第一篇：智能制造系統(tǒng)論文

智能制造概述

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 I M T、I M S的關(guān)系, I M S 和C I M S, 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。

Abstract：Intelligent Manufacturing introduced the background, main contents and objectives, Artificial Intelligence and IMT, IMS relations, IMS and CIMS, intelligent manufacturing and the material basis of the theoretical basis of the characteristics of intelligent manufacturing system and the framework structure, and gave a briefing on intelligence Machining Center IMC, intelligent manufacturing technology development trend of wood, as well as the Intelligent Manufacturing Systems research results and problematic.Key words: Intelligent Manufacturing, IMS, IMC, IMT。

一.智能制造提出的背景

制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)部門, 是決定國家發(fā)展水平的最基本因素之一。從機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的歷程來看, 經(jīng)歷了由手工制作、泰勒化制造、高度自動化、柔性自動化和集成化制造、并行規(guī)劃設(shè)計制造等階段。就制造自動化而言, 大體上每十年上一個臺階: 50～ 60年代是單機(jī)數(shù)控, 70 年代以后則是CNC 機(jī)床及由它們組成的自動化島, 80 年代出現(xiàn)了世界性的柔性自動化熱潮。與此同時, 出現(xiàn)了計算機(jī)集成制造, 但與實用化相距甚遠(yuǎn)。隨著計算機(jī)的問世與發(fā)展, 機(jī)械制造大體沿兩條路線發(fā)展: 一是傳統(tǒng)制造技術(shù)的發(fā)展, 二是借助計算機(jī)和自動化科學(xué)的制造技術(shù)與系統(tǒng)的發(fā)展。80年代以來, 傳統(tǒng)制造技術(shù)得到了不同程度的發(fā)展,但存在著很多問題。先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)向產(chǎn)品、工藝和系統(tǒng)的設(shè)計人員和管理人員提出了新的挑戰(zhàn), 傳統(tǒng)的設(shè)計和管理方法不能有效地解決現(xiàn)代制造系統(tǒng)中所出現(xiàn)的問題, 這就促使我們借助現(xiàn)代的工具和方法, 利用各學(xué)科最新研究成果, 通過集成傳統(tǒng)制造技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與科學(xué)以及人工智能等技術(shù), 發(fā)展一種新型的制造技術(shù)與系統(tǒng), 這便是智能制造技術(shù)(In telligen t M anufactu r ingTechno logy, I M T)與智能制造系統(tǒng)(In telligen tM anufactu r ing System , I M S)[1 ]。

年代以后, 世界各國競相大力發(fā)展 I M T 和I M S 的深層次原因有:(1)集成化離不開智能 制造系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng), 其中有多年積累的生產(chǎn)經(jīng)驗, 生產(chǎn)過程中的人—機(jī)交互作用, 必須使用的智能機(jī)器(如智能機(jī)器人)等。脫離了智能化, 集成化也就不能完美地實現(xiàn)。

(2)機(jī)器智能化比較靈活 可以選擇系統(tǒng)智能化, 也可以選擇單機(jī)智能化;單機(jī)可發(fā)展一種智能,也可發(fā)展幾種智能;無論在系統(tǒng)中或單機(jī)上, 智能化均可工作, 不像集成制造系統(tǒng), 只有全系統(tǒng)集成才可工作。

(3)智能化的經(jīng)濟(jì)效益較高 現(xiàn)有的計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Compu ter In tegratedM anufactu r ingSystem , C I M S)少則投資數(shù)千萬元, 多則投資數(shù)億元乃至數(shù)十億元, 很少有企業(yè)能承擔(dān)得起, 而且投入正常運(yùn)行的很少, 維護(hù)費(fèi)用也高, 還要廢棄原有的設(shè)備, 難以推廣。

