智能制造概论

智能制造概论

前言近年来，劳动力成本和原材料价格节节上升，制造业已向更低成本的国家转移，金融危机之后，发达国家提出“再工业化”，要用人工智能、机器人以及数字化制造打败中国制造业。如中国最大的制造商之一——台湾富士康科技集团曾宣布，计划在三年内安装一百万台机器人来取代目前由中国工人来做的工作。事实证明，随着智能制造技术、先进制造技术的快速发展，制造业已开始向发达国家回流，中国制造业大国的地位经受严重挑战。竞争格局、制造技术、绿色发展、国家战略都要求制造业必须走向智能制造之路。一、智能制造的提出制造业是国民经济的基础工业部门,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。单机数控制造50~60年代70年代后80年代80年代后世界性的柔性自动化计算机集成制造、智能制造CNC机床及由它们组成的自动化系统就制造自动化而言,大体上每十年上一个台阶。80年代以来,传统制造技术得到了不同程度的发展,但存在着很多问题。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，这就是所谓的智能制造的雏形。二、智能制造的科学内涵智能制造（IntelligentManufacturing，IM）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智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造的基本原理：从智能制造系统的本质特征出发，在分布式制造网络环境中，根据分布式集成的基本思想，应用分布式人工智能中多Agent系统的理论与方法实现制造单元的柔性智能化与基于网络的制造系统柔性智能化集成。根据分布系统的同构特征,在智能制造系统的一种局域实现形式基础上实际也反映了基于Internet的全球制造网络环境下智能制造系统的实现模式。智能制造渊于人工智能的研究。一般认为智能是知识和智力的总和，前者是智能的基础，后者是指获取和运用知识求解的能力。

智能制造将专家的知识和经验融入感知、决策、执行等制造活动中，赋予产品制造在线学习和知识进化的能力，涉及到产品全生命周期中的设计、生产、管理和服务等制造活动。智能制造涵盖的范围智能制造智能制造系统智能制造装备智能制造技术相关的产品智能制造服务智能制造涵盖的范围很广泛，包括智能制造技术、智能制造装备、智能制造系统和智能制造服务等。三、智能制造主要研究目标和任务智能制造智能制造应当包含智能制造技术(intelligentmanufacturingtechnology，IMT)和智能制造系统(intelligentmanufacturingsystem，IMS)。其主要研究开发目标有:①整个制造工作的全面智能化,它在实际制造系统中首次提出了以机器智能取代人的部分脑力劳动作为主要目标,强调整个企业生产经营过程大范围的自组织能力。②信息和制造智能的集成与共享,强调智能型的集成自动化。全球通讯与操作网多级竞争性控制网络智能生产管理系统制造智能处理技术柔性加工单元自组织机器人IMS的研究方向IMS的研究方向智能制造技术制造技术自动化技术信息管理系统工程与人工智能智能制造技术（IMT）IMT是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术其具体表现为:智能设计、智能加工、机器人操作、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能装配、智能测量与诊断等。它强调通过“智能设备”和“自治控制”来构造新一代的智能制造系统模式。发展智能制造的主要任务包括:智能制造的基础理论研究;功能安全与及安全认证体系研究;智能化设计与管理技术;新一代网络控制系统(ＤＣＳ/ＰＬＣ);自动化成套生产线及工业机器人;传感器等关键零部件及通用部件;智能仪器仪表及执行机构;流程工业协同智能化制造技术;离散制造过程柔性化、智能化制造技术;重大工程示范应用及产业化技术等10个方面。『第一PPT』—WWW.1PPT.COM201520202030基本形成智能制造技术的理论与技术体系并奠定智能制造装备产业的基础高端主要核心装备基本实现自主的目标,研究智能制造技术相关的基础问题,攻克核心基础零部件、核心控制技术、高可靠性及安全控制技术、系统优化技术以及智能化应用软件技术等核心关键技术,研制一批制约我国高端装备发展的核心系统及产品。我国智能制造发展战略机械产品总体升级为智能一代，制造业主要领域将全面推行智能制造模式『第一PPT』—WWW.1PPT.COM智能制造国内外研究现状与发展趋势1.我国智能制造发展现状：取得了一批基础研究成果和智能制造技术智能制造装备产业体系初步形成国家对智能制造的扶持力度不断加大我国对智能制造的研究开始于20世纪80年代末。在最初的研究中在智能制造技术方面取得了一些成果，而进入21世纪以来的十年当中智能制造在我国迅速发展，在许多重点项目方面取得成果，智能制造相关产业也初具规模。随着信息技术与先进制造技术的高速发展，我国智能制造装备的发展深度和广度日益提升，一批具有自主知识产权的智能制造装备实现突破。近年来，我国对智能制造的发展也越来越重视，越来越多的研究项目成立，研究资金也大幅增长。智能制造问题智能制造基础理论和技术体系建设滞后智能制造中长期发展战略缺失关键智能制造技术及核心基础部件主要依赖进口高端制造装备对外依存度高存在的问题近年来，我国智能制造技术及其产业化发展迅速，并取得了较为显著的成效。然而，制约我国智能制造快速发展的突出矛盾和问题依然存在，主要表现在四个方面我国智能制造发展计划：

