第一篇：智能制造技術(shù)

現(xiàn)代制造技術(shù)

1142813203 吳文樂

摘要：現(xiàn)代制造技術(shù)是在傳統(tǒng)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上, 不斷吸收和發(fā)展機(jī)械、電子、能源、材料、信息及現(xiàn)代管理技術(shù)的成果, 將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、管理服務(wù)等產(chǎn)品生命周 期的全過程, 以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、靈活、清潔的生產(chǎn)技術(shù)模式,取得理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)技術(shù)可以顯著提高生產(chǎn)效率，然而其局限性也顯而易見，即無法很好地適應(yīng)中小批量生產(chǎn)的要求。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，特別是自動控制技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等的迅猛發(fā)展，柔性制造技術(shù)(FMI)應(yīng)運(yùn)而生。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代制造技術(shù)；自動控制技術(shù)；柔性制造技術(shù)

1.現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展綜述

現(xiàn)代制造技術(shù)在系統(tǒng)論、方法論、信息論和協(xié)同 論等的基礎(chǔ)上形成制造系統(tǒng)工程學(xué)，是一種廣義制造的概念，亦稱之為“大制造”的概念，它體現(xiàn)了制造概念的擴(kuò)展。廣義制造概念的形成過程主要有以下幾方面原因[1]。

1).制造設(shè)計(jì)一體化。體現(xiàn)制造和設(shè)計(jì)的密切結(jié)合，形成了設(shè)計(jì)制造一體化，設(shè)計(jì)不僅是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而且包括工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制設(shè)計(jì)等。

2).材料成形機(jī)理的擴(kuò)展?，F(xiàn)在加工成形機(jī)理明確地將加工分為去除加工、結(jié)合加工和變形加工。

3).制造技術(shù)的綜合性?，F(xiàn)代制造技術(shù)是一門以 機(jī)械為主體，交叉融合光、電、信息、材料等學(xué)科的綜合體，并與管理科學(xué)、社會科學(xué)、文化、藝術(shù)、人機(jī)工 程、生物工程和生命科學(xué)等相結(jié)合，拓展了新領(lǐng)域?，F(xiàn)代制造技術(shù)應(yīng)包括硬件和軟件兩大方面，硬／軟件工具、平臺和支撐環(huán)境有了很大的發(fā)展。

4).產(chǎn)品的全生命周期。制造的范疇從過去的設(shè)計(jì)、加工和裝配發(fā)展為產(chǎn)品的全生命周期，包括市場調(diào)研、設(shè)計(jì)、制造、銷售、維修和報(bào)廢處理等。

5).生產(chǎn)制造模式的發(fā)展。計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù) 是制造技術(shù)與信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，集成制造系統(tǒng)強(qiáng) 調(diào)信息集成，其后出現(xiàn)了柔性制造、敏捷制造、虛擬制 造、網(wǎng)絡(luò)制造、大規(guī)模定制、綠色制造、智能制造和協(xié) 同制造等多種制造模式，有效地提高了制造技術(shù)的水平，擴(kuò)展了制造技術(shù)的領(lǐng)域[2]。

現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展主要沿著“廣義制造”或稱 “大制造”的方向發(fā)展，其具體的發(fā)展可以歸納為四個(gè)方面和多個(gè)大項(xiàng)目[3]，如圖1所示：

圖1：現(xiàn)代制造技術(shù)方向

針對現(xiàn)代制造技術(shù)，本文從柔性制造技術(shù)的角度對現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，對柔性制造在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行深入的研究；

2.柔性制造

2.1 柔性制造簡述

所謂“柔性”，是指制造系統(tǒng)(企業(yè))對系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力，也是指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力。柔性可分為瞬時(shí)、短期和長期柔性[4]。瞬時(shí)柔性是指設(shè)備出現(xiàn)故障后，自動排除故障或?qū)⒘慵D(zhuǎn)移到另一臺設(shè)備上繼續(xù)進(jìn)行加工的能力；短期柔性是指系統(tǒng)在短時(shí)期內(nèi)，適應(yīng)加工對象變化的能力，包括在任意時(shí)期混合進(jìn)行加工2種以上零件的能力；長期柔性則是指系統(tǒng)在長期使用中，能夠加工各種不同零件的能力。迄今為止，柔性還只能定性地加以分析，尚無科學(xué)實(shí)用的量化指標(biāo)。因此，凡具備上述3種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動化制造系統(tǒng)都可以稱為柔性制造系統(tǒng)。柔性制造技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)過程及其裝備上的應(yīng)用，是將微電子技術(shù)、智能技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)融合在一起，具有自動化、柔性化、高效率的特點(diǎn)，是目前自動化制造系統(tǒng)的基本單元技術(shù)[5]。

柔性制造技術(shù)是對各種不同形狀加工對象實(shí)現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和[6]。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，我們認(rèn)為凡是側(cè)重于柔性，適應(yīng)于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。目前按規(guī)模大小劃分為[7]：

(1)柔性制造系統(tǒng)（FMS）：關(guān)于柔住制造系統(tǒng)的定義很多，權(quán)威性的定義有：美國國家標(biāo)準(zhǔn)局把FMS定義為：“由一個(gè)傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設(shè)備，傳輸裝置把工件放征其他聯(lián)結(jié)裝置上送到各加工設(shè)備，使工件加工準(zhǔn)確、迅速和自動化。

(2)柔性制造單元（FMC）：M S是FMS向廉價(jià)化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物，它是由l～2臺加工中心、工業(yè)機(jī)器人。數(shù)控機(jī)床及物料運(yùn)送存貯設(shè)備構(gòu)成，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)單機(jī)柔性化及自動化，具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。迄今已進(jìn)入普及應(yīng)用階段。

(3)柔性制造線（FML):它是處于單一或少品種人批量非柔性自動線與中小批量多品種FMS之間的生產(chǎn)線。其加工設(shè)備可以是通用的加工中心，CNC機(jī)床；亦可采用爭用機(jī)床或NC專用機(jī)床，對物料搬運(yùn)系統(tǒng)柔性的要求低于FMS，但生產(chǎn)率更高。它是以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)生過程中的分散型控制系統(tǒng)(D C S)為代表，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動化，其技術(shù)已日趨成熟，迄今已進(jìn)入實(shí)用化階段。

(4)柔性制造工廠(FMF):FMF是將多條FMS連接起來，配以自動化屯體倉庫，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系，采用從訂貨、設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢驗(yàn)、運(yùn)送至發(fā)貨的完整F M S。它包括了CAD／CAM，并使計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)投入實(shí)際，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng) 柔性化及自動化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運(yùn)進(jìn)程的全盤化。FMF是自動化生產(chǎn)的最高水平，反映出世界上最先進(jìn)的自動化應(yīng)用技術(shù)。它是將制造、產(chǎn)品開發(fā)及經(jīng)營管理的自動化連成一個(gè)整體，以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(tǒng)(IMS)為代表，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)工廠柔性化及自動化[8]。

2.2柔性制造所采用的關(guān)鍵技術(shù)

1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)未來CAD技術(shù)發(fā)展將會引入專家系統(tǒng)，使之具有智能化，可處理各種復(fù)雜的問題。當(dāng)前設(shè)計(jì)技術(shù)最新的一個(gè)突破是光敏立體成形技術(shù)，該項(xiàng)新技術(shù)是直接利用CAD數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)控制的激光掃描系統(tǒng)，將二維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形，并按二維片狀圖彤對池內(nèi)的光敏樹脂液面進(jìn)行光學(xué)掃描，被掃描到的液面則變成固化塑料，如此循環(huán)操作，逐層掃描成形，并自動地將分層成形的各斤狀固化塑料粘合在一起，僅需確定數(shù)據(jù)，數(shù)小時(shí)內(nèi)便呵制出精確的原型。它有助于加快開發(fā)新產(chǎn)品和研制新結(jié)構(gòu)的速度。

2.模糊控制技術(shù)模糊數(shù)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用是模糊控制器。最近開發(fā)出的高性能模糊摔制器具有自學(xué)習(xí)功能，可在控制過程中不斷獲取新的信息井自動地對控制量作調(diào)整，使系統(tǒng)性能大為改善，其中尤其以基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)方法更引起人們極大的關(guān)注。

3.人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)迄今，柔性制造技術(shù)中所采用的人工智能大多指基礎(chǔ)規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識和推理規(guī)則進(jìn)行推理，求解各類問題（如解釋、預(yù)測，診斷、查找故障、設(shè)汁、計(jì)劃、監(jiān)視、修復(fù)、命 令及控制等）。由于專家系統(tǒng)能簡便地將各種事實(shí)及經(jīng)驗(yàn)證過的理論與通過經(jīng)驗(yàn)獲得的知識相結(jié)合，因而專家系統(tǒng)為柔性制造的諸方面工作增強(qiáng)綜合性。展望未來，以知識密集為特征，以知識處理為手段的人工智能（包括專家系統(tǒng)）技術(shù)必將在柔性制造(尤其智能型)中起著非常重要的關(guān)鍵性的作用。目前對未來智能化柔性制造技術(shù)具有重要意義的一個(gè)正在急速發(fā)展的領(lǐng)域是智能傳感器技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是伴隨計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和人工智能產(chǎn)生的，它使傳感器具有內(nèi)在的“決策”功能。

4.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對信息進(jìn)行并處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也就是一種人工智能工具。在自動控制領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不久將并列到專家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)，成為現(xiàn)代自動化系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分[9]。

3.國內(nèi)現(xiàn)代制造技術(shù)狀況

近年來，世界各國都投入了巨大的財(cái)力和物力，強(qiáng)化作為光機(jī)電一體化制造業(yè)基礎(chǔ)的先進(jìn)制造業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略研究。美國、德 國、日 本 等 國 已 經(jīng) 開 發(fā) 出 了 數(shù) 控（NC）、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）、直接數(shù)控（CAM）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、制造資源規(guī)則（MRP）、柔性制造單元（TMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)／制造（CAD／CAM）、精益生產(chǎn)（LP）、智能制造系統(tǒng)（MS）、并行工程（CE）和敏捷制造（AM）等多項(xiàng)現(xiàn)代制造技術(shù)與制造模式。這些技術(shù)的推廣與應(yīng)用，不僅使本國企業(yè)的國際競爭力得到鞏固，也使得世界先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展迅猛[10]。我國制造業(yè)市場的巨大潛力，為現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展提供了廣闊的市場空間。但是，與制造業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比，國內(nèi)的現(xiàn)代制造技術(shù)的研發(fā)與市場拓展還不均衡。其中，國內(nèi)機(jī)械基礎(chǔ)件制造行業(yè)中的數(shù)控化率極低，不足1.6%，先進(jìn)加工工藝、技術(shù)和裝備的普及程度不足10 % ；CAD／CAM 系統(tǒng)應(yīng)用的普及率在國內(nèi)骨干企業(yè)僅有35%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小。另外，在相關(guān)行業(yè)中如印刷業(yè)、電力行業(yè)和醫(yī)療器械行業(yè)等，技術(shù)裝備的低數(shù)控化率也遠(yuǎn)不能滿足市場對中高檔先進(jìn)產(chǎn)品的需求。縱觀國際制造業(yè)的競爭與發(fā)展，面對國際、國內(nèi)兩個(gè)制造業(yè)市場的日漸融合，如何立足國內(nèi)制造業(yè)的市場需求，整合分散的科研與企業(yè)資源，盡快形成自己在先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)競爭中的技術(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)是擺在我國制造業(yè)面前的迫在眉睫的課題了[11]。

總之，重視制造業(yè)和現(xiàn)代制造技術(shù)已成為全球化的大趨勢?，F(xiàn)代制造技術(shù)不是一項(xiàng)具體技術(shù)，而是利用系統(tǒng)工程技術(shù)將各種相關(guān)技術(shù)集成的一個(gè)有機(jī)整體；現(xiàn)代制造技術(shù)是一種動態(tài)技術(shù)，而不是一成不變的，它需要不斷吸收各種高新技術(shù)成果，并將其滲透到產(chǎn)品的所有領(lǐng)域，結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔和靈活的生產(chǎn)[12]；現(xiàn)代制造技術(shù)的目的是提高制造業(yè)的綜合效益，其不摒棄傳統(tǒng)技術(shù)，而是有賴于不斷用科技新手段去研究它和傳承它，并應(yīng)用科技新成果去改造它和充實(shí)它；現(xiàn)代制造技術(shù)在強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，還強(qiáng)調(diào)各專業(yè)學(xué)科之間的相互滲透、融合和淡化，并消除其間的界限。我國先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)結(jié)合自身的特點(diǎn)，形成特色，大力發(fā)展一些關(guān)鍵前沿技術(shù)，比如新一代材料成型技術(shù)、微米及納米技術(shù)、快速原型制造以及智能制造等[13]。在不久的將來，現(xiàn)代制造技術(shù)將得到更大的發(fā)展和壯大，發(fā)展和應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)是每個(gè)國家為提高企業(yè)的國際競爭力和技術(shù)創(chuàng)新能力的必然選擇。

