智能制造现状与前景

1、。智能制造的发展与展望:简要描述了智能制造形成的原因和智能制造的概念。分析了国内外智能制造的发展现状。指出了智能制造的发展趋势和存在的问题。关键词：智能制造人工智能机械制造业4.0智能制造的发展与研究王佳宇(南京航空航天大学机械工程学院，南京，210016；)文摘：本文描述了信息管理的形成原因和概念。并介绍了即时通讯的发展现状。最后指出了信息管理的发展趋势和面临的问题。关键词： im；大赦国际；机械制造；工业4.00前言智能制造设备是先进制造技术、信息技术和人工智能技术在制造设备中的集成和深度融合。它是实现高效、优质、节能、环保、安全可靠生产的下一代制造设备。在总结国内外智能制造设备发展现状的

2、基础上，重点分析了智能制造中存在的问题，得出德国的“工业4.0”和美国的工业互联网设备将是智能制造设备未来的发展方向。1研究背景制造业是国民经济的基础产业部门，是决定国家发展水平的最基本因素之一。从机械制造业的发展过程来看，它经历了手工制造、泰勒制造、高自动化、柔性自动化和集成制造、并行规划、设计和制造等阶段。就制造自动化而言，一般来说，每十年一个步骤是由33，360.50-60年的单机数控，以及70年后的数控机床和由它们组成的自动化孤岛组成的。20世纪80年代，全球范围内出现了灵活自动化的热潮。与此同时，计算机集成制造出现了，但它远不实用。随着计算机的出现和发展，机械制造沿着两条路线发展：一

3、条是传统制造技术的发展，另一条是借助计算机和自动化科学发展制造技术和系统。20世纪80年代以来，传统制造技术有了不同程度的发展，但也存在许多问题。近年来，人们对制造过程自动化程度的研究给予了极大的热情。这是因为从1870年到1980年，制造过程的效率提高了20倍，而生产管理的效率仅提高了1.8-2倍，产品设计的效率仅提高了1.2倍。这表明，通过自动化技术的使用，手工劳动已经得到了极大的解放，而脑力劳动的自动化程度(其实质是决策自动化程度)却很低。制造过程中的人的因素还没有被完全理解，人们还没有真正从复杂的生产过程中解放出来，解决各种问题的最终决定在很大程度上仍然取决于人类的智慧。因此，人类群体

4、面临许多问题(包括社会问题、生理问题等。)反映在制造过程中。面对小批量、多品种、高质量、快速更新产品的市场竞争要求，以及各种社会因素的综合影响，制造过程自动化程度的提高面临着许多问题，如：(1)短缺和专家人才的转移，导致一些专业技能不能及时或长时间提供；(2)现代制造过程信息量大且复杂，传统的信息处理方法已经不能满足需求，需要开发和共享大量的信息资源；(3)制造环境要求更大的灵活性，决策过程更复杂，决策时间更短。(4)制造过程的自动化程度受制造系统的自组织能力，即智能水平的限制；(5)现代生产要求专家在更广的范围内进行更及时的合作，从一个企业内的每个生产环节到一个国家甚至世界上的许多工业企业。

5、各种迹象表明，“我们正处于制造业历史上的一个危险时期”。幸运的是，随着计算机、计算机科学和其他高技术的发展，通过集成制造技术和人工智能发展起来的一种新型制造工程智能制造技术和智能制造系统使我们有可能摆脱这场危机。这是因为制造技术的“制造智能”和“智能”是制造过程面临的许多问题的核心。集成制造技术是指通过对人类专家的智能活动进行计算机模拟，以高度灵活和高度集成的方式对制造业的各个环节进行分析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或扩展制造环境中的部分人类脑力劳动。它还收集、储存、完善、分享、继承和发展人类专家的制造智慧。未来工业生产的基本特征应该是知识密集型，决策自动化是制造自动化的基础。2发展现状

