端入手，加快发展智能制造，对于提高制造业供给结构的适应性和灵活性、培育经济增长新动能等都具有十分重要的意义。智能机器具有对自己和外界的多物理域信息采集、处理与融合的能力,并利用这些信息实现自主感知的能力。智能加工机器也是智能制造系统的一种缩影,智能制造系统的实现,将首先体现在以智能加工机器为核心的智能单元上。所以,智能加工机器的智能程度决定着整个智能制造系统的智能程度,而智能加工机器的智能又主要是由其自主感知能力决定。因此,为了有效的解决智能机器自主感知问题本文提出了一种基于多物理域信息多模式融合与深度学习的智能加工机器自主感知方法。三、智能制造技术的特点----知识表达、获取、存储和处理工业2.0电气化时代，流水线的布局，工业标准的定义，电力基础设施的建设，尤其是管理制度和流程的建立，知识在生产力进步中的作用越来越重要，成为企业之间竞争的有力武器。同样的流水线和工业标准，不同的企业可能经营的结果不大一样，有好有坏，这就是因为知识导致的差异，但是此时的知识积累和应用过程比较缓慢。工业3.0信息化时代将前一阶段积累的大量管理知识和经验，通过众多信息化工具比如企业资源计划ERP，制造执行系统MES，产品生命周期管理

PLM等固化在日常业务运营中，有力的促进了生产力的发展。到了工业4.0的智能制造时代，过去链式的单向供应模式向以用户价值为核心的集群多向协作模式转变，市场竞争的话语权已经发生变化。客户对产品的需求通常是从无到有，在从有到好到精，最终达到需求饱和。三、智能制造技术的特点----联想记忆与智能控制机器人用户也将从高端延伸至普通层面，而加快产品示范性应用，将可强化市场培育。而在未来的制造业，机器人与人类将在工厂协同工作，商业模式也将转变为消费者驱动型的。机器人、智能制造、物联网、大数据、云计算等技术跨学科融合，催生智能工厂制造模式，带来制造业模式颠覆性变革。三、智能制造技术的特点----知识表达、获取、存储和处理工业2.0电气化时代，流水线的布局，工业标准的定义，电力基础设施的建设，尤其是管理制度和流程的建立，知识在生产力进步中的作用越来越重要，成为企业之间竞争的有力武器。同样的流水线和工业标准，不同的企业可能经营的结果不大一样，有好有坏，这就是因为知识导致的差异，但是此时的知识积累和应用过程比较缓慢。工业3.0信息化时代将前一阶段积累的大量管理知识和经验，通过众多信息化工具比如企业资源计划ERP，制造执行系统MES，产品生命周期管理

PLM等固化在日常业务运营中，有力的促进了生产力的发展。到了工业4.0的智能制造时代，过去链式的单向供应模式向以用户价值为核心的集群多向协作模式转变，市场竞争的话语权已经发生变化。客户对产品的需求通常是从无到有，在从有到好到精，最终达到需求饱和。四、智能制造技术的框架结构四、智能制造技术的框架结构----结构构成智能制造技术的框架结构分成四个部分:中心层管理层计划层生产层每个层由具有自治性的多智能体组成，这种多智能体具有相似的结构，但

根据任务的不同而有不同的自学习、自适应、自组织、自维护功能。智能

系统有一定的容错能力，可以在不完整的信息或偶然误差出现时正常地工

作。系统与因特网兼容，可以进行企业动态联盟、招标、投标及电子商务，还可形成虚拟制造的支持环境。四、智能制造技术的框架结构----结构扩展智能制造技术的框架结构分成四个部分:中心层管理层计划层生产层每个层由具有自治性的多智能体组成，这种多智能体具有相似的结构，但

根据任务的不同而有不同的自学习、自适应、自组织、自维护功能。智能

系统有一定的容错能力，可以在不完整的信息或偶然误差出现时正常地工

作。系统与因特网兼容，可以进行企业动态联盟、招标、投标及电子商务，还可形成虚拟制造的支持环境。五、智能制造技术的发展趋势五、智能制造技术的发展趋势----智能加工中心IMC作为以IMC为主的智能加工单元，其任务为感知、决策、加工、