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第二篇：先進(jìn)制造技術(shù)論文智能制造

智能制造

作者：王玉石

湖北文理學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院工業(yè)工程1311班 學(xué)號2013123106

摘要：介紹了智能制造提出的背景、主要研究內(nèi)容和目標(biāo),人工智能與IMT、IM的關(guān)系,IMS和CIMS,智能制造的物質(zhì)基礎(chǔ)及理論基礎(chǔ),智能制造系統(tǒng)的特征及框架結(jié)構(gòu),并簡要介紹了智能加工中心IMC,智能制造技木的發(fā)展趨勢，以及智能制造系統(tǒng)研究成果及存在問題。

關(guān)鍵詞：智能制造，IMS,IMC,IMT。1.主要研究內(nèi)容和目標(biāo)

智能制造在國際上尚無公認(rèn)的定義。目前比較通行的一種定義是, 智能制造技術(shù)是指在制造工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié),以一種高度柔性與高度集成的方式,通過計(jì)算機(jī)來模擬人類專家的制造智能活動。因此,智能制造的研究開發(fā)對象是整個(gè)機(jī)械制造企業(yè), 其主要研究開發(fā)目標(biāo)有二: ①整個(gè)制造工作的全面智能化,它在實(shí)際制造系統(tǒng)中首次提出了以機(jī)器智能取代人的部腦力勞動作為主要目標(biāo),，強(qiáng)調(diào)整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程大范圍的自組織能力;②信息和制造智能的集成與共享, 強(qiáng)調(diào)智能型的集成自動化。目前,IMT和IMS的研究方向已從最初的人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用(AiM)發(fā)展到今天IMS,研究課題涉及的范圍由最初僅一個(gè)企業(yè)內(nèi)的市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、制造加工、過程控制、信息管理、設(shè)備維護(hù)等技術(shù)型環(huán)節(jié)的自動化,發(fā)展到今天的面向世界范圍內(nèi)的整個(gè)制造環(huán)境的集成化與自組織能力,包括制造智能處理技術(shù)、自組織加工單元、自組織機(jī)器人、智能生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、多級競爭式控制網(wǎng)絡(luò)、全球通訊與操作網(wǎng)等。2.人工智能與IMT，IMS 人工智能的研究一開始就未能擺脫制造機(jī)器生物的思想,即“機(jī)器智能化”。這種以“自主”系統(tǒng)為目標(biāo)的研究路線,嚴(yán)重地阻礙了人工智能研究的進(jìn)展。許多學(xué)者已意識到這一點(diǎn), Feigenbaum、Newell、錢學(xué)森從計(jì)算機(jī)角度出發(fā),提出了人與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的智能系統(tǒng)概念。目前國外對多媒體及虛擬技術(shù)研究進(jìn)行大量投資,以及日本第五代智能計(jì)算機(jī)研制計(jì)劃的擱淺等事例, 就是智能系統(tǒng)研究目標(biāo)有所改變的明證。人工智能技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用涉及市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、過程控制、質(zhì)量管理、材料處理、設(shè)備維護(hù)等諸方面。結(jié)果是開發(fā)出了種類繁多的面向特定領(lǐng)域的獨(dú)立的專家系統(tǒng)、基于知識的系統(tǒng)或智能輔助系統(tǒng),形成一系列的“智能化孤島”。隨著研究與應(yīng)用的深入,人們逐漸認(rèn)識到, 未來的制造自動化應(yīng)是高度集成化與智能化的人—機(jī)系統(tǒng)的有機(jī)融合, 制造自動化程度的進(jìn)一步提高要依賴于整個(gè)制造系統(tǒng)的自組織能力。如何提高這些“孤島”的應(yīng)用范圍和在實(shí)際制造環(huán)境中處理問題的能力, 成為人們的研究焦點(diǎn)。在80 年代末和90年代初,一種通過集成制造自動化、新一代人工智能、計(jì)算機(jī)等科學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來的新型制造工程—— IMT和新——代制造系統(tǒng)—— IMS 便脫穎而出。人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用與 IMT 和IMS 的一個(gè)重要區(qū)別在于, IMS 和 IMT 首次以部分取代制造中人的腦力勞動為研究目標(biāo), 而不再僅起“輔助和支持”作用,在一定范圍還需要能獨(dú)立地適應(yīng)周圍環(huán)境, 開展工作。四IMS和CIMS發(fā)展的道路不是一帆風(fēng)順的。今天,CIMS的發(fā)展遇到了不可逾越的障礙,可能是剛開始時(shí)就對CIMS提出了過高的要求,也可能是CIMS本身就存在某種與生俱來的缺陷,今天的CIMS在國際上已不像幾年前那樣受到極大的關(guān)注與廣泛地研究。從CIMS的發(fā)展來看,眾多研究者把重點(diǎn)放在計(jì)算機(jī)集成上,從科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀看,要完成這樣一個(gè)集成系統(tǒng)是很困難的。CIMS作為一種連接生產(chǎn)線中的單個(gè)自動化子系統(tǒng)的策略,是一種提高制造效率的技術(shù)。它的技術(shù)基礎(chǔ)具有集中式結(jié)構(gòu)的遞階信息網(wǎng)絡(luò)。盡管在這個(gè)遞階體系中有多個(gè)執(zhí)行層次,但主要控制設(shè)施仍然是中心計(jì)算機(jī)。CIMS存在的一個(gè)主要問題是用于異種環(huán)境必須互連時(shí)的復(fù)雜性。在CIMS概念下,手工操作要與高度自動化或半自動化操作集成起來是非常困難和昂貴的。在CIMS深入發(fā)展和推廣應(yīng)用的今天,人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識到,要想讓CIMS真正發(fā)揮效益和大面積推廣應(yīng)用,有兩大問題需要解決:①人在系統(tǒng)中的作用和地位;②在不作很大投資對現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造的情況下亦能應(yīng)用CIMS?，F(xiàn)有的CIMS概念是解決不了這兩個(gè)難題的。今天,人力和自動化是一對技術(shù)矛盾,不能集成在一起,所能做的選擇,或是昂貴的全自動化生產(chǎn)線,或是手工操作,而缺乏的是人力和制造設(shè)備之間的相容性,人機(jī)工程只是一個(gè)方面的考慮,更重要的相容性考慮要體現(xiàn)在競爭、技能和決策能力上。人在制造中的作用需要被重新定義和加以重視。

3．智能制造的物質(zhì)基礎(chǔ)及理論基礎(chǔ)

3.1.智能制造系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)主要有：

(1)數(shù)控機(jī)床和加工中心美國于1952年研制成功第一臺數(shù)控銑床,使機(jī)械制造業(yè)發(fā)生一次技術(shù)革命。數(shù)控機(jī)床和加工中心是柔性制造的核心單元技術(shù)。(2)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期,改變了傳統(tǒng)用手工繪圖、依靠圖紙組織整個(gè)生產(chǎn)過程的技木管理模式。

(3)工業(yè)控制技術(shù)、微電子技術(shù)與機(jī)械工業(yè)的結(jié)合———機(jī)器人開創(chuàng)了工業(yè)生產(chǎn)的新局面,使生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化,使制造過程更富于柔性擴(kuò)展了人類工作范圍。

(4)制造系統(tǒng)為智能化開發(fā)了面向制造過程

中特定環(huán)節(jié)、特定問題的“智能化孤島”,如專家系統(tǒng)、基干知識的系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)等。

(5)智能制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)一體化控制生產(chǎn)系統(tǒng),使生產(chǎn)從概念、設(shè)計(jì)到制造聯(lián)成一體,做到直接面向市場進(jìn)行生產(chǎn),可以從事大小規(guī)模并舉的多樣化的生產(chǎn);近年來,制造技術(shù)有了長足的發(fā)展和進(jìn)步,也帶來了很多新問題。數(shù)控機(jī)床、自動物料系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、=機(jī)器人等在工業(yè)公司得到了廣泛的應(yīng)用,越來越多的公司使用了“計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)”、“柔性制造系統(tǒng)(FMS)”、“工廠自動化(FA)”、“多目標(biāo)智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(M1CAD)”、“模塊化制造與工廠(MXMF)、并行工程(CE)”、“智能控制系統(tǒng)(ICS)”以及“智能制造(IM)”、“智能制造技術(shù)(IMT)”和“智能制造系統(tǒng)(IMS)”等等新術(shù)語。先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和制造技術(shù)向產(chǎn)品、工藝和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師和管理人員提出了新的挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理方法不能再有效地解決現(xiàn)代制造系統(tǒng)提出的問題了。要解決這些問題、需要用現(xiàn)代的工具和方法,例如人工智能(AI)就為解決復(fù)雜的工業(yè)問題提出了一套最適宜的工具。3.2.智能制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)

智能制造技術(shù)是采用一種全新的制造概念和實(shí)現(xiàn)模式。其核心特征強(qiáng)調(diào)整個(gè)制造系統(tǒng)的整體“智能化”或“自組織能力”與個(gè)體的“自主性”?！爸悄苤圃靽H合作研究計(jì)劃JIRPIMS”明確提出:“智能制造系統(tǒng)是一種在整個(gè)制造過程中貫穿智能活動,并將這種智能活動與智能機(jī)器有機(jī)融合,將整個(gè)制造過程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到市場銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)“?；谶@個(gè)觀點(diǎn),在智能制造的基礎(chǔ)理論研究中,提出了智能制造系統(tǒng)及其環(huán)境的一種實(shí)現(xiàn)模式,這種模式給制造過程及系統(tǒng)的描述、建模和仿真研究賦予了全新的思想和內(nèi)容,涉及制造過程和系統(tǒng)的計(jì)劃、管理、組織及運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié),體現(xiàn)在制造系統(tǒng)中制造智能知識的獲取和運(yùn)用,系統(tǒng)的智能調(diào)度等,亦即對制造系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)流、信息流、功能決策能力和控制能力提出明確要求。作為智能制造技術(shù)基礎(chǔ),各種人工智能工具,及人工智能技術(shù)研究成果在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用,促進(jìn)了智能制造技術(shù)的發(fā)展。而智能制造系統(tǒng)中,智能調(diào)度、智能信息處理與智能機(jī)器的有機(jī)融合而構(gòu)成的復(fù)雜智能系統(tǒng),主要體現(xiàn)在以智能加工中心為核心的智能加工系統(tǒng)的智能單元上。作為智能單元的神經(jīng)中樞——智能數(shù)控系統(tǒng),不僅需要對系統(tǒng)內(nèi)部中各種不確定的因素如噪聲測量、傳動間隙、摩擦、外界干擾、系統(tǒng)內(nèi)各種模型的非線性及非預(yù)見性事件實(shí)施智能控制,而且要對制造系統(tǒng)的各種命令請求做出智能反應(yīng)。這種功能已遠(yuǎn)非傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)所能勝任,這是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的新課題。對此有待研究解決的問題有很多,其中包括智能制造機(jī)理、智能制造信息、制造智能和制造中的計(jì)算幾何等?？傊?制造技術(shù)發(fā)展到今天,已經(jīng)由一種技術(shù)發(fā)展成為包括系統(tǒng)論、信息論和控制論為核心的、貫穿在整個(gè)制造過程各個(gè)環(huán)節(jié)的一門新型的工程學(xué)科,即制造科學(xué)。制造系統(tǒng)集成與調(diào)度的關(guān)鍵是信息的傳遞與交換。從信息與控制的觀點(diǎn)來看,智能制造系統(tǒng)是一個(gè)信息處理系統(tǒng),由輸入、處理、輸出和反饋等部分組成。輸入有物質(zhì)(原料、設(shè)備、資金、人員)、能量與信息;輸出有產(chǎn)品與服務(wù);處理包括物料的處理與信息處理;反饋有產(chǎn)品品質(zhì)回饋與顧客反饋。制造過程實(shí)質(zhì)上是信息資源的采集、輸入、加工處理和輸出的過程,而最終形成的產(chǎn)品可視為信息的物質(zhì)表現(xiàn)形式。4．結(jié)語