最近，中国社科院发布的2014年蓝皮报告指出，未来中国人口面貌老龄化转型，人口红利的消失导致劳动力的费用上升以及劳动力短缺问题，企业面临产业结构升级。如何破解劳动力不足，劳动力工资高，实现制造企业生产人工智能化，这将为智能制造发展带来新的机遇与挑战。预计到2015年，仅智能制造装备的产业销售收入就超过1万亿元，年均增长率超过25%，2020年产业销售收入将超过3万亿元。由此可见，智能制造是中国未来10年高速增长的新兴产业之一，已呈崛起之势；同时也是带动其他新兴产业发展的强大动力。2、国外发展现状

美国：2011年6月，美国正式启动包括工业机器人在内的“先进制造伙伴计划”，2012年2月又出台“先进制造业国家战略计划”，提出通过加强研究和试验税收减免、扩大和优化政府投资、建设“智能”制造技术平台以加快智能制造的技术创新，2012年设立美国制造业创新网络，并先后设立增材制造创新研究院和数字化制造与设计创新研究院

德国：通过政府、弗劳恩霍夫研究所和各州政府合作投资于数控机床、制造和工程自动化行业应用制造研究。德国于2013年正式实施以智能制造为主体的“工业4.0”战略，巩固其制造业领先地位。

日本：提出通过加快发展协同式机器人、无人化工厂提升制造业的国际竞争力。

欧盟启动新的研发项目，选择了多项核心技术，其中信息技术、分子生物学和先进制造技术中均突出了智能制造技术的地位。近年来，各国除了对智能制造基础技术进行研究外，更多的是进行国际间的合作研究。智能制造发展趋势3、全球智能制造发展趋势：3D打印为代表的“数字化”制造技术崭露头角世界范围内智能制造国家战略空前高涨“数字化”制造技术有可能改变未来产品的设计、销售和交付用户的方式，使大规模定制和简单的设计成为可能，使制造业实现随时、随地、按不同需要进行生产，并彻底改变自“福特时代”以来的传统制造业形态。3D打印技术呈现三个方面的发展趋势：打印速度和效率将不断提升;将开发出多样化的3D打印材料;3D打印机价格大幅下降。先进制造技术的加速融合使得制造业的设计、生产、管理、服务各个环节日趋智能化，智能制造正引领新一轮的制造业革命，主要体现在以下四个方面：一是建模与仿真使产品设计日趋智能化;二是以工业机器人为代表的智能制造装备在生产过程中应用日趋广泛;三是全球供应链管理创新加速;四是智能服务业模式加速形成。智能制造技术创新及应用贯穿制造业全过程五、智能制造系统简介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，它在制造过程中能以一种高度柔性与集成不高的方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、判断、构思和决策等，从而取代或者延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时，收集、存贮、完善、共享、集成和发展人类专家的智能.智能制造系统结构主要类型以提高制造系统智能为目标"智能机器人、智能体等为手段的智能制造系统用生物问题的求解方法的生物智能制造系通过互联网把企业的建模、加工、测量、机器人的操作一体化的智能制造系统

六、智能制造系统结构的主要类型目前较多采用的是基于Agent的分布式网络化IMS的模型虚拟现实整个系统智能集成自律能力人机一体化智能系统自学习和自维护能力自组织能力七、智能制造系统的特征智能制造系统的特征八、智能制造系统的模式各种制造系统模式的总数可能超过100多种，其中比较重要的制造系统模式有:1)计算机辅助设计(CAD)/计算机辅助制造(CAM)/计算机辅助工程(CAE);2)成组技术(grouptechnology，GT);3)柔性制造系统(flexiblemanufacturingsystem，FMS);4)准时生产制(justintime，JIT);5)计算机辅助工艺规划(CAPP);6)计算机集成制造系统(CIMS);7)并行工程(concurrentengineering，CE);8)精益生产(leanproduction，LP);9)敏捷制造(agilemanufacturing，AM);10)虚拟现实制造(virtualrealitymanufacturing，VRM);11)增强现实制造(augmentedrealitymanufactur-ing，ARM);12)