(4)白領(lǐng)化使得有豐富經(jīng)驗的機(jī)械工人和技術(shù)人員日益缺少，產(chǎn)品制造技術(shù)越來越復(fù)雜, 促使使用人工智能和知識工程技術(shù)來解決現(xiàn)代化的加工問題。(5)工廠生產(chǎn)率的提高更多地取決于生產(chǎn)管理和生產(chǎn)自動化 人工智能與計算機(jī)管理相結(jié)合, 使得不懂計算機(jī)的人也能通過視覺、對話等智能手段實現(xiàn)生產(chǎn)管理的科學(xué)化。

總之，以計算機(jī)信息技術(shù)為基礎(chǔ)的高新技術(shù)得到迅猛發(fā)展 ,為傳統(tǒng)的制造業(yè)提供了新的發(fā)展機(jī)遇。計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合 ,形成了先進(jìn)制造技術(shù)概念。冷戰(zhàn)結(jié)束以后 ,國際間競爭的重點由單純的軍事實力較量轉(zhuǎn)向以發(fā)展經(jīng)濟(jì)和提高國民生活水平的綜合國力較量 ,隨之而來的這種國際間高新技術(shù)領(lǐng)域的競爭愈演愈烈 ,且其發(fā)展形式由最初的僅依托本國的人力、物力和財力 ,發(fā)展到國際間的大規(guī)模合作。近年來由發(fā)達(dá)國家倡導(dǎo)的面向21世紀(jì)的 “智能制造系統(tǒng)”、“信息高速公路” 等國際研究計劃 ,無疑是該背景下的產(chǎn)物 ,也是國際間進(jìn)行高科技研究開發(fā)的具體表現(xiàn)和積極占領(lǐng) 21 世紀(jì)高科技制高點的象征。二.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)的各個環(huán)節(jié), 以一種高度柔性與高度集成的方式,通過計算機(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)對象是整個機(jī)械制造企業(yè), 其主要研究開發(fā)目標(biāo)有二: ①整個制造工作的全面智能化, 它在實際制造系統(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, I M T 和 I M S 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(A i M)發(fā)展到今天的I M S, 研究課題涉及的范圍由最初僅一個企業(yè)內(nèi)的市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃、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。

由日本提出的 I M S 國際合作研究計劃對 I M S的解釋可以看出, I M S 的研究包括智能活動、智能機(jī)器以及兩者的有機(jī)融合技術(shù), 其中智能活動是問題的核心。在 I M S 研究的眾多基礎(chǔ)技術(shù)中, 制造智能處理技術(shù)是最為關(guān)鍵和迫切需要研究的問題之一, 因為它負(fù)責(zé)各環(huán)節(jié)的制造智能的集成和生成智能機(jī)器的智能活動。在一個國家甚至世界范圍內(nèi), 企業(yè)之間有著密切的聯(lián)系, 譬如, 采用相同的生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng), 有著類似的生產(chǎn)控制與管理方式,上下游產(chǎn)品之間的聯(lián)系, 等等。其間存在的突出問題是產(chǎn)品和技術(shù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化、信息自動交換形式與接口以及制造智能共享等。

國際 I M S 計劃的基本觀點如下: ①I M S 是21世紀(jì)的制造系統(tǒng), 必須開發(fā)與之相適應(yīng)的制造技術(shù);②應(yīng)對這些技術(shù)進(jìn)行組織化和系統(tǒng)化;③加強(qiáng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化;④考慮人的因素;⑤保護(hù)環(huán)境。該計劃由已有生產(chǎn)技術(shù)的體系化和標(biāo)準(zhǔn)化、21 世紀(jì)生產(chǎn)技術(shù)的研究與開發(fā)兩大部分構(gòu)成。

1992 年4 月在日本召開的第一次國際技術(shù)委員會, 確定了4 個主題: ①技術(shù)課題;②選擇原則;③評價程序;④執(zhí)行準(zhǔn)則。由國際 I M S 中心成員提出的首批10 項研究課題是①企業(yè)集成;②全球制造;③系統(tǒng)單元技術(shù);④清潔制造技術(shù);⑤人與組織研究;⑥先進(jìn)的材料加工技術(shù);⑦全球并行工程(評估和實施);⑧自主模塊的系統(tǒng)設(shè)備與分布控制;⑨快速產(chǎn)品開發(fā);b k知識系統(tǒng)化(設(shè)計與制造)。美國國家科學(xué)基金會(N SF)已連續(xù)數(shù)年重點資助了與智能制造有關(guān)的研究項目, 這些項目覆蓋了智能制造的絕大部分技術(shù)領(lǐng)域, 包括制造過程中的智能決策、基于多施主(mu lt i-agent)的智能協(xié)作求解、智能并行設(shè)計、物流傳輸?shù)闹悄茏詣踊⒅悄芗庸は到y(tǒng)和智能機(jī)器等。

