智能制造系统：计划与控制 课件 第一章 绪论

第1章绪论1.1制造系统概述1.2制造系统的主要类型1.3智能制造系统计划与控制的关键技术制造系统的定义1.1制造系统概述结构定义：制造系统的结构由硬件和相关软件组成，二者构成了一个统一整体。功能定义：制造系统作为一个输入／输出系统，其核心功能是将制造资源转化为产品或半成品。过程定义：制造系统的运行过程涵盖了产品生命周期的各个环节。制造系统可以被理解为一个有机整体，由硬件（包括厂房、生产设备、工具、刀具、计算机及网络等）和软件（包括制造理论、制造技术、管理方法、制造信息及其有关的软件系统等）以及人员组成。其核心目标是将制造资源（狭义的制造资源如原材料、坯件、半成品等，广义的制造资源如硬件、软件、人员等）转变为产品或半成品，涉及产品生命周期的全过程或部分环节。智能制造系统是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较低集成度的方式，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。11.1制造系统概述制造系统的特征复杂性和协同性。现代制造系统由多个相互关联的部分组成，这些部分协同工作，形成一个高度集成的网络，以实现生产过程的自动化、灵活性和高效性。数字化和虚拟化。数字化技术使得制造系统中的信息可以以数字形式进行表示、传递和处理。虚拟化技术使得制造过程能够在计算机模拟环境中进行测试和验证，从而降低了试错成本，提高了生产效率。不断演进。随着科技的不断进步，新的制造技术和方法不断涌现，并被引入制造系统中，以应对不断变化的市场和技术环境。21.1制造系统概述制造系统的基本要素输入：包括以请系统需要的原始材料、能源、信息和人力资源等。转换：代表了将输入转变为输出的过程。输出：代表系统生成的产品、服务或其他结果。机制：转换过程中使用的设备、工具、机器和技术等。约束：影响制造系统设计和运作的限制和规范。反馈：代表着从输出到输入的信息流。31.1制造系统概述制造系统的类型离散型制造系统

离散型制造系统是一种广泛应用于制造业的生产模式，其主要特征是以离散型生产过程生产离散型的产品。产品的生产流程通常以装配为主，原材料和零部件在各个工序中经过特定的加工、组装和检验，最终形成成品。这种生产方式的优势之一是灵活性。管理离散型制造系统需要高效的计划和调度，还需要有效的库存管理。连续型制造系统连续型制造系统是一种专注于生产连续流动产品的制造方式，其生产过程是持续不断的，并且物料在生产线上以连续流动的方式进行加工。与离散型制造相比，连续型制造具有大规模生产和产品一致性高等特点。管理连续型制造系统通常需要更高水平的自动化和监控技术。41.2制造系统的主要类型计算机集成制造计算机集成制造是一种综合利用计算机技术和信息技术的制造模式，其目标在于通过高度集成的信息系统，整合生产、设计、计划、控制等各个制造环节，实现生产流程的数字化、智能化和高效化。这一概念涵盖了产品制造的全过程，从产品设计和开发，到生产和最终交付，都依赖于计算机系统的协同和数据共享。数字化建模

信息化系统

协同工作和信息共享51.2制造系统的主要类型并行工程并行工程是一种以加速产品设计和制造过程的理念为基础的创新方法。其核心思想在于同时进行产品的不同工程阶段，以便在整个生命周期内减少时间和资源的浪费。这一方法超越了传统的线性工程模型中各个阶段相继串行进行的模式，取而代之的是通过同时执行多个任务，实现快速而高效的产品开发。任务并行化