制造業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)和綜合國力的基礎(chǔ),被稱為“立國之本”。而我國的制造工業(yè)與發(fā)達(dá)國家相比,差距很大,主要表現(xiàn)為自主開發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱,核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)仍依賴進(jìn)口。對此,我國已引起重視,在“九五”科技規(guī)劃和15年科技發(fā)展規(guī)劃中,將先進(jìn)制造技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。進(jìn)入21世紀(jì),經(jīng)濟(jì)全球化的進(jìn)程日益加快,制造業(yè)領(lǐng)域的競爭日益加劇,而競爭的核心是先進(jìn)制造技術(shù)。在此環(huán)境下,我們只有抓住機(jī)遇,迎接挑戰(zhàn),利用先進(jìn)制造技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新、機(jī)制創(chuàng)新、管理創(chuàng)新及人才創(chuàng)新,才能實(shí)現(xiàn)我國躋身世界制造強(qiáng)國的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]李偉。先進(jìn)制造技術(shù)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [2]張世昌。先進(jìn)制造技術(shù)。北京:天津大學(xué)出版社，2004 [3]顏永年。先進(jìn)制造技術(shù)。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [4]張迪妮。現(xiàn)金制造技術(shù)。北京：北京大學(xué)出版社，2006 [5]周育才，劉忠偉。先進(jìn)制造技術(shù)。北京：國防工業(yè)出版社,2011 [6]王隆太。現(xiàn)金指導(dǎo)技術(shù)。北京：機(jī)械制造出版社，2012 [7]趙云龍。先進(jìn)制造技術(shù)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [8]張平亮。先進(jìn)制造技術(shù)。北京：高等教育出版社，2012 [9]李發(fā)致。模具先進(jìn)制造技術(shù)。北京;機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [10]劉延林。柔性制造自動化概念。武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001

第三篇：《汽車智能制造技術(shù)》課程教學(xué)大綱

《汽車智能制造技術(shù)》課程教學(xué)大綱

課程代碼：020242024

課程英文名稱：

Intelligent

Manufacturing

of

Vehicle

課程總學(xué)時(shí)：24

講課：24

實(shí)驗(yàn)：

0

上機(jī)：0

適用專業(yè)：車輛工程

大綱編寫（修訂）時(shí)間：2017.9

一、大綱使用說明

（一）課程的地位及教學(xué)目標(biāo)

本課程是車輛工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解工業(yè)4.0智能制造在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用，通過相關(guān)章節(jié)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握汽車智能制造理論、智能制造工藝、智能制造設(shè)備、智能管理系統(tǒng)等方面的知識，使學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到汽車生產(chǎn)制造中的前沿思想和技術(shù)，緊緊的把握汽車生產(chǎn)制造的發(fā)展方向。

（二）知識、能力及技能方面的基本要求

通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握智能制造在汽車生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，包括：智能制造在機(jī)械加工、冶金及塑料成型的應(yīng)用；智能制造在發(fā)動機(jī)箱體、連桿、曲軸及裝配中的應(yīng)用；智能制造在底盤懸架、軸類、制動系統(tǒng)、車輪及裝配中的應(yīng)用；智能制造在車身沖壓、裝焊、涂裝中的應(yīng)用；智能制造在總裝中的應(yīng)用。重點(diǎn)掌握制造設(shè)備、工藝及其管理系統(tǒng)。使學(xué)生能夠掌握工業(yè)發(fā)展的前沿知識，具備將前沿技術(shù)與汽車實(shí)際生產(chǎn)過程相結(jié)合能力。

（三）實(shí)施說明

1．教學(xué)方法：以講授教學(xué)為主，包括對主要原理和理論的講解，對重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，采用實(shí)例教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和記憶，并增加學(xué)生的互動環(huán)節(jié)，如分組討論并進(jìn)行講解，課堂提問等形式，調(diào)動學(xué)生的積極性及課堂的參與度。

2．教學(xué)手段：結(jié)合本課程內(nèi)容特點(diǎn)，以多媒體教學(xué)為主，通過電子講義展示智能制造相關(guān)的內(nèi)容、視頻及圖片，使學(xué)生能夠直觀的學(xué)習(xí)工業(yè)4.0的智能制造，避免教材內(nèi)容晦澀，不直觀的缺點(diǎn)，提高課堂信息量及學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

（四）對選修課的要求

本課程的教學(xué)必須在完成先修課程之后進(jìn)行。本課程主要的先修課程有：汽車構(gòu)造，汽車?yán)碚?，汽車制造工藝學(xué)。

（五）對習(xí)題課、實(shí)踐環(huán)節(jié)的要求

對課堂所講授的重要知識點(diǎn)，在課堂上安排習(xí)題或者思考題，增強(qiáng)學(xué)生的思考能力和解決問題能力，通過對習(xí)題或思考題的講解，增強(qiáng)學(xué)生對知識的理解和記憶。

（六）課程考核方式

1．考核方式：考查

2．考核目標(biāo)：重點(diǎn)考核學(xué)生對智能制造的理解及智能制造在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用。

3．成績構(gòu)成：本課程的總成績主要由兩部分組成：平時(shí)成績（包括課堂表現(xiàn)、出勤情況等）占30%，期末成績占70%(期末成績以小論文或者課堂測試的方式進(jìn)行)

按優(yōu)、良、中、及格、不及格五等級給出最終成績。

（七）參考書目

《智能制造》，國家制造強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會編，電子工業(yè)出版社出版，2016

《智能制造之路：數(shù)字化工廠》，陳明等編，機(jī)械工業(yè)出版社，2016

《智能制造：關(guān)鍵技術(shù)與企業(yè)應(yīng)用》，譚建榮等編，機(jī)械工業(yè)出版社，2017

《汽車制造工藝及裝備》，丁柏群等編，中國林業(yè)出版社，2014

二、中文摘要

課程圍繞汽車智能制造的相關(guān)知識展開，涵蓋了智能制造在汽車發(fā)動機(jī)、底盤零部件、車身制造、總裝等方面的應(yīng)用，通過課堂講解及演示，使學(xué)生學(xué)習(xí)智能制造在汽車未來生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高學(xué)生對智能制造的認(rèn)識和理解。

三、課程學(xué)時(shí)分配表

序號

教學(xué)內(nèi)容

學(xué)時(shí)

講課

實(shí)驗(yàn)

上機(jī)

汽車智能制造概論

汽車零件智能制造基礎(chǔ)

2.1

機(jī)械加工

2.2

冶金及塑料成型

汽車發(fā)動機(jī)智能制造

3.1

箱體類零件制造

3.2

連桿、曲軸制造

3.3

發(fā)動機(jī)裝配

汽車底盤智能制造

4.1

底盤零部件制造

4.2

底盤總成裝配

車身智能制造

5.1

車身沖壓

5.2

車身裝焊

5.3

車身涂裝

汽車智能總裝

合計(jì)

四、大綱內(nèi)容

第1部分

汽車智能制造概論

總學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)

講課

2學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)

上機(jī)0學(xué)時(shí)

具體內(nèi)容：

1）汽車智能制造背景和內(nèi)涵

2）汽車智能制造基礎(chǔ)

3）汽車智能制造的發(fā)展路徑

重

點(diǎn)：

汽車智能制造基礎(chǔ)設(shè)備，自動化在汽車行業(yè)的應(yīng)用，信息化在汽車制造中的應(yīng)用

難

點(diǎn)：

汽車智能制造的理論基礎(chǔ)

習(xí)題內(nèi)容：

如何描述智能化技術(shù)？

第2部分

汽車零件智能制造基礎(chǔ)

總學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)

講課

4學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)

上機(jī)0學(xué)時(shí)

第2.1部分

機(jī)械加工（講課

2學(xué)時(shí)）

具體內(nèi)容：

1）智能制造在鑄造、鍛造中的應(yīng)用

2）智能制造在沖壓、焊接、切削中的應(yīng)用

重

點(diǎn)：

智能鑄造系統(tǒng)，智能切削技術(shù)的設(shè)備及加工過程

難

點(diǎn)：

智能切削技術(shù)的原理

習(xí)題內(nèi)容：

智能切削技術(shù)可以應(yīng)用于汽車哪些零部件的加工？

第2.2部分

冶金及塑料成型（講課

2學(xué)時(shí)）

具體內(nèi)容：

1）智能制造在冶金中的應(yīng)用

2）智能制造在塑料成型中的應(yīng)用

重

點(diǎn)：

智能化設(shè)計(jì)在鋼鐵冶煉中的應(yīng)用，3D打印技術(shù)在塑料成型中的應(yīng)用

難

點(diǎn)：

鋼鐵冶煉中管控架構(gòu)及物理架構(gòu)

習(xí)題內(nèi)容：

智能化鋼鐵冶煉有哪些優(yōu)勢?

第3部分

汽車發(fā)動機(jī)智能制造

總學(xué)時(shí)6學(xué)時(shí)

講課

6學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)

上機(jī)0學(xué)時(shí)

第3.1部分

箱體類零件制造（講課

2學(xué)時(shí)）

具體內(nèi)容：

1）數(shù)控技術(shù)在箱體加工中的應(yīng)用

2）柔性生產(chǎn)線在箱體加工中的應(yīng)用

重

點(diǎn)：

柔性生產(chǎn)線的組成，數(shù)控技術(shù)加工箱體的具體方式

難

點(diǎn)：

柔性生產(chǎn)線的原理

習(xí)題內(nèi)容：

柔性生產(chǎn)線與傳統(tǒng)生產(chǎn)線的主要區(qū)別?

第3.2部分

連桿、曲軸制造（講課

2學(xué)時(shí)）

具體內(nèi)容：

1）智能制造在連桿加工中的應(yīng)用

2）智能制造在曲軸加工中的應(yīng)用

重

點(diǎn)：

曲軸、連桿加工中的智能制造設(shè)備，工藝及流程

難

點(diǎn)：

曲軸線自動監(jiān)控管理系統(tǒng)的基本原理

習(xí)題內(nèi)容：

連桿的智能制造設(shè)備有哪些特點(diǎn)？

第3.3部分

發(fā)動機(jī)裝配（講課

2學(xué)時(shí)）

具體內(nèi)容：

1）發(fā)動機(jī)裝配線智能管理

2）發(fā)動機(jī)裝配線智能設(shè)備

重

點(diǎn)：

發(fā)動機(jī)混流裝配線的智能管理，智能檢測裝配系統(tǒng)

難

點(diǎn)：

發(fā)動機(jī)混流裝配線管理策略

習(xí)題內(nèi)容：

發(fā)動機(jī)裝配線智能設(shè)備有哪些？

第4部分

汽車底盤智能制造

總學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)

講課

4學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)

上機(jī)0學(xué)時(shí)

第4.1部分

底盤零部件制造（講課

2學(xué)時(shí)）

具體內(nèi)容：

1）智能制造在懸架中的應(yīng)用

2）智能制造在軸類中的應(yīng)用

3）智能制造在制動系統(tǒng)中的應(yīng)用

4）智能制造在車輪、輪胎中的應(yīng)用

重

點(diǎn)：

減振器，彈簧的智能加工，輪胎的智能加工

難

點(diǎn)：

制動系統(tǒng)的智能加工

習(xí)題內(nèi)容：

懸架智能加工設(shè)備有哪些？

第4.2部分

底盤總成裝配（講課

2學(xué)時(shí)）

具體內(nèi)容：

1）底盤總成裝配的自動化生產(chǎn)

2）底盤總成裝配的智能設(shè)備

重

點(diǎn)：

底盤總成裝配自動化流程，底盤總成裝配主要設(shè)備及原理

難

點(diǎn)：

自動化生產(chǎn)的基本原理

習(xí)題內(nèi)容：

智能制造如何應(yīng)用在底盤總成裝配過程中？

第5部分

車身智能制造

總學(xué)時(shí)6學(xué)時(shí)

講課

6學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)

上機(jī)0學(xué)時(shí)

第5.1部分

車身沖壓（講課

2學(xué)時(shí)）

具體內(nèi)容：

1）計(jì)算機(jī)輔助沖壓技術(shù)

2）模具智能制造工藝

重

點(diǎn)：

計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)

難

點(diǎn)：

模塊式?jīng)_壓技術(shù)基本原理

習(xí)題內(nèi)容：

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是如何提高沖壓質(zhì)量的？

第5.2部分

車身裝焊（講課

2學(xué)時(shí)）

具體內(nèi)容：

1）焊接機(jī)器人

2)