日本提出的智能制造系統(tǒng)國際合作計劃, 以高新計算機(jī)為后盾、深受其 “真空世界” 計算機(jī)研究計劃的影響。其主要研究內(nèi)容如下: ①強(qiáng)調(diào)部分代替人的智能活動, 實現(xiàn)部分人的技能;②使用智能計算機(jī)技術(shù)來集成設(shè)計制造過程, 使之一體化, 以虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)虛擬制造, 以多媒體的人機(jī)接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù), 實現(xiàn)職業(yè)教育;③強(qiáng)調(diào)全球制造網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)制造技術(shù), 通過衛(wèi)星、In ternet 和數(shù)字電話網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全球制造;④強(qiáng)調(diào)智能化與自律化的智能加工系統(tǒng)以及智能化CNC、智能機(jī)器人的研究。⑤重視分布式人工智能技術(shù)的應(yīng)用, 強(qiáng)調(diào)自律協(xié)作代替集中遞階控制。

I M T 與 I M S 的研究與開發(fā)對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和降低成本, 提高國家制造業(yè)響應(yīng)市場變化的能力和速度, 以及提高國家的經(jīng)濟(jì)實力和國民的生活水準(zhǔn), 均具有重大的意義。其研究目標(biāo)是要實現(xiàn)將市場適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、人的重要性、適應(yīng)自然和社會環(huán)境的能力、開放性和兼容能力等融合在一起的生產(chǎn)系統(tǒng): ①使整個制造過程實現(xiàn)智能化, 并具有自組織能力;②I M S 是一個集成許多工廠和多種機(jī)器設(shè)備的混合系統(tǒng);③具備滿足各種社會需求的柔性;④能充分發(fā)揮人的作用;⑤易于操作;⑥總效率高;⑦能避免重復(fù)投資等。人工智能的目的是為了用技術(shù)系統(tǒng)來突破人的自然智力的局限性 ,達(dá)到對人腦的部分代替、延伸和加強(qiáng)的目的 ,使那些單靠人的天然智能無法進(jìn)行或帶有危險性的工作得以完成 ,從而使人類的智慧能集中到那些更富于創(chuàng)造性的工作中去。人是制造智能的重要來源 ,在制造業(yè)走向智能化過程中起著決定性作用。目前在整體智能水平上 ,與人工系統(tǒng)相比 ,人的智力仍然是遙遙領(lǐng)先的。人工智能模擬的藍(lán)本主要是人類的智能 ,但人類的智能是隨時間不斷變化的 ,而這種變化又是無止境的 ,只有人與機(jī)器有機(jī)高度結(jié)合 ,才能實現(xiàn)制造過程的真正智能化。智能制造被稱為新世紀(jì)的制造技術(shù) ,目前之所以還不能實現(xiàn) ,是由于要受到目前科學(xué)技術(shù)、人以及經(jīng)濟(jì)等諸多方面的制約。智能與思維智能 ,就是在各種環(huán)境和目的的條件下正確制定決策和實現(xiàn)目的的能力。在這里 ,給定的環(huán)境和目的是問題的約束條件 ,制定正確的決策是智能的中心環(huán)節(jié) ,而有效地實現(xiàn)目的 ,則是智能的評判準(zhǔn)則。從信息處理的角度講 ,智能可以看成是獲取、傳遞、處理、再生和利用信息的能力。而思維能力是整個智能活動中最復(fù)雜、最核心的部分 ,主要指處理和再生信息的能力。這種信息處理的過程是十分復(fù)雜和多樣化的 ,歸納起來 ,大體可分為 3 種基本的類型 ,即:經(jīng)驗思維、邏輯思維和創(chuàng)造性思維。在工藝設(shè)計過程中 ,這三種類型的思維都存在 ,在不同層次的決策中起著重要作用。