信息的实时共享和沟通跨职能团队的协作61.2制造系统的主要类型精益生产精益生产是一种以最小化浪费为核心理念的生产管理方法，旨在通过精细的流程优化、高效的资源利用和持续改进，实现生产过程价值创造的最大化。这一理念最初源于日本汽车制造业，特别是丰田生产系统。精益生产不仅仅是一种生产方式，更是一种全面的企业文化和经营哲学。杜绝浪费持续改进拉动式生产71.2制造系统的主要类型敏捷制造敏捷制造是一种以灵活性和快速响应为核心理念的制造管理方法。它强调在不断变化的市场环境中，通过迭代、协作和适应性来实现生产过程的高效性和灵活性。敏捷制造的目标是在保持高质量的前提下，更快地推出新产品，更灵活地满足客户需求，并通过不断改进的方式提高生产效率。团队面对面的沟通和合作迭代开发81.2制造系统的主要类型大规模定制大规模定制是制造系统中的一种先进生产模式，旨在实现用大规模生产的成本和效率为客户提供个性化或部分个性化的产品，满足市场不断增长的个性化需求趋势。随着计算机等技术的快速发展和应用，该模式可以通过整合先进的数字技术、自动化流程和灵活的生产策略，使制造企业能够高效地生产大批量定制产品。数字技术自动化流程供应链的重构和优化91.2制造系统的主要类型虚拟制造虚拟制造是通过高级仿真技术在数字环境中构建产品和生产系统的虚拟模型，从而可以在实际制造之前进行全面测试和优化的一种制造模式。该技术整合了计算机辅助设计、计算机辅助工程和计算机辅助制造等工具，实现了对产品从设计到生产的全过程模拟与优化。产品的三维数字模型并行设计和制造多领域的协同开发101.2制造系统的主要类型绿色制造绿色制造是一种以资源高效利用、环境保护与经济效益最大化为核心目标的现代制造模式。其核心理念贯穿产品的全生命周期，包括设计、生产、包装、运输、使用、回收等阶段。绿色制造通过降低资源消耗、减少污染排放、提高能效和资源利用率，旨在实现经济发展与环境保护的协调统一。生态设计理念能源的高效利用111.2制造系统的主要类型智能制造智能制造是一种融合了数字化与智能化技术的现代制造模式，旨在通过自动化、信息化、网络化和智能化手段，实现生产过程的智能控制与优化管理。其核心目标是提升生产效率、降低制造成本、提高产品质量，从而增强企业的市场竞争力。物联网、大数据和人工智能等技术应用人机协作个性化定制121.3智能制造系统计划与控制的关键技术智能生产计划经济制造数量问题模型（EMQ）该模型考虑了设备故障和维护成本对生产与库存持有成本的影响，同时使用静态和动态的方法来实现最小化生产与库存持有成本的总和，其中静态的方法依赖于确定性的最优批量计算，而动态的方法则根据实时的设备故障和维护情况来调整批量决策，以应对生产过程中的不确定性。单设备有限产能批量问题模型（CLSP）该模型更适用于多产品、动态需求、计划期有限的复杂生产环境，其目标是通过确定不同生产周期内的产品批量，最小化生产成本。其关键特征是考虑了设备运行时间的产能约束，尤其是在生产过程中可能发生设备故障和日常维护的情况下。流水线条件下的CLSP模型该模型主要关注多阶段制造系统的复杂性，特别是在存在设备故障与维护需求的情况下。该模型通过分析批量生产在流水线系统中的完成时间，评估设备间的协作效率及其对整体产出的影响。131.3智能制造系统计划与控制的关键技术智能调度人工智能技术人工智能技术在智能调度中的角色至关重要，其典型的技术包括模糊逻辑、专家系统、机器学习等。计算智能技术计算智能技术在智能调度中发挥着重要作用。计算智能技术通过借鉴生物智能和物理现象，提出了基于邻域搜索和种群迭代的优化算法。基于邻域搜索的算法包括模拟退火和禁忌搜索等，基于种群迭代的算法包括遗传算法、蚁群优化和粒子群优化等。多智能体系统多智能体系统（MAS）的引入为智能调度带来了强大的协调机制和冲突解决策略。在制造系统调度中，MAS能够利用其自治性、社会性和协同性，实现资源和任务的高效调度。协调机制和冲突解决策略是MAS的核心，常见的冲突解决策略包括基于约束、规则、事例和协商等类型。141.3智能制造系统计划与控制的关键技术数字化质量管理质量数据采集技术借助先进的传感器、RFID、条码扫描器等技术；采用三坐标测量机、通用数字化检测仪器等设备；通过引入智能化、自动化和联网等技术；借助新一代信息技术检验和测试数字化管理。数据处理技术数据预处理、数据融合、数据分析和数学建模等方面。质量大数据建模技术采用大数据技术，深入挖掘质量数据的价值，及时识别质量风险和机遇。通过历史数据和实时数据，预测潜在的质量问题，并提供实时的质量控制建议。质量可视化与协同管理技术通过将生产现场复杂的质量信息转化为直观的图形和图表，使操作人员能够快速理解和分析数据，优化决策并提高生产效率。异地可视化协同监控系统通过计算机网络和数据库技术，支持企业及其相关方对质量体系和产品生命周期的全面监控与协作处理。151.3智能制造系统计划与控制的关键技术知识管理知识的获取和表示信息来源丰富多样，利用自然