6、2.1国外研究现状：目前，信息管理与信息系统的研究正迅速受到许多国家政府、行业和科学家的广泛关注：2.1.1美国美国是国际智能制造思想的发源地之一。美国政府高度重视智能制造的发展，并以此为基石，在21世纪占据世界制造技术的领先地位。自20世纪90年代以来，美国国家科学基金会(NSF)一直致力于支持智能制造的各种研究。这些项目涵盖了智能制造的绝大部分，包括制造过程的智能决策、基于多智能体的智能协同解决方案、智能并行设计、物流传输的智能自动化等。1。2005年，美国国家标准技术研究所(NIST)提出了“智能加工系统”的研究计划。智能处理系统的本质是智能。系统的主要目标和研究内容包括：(1)系统的动

7、态优化。在集成相关过程和设备知识之后，进行建模以优化系统的动态性能。(2)设备特性。即，开发特性测量方法、模型和标准，并测量和传达机床在运行条件下的性能；(3)下一代数控系统。与STEP-NC兼容的接口和数据格式实现了基于模型的机器控制的无缝操作。(4)状态监控和可靠性。即发展测量、传感和分析方法；(5)加工过程中直接测量刀具磨损和工件精度的方法。2011年，美国总统奥巴马宣布实施包括工业机器人在内的“先进制造伙伴计划”，该计划立即得到当天发布的新报告实现21世纪智能制造的积极回应。在美国智能制造领导联盟(SMLC)发布的这份报告中，不仅描述了该领域未来的发展蓝图，还确定了10个优先行动目标，

8、旨在通过在21世纪采用数字信息技术和自动化技术，在20世纪加速工厂的现代化和转型进程，从而改变以前的制造方法，从而在经济、效率和竞争力方面获得多重效益2。2.1.2日本日本于1990年首次提出智能制造系统十年国际合作计划，并于1991年与美国、加拿大、澳大利亚、瑞士和欧洲自由贸易协定国家开展联合研究。其目的是克服柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)的局限性，将日本工厂和车间的专业技术与欧盟的精密工程技术和美国的系统技术充分结合起来，开发一个使人和智能设备不受生产操作和国界限制，并能相互合作的高科技生产系统。欧洲联盟2010年，欧盟启动了第七个框架计划(FP7)的云制造项目3，

9、特别是德国，一个强大的制造国，在实施智能工厂4后，启动了一个投资2亿欧元的工业4.0项目5。在德国政府2010年制定的计划行动高技术战略2020中，旨在通过未来的项目“工业4.0”确立德国在关键工业技术方面的国际领先地位，并在2013年4月汉诺威工业博览会上正式启动该计划。“工业4.0”的概念最初是在德国学术界和工业界如德国工程学院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等的建议和推动下形成的。目前，它已经升级为国家战略6。2.2国内研究现状国内绝大多数关于智能制造技术和系统的研究工作仍处于讨论人工智能在制造领域应用的阶段。在过去几年中，针对制造过程中的特定环节和特定问题开发了许多类型和级别的“智能孤岛”

10、，例如专家系统、基于知识的系统和智能辅助系统，而对制造环境的整体“智能”研究仍处于初级阶段。自2009年5月装备制造业调整和振兴规划出台以来，国家对智能制造装备行业的政策支持不断加大。2012年，国家有关部委出台了一系列规划和专项政策，使我国智能制造装备产业的发展轮廓更加清晰。工业和信息化部发布了高端装备制造业“十二五”发展规划，同时发布了智能制造装备产业“十二五”发展规划子计划，明确提出到2020年将中国智能制造装备产业培育成为具有国际竞争力的主导产业。科技部也发布了智能制造科技发展”十二五”专项规划；国家发展改革委、财政部、工业和信息化部组织实施了智能制造设备发展专项。工业和信息化部制定并