總之，智能制造技術(shù)是制造技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術(shù)。其具體表現(xiàn)為:智能設(shè)計、智能加工、機(jī)器人操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調(diào)度與管理、智能裝配、智能測量與診斷等。它強(qiáng)調(diào)通過“ 智能設(shè)備 ” 和“ 自治控制 ” 來構(gòu)造新一代的智能制造系統(tǒng)模式。智能制造系統(tǒng)具有自律能力、自組織能力、自學(xué)習(xí)與自我優(yōu)化能力、自修復(fù)能力 ,因而適應(yīng)性極強(qiáng) ,而且由于采用 VR技術(shù) ,人機(jī)界面更加友好。因此 , I M技術(shù)的研究開發(fā)對于提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)、降低成本 ,提高制造業(yè)市場應(yīng)變能力、國家經(jīng)濟(jì)實力和國民生活水準(zhǔn) ,具有重要意義。智能制造是制造系統(tǒng)柔性自動化和集成自動化的新發(fā)展和重要組成部分 ,因此未來智能制造將向智能集成的方向發(fā)展 ,未來智能制造的研究將著重于智能傳感與檢測(如智能傳感器、智能傳感與檢測技術(shù)、光纖傳感技術(shù)等)。

三.人工智能與 I M T、I M S 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, Feigenbaum、N ew ell、錢學(xué)森從計算機(jī)角度出發(fā), 提出了人與計算機(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

計算機(jī)研制計劃的擱淺等事例, 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、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)用范圍和在實際制造環(huán)境中處理問題的能力, 成為人們的研究焦點。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、計算機(jī)等科學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來的新型制造工程—— I M T 和新——代制造系統(tǒng)—— I M S 便脫穎而出。

人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用與 I M T 和I M S 的一個重要區(qū)別在于, I M S 和 I M T 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.I M S 和C I M S C I M S 發(fā)展的道路不是一帆風(fēng)順的。今天,C I M S 的發(fā)展遇到了不可逾越的障礙, 可能是剛開始時就對C I M S 提出了過高的要求, 也可能是C I M S 本身就存在某種與生俱來的缺陷, 今天的C I M S 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C I M S 的發(fā)展來看, 眾多研究者把重點放在計算機(jī)集成上, 從科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀看, 要完成這樣一個集成系統(tǒng)是很困難的。

C I M S 作為一種連接生產(chǎn)線中的單個自動化子系統(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)。盡管在這個遞階體系中有多個執(zhí)行層次, 但主要控制設(shè)施仍然是中心計算機(jī)。C I M S 存在的一個主要問題是用于異種環(huán)境必須互連時的復(fù)雜性。在C I M S 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C I M S 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C I M S 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C I M S?，F(xiàn)有的C I M S概念是解決不了這兩個難題的。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。

事實上, 在70 年代末和80 年代初, 人們已開始認(rèn)識到人的因素在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用。英國出版公司(IFS)于 1984 年就首次發(fā)起了第一屆“制造中人的因素” 研討會, 目的在于提高人們對制造環(huán)境中人的因素及其所起作用的認(rèn)識。事實證明, 人是 I M S 中制造智能的重要來源。值得指出的是, C I M S 和 I M S 都是面向制造過程自動化的系統(tǒng), 兩者密切相關(guān)但又有區(qū)別。