裝焊生產(chǎn)線

重

點(diǎn)：

裝焊機(jī)器人組成及分類，裝焊機(jī)器人在裝焊線的應(yīng)用

難

點(diǎn)：

裝焊生產(chǎn)線機(jī)器人布局策略

習(xí)題內(nèi)容：

裝焊生產(chǎn)線機(jī)器人一般如何布局？

第5.3部分

車身涂裝（講課

2學(xué)時(shí)）

具體內(nèi)容：

1）智能涂裝材料及工藝

2)

涂裝生產(chǎn)線智能控制

3）涂膠機(jī)器人

4）噴涂機(jī)器人

重

點(diǎn)：

水性涂裝材料，柔性運(yùn)輸系統(tǒng)，生產(chǎn)線能耗控制

難

點(diǎn)：

涂裝生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)監(jiān)控

習(xí)題內(nèi)容：

智能生產(chǎn)線如何對能耗進(jìn)行控制？

第6部分

汽車智能總裝

總學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)

講課

2學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)0學(xué)時(shí)

上機(jī)0學(xué)時(shí)

具體內(nèi)容：

1）總裝自動化

2）物流系統(tǒng)智能控制

重

點(diǎn)：

總裝自動化設(shè)備及生產(chǎn)線布局，數(shù)字化物流配送系統(tǒng)及其設(shè)備

難

點(diǎn)：

數(shù)字化物流的信息監(jiān)控原理

習(xí)題內(nèi)容：

AGV系統(tǒng)的基本構(gòu)成

第四篇：智能制造匯報(bào)

智能工廠——以三一重工18號工廠為例

摘要：在理論上解釋了智能工廠的概念，再以三一重工18號工廠作為研究對象，對其運(yùn)作方式、運(yùn)作特點(diǎn)進(jìn)行了較為詳細(xì)地分析與討論，從而得出工廠的智能化基因。并且進(jìn)一步得出了智能工廠的框架，為系統(tǒng)化建設(shè)智能工廠打下了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能制造；數(shù)字化工廠 中圖分類號：TH161

INTELLIGENT FACTORY A CASE OF SANY HEAVY INDUSTRY NO.18TH FACTORY

Abstract：This paper explains the concept of intelligent factory in theory, then takes 31 heavy industry No.18th Factory as the research object, analyzes and discusses its operation mode and operation characteristics in detail, thus obtains the intellectualized gene of the factory.And further draws the intelligent factory frame, lays the foundation for the systematized construction intelligent Factory.Key words：Networking of things;Intelligent manufacturing;Digital chemical plant 0 前言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和移動應(yīng)用等新一輪信息技術(shù)的發(fā)展，全球化工業(yè)革命開始提上日程，工業(yè)轉(zhuǎn)型開始進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段。在中國，智能制造、中國制造2025等戰(zhàn)略的相繼出臺，表明國家開始積極行動起來，把握新一輪工發(fā)展機(jī)遇實(shí)現(xiàn)工業(yè)化轉(zhuǎn)型。智能工廠作為工業(yè)智能化發(fā)展的重要實(shí)踐模式，已經(jīng)引發(fā)行業(yè)的廣泛關(guān)注。到底什么是智能工廠？智能工廠的核心架構(gòu)是怎樣的？能為企業(yè)的轉(zhuǎn)型提供哪些支撐？這都是企業(yè)比較關(guān)心的話題。

本文以三一重工18號工廠為例,分析智能工廠的主要特點(diǎn)還有其智能化的框架。數(shù)字化工廠、智能工廠和智能制造

1.1 數(shù)字化工廠

對于數(shù)字化工廠，德國工程師協(xié)會的定義是：數(shù)字化工廠（DF）是由數(shù)字化模型、方法和工具構(gòu)成的綜合網(wǎng)絡(luò)，包含仿真和3D/虛擬現(xiàn)實(shí)可視化，通過連續(xù)的沒有中斷的數(shù)據(jù)管理集成在一起。數(shù)字化工廠集成了產(chǎn)品、過程和工廠模型數(shù)據(jù)庫，通過先進(jìn)的可視化、仿真和文檔管理，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程所涉及的質(zhì)量和動態(tài)性能：

圖1 在國內(nèi)，對于數(shù)字化工廠接受度最高的定義是：數(shù)字化工廠是在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。是現(xiàn)代數(shù)字制造

技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，主要作為溝通產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造之間的橋梁。從定義中可以得出一個(gè)結(jié)論，數(shù)字化工廠的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)信息的集成。1.2

智能工廠

智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理服務(wù)，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，以及合理計(jì)劃排程。同時(shí)，集初步智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。

圖2

智能工廠已經(jīng)具有了自主能力，可采集、分析、判斷、規(guī)劃；通過整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴(kuò)增展示設(shè)計(jì)與制造過程。系統(tǒng)中各組成部分可自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具備協(xié)調(diào)、重組及擴(kuò)充特性。已系統(tǒng)具備了自我學(xué)習(xí)、自行維護(hù)能力。因此，智能工廠實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器的相互協(xié)調(diào)合作，其本質(zhì)是人機(jī)交互。1.3

智能制造

智能工廠是在數(shù)字化工廠基礎(chǔ)上的升級版，但是與智能制造還有很大差距。智能制造系統(tǒng)在制造過程中能進(jìn)行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機(jī)器的合作，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代技術(shù)專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。

智能制造系統(tǒng)不只是“人工智能系統(tǒng)，而是人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，是混合智能。系統(tǒng)可獨(dú)立承擔(dān)分析、判斷、決策等任務(wù)，突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位，同時(shí)在智能機(jī)器配合下，更好發(fā)揮人的潛能。機(jī)器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。本質(zhì)是人機(jī)一體化。

國內(nèi)很多企業(yè)都在炒作智能制造，但是絕大多數(shù)企業(yè)還處在部分使用應(yīng)用軟件的階段，少數(shù)企業(yè)也只是實(shí)現(xiàn)了信息集成，也就是可以達(dá)到數(shù)字化工廠的水平；極少數(shù)企業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)的有效交互，也就是達(dá)到智能工廠的水平[1]。

圖3 2 從大廠房到智能工廠

在全球科技革命的大背景下，工程機(jī)械行業(yè)作為多品種、中批量、按訂單生產(chǎn)的離散型技能密集型產(chǎn)業(yè)，要想向高端制造發(fā)展，必須依靠信息化建立先進(jìn)的制造和管理系統(tǒng)[2]。

三一重工作為重工領(lǐng)域的標(biāo)桿，其18號廠房成為應(yīng)用基礎(chǔ)的示范。這間總面積約十萬平方米的車間，成為了行業(yè)內(nèi)亞洲最大最先進(jìn)的智能化制造車間。在這里，廠房更像是一個(gè)大型計(jì)算系統(tǒng)加上傳統(tǒng)的操作工具、大型生產(chǎn)設(shè)備的智慧體。2.1 18號廠房的“智慧”運(yùn)轉(zhuǎn)

18號廠房是三一重工總裝車間，有混凝土機(jī)械、路面機(jī)械、港口機(jī)械等多條裝配線，是工程機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)頗負(fù)盛名的智能工廠。

在18號廠房，廠區(qū)旁邊有兩塊電視屏幕，它們是一線工人的“老師”——不熟悉裝配作業(yè)的工人，通過電子屏幕里的數(shù)字仿真和三維作業(yè)指導(dǎo)，可以學(xué)習(xí)和了解整個(gè)裝配工藝[3]。三一重工的三維作業(yè)現(xiàn)場指導(dǎo)模式，成為了著名3D技術(shù)開發(fā)公司達(dá)索的全球最佳案例。

廠房更像是一個(gè)大型計(jì)算系統(tǒng)加上傳統(tǒng)的操作工具、大型生產(chǎn)設(shè)備的智慧體，每一次生產(chǎn)過程、每一次質(zhì)量檢測、每一個(gè)工人勞動量都記錄在案。裝配區(qū)、高精機(jī)加區(qū)、結(jié)構(gòu)件區(qū)、立庫區(qū)等幾大主要功能區(qū)域都是智能化、數(shù)字化模式的產(chǎn)物[4]。

當(dāng)有班組需要物料時(shí)，裝配線上的物料員就會報(bào)單給立體倉庫，配送系統(tǒng)會根據(jù)班組提供的信息，迅速找到放置該物料的容器，然后開啟堆高機(jī)，將容器自動輸送到立體庫出庫端液壓臺上。此時(shí)，AGV操作員發(fā)出取貨指令，AGV小車自動行駛至液壓臺取貨[5]。取完貨后，采用激光引導(dǎo)的AGV小車，將根據(jù)運(yùn)行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝的高反光性反射板的激光定位標(biāo)志，計(jì)算出車輛當(dāng)前的位置以及運(yùn)動的方向，從而將物料運(yùn)送至指定工位。像這樣的AGV小車，在三一重工18號廠房有15臺。

從大廠房到智能工廠，實(shí)施智慧化改造后，18號廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺套能耗平均降低8%，人均產(chǎn)值提高24%，現(xiàn)場質(zhì)量信息匹配率100%，原材料庫存降低30%。2014年，18號廠房同比節(jié)約制造成本1億元，年增加產(chǎn)量超過2000臺以上，每年同比產(chǎn)值新增60億元以上。此外，高精加工區(qū)也是18號廠房的特色之一。整個(gè)機(jī)加區(qū)集智能化、柔性化、少人化于一體，可以滿足多品種、小批量生產(chǎn)要求。2.2

智能背后的生產(chǎn)模式進(jìn)化

2013年8月，三一重工集團(tuán)啟動新一輪制造變革。在大會上，三一重工董事長梁穩(wěn)根這樣描繪三一重工制造體系的藍(lán)圖：“所有結(jié)構(gòu)件和產(chǎn)品都在很精益的空間范圍內(nèi)制造，車間內(nèi)只有機(jī)器人和少量作業(yè)員工在忙碌，裝配線實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)，物流成本大幅降低，制造現(xiàn)場基本沒有存貨?！?/p>

制造模式的生產(chǎn)方式分散且獨(dú)立，需要大量的人力物力予以配合，才能完成產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，這使得生產(chǎn)效率低下的同時(shí)，生產(chǎn)成本還居高不下。因此三一重工開始借助信息化，在生產(chǎn)車間導(dǎo)入自動化制造模式?！安考ぷ髦行膷u”就是這樣一個(gè)嘗試。

所謂“部件島”，即單元化生產(chǎn)，將每一類部件從生產(chǎn)到下線所有工藝集中在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，猶如在一個(gè)獨(dú)立的“島嶼”內(nèi)完成全部生產(chǎn)，故稱為部件島，將裝配行業(yè)中“島”的概念引入到結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)中，這是三一重工重機(jī)制造人員的首創(chuàng)。三一重工:智能工廠實(shí)踐

三一重工18號廠房是亞洲最大的智能化制造車間，有混凝土機(jī)械、路面機(jī)械、港口機(jī)械等多條裝配線，是三一重工總裝車間。2008年開始籌建，2012年全面投產(chǎn)，總面積約十萬平方米。從2012年開始，以三一18號廠房為應(yīng)用基礎(chǔ)，由三一重工、湖大海捷、華工制造、華中科大等單位聯(lián)合申報(bào)的“工程機(jī)械產(chǎn)品加工數(shù)字化車間系統(tǒng)的研制與應(yīng)用示范項(xiàng)目”.經(jīng)過3年精心建設(shè)，目前，三一已建成車間智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和刀具管理系統(tǒng)、公共制造資源定位與物料跟蹤管理系統(tǒng)、計(jì)劃、物流、質(zhì)量管控系統(tǒng)、生產(chǎn)控制中心（PCC）中央控制系統(tǒng)等智能系統(tǒng)，完成了國家批復(fù)的項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容[6]。

圖4 同時(shí)，三一還與其他單位共同研發(fā)了智能上下料機(jī)械手、基于DNC系統(tǒng)的車間設(shè)備智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、智能化立體倉庫與AGV運(yùn)輸軟硬件系統(tǒng)、基于RFID設(shè)備及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的物料和資源跟蹤定位系統(tǒng)、高級計(jì)劃排程系統(tǒng)（APS）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、物流執(zhí)行系統(tǒng)（LES）、在線質(zhì)量檢測系統(tǒng)（SPC）、生產(chǎn)控制中心管理決策系統(tǒng)等關(guān)鍵核心智能裝置，實(shí)現(xiàn)了對制造資源跟蹤、生產(chǎn)過程監(jiān)控，計(jì)劃、物流、質(zhì)量集成化管控下的均衡化混流生產(chǎn)，智能化功能和系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)到國家批復(fù)要求[7]。

