智能制造的内涵和特征

智能制造的内涵和特征摘要一、制造与智能智能制造（IM，IntelligentManufacturing）通常泛指智能制造技术和智（，beng，beg人工智能（AI，ArtificialIntelligence）是智能机器所执行的与人类智能将人工智能技术和制造技术相结合，实现智能制造，通常有如下好处：工件（信息驱动型转变。制造企业能拥有的产品全生命周期数据可能是非常丰富5二、智能制造概念的产生与发展国际上智能制造的研究始于20世纪七八十年代，智能制造领域的首本研究专著[1]19881989年，Kusiak出版专著《IntelligentManufacturingSystems》[2]，并于次年创办智能制造领域著名的国际学术期刊《JournalofIntelligentManufacturing》[3]。90IMS”国际合作研究计1992年执行新技术政策，大力支1994年启动新研发项目，在其中的信息技术、分子生物学和先进制造技1年62年23月，建立全美制造业创新网络，其中智能制造的框架和方法、数字化工厂、3D各州政府合作投资于数控机床、制造和工程自动化行业的智能制造研究。02（uln）[4、思科、通用电气、IBM和英特尔随后在美国波士顿成立工业互联网联盟[5]，以期打破技术壁垒，促200个。在2013年4月的汉诺威工业博览会上，德国政府宣布启动“工业4.0（ury44.0”通过利用信息-物理系统（CPS，-l转变，其目标是建立高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式，推动现有制造业向智能化方向转型。8（3C201020152025纵观智能制造概念与技术的发展，经历了兴起和缓慢推进阶段，直到2013CPS三、智能制造的定义关于“智能制造”一词的定义非常多，下面列举了其中一些定义：（1）1991年，日、美、欧共同发起实施的“智能制造国际合作研究计划”中定义“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”。（[66ManufacturingLeadershipCoalition）21世纪智能制造》报告。定义智能制造201512（2015年版5个部分。973为对智能制造的狭义理解。虽然“工业.04.0”中强调智能生产（SmartPoucon）和智能工厂（SartFacory，“工业互联网”强调智能设备（ngntvnntngntg）05”把智能制造作为两化深度融本书从智能制造的本质特征出发，尝试给出智能制造较为普适的定义，2-1、各种过程活动（设计、制造、管理、服务等）以及运行与管理模式。图2-1智能制造系统的层次“智能”的制造系统，必须具备一定自主性的感知、学习、分析重要，一个只具有优化计算能力的系统和一个智能的系统是不同的。四、智能制造的目标“智能制造”概念刚提出时，其预期目标是比较狭义的，即“使智能机82025”4个方面对智能制造的目标特征作归纳阐述。满足客户的个性化定制需求打印设备）（20153实现复杂零件的高品质制造3m，其外表面分布有安装发动机附件的凸台、加强筋、减重保证高效率的同时，实现可持续制造可持续发展定义为从环境方面考虑，可持续制造首先要考虑的因素是能源和原材料消耗。这是因为制造业能耗占全球能量消耗的33%，CO2排放的38%[7]。当前许多制造企业通常优先考虑效率、成本和质量，对降低能耗认识不够。然而实际情况是不仅化工、钢铁、锻造等流程行业，而且在汽车、电力装备等离散制造行业，对节能降耗都有迫切的需求。以离散机械加工行业为例，我8005千瓦～104000万千瓦～8000万22501.8～3.6术能够有力地支持高效可持续制造，首先，通过传感器等手段可以实时掌握能源利用情况；其次，通过能耗和效率的综合智能优化，获得最佳的生产方案并进行能源的综合调度，提高能源的利用效率；最后，通过制造生态环境的一些改变，比如改变生产的地域和组织方式，与电网开展深度合作等，可以进一步从大系统层面实现节能降耗。提升产品价值，拓展价值链五、智能制造的技术体系2-2图2-2智能制造技术体系的总体框架智能产品（控制系统、互联网接口等，在其制造、物流、使用和服务过程中，能够体下面从使用、制造和服务三个环节对智能产品的关键技术进行阐述。面向使用过程的产品智能化技术（控制算法及策略等、面向制造过程的产品智能化技术（含在制品、4.0”中描述了这样一FrequencyIdentification）等自动识别技术、CPS技术、移动定位技术等。面向服务过程的产品智能化技术50GE燃气轮机的数据，智能制造过程作为制造过程创新的重要手段，智能制造过程包括设计、工艺、生产和服务过程的智能化。1．智能设计面向多源海量数据的设计需求获取技术设计概念的智能创成技术识工程的最新成果与设计概念形成原理相结合来形成有效的知识载体实现基于模拟仿真的智能设计技术ComputationalMaterialsEngineering）面向“性能优先”的智能设计技术D2．