C I M S 強(qiáng)調(diào)的是企業(yè)內(nèi)部物料流的集成和信息流的集成;而 I M S 強(qiáng)調(diào)的則是更大范圍內(nèi)的整個制造過程的自組織能力。從某種意義上講, 后者難度更大, 但比C I M S 更實用、更實際。C I M S 中的眾多研究內(nèi)容是 I M S 的發(fā)展基礎(chǔ), 而 I M S 也將對C I M S 提出更高的要求。集成是智能的基礎(chǔ), 而智能也將反過來推動更高水平的集成。I M T 和 I M S 的研究成果將不只是面向21 世紀(jì)的制造業(yè), 不只是促進(jìn)C I M S 達(dá)到高度集成, 而且對于FM S、M S、CNC 以至一般的工業(yè)過程自動化或精密生產(chǎn)環(huán)境而言, 均有潛在的應(yīng)用價值。有識之士對人工智能技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)和C I M S 技術(shù)進(jìn)行了全面的反思。他們在認(rèn)識機(jī)器智能化的局限性的基礎(chǔ)上, 特別強(qiáng)調(diào)人在系統(tǒng)中的重要性。如何發(fā)揮人在系統(tǒng)中的作用, 建立一種新型的人—機(jī)的協(xié)同關(guān)系, 從而產(chǎn)生高效、高性能的生產(chǎn)系統(tǒng), 這是當(dāng)前眾多學(xué)者都會提出的問題, 也正是C I M S 所忽視的關(guān)鍵因素, 這一因素導(dǎo)致了C I M S 發(fā)展中不可逾越的障礙。值得一提的是有的學(xué)者特別強(qiáng)調(diào) “人件(Humanw are)” 在系統(tǒng)中的重要性, 提出C I M S 的開放結(jié)構(gòu)體系思想。最引人注目的是歐共體的ESPR IT 計劃中單獨(dú)列出的一個研究子項, 即 “以人為中心的C I M S”。甚至有人索性稱以人為中心的 C I M S 為 H I M S(HumanIn tegrated M anufactu r ing System), 指出集成制造系統(tǒng)首先是 “人的集成”。耐人尋味的是, 目前研究的 “精良生產(chǎn)” 與 “敏捷制造” 等新型制造系統(tǒng)的主要出發(fā)點也是強(qiáng)調(diào) “人” 的作用, 即 “以人為中心”。

五．智能制造的物質(zhì)基礎(chǔ)及理論基礎(chǔ) 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)計算機(jī)輔助設(shè)計與制造提高了產(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)和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)用

計算機(jī)一體化控制生產(chǎn)系統(tǒng) ,使生產(chǎn)從概念、設(shè)計到制造聯(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)智能計算機(jī)輔助設(shè)計(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)計師和管理人員提出了新的挑戰(zhàn) ,傳統(tǒng)的設(shè)計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。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現(xiàn)模式。其核心特征強(qiáng)調(diào)整個制造系統(tǒng)的整體“智能化” 或 “自組織能力” 與個體的 “自主性”?！爸悄苤圃靽H合作研究計劃J IRPIMS” 明確提出: “智能制造系統(tǒng)是一種在整個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 ,將整個制造過程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)到市場銷售等各個環(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)”。基于這個觀點,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)的計劃、管理、組織及運(yùn)行各個環(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算幾何等。總之 ,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、貫穿在整個制造過程各個環(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來看 ,智能制造系統(tǒng)是一個信息處理系統(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。

六．智能制造系統(tǒng)的特征及框架結(jié)構(gòu)

1.為了提出有我國特色的智能制造模式 ,首先要搞清智能系統(tǒng)應(yīng)具有什么特征。當(dāng)前對智能系統(tǒng)的理解有兩種不同的意見:一種是從科學(xué)的角度來看這個問題的意見 ,即認(rèn)為只有具備下列特征的系統(tǒng)才能稱為智能系統(tǒng):一個系統(tǒng)既具有人類智能(或部分地),又具有與人類實現(xiàn)其智能相似的過程與途徑。另一種是從工程的角度來看這個問題的意見 ,即認(rèn)為一個系統(tǒng)只要具有(或部分具有)人類智能就稱為智能系統(tǒng) ,而不管實現(xiàn)其智能的過程與途徑。我們這里所討論的問題是關(guān)于智能制造系統(tǒng)的問題 ,也就是從工程角度來討論智能系統(tǒng)的問題。我們認(rèn)為:在工程上 ,智能系統(tǒng)的特征有以下幾個方面 ,具有下列特征之一的系統(tǒng) ,從工程角度看 ,就可稱為智能系統(tǒng)：(1)多信息感知與融合;(2)知識表達(dá)、獲取、存儲和處理(主要是識別、設(shè)計、計算、優(yōu)化、推理與決策);(3)聯(lián)想記憶與智能控制;(4)自治性 自相似、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自維護(hù);(5)機(jī)器智能的演繹(分解)與歸納(集成);(6)容錯。