3.1 智能加工中心與生產(chǎn)線

3.1.1 智能化加工設(shè)備

早在2007年，有“智能化機(jī)械手”之稱的焊接機(jī)器人現(xiàn)身三一挖機(jī)生產(chǎn)線，并在2008年后得到進(jìn)一步推廣。2012年三一重工在上海臨港產(chǎn)業(yè)園建成全球最大最先進(jìn)的挖掘機(jī)生產(chǎn)基地，焊接機(jī)器人大規(guī)模投入使用，大幅提升了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，使得三一挖掘機(jī)的使用壽命大約翻了兩番，售后問題下降了四分之三。由于規(guī)范了管理，又進(jìn)一步提升了整個(gè)生產(chǎn)體系的效率。不但如此，機(jī)器人的使用減少了工人數(shù)量，管理模式的重心從原來的管人轉(zhuǎn)移

到了管理設(shè)備上，相對而言，管理設(shè)備要容易很多。3.1.2

智能刀具管理

在實(shí)際加工中，有多種因素會對加工刀具產(chǎn)生影響，首先是加工工件本身的因素，如加工工件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)型式、工件剛度等對刀具使用效果影響較大。其次是加工工裝，定位基準(zhǔn)、壓緊方式、結(jié)構(gòu)型式以及工裝剛度等都會影響刀具使用效果。再次加工工藝方案，如加工順序、切削三要素（切深、進(jìn)給、切削速度）對刀具使用效果影響更大。最后是加工機(jī)床，設(shè)備的切削功率、設(shè)備的剛度、設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式、切削冷卻介質(zhì)對加工刀具發(fā)揮效率也有很大影響[8]。

三一在實(shí)踐中，要充分考慮刀具壽命和加工工件成本的關(guān)系，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的工件選擇不同的刀具，包括刀具材料（分整體硬質(zhì)合金、焊接硬質(zhì)、高速鋼等）、刀具結(jié)構(gòu)（分機(jī)夾刀片、焊接刀片和整體材料刀具）以及刀具裝夾方式（熱裝式、強(qiáng)力緊固式、側(cè)固式）等。有的刀具選擇涂層刀片來增加刀具的耐用度，延長刀具壽命。在高速加工時(shí)，對刀具動平衡也有要求，我們配備了刀具動平衡儀，并在加工成本允許的前提下選擇耐用度較高的刀具。3.1.3

DNC

DNC是計(jì)算機(jī)與具有數(shù)控裝置的機(jī)床群使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成的分布在車間中的數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對用戶來說就像一個(gè)統(tǒng)一的整體，系統(tǒng)對多種通用的物理和邏輯資源整合，可以動態(tài)的分配數(shù)控加工任務(wù)給任一加工設(shè)備，是提高設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)成本[9]。

圖5

目前，三一重工已經(jīng)完成車間機(jī)加設(shè)備的研發(fā)采購與安裝調(diào)試，部分完成智能上料機(jī)械手、DNC實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置及刀具管理系統(tǒng)的購置和開發(fā)。3.2 智能化立體倉庫和物流運(yùn)輸系統(tǒng)

3.2.1 智能化立體倉庫

立體倉庫后臺運(yùn)作的自動化配送系統(tǒng)由華中科大與三一聯(lián)合研制，通過這套系統(tǒng)，三一打造了批量下架、波次分揀，單臺單工位配送模式，實(shí)現(xiàn)了從頂層計(jì)劃至底層配送執(zhí)行的全業(yè)務(wù)貫通，大大提高了配送效率及準(zhǔn)確率，準(zhǔn)時(shí)配送率超95%。

三一智能化立體倉庫總投資6000多萬元, 分南北兩個(gè)庫，由地下自動輸送設(shè)備連成一個(gè)整體，總占地面積9000平方米，倉庫容量大概是16000個(gè)貨位。從南邊倉庫可以看到，這個(gè)庫區(qū)有幾千種物料，主要是泵車、拖泵、車載泵物料，能支持每月數(shù)千臺產(chǎn)品的生產(chǎn)量。

從大廠房到智能工廠，實(shí)施智能化改造后，18號廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺套能耗平均降低8%，人均產(chǎn)值提高24%，現(xiàn)場質(zhì)量信息匹配率100%，原材料庫存降低30%，2014年18號廠房預(yù)計(jì)同比節(jié)約制造成本1億元，年增加產(chǎn)量超過2000臺以上，每年同比產(chǎn)值新增60億元以上。3.2.2 AGV智能小車

智能化立體倉庫的核心是AGV智能小車，當(dāng)有班組需要物料時(shí)，裝配線上的物料員就會報(bào)單給立體倉庫，配送系統(tǒng)會根據(jù)班組提供的信息，迅速找到放置該物料的容器，然后開啟堆高機(jī)，將容器自動輸送到立體庫出庫端液壓臺上。此時(shí)，AGV操作員發(fā)出取貨指令，AGV小車自動行駛至液壓臺取貨。取完貨后，由于AGV小車采用激光引導(dǎo)，小車上安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器，在運(yùn)行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝有高反光性反射板的激光定位標(biāo)志，AGV依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接受由四周定位標(biāo)志反射回的激光束，車載計(jì)算機(jī)計(jì)算出車輛當(dāng)前的位置以及運(yùn)動的方向，通過和內(nèi)置的數(shù)字地圖進(jìn)行對比來校正方位，從而將物料運(yùn)送至指定工位。像這樣的AGV小車，在三一18號廠房有15臺。在18號廠房南北智能化立體倉庫，不僅有這樣的AGV自動小車，其后臺配送也是自動化系統(tǒng)完成的。

圖6

3.2.3 公共資源定位系統(tǒng)

公共資源定位系統(tǒng)是三一重工智能工廠的一個(gè)重要支撐。公共資源定位系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)包括對設(shè)備定位和狀態(tài)檢測、人員定位以及故障實(shí)時(shí)處理與報(bào)警等功能。通過公共資源定位監(jiān)控中心，三一重工的生產(chǎn)管理人員能及時(shí)的了解生產(chǎn)車間的人員位置、設(shè)備位置和狀態(tài)、加工生產(chǎn)情況，并及時(shí)的指導(dǎo)生產(chǎn)和進(jìn)行故障處理等操作。3.3

智能化生產(chǎn)執(zhí)行過程控制

3.3.1高級計(jì)劃排程

在考慮企業(yè)資源所提供的可行物料需求規(guī)劃與生產(chǎn)排程計(jì)劃，讓規(guī)劃者快速結(jié)合生產(chǎn)限制條件與相關(guān)信息(如訂單、途程、存貨、BOM與產(chǎn)能限制等)，以做出平衡企業(yè)利益與顧客權(quán)益的最佳規(guī)劃與決策，滿足顧客需求及面對競爭激烈的市場。強(qiáng)化了ERP系統(tǒng)中以傳統(tǒng)MRP規(guī)劃邏輯為主的生產(chǎn)規(guī)劃與排程的功能，APS 系統(tǒng)的同步規(guī)劃能力，不但使得規(guī)劃結(jié)果更具備合理性與可執(zhí)行性，亦使企業(yè)能夠真正達(dá)到供需平衡的目的[10]。3.3.2

執(zhí)行過程調(diào)度

三一車間內(nèi)一排排的MES終端機(jī)，生產(chǎn)線上明亮的LED屏幕，整齊劃一的醒目安全燈是系統(tǒng)給我們帶來直觀的印象。SanyMES系統(tǒng)是指由三一集團(tuán)IT總部自主研發(fā)的制造執(zhí)行系統(tǒng)，它充分利用信息化技術(shù)，從生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)、物料配送、生產(chǎn)節(jié)拍、完工確認(rèn)、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)、質(zhì)量管理、關(guān)重件條碼采集等多個(gè)維度進(jìn)行管控，并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將現(xiàn)場信息及時(shí)準(zhǔn)確地傳達(dá)到生產(chǎn)管理者與決策者[11]。該

系統(tǒng)除了通過各種方式如短信、郵件向管理者傳遞生產(chǎn)信息外，其設(shè)置在生產(chǎn)現(xiàn)場的MES終端機(jī)，給一線工人生產(chǎn)制造帶來了極大的便利。

通過MES終端機(jī)，生產(chǎn)線工人不僅可以及時(shí)報(bào)完工、方便快捷地查詢物料設(shè)計(jì)圖紙和庫存情況，更重要的是SanyMES終端機(jī)可以正確地指導(dǎo)工人每個(gè)工位如何進(jìn)行安裝、安裝時(shí)候需要哪些零部件，同時(shí)給予安全提示。有了MES系統(tǒng)后，再也不用去借圖紙，直接在MES終端就能查到最新的圖紙信息，3.3.數(shù)字化質(zhì)量檢測

目前，三一在質(zhì)檢信息化方面，通過GSP、MES、CSM及QIS的整合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)涵蓋供應(yīng)商送貨、零件制造、整機(jī)裝配、售后服務(wù)等全生命周期的質(zhì)檢電子化，并實(shí)現(xiàn)了SPC分析、質(zhì)量追溯等功能。

以前質(zhì)檢，是采用紙質(zhì)記錄本記錄檢驗(yàn)結(jié)果和全觸摸屏操作，簡單方便，而且通過查看標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)以規(guī)范工人的操作，避免了紙質(zhì)作業(yè)指導(dǎo)書的損壞和更新不及時(shí)造成的附加作業(yè)，極大提高了工作效率和作業(yè)質(zhì)量[12]。3.3.3 數(shù)字化物流管控

三一自動化立體倉儲配送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了該公司泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線所需物料的暫存、揀選、配盤功能，并與AGV配套實(shí)現(xiàn)工位物料自動配送至各個(gè)工位。

根據(jù)泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線在車間的位置，北自所設(shè)計(jì)了兩個(gè)庫區(qū)，1#庫負(fù)責(zé)泵車物料的儲存、揀配功能，2#庫負(fù)責(zé)拖泵、車載泵物料的儲存、揀配功能，兩個(gè)庫區(qū)共用一個(gè)設(shè)置1#庫區(qū)的入庫組盤區(qū)域，2#庫入庫的物料在入庫組盤區(qū)完成組盤后通過地下輸送通道自動輸送進(jìn)入2#庫庫區(qū)存儲。

倉儲模式采用自動化立體倉庫存儲（主要儲存中小件為主）+垂直升降庫存儲（主要儲存小件為主）+平面?zhèn)}庫儲存（主要儲存大件等其他特殊物資）。自動化立體倉庫和垂直升降庫的數(shù)據(jù)采用一套軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理，集中配送。通過垂直升降庫的應(yīng)用，解決了將近總量30%的物料種類的儲存和出入庫作業(yè)模式，很大程度地緩和了自動化立體倉庫的出入庫作業(yè)壓力，有效地提高了整個(gè)系統(tǒng)的作業(yè)能力。

揀配模式采用提4臺套提前一班（8小時(shí)）揀配模式，按照工位進(jìn)行配送。在兩個(gè)庫區(qū)分別設(shè)置了兩層的配盤區(qū)域，根據(jù)裝配工位數(shù)量及各工位裝配物料情況，對配盤區(qū)域的揀配托盤位置進(jìn)行分配，揀配過程中采用LED顯示屏+RF手持終端模式進(jìn)行人工作業(yè)。北自所根據(jù)各工位裝配物料情況，配合用戶設(shè)計(jì)了多種不同的配送容器，采用多層存放，提高容器使用效率，減少線邊容器數(shù)量，最終提高了AGV系統(tǒng)的搬運(yùn)效率。

質(zhì)量問題，現(xiàn)在則是用生產(chǎn)管理系統(tǒng)（MES），每一個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目都標(biāo)準(zhǔn)化、電子化，以前在本子上的內(nèi)容都作為數(shù)據(jù)錄入PDA和平板電腦等終端。一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，系統(tǒng)就會第一時(shí)間自動啟動不合格處理流程，將情況發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人?！霸诓缓细衿房刂屏鞒讨械母綦x、評審等6個(gè)環(huán)節(jié)，保證每道工序的每個(gè)產(chǎn)品在下一道工序前合格?！倍鴶?shù)據(jù)的錄入則會為產(chǎn)品質(zhì)量追溯提供可靠依據(jù)。三一的自制件可以具體查到是某臺產(chǎn)品零部件，制作時(shí)間、制作地點(diǎn)和工位、制作人、制作條件等信息，供應(yīng)商提供的零部件則是可以查到批次和反饋。3.4