智能装备与工艺/虚实制造等也21表2-1从“数字装备与工艺”到“智能装备与工艺”数字装备与工艺智能装备与工艺数控机床按照预先给定的指令进行加工机床自动采集工况信息，根据实时状态优化调整加工参数，设备自律执行工业机器人在固定位置按照预先设定的程序自动进行重复式工作机器人和人协同工作，其位置不再固定，行为不再预设，能自适应环境变化制造工艺的验证基本在物理环境中完成在虚拟环境或者虚实结合环境中完成全部制造工艺的验证的智能加工过程为例对3．智能生产2-3所示。图2-3生产过程的主要智能手段及其价值回报制造工厂或车间的智能特征体现为三方面，一是制造车间具有自适应制造系统的适应性技术是制造工厂智能特征的重要体现。2-4从柔性制造系统到适应性制造系统2-4所示，制造系统的适应性表现为三个层次。柔性制造系统（FMS，FlexibleManufacturingSystem）主要通过设打印设备、柔性工装、自动换刀装置、自动检测设备（比如机器视觉、（AGV，AutomatedGuided可重构制造系统（RMS，ReconfigurableManufacturingSystem）更（产品与产量。RMS除了包含生产单元的可重构性（FMS、物理或逻辑布局调（标准化、模块化等。Manufacturing是对RMS在跨企业层面，企业动态联盟与虚拟制造组织是系统适应性的表现形拟动态分组（或称虚拟制造单元，通过充分合理地规划分配设备资源组间在制造执行管控阶段，其适应性通过“智能计划—智能感知—决策指ofConstraint)的推拉结合的生产计划控制技（包括异常基于实时反馈信息的智能动态调度技术具有逻辑思维（专家系统，最多做到形象思维，完全做不到灵感思维，只以及业务过程数据（物料数据、质量数据、人力数据、成本数据、计划数据等。智能数据挖掘技术：对获取的海量数据进行实时处理、分析和挖预测性制造技术（fw（rdvefrg）[8。）多变量统计过程控制（MSPCMultivariateStatisticaloono工装进一步通过模式识别等手段，还可以辨识失控模式并进行失控根原因分析。（P，vnvennn/刀具的失效是连续劣化和随机冲击共同作用的结（随机因素4．智能服务智能物流与供应链管理技术AGV踪、控制。IT系统，还包括各个部件、产品和其智能能源管理技术能源供给、调配、转换、使用等重点环节的节能优化技术。产品智能服务技术（产品）运行数据与用户使用习惯数据进行采集，并建模分析。健康状态评价等增值服务。智能制造模式3D之内，都可以参与到网络化制造的任务节点中去，实现复杂的任务协同。新模式下，智能制造系统将演变为复杂的“大系统”，其结构更加动态，转变，企业之间的边界逐渐变得模糊，而制造生态系统（Manufacturing2015年技术展望报告《数字商业[9针对上述变化，工信部电子信息司副司长安筱鹏提出[10]“要掌握智能制造产业生态系统的主导权”，主要包括：的产品生态系统。智能制造基础关键技术（先进制造基础技术（，dldnoMBD技术进而演进成基于模型的系统工程（MBSE，ModelBasedSystemsEngineering）和基于，ldnPSPTC等公司正在倡glwPL（（E）新一代信息技术智能感知技术：传感器网络、RFID、图像识别等；物联网技术：泛在感知、网络通信、物联网应用等；云计算技术：分布式存储、虚拟化、云平台等；人工智能技术本环节，其中知识的获取、表达和利用是关键。分布式人工智能（DAI，DistributedArtificial（MAS，MultiAgentSystem）DAI4.0”强调以信息物理融合系统（CPS）为核心，CPS可视为依附于物理对象（小到设备、产品，大到车间、企业）并具备感知、计算、是分布式制造智能的一种体现。智能优化技术NP-hard问题，不可能找到精确求得最优解的多项式时间算5．大数据分析与决策支持技术六、智能制造的系统特征1．大系统（特别是车间级以上的系统信息驱动下的“感知→分析→决策→执行与反馈”的大闭环系统进化和自学习集中智能与群体智能相结合（P5．人与机器的融合6．虚拟与物理的融合智能制造系统蕴含了两个世界，一个是由机器实体和人构成的物理世100%七、关于智能制造的一些思考也有低级和高级之分。制造系统根据人类预定义的一些规则和模型进行计（比如机器人和视觉检测设备，提升生产效率和质量，是智能制造的“点”应网络的终端可以是人（互联网，也可以是机器、产品、工具等物体（物联“自动化”作为一种常见的效率提升手段，是智能制造的有益支撑，但非必要条件。在许多行业，过度追求自动化可能会导致建设成本的激增和柔性的降低。IT应用技术，参考文献Wright,K.,Bourne,D.A.,ManufacturingIntelligence[M].Addison-1988.Andrew1990./journal/10845,主编：AndrewKusiakC.,Evans,MarcoAnnunziata.IndustrialInternet:PushingtheBoundariesofMindsandMachines./docs/chapters/Industrial_Internet.pdf/index.htm路甬祥．中国创新论坛之从制造到创造——装备制造业振兴专家论坛,2009,12.trendsinenergyuseandkeyinsightsfromIEAindicatoranalysis[R].Paris：International