2.智能制造系統(tǒng)模式的框架結(jié)構(gòu)

整個系統(tǒng)是一個多智能體分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ,分成四個部分:中心層、管理層、計劃層和生產(chǎn)層。每個層由具有自治性的多智能體組成 ,這種多智能體具有相似的結(jié)構(gòu) ,但根據(jù)任務(wù)的不同而有不同的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自維護(hù)功能。智能系統(tǒng)有一定的容錯能力 ,可以在不完整的信息或偶然誤差出現(xiàn)時正常地工作。系統(tǒng)與因特網(wǎng)兼容 ,可以進(jìn)行企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟、招標(biāo)、投標(biāo)及電子商務(wù) ,還可形成虛擬制造的支持環(huán)境。

七． 智能加工中心 IMC 1.智能加工中心是智能制造系統(tǒng)中一種典型的智能加工機(jī)器。作為以 IMC 為主的智能加工單元 ,其任務(wù)為感知、決策、加工、控制與學(xué)習(xí)。智能加工中心既是智能制造過程和系統(tǒng)的實驗和應(yīng)用對象 ,也是智能制造技術(shù)的縮影和實現(xiàn)通道。它與普通的加工中心(MC)有著本質(zhì)的區(qū)別 ,除了完成數(shù)控代碼規(guī)定的加工任務(wù)外 ,能夠根據(jù)信息的綜合進(jìn)行自主決策 ,實時調(diào)整自身行為 ,適應(yīng)環(huán)境和自身的不確定性變化 ,即應(yīng)具有 “自主性” 和 “自組織” 能力 ,實現(xiàn)對 IMC的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行實時干預(yù)與智能控制。數(shù)控加工中心的實時智能控制 ,表現(xiàn)為三個方面:第一是遠(yuǎn)程控制 ,通過通信線路對加工現(xiàn)場進(jìn)行控制 ,對加工中心的加工操作和加工狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視;第二是故障識別與處理 ,如刀具磨損識別與自動更換備用刀具、自激振動識別與自動抑制或消除等;第三是自適應(yīng)控制 ,根據(jù)檢測到的過程控制信息自適應(yīng)地改變加工參數(shù)。而智能加工中心對信息的獲取與處理表現(xiàn)在對加工環(huán)境和加工狀態(tài)的自主響應(yīng)能力 ,其中對刀具狀態(tài)的監(jiān)測是評判加工狀態(tài)的重要依據(jù)。加工中心刀具狀態(tài)實時在線智能監(jiān)測系統(tǒng) ,及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊識別模式的多傳感器融合技術(shù)的刀具磨、破損監(jiān)測

系統(tǒng)的成功開發(fā) ,為智能制造信息的自動獲取 ,成功提供了有力的保證。2.智能加工中心的主要功能

在智能加工中心中 ,智能數(shù)控系統(tǒng)是 IMC 的神經(jīng)中樞 ,其智能化程度直接決定了整個智能制造系統(tǒng)的智能水平。智能數(shù)控系統(tǒng)具有高級的自主控制功能 ,能將任務(wù)請求、作業(yè)規(guī)劃、軌跡控制、過程監(jiān)視與控制、錯誤自修復(fù)等功能有機(jī)結(jié)合起來。面向制造系統(tǒng) ,它是任務(wù)驅(qū)動的柔性規(guī)劃學(xué)習(xí)系統(tǒng) ,而面對復(fù)雜的物流加工環(huán)境 ,它又是 “刺激一反應(yīng)” 型的再勵系統(tǒng) ,能對來自內(nèi)部和外界環(huán)境的多種刺激做出理智的決策 ,從而以最優(yōu)策略完成目標(biāo)任務(wù)。通過對智能制造環(huán)境下的加工過程進(jìn)行分析 ,確定加工中心應(yīng)具備的主要功能有:(1)感知功能 ,根據(jù)多種傳感器信號的收集、特征提取和信息融合 ,實現(xiàn)加工對象感知和系統(tǒng)狀態(tài)感知。