智能化生產(chǎn)控制中心

3.4.1中央控制室

1.生產(chǎn)計(jì)劃及執(zhí)行情況、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)統(tǒng)

計(jì)圖；

2.智能計(jì)劃系統(tǒng)操作界面；

3.生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控、看板展示及異常報(bào)警； 4.各區(qū)域監(jiān)控信息；

5.設(shè)計(jì)部日常操作（支持10路信號同時(shí)切

入）；

6.各區(qū)域監(jiān)控信息；

7.物流部日常操作（支持10路信號同時(shí)切

入）；

8.質(zhì)量部日常操作（支持10路信號同時(shí)切

入）。3.4.2

現(xiàn)場監(jiān)視裝置

全方位的工廠車間監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過

程的全面監(jiān)控和記錄，保證生產(chǎn)現(xiàn)場的安全，以及現(xiàn)場事故的追溯和回放。3.4.3 現(xiàn)場Andon Andon系統(tǒng)能夠?yàn)椴僮鲉T停止生產(chǎn)線提供一套新的、更加有效的途徑。在傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)線上，如果發(fā)生故障，整條生產(chǎn)線立即停止。采用了Andon系統(tǒng)之后，一旦發(fā)生問題，操作員可以在工作站拉一下繩索或者按一下按鈕，觸發(fā)相應(yīng)的聲音和點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈，提示監(jiān)督人員立即找出發(fā)生故障的地方以及故障的原因。一般來說，不用停止整條生產(chǎn)線就可以解決問題，因而可以減少停工時(shí)間同時(shí)又提高了生產(chǎn)效率。

Andon系統(tǒng)的另一個(gè)主要部件是信息顯示屏。每個(gè)顯示面板都能夠提供關(guān)于單個(gè)生產(chǎn)線的信息，包括生產(chǎn)狀態(tài)、原料狀態(tài)、質(zhì)量狀況以及設(shè)備狀況。顯示器同時(shí)還可以顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如目標(biāo)輸出、實(shí)際輸出、停工時(shí)間以及生產(chǎn)效率。根據(jù)顯示器上提供的信息，操作員可以更加有效的開展工作。智能工廠理念

所謂“六維智能理論”，就是在設(shè)備聯(lián)網(wǎng)+遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個(gè)方面打造適合中國國情的智能工廠。4.1 行業(yè)背景

“工業(yè)4.0”被認(rèn)為是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命或是工業(yè)體系革命性的生產(chǎn)方法，而智能工廠將是構(gòu)成未來工業(yè)體系的一個(gè)關(guān)鍵特征。在智能工廠里，人、機(jī)器和資源如同在一個(gè)社交網(wǎng)絡(luò)里自然地相互溝通協(xié)作，生產(chǎn)出來的智能產(chǎn)品能夠理解自己被制造的細(xì)節(jié)以及將如何使用，能夠回答“哪組參數(shù)被用來處理我”、“我應(yīng)該被傳送到哪里”等問題。同時(shí)，智能輔助系統(tǒng)將從執(zhí)行例行任務(wù)中解放出來，使他們能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新、增值的活動；靈活的工作組織能夠幫助工人把生活和工作實(shí)現(xiàn)更好地結(jié)合，個(gè)體顧客的需求將得到滿足。德國工業(yè)4.0、美國GE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)均是“工業(yè)4.0”的典范，但中國有自己特殊的國情，中國制造企業(yè)打造智能工廠，不能完全照搬國外模式，而是既要緊跟國際先進(jìn)理念，還要符合中國企業(yè)的實(shí)際情況[13]。

4.2

概念內(nèi)涵

美國與德國的工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略核心均為CPS（Cyber-Physical System）系統(tǒng)，是典型的二元戰(zhàn)略。美國是C(Cyber，包括：數(shù)字、信息、網(wǎng)絡(luò)等虛擬世界)+P(Physical，包括機(jī)器、設(shè)備、設(shè)施等實(shí)體世界)，德國是P+C，兩國均是基于高素質(zhì)勞動者、國家人力匱乏、企業(yè)高協(xié)同化、高法制化的基礎(chǔ)之上而提出的戰(zhàn)略；而中國裝備水平較美國和德國有一定差距，數(shù)據(jù)采集分析決策能力也有局限，但中國具有人力資源優(yōu)勢，所以應(yīng)該充分挖掘人的作用。因此，中國制造企業(yè)推進(jìn)工業(yè)發(fā)展不能完全照搬發(fā)達(dá)國家的二元戰(zhàn)略，更宜采用CPPS（Cyber-Person-Physical System）人機(jī)網(wǎng)三元戰(zhàn)略，充分體現(xiàn)人的能動作用。

圖7

所謂“三元戰(zhàn)略”，包括勞動者及其技能、素養(yǎng)、精神、組織、管理等，CPPS戰(zhàn)略體現(xiàn)了以人為本，繼續(xù)發(fā)揮與挖掘了中國在人力資源方面的優(yōu)勢，揚(yáng)長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)人與賽博、物理虛實(shí)兩世界的融合和迭代發(fā)展，構(gòu)建以賽博智能為目的的人機(jī)網(wǎng)三元戰(zhàn)略方案更符合中國國情[14]。

所謂“六維智能理論”，就是在設(shè)備聯(lián)網(wǎng)+遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個(gè)方面打造適合中國國情的智能工廠，這6個(gè)方面包括：

1.智能計(jì)劃排產(chǎn)，是從計(jì)劃源頭上集成ERP，進(jìn)行APS高級排產(chǎn)。

2.智能生產(chǎn)協(xié)同，從生產(chǎn)準(zhǔn)備過程上，實(shí)現(xiàn)

物料、刀具、工裝、工藝的并行協(xié)同準(zhǔn)備。3.智能的設(shè)備互聯(lián)互通，是CPS信息物理系

統(tǒng)的典型體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備的分布式網(wǎng)絡(luò)化通訊、程序集中管理、設(shè)備狀

態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等。4.智能資源管理，包括對物料、設(shè)備、刀具、量具、夾具等生產(chǎn)資源進(jìn)行精益化管理、庫存智能預(yù)警等。

5.智能質(zhì)量過程管控，是對影響產(chǎn)品質(zhì)量的生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

6.智能決策支持，是基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持，形成管理的閉環(huán)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的高效生產(chǎn)模式。

總之，通過以上6個(gè)方面智能的打造，可極大提升企業(yè)的計(jì)劃科學(xué)化、生產(chǎn)過程協(xié)同化、生產(chǎn)設(shè)備與信息化的深度融合，并通過基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持對企業(yè)進(jìn)行透明化、量化的管理，可明顯提升企業(yè)的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，是一種很好的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的智能生產(chǎn)模式。

圖8 4.3

應(yīng)用前景

“六維智能”分別從計(jì)劃源頭、過程協(xié)同、設(shè)備底層、資源優(yōu)化、質(zhì)量控制、決策支持等6個(gè)方面著手實(shí)現(xiàn)智能工廠，這6個(gè)方面涵蓋了工業(yè)生產(chǎn)的6個(gè)重要環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)全面的精細(xì)化、精準(zhǔn)化、自動化、信息化智能化管理與控制，通過底層設(shè)備的互聯(lián)互通、基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持、可視化展現(xiàn)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)準(zhǔn)備過程中的透明化協(xié)同管理、數(shù)控設(shè)備智能化的互聯(lián)互通、智能化的生產(chǎn)資源管理、智能化的決策支持，從而全方位達(dá)到智能化的生產(chǎn)過程管理與控制[15]。

從“六維智能”解決方案在青島海爾模具有限公司的實(shí)際應(yīng)用效果來看，較好地達(dá)到了智能化生產(chǎn)過程管理與控制的目的。該系統(tǒng)是專門為海爾模

具定制的，是海爾模具生態(tài)圈的主要組成部分，系統(tǒng)以生產(chǎn)設(shè)備為核心，從設(shè)備底層層面實(shí)現(xiàn)了機(jī)床、對刀儀等設(shè)備的互聯(lián)互通與大數(shù)據(jù)分析，從生產(chǎn)管理層面實(shí)現(xiàn)了協(xié)同準(zhǔn)備并行作業(yè)，從展現(xiàn)層面實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)信息的可視化。實(shí)施本系統(tǒng)后，操作工的作業(yè)效率從原來1個(gè)人管理3臺設(shè)備提升到7～8臺設(shè)備，設(shè)備利用率提升25%以上，使生產(chǎn)管理更加透明、科學(xué)、高效，應(yīng)用效果比較明顯，在海爾模具的數(shù)字化制造與管理中發(fā)揮了重要的作用。工業(yè)4.0落地戰(zhàn)略

“工業(yè)4.0”不同的人從不同維度來解讀，涉及到國家戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略、企業(yè)發(fā)展等不同的層面。就從企業(yè)的層面去研究，看看企業(yè)層面實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0該怎么做，怎么走，有沒有路線圖？

近期，隨著“工業(yè)4.0”的在網(wǎng)絡(luò)上越炒越熱，我國也推出了“中國制造2025”戰(zhàn)略，在國家戰(zhàn)略需求的驅(qū)動下，中國對于制造大國向制造強(qiáng)國的邁進(jìn)之路也陡然提速，這將對中國制造轉(zhuǎn)型升級打通主動脈。就企業(yè)層面來說中國版工業(yè)4.0如何落地將成為重點(diǎn)，如何通過信息技術(shù)和制造技術(shù)的深度融合，打通一切、聯(lián)通一切是企業(yè)信息化建設(shè)的目標(biāo)[16]。

工業(yè)4.0是什么？每個(gè)人站在不同的角度會有不同的理解，是互聯(lián)、集成(縱向、橫向、端到端)、數(shù)據(jù)、創(chuàng)新、服務(wù)、轉(zhuǎn)型或是CPS、是智能工廠、是智能制造亦或是國家戰(zhàn)略、企業(yè)目標(biāo)。工業(yè)4.0核心內(nèi)容就是建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、三項(xiàng)集成、大數(shù)據(jù)分析、八項(xiàng)計(jì)劃和研究兩個(gè)主題。

5.1

建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：信息物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（CPS）

CPS是英文CyberPhysical System的縮寫，就是講物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界的融合，將網(wǎng)絡(luò)空間的高級計(jì)算能力有效的運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)世界中，從而在生產(chǎn)制造過程中，與設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過傳感器采集并進(jìn)行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。

圖9 5.2

三個(gè)集成

工業(yè)4.0中的三項(xiàng)集成包括：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成，集成是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。5.2.1 縱向集成

縱向集成主要解決企業(yè)內(nèi)部的集成，即解決信息孤島的問題，解決信息網(wǎng)絡(luò)與物理設(shè)備之間的聯(lián)通問題。5.2.2 橫向集成

橫向集成主要實(shí)現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)之間、企業(yè)與售出產(chǎn)品之間（如車聯(lián)網(wǎng)）的協(xié)同，將企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務(wù)信息向企業(yè)以外的供應(yīng)商、經(jīng)銷商、用戶進(jìn)行延伸，實(shí)現(xiàn)人與人、人與系統(tǒng)、人與設(shè)備之間的集成，從而形成一個(gè)智能的虛擬企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。制造業(yè)普遍存在的工程變更協(xié)同流程就是這樣一個(gè)典型的橫向集成應(yīng)用場景。5.2.3 端到端的集成

端到端集成就是把所有該連接的端頭（點(diǎn)）都集成互聯(lián)起來，通過價(jià)值鏈上不同企業(yè)資源的整合，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、物流配送、使用維護(hù)的產(chǎn)品全生命周期的管理和服務(wù)，它以產(chǎn)品價(jià)值鏈創(chuàng)造集成供應(yīng)商（一級、二級、三級??）、制造商（研發(fā)、設(shè)計(jì)、加工、配送）、分銷商（一級、二級、三級??）以及客戶信息流、物流和資金流，在為客戶提供更有價(jià)值的產(chǎn)品和服務(wù)同時(shí)，重構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的價(jià)值體系。