控制与学习。智能加工中心既是

智能制造过程和系统的实验和应

用对象，也是智能制造技术的缩

影和实现通道。它与普通的加工

中心(MC)有着本质的区别，除了

完成数控代码规定的加工任务外，能够根据信息的综合进行自主决

策，实时调整自身行为，适应环

境和自身的不确定性变化，即应

具有“自主性”和“自组织”能力，实现对IMC的数控系统进行实时干预与智能控制。五、智能制造技术的发展趋势----自主品牌智能制造需要摆脱那种靠加工订单来赚取微薄利润生存的方式，转变

为打造属于自己的品牌，根据市场需求，精准定位消费群体，特别是

现如今进入90、00时代，消费主体发生了变化，原来的大众品牌已经

不能适应目前市场的潮流，需要建立新品牌，个性化品牌，针对某个

消费圈层人群的品牌，小而美的品牌。有了自己品牌后，产品的利润

自然就高了，可以通过品牌溢价的方式，能够为企业赚取更多的利润。五、智能制造技术的发展趋势----自主研发中国制造业发展这么多年，其实我们的大部分制造业研发技术还是欠缺的，由于原来的市场太好做了，以至于只要产品做出了就不用担心卖不出去，

大部分制造业会觉得复制是最大的创新，复制技术来做成本更低，这样的

观念导致中国制造大部分是通过仿造或者抄袭来完成初始积累的。长期以

往不重视技术创新的现象，是导致今天的中国制造落后于西方国家的重要

原因。然而现如今市场进入物品饱和的时代，靠仿造和复制的旧时代已经

过去了，中国的制造业必须要下大力气抓自主研发，技术创新，建立自己

的技术壁垒，保持技术的核心竞争力，才能够振兴中国制造，才能够在世

界舞台上占有一席之地。五、智能制造技术的发展趋势----工匠精神为什么日本的百年企业有很多，美国也有很多？其本质的核心是缺乏专注于产品灵魂的工匠精神，缺少将产品做到极致的精神，中国的很多企业是为了赚钱而赚钱，而不是为了实现某种价值而宁可付出一生的精力和时间去做的一种精神信仰。我们在日本经常可以看到一对白发苍苍的老人一生只为经营着一个小小的蛋糕店，而且为此而乐此不彼。我想这就是一种工匠精神吧，确实值得我们中国的企业家学习，国家目前也在大力提倡工匠精神，相信在未来中国的企业平均寿命也会延长，也会出现一批批百年老店。五、智能制造技术的发展趋势----个性化定制新制造有一个很显著的特点就是个性化定制，现如今由于消费市场主体的变化，消费者更加注重个性化需求，消费市场已经由原来的以卖方为主导的市场，渐变为以买方为主导的需求性导向市场，制造业从最开始以美国福特式为代表大规模的生产方式，后来发展到以日本丰田为代表的精益化小批量多品种的生产方式，到现如今发展为以消费者需求为导向的个性化定制生产方式C2M，个性化定制的最大特点是根据消费者真需求定制化生产，以消费者个性化需求为导向、产生订单、工厂定制化生产，最大的好处在于是以零库存的方式生产，大大降低企业的库存成本。而且由于是个性化特点，能够卖出品牌溢价，企业盈利空间更大。五、智能制造技术的发展趋势----互联网+严格意义上来讲，是制造业+互联网，而不是互联网+制造业，现如今互联网基础设施已经基本完善，互联网就像水电煤一样，制造业应该更加积极的融入到互联网中去，进行深度融合，制造业有自己的优势，要学会借力互联网，如通过互联网新媒体传播打造品牌、通过电商渠道销售产品、通过移动互联网社交平台与客户关系互动重建等。五、智能制造技术的发展趋势----大数据、物联网如今已经进入大数据时代，制造业也应该活用大数据，通过数据来对工厂实施精细化的管理，如通过数据对客户群体实施人群画像、精准定位消费群体；如通过大数据对仓库库存实施科学管理、如通过大数据对整个生产流程革新管理、如通过大数据对销售部门、采购部门、研发部门、生产部门、品质部门、人事部门、财务部门等系统化管理。新制造还可以通过物联网对企业进行软硬件实施万物互联，提高企业信息化集成。五、智能制造技术的发展趋势云计算智能制造在研发信息化领域，基于工作站或PC平台的产品研发向桌面云平台转变；由区域研发向远程异地协同研发转变，制造业可以用创客的方式用云计算平台将全国乃至全球的研发人员汇聚一起，集思广益，来研发更好的产品。在云时代，制造企业的信息化应用无需购买任何软硬件产品