(2)決策功能 ,在感知的基礎(chǔ)上通過決策 ,明確其在整個制造系統(tǒng)中的作用、與其它智能機(jī)器的關(guān)系 ,并確定自身的行為方式。

(3)控制功能 ,智能加工中心根據(jù)決策結(jié)果進(jìn)行處理 ,采用最優(yōu)化的方式完成加工任務(wù) ,并保證加工過程得到可靠的監(jiān)視和維護(hù)。

(4)通信功能 ,包括與 CAD/ CAM 系統(tǒng)的智能通信 ,實現(xiàn)數(shù)據(jù)與知識的交流 ,支持并行工程策略;與其它智能加工機(jī)器的智能通信 ,交流狀態(tài)信息 ,協(xié)調(diào)加工負(fù)荷;與人類專家和操作人員的智能通信 ,提供良好的人機(jī)交互環(huán)境 ,為智能機(jī)器提供知識單元 ,做出相應(yīng)決策。

(5)學(xué)習(xí)功能 ,依據(jù)決策、控制和加工指令 ,以及由此引起的狀態(tài)變化和最終加工任務(wù) ,學(xué)習(xí)和積累相關(guān)知識 ,改進(jìn)決策和控制策略。此外 ,還包括從人類專家和其它智能機(jī)器直接獲取知識。