端到端的集成即可以是內(nèi)部的縱向集成內(nèi)容，也可以是外部的企業(yè)與企業(yè)之間的橫向集成內(nèi)容，關(guān)注點(diǎn)在流程的整合上，比如提供用戶訂單的全程跟蹤協(xié)同流程，將用戶、企業(yè)、第三方物流、售后服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期服務(wù)的端到端集成。

橫向、縱向、端到端三個(gè)集成的實(shí)現(xiàn)，不論技術(shù)層面還是業(yè)務(wù)層面在SOA信息集成都能找到相應(yīng)的解決方案。5.3

大數(shù)據(jù)分析利用

“工業(yè)4.0”時(shí)代，制造企業(yè)的數(shù)據(jù)將會呈現(xiàn)爆炸式增長態(tài)勢。隨著信息物理系統(tǒng)（CPS）的推廣、智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用，將會帶來無所不在的感知和無所不在的連接，所有的生產(chǎn)裝備、感知設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)終端，包括生產(chǎn)者本身都在源源不斷地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將會滲透到企業(yè)運(yùn)營、價(jià)值鏈乃至產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，是工業(yè)4.0和制造革命的基石。

總體來說，工業(yè)4.0關(guān)注的企業(yè)數(shù)據(jù)分為四類： 5.3.1

產(chǎn)品數(shù)據(jù)

包括設(shè)計(jì)、建模、工藝、加工、測試、維護(hù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零部件配置關(guān)系、變更記錄等數(shù)據(jù)。產(chǎn)品的各種數(shù)據(jù)被記錄、傳輸、處理和加工，使得產(chǎn)品全生命周期管理成為可能，也為滿足個(gè)性化的產(chǎn)品需求提供了條件。5.3.2

運(yùn)營數(shù)據(jù)

運(yùn)營包括組織結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)管理、生產(chǎn)設(shè)備、市

場營銷、質(zhì)量控制、生產(chǎn)、采購、庫存、目標(biāo)計(jì)劃、電子商務(wù)等數(shù)據(jù)。工業(yè)生產(chǎn)過程的無所不在的傳感、連接，帶來了無所不在的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會創(chuàng)新企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)營、營銷和管理方式。5.3.3

價(jià)值鏈數(shù)據(jù)

包括客戶、供應(yīng)商、合作伙伴等數(shù)據(jù)。企業(yè)在當(dāng)前全球化的經(jīng)濟(jì)環(huán)境中參與競爭，需要全面地了解技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)作業(yè)、采購銷售、服務(wù)、內(nèi)外部后勤等環(huán)節(jié)的競爭力要素。大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使得價(jià)值鏈上各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)和信息能夠被深入分析和挖掘，為企業(yè)管理者和參與者提供看待價(jià)值鏈的全新視角，使得企業(yè)有機(jī)會把價(jià)值鏈上更多的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為企業(yè)的戰(zhàn)略優(yōu)勢。例如，汽車公司大數(shù)據(jù)提前預(yù)測到哪些人會購買特定型號的汽車，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)客戶的響應(yīng)率提高了15%至20%，客戶忠誠度提高7%。5.3.4 外部數(shù)據(jù)

包括經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、行業(yè)、市場、競爭對手等數(shù)據(jù)。為了應(yīng)對外部環(huán)境變化所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，企業(yè)必須充分掌握外部環(huán)境的發(fā)展現(xiàn)狀以增強(qiáng)自身的應(yīng)變能力。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在宏觀經(jīng)濟(jì)分析、行業(yè)市場調(diào)研中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為企業(yè)提升管理決策和市場應(yīng)變能力的重要手段。

工業(yè)4.0落地中國企業(yè)，工業(yè)大數(shù)據(jù)是一項(xiàng)重要抓手。利用工業(yè)大數(shù)據(jù)分析，可以找出隱性的問題并預(yù)測未知情況的發(fā)生，有助于及時(shí)地做好預(yù)防，避免故障和偏差。結(jié)論

以三一重工18號工廠作為研究對象.對其運(yùn)作方式、運(yùn)作特點(diǎn)進(jìn)行了較為詳細(xì)地分析與討論，從而得出工廠的智能化基因。并且進(jìn)一步得出了智能工廠的框架，為系統(tǒng)化建設(shè)智能工廠打下了基礎(chǔ)。主要的研究結(jié)論如下：

1.在理論上對數(shù)字化工廠、智能工廠和智能制造進(jìn)行了分析指出，要又好又快地發(fā)展智能工廠就必須先建設(shè)好數(shù)字化工廠。

2.對比三一重工18號工廠實(shí)現(xiàn)智能化之后生產(chǎn)效率得到提升，直觀地反映了智能化對制造業(yè)帶來的好處。

3.通過對18號工廠的生產(chǎn)線、物流系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制中心進(jìn)行分析，找到了工廠可實(shí)現(xiàn)智能化的內(nèi)在基因。也就是在設(shè)備聯(lián)網(wǎng)+遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個(gè)方面打造適合中國國情的智能工廠(1)。

4.概括了智能工廠的框架，提出了運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析，做好CPS和三個(gè)集成是實(shí)現(xiàn)智能工廠的前提條件，而智能工廠的標(biāo)志就是生產(chǎn)流程智能化，生產(chǎn)設(shè)備動態(tài)適應(yīng)個(gè)性化的產(chǎn)品需求。

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第五篇：無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能制造

無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能制造

尹振方

（江蘇大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院儀器科學(xué)與工程系，江蘇，鎮(zhèn)江，212013）摘要：目前傳統(tǒng)制造業(yè)正面臨著勞動力成本過高，生產(chǎn)效率偏低，原材料利用率較低，能耗過高，服務(wù)水平相對落后等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，嚴(yán)重影響到制造企業(yè)的市場競爭力和影響力。本篇報(bào)告主要簡介了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在傳統(tǒng)制造業(yè)中的使用情況和發(fā)展前景，詳細(xì)介紹了與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的智能生產(chǎn)線在生產(chǎn)要素使用方面的優(yōu)勢及使用情況。對未來智能制造，智能生產(chǎn)線的大規(guī)模投入做了預(yù)測。關(guān)鍵詞：制造業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)，生產(chǎn)要素，智能生產(chǎn)線。

英文題名

Abstract: At present, the traditional manufacturing industry is facing high labor costs, low production efficiency, raw material utilization rate is low, energy consumption is too high, the service level is relatively backward and other challenges, seriously affect the market competitiveness of manufacturing enterprises and influence.This paper mainly introduces the use and development of networking technology in the traditional manufacturing industry, and introduces the IOT combining intelligent production line in the use of the advantages and use of the factors of production.The future of intelligent manufacturing, large-scale investment in intelligent production line has been predicted.Keywords: Manufacturing, Internet of things, production factors, intelligent production lines.1引言

目前傳統(tǒng)制造業(yè)正面臨著勞動力成本過高，生產(chǎn)效率偏低，原材料利用率較低，能耗過高，服務(wù)水平相對落后等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，嚴(yán)重影響到制造企業(yè)的市場競爭力和影響力。隨著工業(yè)4.0的到來，智能工廠，智能制造等新概念的引入為傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。以往生產(chǎn)之中，生產(chǎn)線的原料浪費(fèi)，生產(chǎn)線的自我檢查必須要有人為完成，如今隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，以及配套硬件設(shè)備的研發(fā)，無人生產(chǎn)的出現(xiàn)不在是局限于科幻小說之中的幻想。2技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

智能制造源于人工智能的研究。人工智能就是用人工方法在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的智能。隨著產(chǎn)品性能的完善化及其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、精細(xì)化，以及功能的多樣化，促使產(chǎn)品所包含的設(shè)計(jì)信息和工藝信息量猛增，隨之生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部的信息流量增加，制造過程和管理工作的信息量也必然劇增，因而促使制造技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)與前沿，轉(zhuǎn)向了提高制造系統(tǒng)對于爆炸性增長的制造信息處理的能力、效率及規(guī)模上。先進(jìn)的制造設(shè)備離開了信息的輸入就無法運(yùn)轉(zhuǎn)，柔性制造系統(tǒng)（FMS）一旦被切斷信息來源就會立刻停止工作。專家認(rèn)為，制造系統(tǒng)正在由原先的能量驅(qū)動型轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔Ⅱ?qū)動型，這就要求制造系統(tǒng)不但要具備柔性，而且還要表現(xiàn)出智能，否則是難以處理如此大量而復(fù)雜的信息工作量的。其次，瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的復(fù)雜環(huán)境，也要求制造系統(tǒng)表現(xiàn)出更高的靈活、敏捷

和智能。因此，智能制造越來越受到高度的重視?？v覽全球，雖然總體而言智能制造尚處于概念和實(shí)驗(yàn)階段，但各國政府均將此列入國家發(fā)展計(jì)劃，大力推動實(shí)施。1992年美國執(zhí)行新技術(shù)政策，大力支持被總統(tǒng)稱之的關(guān)鍵重大技術(shù)（Critical Techniloty），包括信息技術(shù)和新的制造工藝，智能制造技術(shù)自在其中，美國政府希望借助此舉改造傳統(tǒng)工業(yè)并啟動新產(chǎn)業(yè)。

無線物聯(lián)網(wǎng)屬于物聯(lián)網(wǎng)的其中一種，從大方向來說，物聯(lián)網(wǎng)可以分為有線和無線兩種，有線主要以總線為主，無線目前有zigbee、zwave、wifi、射頻、藍(lán)牙等幾種。有線技術(shù)最大的特點(diǎn)是信號穩(wěn)定，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障幾率最低。缺點(diǎn)是需要布線，安裝需要編程，如果出現(xiàn)一處問題可能會引起一連串的反應(yīng)。主要應(yīng)用工業(yè)比較合適，無線的特點(diǎn)是安裝簡單，操作簡單，易學(xué)易用，一般普通人都能很容易學(xué)會并使用。一般用于比較常用的一些設(shè)備，比如最近炒得很火的智能家居，就屬于無線物聯(lián)網(wǎng)的其中一種。

與此同時(shí)為了規(guī)范物聯(lián)網(wǎng)之中的無線設(shè)備的生產(chǎn)與研發(fā)，促進(jìn)智能制造的健康發(fā)展需要對物聯(lián)網(wǎng)之中的無線技術(shù)進(jìn)行研究。

物聯(lián)網(wǎng)是社會需求和技術(shù)兩方面發(fā)展的結(jié)果，社會需求促使人們?nèi)ヅΠl(fā)展技術(shù)，而技術(shù)的成熟使物聯(lián)網(wǎng)逐步成為現(xiàn)實(shí)。物聯(lián)網(wǎng)將建立更廣泛的連接，更到位的感知和更深入的智能。有鑒于此，在物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)中，無線傳感網(wǎng)技術(shù)無疑占有非常重要的地位，它可以實(shí)現(xiàn)廣泛的連接和傳感，為智能化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。無線傳感網(wǎng)的主要內(nèi)容是傳感和無線傳輸，在無線傳感網(wǎng)中，由于需要在很小的范圍內(nèi)布置大量的無線節(jié)點(diǎn)，近距離無線通信技術(shù)在其中占有非常重要的地位。

3核心或者關(guān)鍵技術(shù)介紹 1）無線傳感器技術(shù)

無線傳感器的組成模塊封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，在工作時(shí)它將由電池或振動發(fā)電機(jī)提供電源，構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，由隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微型節(jié)點(diǎn)，通過自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。

傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。2）無線傳感網(wǎng)絡(luò)

傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸三種功能。它與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同構(gòu)成信息技術(shù)的三大支柱。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的所有者。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象。潛在的應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為: 軍事、航空、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。

3）低功耗傳感網(wǎng)絡(luò)

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱（又稱紫蜂協(xié)議）來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

長期以來，低價(jià)位、低速率、短距離、低功率的無線通訊市場一直存在著。藍(lán)牙的出現(xiàn)，曾讓工業(yè)控制、家用自動控制、玩具制造商等業(yè)者雀躍不已，但是藍(lán)牙的售價(jià)一直居高不下，嚴(yán)重影響了這些廠商的使用意愿。如今，這些業(yè)者都參加了IEEE802.15.4小組，負(fù)責(zé)制定ZigBee的物理層和媒體介質(zhì)訪問層。IEEE802.15.4規(guī)范是一種經(jīng)濟(jì)、高效、低數(shù)據(jù)速率(<250kbps)、工作在2.4GHz和868/915MHz的無線技術(shù)，用于個(gè)人區(qū)域網(wǎng)和對等網(wǎng)絡(luò)。它是ZigBee應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的基礎(chǔ)。ZigBee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。主要用于近距離無線連接。它依據(jù)802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以它們的通信效率非常高。4數(shù)據(jù)分析