11、发布了智能制造装备产业“十二五”发展路线图。路线图明确将智能制造设备作为高端装备制造业的重点发展领域，以实现智能制造过程为目标，以突破九大关键智能基础共性技术为支撑。其思路是：以推进八大智能测控设备及部件的研发和产业化为核心，以提升八大智能制造设备的集成创新能力为重点，推进在国民经济六大重点领域的示范应用和推广。3.问题与前景3.1存在的问题总体而言，虚拟制造系统的研究仍处于人工智能在制造领域的应用阶段。研究课题涉及市场分析、产品设计、制造过程控制、材料加工、信息管理、设备维护等多个方面，并取得了丰硕的成果。各种各样的专家系统、基于知识的系统、智能辅助系统，甚至智能处理工作站(IMW)已被开发

12、用于特定领域，形成一系列“智能孤岛”。这包括CIMS研究的进展。然而，随着研究和应用工作的深入，人们逐渐认识到自动化的进一步提高依赖于制造系统的自组织能力，研究工作仍然面临着一系列理论、技术和社会问题，其核心是“智能”。一般来说，现代工业生产作为一个有机整体受到三个因素的制约：技术(包括生产系统)、人(包括间接影响生产过程的社会群体)和经济(包括市场竞争和社会竞争)。从技术角度看，对于一个企业来说，市场预测、生产决策、产品设计、原材料订购和加工、制造和加工、生产管理、原材料产品的储运、产品销售、研发等环节相互作用，形成产品生产的全过程。这一过程的自动化程度取决于各个环节的综合自动化水平，而生产

13、系统的自组织能力取决于各个环节的综合智能水平。目前，还缺乏这种“集成”的制造智能技术，这也是“并行工程”的研究重点。3.2发展趋势目前，智能制造的发展趋势最明显的是德国的“工业4.0”和美国的工业互联网设备。3.2.1德国“行业4.0”德国“工业4.0”充分利用网络物理系统(CPS)，实现了从集中控制到分散强化控制的基本模式转变。目标是建立高度灵活的个性化和数字化产品和服务的生产模式，推动现有制造业向智能化方向转型。CPS是一个集计算、网络和物理环境于一体的多维复杂系统。通过3C(计算、通信、控制)技术的有机集成和深度合作，实现了制造设备系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS实现了计算、通

14、信和物理系统的一体化设计，使系统更加可靠、高效和实时协作。2013年，德国电气、电子和信息技术协会在德国发布了首个“行业4.0”标准化路线图，以增强德国作为技术和经济强国的核心竞争力，并确保德国制造业的未来7-8。“行业4.0”项目主要分为两大主题：(1)智能工厂。聚焦智能生产系统。过程，以及网络化分布式生产设施的实现(工业4.0智能工厂如图1所示)；(2)智能生产。它主要涉及整个企业的生产物流管理、人机交互以及三维技术在工业生产过程中的应用。图1工业4.0智能工厂3.2.2美国工业互联网设备2013年，美国通用电气公司发布了工业互联网-打破智慧与机器的边界报告9。该报告提出了工业互联网的概念

15、。工业化创造了众多的机器、设施和系统网络，而工业互联网指的是将这些机器与先进的传感器、控制和软件应用连接起来，以提高制造效率和减少资源消耗。工业互联网设备将整合两个革命性变化的优势：(1)工业革命。随着工业革命，出现了许多机器、设备、单元和工作站。(2)一场强大的网络革命；(3)在网络的影响下，计算、信息和通信系统应运而生并不断发展。摘要智能制造设备集制造、信息和人工智能技术于一体，是未来高端装备制造业的关键发展方向。各国政府都非常重视智能制造设备的研发和应用。美国、日本和欧洲已经发表了一系列研究成果和一些产品。德国的“工业4.0”项目也积极推动了制造业向智能化的转变。我国政府也充分认识到智能制造设备的重要战略地位，并出台了促进智能制造设备产业化的政策。可以预见，未来智能制造设备在引领制造业低碳、节能、高效发展中的作用将进一步显现。同时，该行业还将在工业机器人、智能机床和基础制造设备、智能仪器仪表、三维打印设备、新型传感器、自动化成套生产线等关键领域形成快速发