互聯(lián)網(wǎng)是先有計(jì)算機(jī)終端系統(tǒng)，然后再互聯(lián)成為網(wǎng)絡(luò)，終端系統(tǒng)可以脫離網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立存在。在互聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用網(wǎng)絡(luò)中惟一的IP地址標(biāo)識，資源定位和信息傳輸依賴于終端、路由器、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址。如果想訪問互聯(lián)網(wǎng)中的資源，首先要知道存放資源的服務(wù)器IP地址。可以說現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)以地址為中心的網(wǎng)絡(luò)。

傳感器網(wǎng)絡(luò)是任務(wù)型的網(wǎng)絡(luò)，脫離傳感器網(wǎng)絡(luò)談?wù)搨鞲衅鞴?jié)點(diǎn)沒有任何意義。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)采用節(jié)點(diǎn)編號標(biāo)識，節(jié)點(diǎn)編號是否需要全網(wǎng)惟一取決于網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)。由于傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署，構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)與節(jié)點(diǎn)編號之間的關(guān)系是完全動態(tài)的，表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)編號與節(jié)點(diǎn)位置沒有必然聯(lián)系。用戶使用傳感器網(wǎng)絡(luò)查詢事件時(shí)，直接將所關(guān)心的事件通告給網(wǎng)絡(luò)，而不是通告給某個(gè)確定編號的節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)在獲得指定事件的信息后匯報(bào)給用戶。這種以數(shù)據(jù)本身作為查詢或傳輸線索的思想更接近于自然語言交流的習(xí)慣。所以通常說傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。5 工業(yè)電磁干擾

電磁干擾起因復(fù)雜，類型多變，可能起源于系統(tǒng)內(nèi)部，也可能來自系統(tǒng)外部。本文就工控系統(tǒng)中普遍存在的各種電磁干擾的類型、起因、后果進(jìn)行初步分析。

另外，由于在工控系統(tǒng)中PLC已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，而PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，其抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。4典型案例分析

1.基于無線物聯(lián)網(wǎng)的智能原材料監(jiān)控系統(tǒng)案例簡介

2013年 中航力源在蘇州投建了中國第一條智能生產(chǎn)線。這條生產(chǎn)線將信息化技術(shù)和總體控制系統(tǒng)融合到液壓泵核心零部件的制造過程，完成機(jī)器代人工程，具備數(shù)字化建模、智能運(yùn)行管控、設(shè)備自主智能管理、資源可視化監(jiān)測、實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集共享分析、精益化生產(chǎn)等智能制造特征，初步實(shí)現(xiàn)該零件制造生產(chǎn)自動化、數(shù)字化、智能化。同時(shí)，mes系統(tǒng)的運(yùn)用使得生產(chǎn)線的管理實(shí)現(xiàn)自動化，智能化。

以前的生產(chǎn)線，設(shè)備利用率只有40%至60%，而這條智能制造生產(chǎn)線可達(dá)到85%以上；以前這樣一條生產(chǎn)線，需要30名工人，而現(xiàn)在只需要5名核心人才在后臺進(jìn)行操作控制。

在這條生產(chǎn)線上，一種產(chǎn)品完成生產(chǎn)之后，系統(tǒng)會自動根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行設(shè)備調(diào)整，可以快速切換到第二種產(chǎn)品的生產(chǎn)。以前，公司所有產(chǎn)品的制造過程都是靠人工來完成，設(shè)備利用率低、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)能不穩(wěn)定。

而在這條智能制造生產(chǎn)線上，設(shè)備利用率是一個(gè)“定值”，設(shè)置多少就是多少，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源的最優(yōu)配置。2 智能原材料監(jiān)控系統(tǒng)案例分析

通過無線物聯(lián)網(wǎng)的建立，傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立，這條生產(chǎn)線上的所有生產(chǎn)要素信息都被物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所囊括，當(dāng)生產(chǎn)線上的物料發(fā)生缺失，通過傳感器的網(wǎng)絡(luò)即時(shí)將信息傳達(dá)到中央控制室，通過即時(shí)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析處理，將工業(yè)生產(chǎn)線上的即時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并對于應(yīng)即時(shí)處理的部分作出即時(shí)處理。

生產(chǎn)線中每隔20米左右便設(shè)有WiFi盒子，以保證數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通暢高效。這個(gè)系統(tǒng)使用的是mes無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，是當(dāng)下較為先進(jìn)的控制網(wǎng)絡(luò)，使得整體系統(tǒng)更加穩(wěn)定，對外通訊接口較多，可以講更多的生產(chǎn)要素?cái)?shù)據(jù)及時(shí)加入到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之中進(jìn)行整體的分析。

而工人在生產(chǎn)之中作為一個(gè)對整體系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)的角色，通過對參數(shù)的改變，達(dá)到改變生產(chǎn)結(jié)果的目的。5應(yīng)用前景

1）無線傳感器應(yīng)用前景

正是由于低功耗無線傳感節(jié)點(diǎn)在如此廣范圍內(nèi)的應(yīng)用，使得它受到了來自軍事、工業(yè)和商業(yè)以及學(xué)術(shù)專家的極大關(guān)注。其發(fā)展方向必然是無線通信的網(wǎng)絡(luò)化，6

即通過自組網(wǎng)的方式形成動態(tài)、自適應(yīng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。而無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN)是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分功能來實(shí)現(xiàn)降低功耗的目的。

除開以上所講兩種發(fā)展趨勢之外，無線傳感模塊的應(yīng)用和發(fā)展還具有極大的發(fā)展空間和良好的發(fā)展方向。當(dāng)前對無線傳感模塊的應(yīng)用都是靜止性的，就目前存在的無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN），構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)都是被固定的安放在一個(gè)地方，要實(shí)現(xiàn)對整個(gè)環(huán)境的檢測，就需要向環(huán)境中投放大量的無線傳感節(jié)點(diǎn)。這樣一來成本就會非常的高。若實(shí)現(xiàn)無線傳感模塊對信息的移動式采集，則在同一個(gè)環(huán)境內(nèi)投放更少的節(jié)點(diǎn)，就能實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的全面檢測。

正是由于當(dāng)前能耗對無線傳感模塊的影響，低功耗研究才上升為一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域，不論是使用電源或者電池供電，在實(shí)現(xiàn)低功耗后，無線傳感模塊的發(fā)展趨勢必然是自生能源式的。利用太陽能、振動能量、地?zé)?、風(fēng)能等實(shí)現(xiàn)無線傳感模塊的電能供應(yīng)對于全面提高無線傳感模塊的能力將會起到巨大的作用。2）無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用前景

WSN 網(wǎng)絡(luò)是面向應(yīng)用的，貼近客觀物理世界的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其產(chǎn)生 和發(fā)展一直都與應(yīng)用相聯(lián)系。多年來經(jīng)過不同領(lǐng)域研究人員的演繹，WSN技術(shù)在軍事領(lǐng)域、精細(xì)農(nóng)業(yè)、安全監(jiān)控、環(huán)保監(jiān)測、建筑領(lǐng)域、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、工業(yè)監(jiān)控、智能交通、物流管理、自由空間探索、智能家居等領(lǐng)域的應(yīng)用得到了充分的肯定和展示。2005年，美國軍方成功測試了由美國Crossbow產(chǎn)品組建的槍聲定位系統(tǒng)，為救護(hù)、反恐提供有力手段。美國科學(xué)應(yīng)用國際公司采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)筑了一個(gè)電子周邊防御系統(tǒng)，為美國軍方提供軍事防御和情報(bào)信息。中國中科院微系統(tǒng)所主導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)積極開展基于WSN的電子圍欄技術(shù)的邊境防御系統(tǒng)的研發(fā)和試點(diǎn)，已取得了階段性的成果。

在民用安全監(jiān)控方面，英國的一家博物館利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)，他們將節(jié)點(diǎn)放在珍貴文物或藝術(shù)品的底部或背面，通過偵測燈光的亮度改變和振動情況，來判斷展覽品的安全狀態(tài)。中科院計(jì)算所在故宮博物院實(shí)施的文物安全監(jiān)控系統(tǒng)也是WSN技術(shù)在民用安防領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。

在醫(yī)療監(jiān)控方面，美國英特爾公司目前正在研制家庭護(hù)理的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，作為美國“應(yīng)對老齡化社會技術(shù)項(xiàng)目”的一項(xiàng)重要內(nèi)容。另外，在對特殊 7

醫(yī) 院(精神殘障類)中病人的位置監(jiān)控方面，WSN也有巨大應(yīng)用潛力。

在智能交通方面，美國交通部提出了“國家智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目規(guī)劃”，預(yù)計(jì)到2025年全面投入使用。該系統(tǒng)綜合運(yùn)用大量傳感器網(wǎng)絡(luò)，配合GPS系統(tǒng)、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等資源，實(shí)現(xiàn)對交通車輛的優(yōu)化調(diào)度，并為個(gè)體交通推薦實(shí)時(shí)的、最佳的行車路線服務(wù)。WSN網(wǎng)絡(luò)自由部署、自組織工作模式使其在自然科學(xué)探索方面有巨大的應(yīng)用潛力。2005年，澳洲的科學(xué)家利用WSN技術(shù)來探測北澳大利亞蟾蜍的分布情況。佛羅里達(dá)宇航中心計(jì)劃借助于航天器布撒的傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對星球表面大范圍、長時(shí)期、近距離的監(jiān)測和探索。智能家居領(lǐng)域是WSN技術(shù)能夠大展拳腳的地方。浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)系的研究人員開發(fā)了一種基于WSN網(wǎng)絡(luò)的無線水表系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)水表的自動抄錄。復(fù)旦大學(xué)、電子科技大學(xué)等單位研制了基于WSN網(wǎng)絡(luò)的智能樓宇系統(tǒng)，其典型結(jié)構(gòu)包括了照明控制、警報(bào)門禁，以及家電控制的PC系統(tǒng)。各部件自治組網(wǎng)，最終由PC機(jī)將信息發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上。人們可以通過互聯(lián)網(wǎng)終端對家庭狀況實(shí)施監(jiān)測。

WSN在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展可謂方興未艾，要想進(jìn)一步推進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展，讓其更好為社會和人們的生活服務(wù)，不僅需要研究人員開展廣泛的應(yīng)用系統(tǒng)研究，更需要國家、地區(qū)，以及優(yōu)質(zhì)企業(yè)在各個(gè)層面上的大力推動和支持。3）無限物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)

隨著無線傳感器發(fā)展，及其配套網(wǎng)絡(luò)的日益完善，智能網(wǎng)絡(luò)可以從工業(yè)生產(chǎn)到民用生活全面展開。智能生產(chǎn)，智能工廠的技術(shù)可以應(yīng)用于智能家居，智能家居，智能交通之中。

同時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，如果將虛擬現(xiàn)實(shí)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，計(jì)算機(jī)小型化，可穿戴終端的日趨發(fā)展。不難想象未來的工廠之中，在生產(chǎn)線上，生產(chǎn)要素被即時(shí)監(jiān)控，通過無線物聯(lián)網(wǎng)傳送到中央處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。再將數(shù)據(jù)和處理結(jié)果傳遞到個(gè)人終端上，工人通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以身臨其境的觀看生產(chǎn)現(xiàn)場，并結(jié)合數(shù)據(jù)分析作出即時(shí)的判斷處理。6 結(jié)束語

要讓未來的無線物聯(lián)網(wǎng)做到暢通無阻，首先要能讓移動終端能力方便快捷的接入和高速的帶寬，這些是無線移動通信網(wǎng)重點(diǎn)發(fā)展的方向。其次有無處不在的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，放置我們需要的區(qū)域，如超市。醫(yī)院，倉庫等。通過這些節(jié)點(diǎn)我們能 8

實(shí)時(shí)的對目標(biāo)物體進(jìn)行監(jiān)控處理。最后是無處不在的互聯(lián)網(wǎng)，這也是物聯(lián)網(wǎng)的核，任何物體是靠互聯(lián)網(wǎng)連在一起的，通過互聯(lián)網(wǎng)的連接到才能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端監(jiān)控和處理，才能讓物體更智能。

無線傳感器技術(shù)的發(fā)展使得原始的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)生巨大的變化，工業(yè)生產(chǎn)中的物料，器件的監(jiān)控從人轉(zhuǎn)移到人機(jī)互動之中。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和智能 參考文獻(xiàn)

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