八．智能制造技木的發(fā)展趨勢 智能制造是從 80 年代末發(fā)展起來的 ,最旱的幾本有關(guān)智能制造及系統(tǒng)方面的專著是在 1988年由 Wrightfg MilaciC 等人編寫的 ,隨后、Kusiak和 Pain也相繼出版了這方面的研究著作。這些專著所描述的 IMS仍基于設(shè)計與制造技術(shù)所提出的問題和解決的工具與方法。在許多工業(yè)化國家、人工智能已被當(dāng)作求解現(xiàn)代工業(yè)提出的問題的工具和方法。因此 ,這些專著僅著力于人工智能在制造業(yè)中的應(yīng)用和智能系統(tǒng)研究與應(yīng)用中提出的問題的求解、使用基于知識的系統(tǒng)(如級聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng))和優(yōu)化方法來解決自動化制造環(huán)境中零件、產(chǎn)品、系統(tǒng)的設(shè)計與制造 ,以及自動制造系統(tǒng)的規(guī)劃與調(diào)度(管理)問題。先進(jìn)的工業(yè)化國家在研究 FMS、CIMS、FA 及AI籌的基礎(chǔ)上 ,為了進(jìn)行國際間制造業(yè)的共同協(xié)作研究、開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、物流、信息流、經(jīng)營管理乃至制造過程的集成化與智能化等而提出來的智能制造系統(tǒng) ,也是為了解決各發(fā)達(dá)國家面臨的企業(yè)活動全球化、重復(fù)投資增大、現(xiàn)場熟練技術(shù)工人不足和社會對產(chǎn)品的需求變化等因素而倡導(dǎo)的國際制造業(yè)的合作。在迸行智能制造及其相關(guān)技術(shù)與系統(tǒng)的研究方面、首推日本在 1990 年提議和倡導(dǎo)的日、美、歐之間建立的國際運(yùn)營委員會、國際技術(shù)委員會和附屬機(jī)構(gòu) IMS中。大有主宰未來制造技術(shù)的趨勢。1991～ 1993 年 Barschdor 汀和 Monostori 等應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANNS)到智能制造中進(jìn)行加工過程的建模、監(jiān)測、診斷、自適應(yīng)控制;通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識表示和學(xué)習(xí)能力 ,縮短 CIMS的反應(yīng)時間 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量 ,使系統(tǒng)更可靠。而 Furukawa則對智能機(jī)器的設(shè)計程序及它在自動導(dǎo)引車中的應(yīng)用作了介紹。被稱為是二十一世紀(jì)的制造技術(shù)的智能制造系統(tǒng) ,目前國內(nèi)外已相繼開展了國際聯(lián)合研究計劃。智能制造系統(tǒng)與當(dāng)前任何制造系統(tǒng)相比 ,在體系結(jié)構(gòu)上有著根本意義上的不同 ,具體體現(xiàn)在:一是采用開放式系統(tǒng)設(shè)計策略。通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ,實現(xiàn)共享制造數(shù)據(jù)和制造知識 ,以保證系統(tǒng)質(zhì)量。這是將計算機(jī)界先進(jìn)的設(shè)計和開發(fā)思想融入到制造系統(tǒng)的結(jié)果 ,因而使制造系統(tǒng)向擬人化的方向進(jìn)一步發(fā)展。二是采用分布式多自主體智能系統(tǒng)設(shè)計策略 ,其基本思想是:賦予制造系統(tǒng)中各組成部分或子系統(tǒng)一定的自主權(quán) ,使其形成一個封閉的具有完整功能的自主體 ,這些自主體以網(wǎng)絡(luò)智能結(jié)點的形式聯(lián)接在通訊網(wǎng)絡(luò)上 ,各個智能結(jié)點在物理上是分散的 ,在邏輯上是平等的。通過各結(jié)點的協(xié)同處理與合作 ,共同完成制造系統(tǒng)任務(wù) ,實現(xiàn)人與人的知識在制造中的核心地位。此外 ,生物制造與仿生機(jī)械的科學(xué)與技術(shù)、生物自生長成形制造、綠色制造的科學(xué)與技術(shù)包括產(chǎn)品與人類和自然的協(xié)調(diào)理論 ,產(chǎn)品綠色工藝(如Near2Zero Waste)等也極大地豐富了智能制造的范疇 ,促進(jìn)了智能制造系統(tǒng)的發(fā)展。目前 ,我國一些高等院校也在進(jìn)行智能制造技術(shù)的研究 ,如南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院朱劍英教授成立的智能制造科研組 ,一方面跟蹤國際智能制造的最新研究動態(tài) ,另一方面從事智能制造關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)的預(yù)研工作 ,為地區(qū)及我國智能制造技術(shù)的發(fā)展做出了一定貢獻(xiàn)。遺憾的是 ,由于種種原因 ,我國政府主管部門和有關(guān)大公司、廠家并無跡象表明對智能制造已引起足夠的重視 ,至今也未得到我國機(jī)械學(xué)科的普遍關(guān)注。相信隨著人們對智能制造系統(tǒng)認(rèn)識的逐步深入 ,智能制造系統(tǒng)必將得以迅猛發(fā)展 ,迎頭趕上世界先進(jìn)發(fā)展水平。

九．智能制造系統(tǒng)研究成果及存在問題

目前對分布式制造系統(tǒng)的研究雖然還處于初期階段 ,但已在不同層次、不同側(cè)面上取得了大量令人振奮的基礎(chǔ)理論研究成果和應(yīng)用成果 ,如制造 Agent的個體目標(biāo)機(jī)制(如獎懲機(jī)制、市場機(jī)制、目標(biāo)函數(shù)等)等。這些研究成果奠定了MAS在制造控制中應(yīng)用的基礎(chǔ)。但是 ,由于制造 Agent 在信息、知識和控制上的完全分布 ,每個 Agent 對環(huán)境、對整個問題求解活動及其他Agent 的意圖只有部分的、不完全的知識 ,并且擁有的知識可能互相不一致 ,各個 Agent只能根據(jù)不完備的知識與不完整、不同步的信息做出局部決策。又由于整個系統(tǒng)缺乏類似中央控制的機(jī)制 ,因而整個系統(tǒng)的控制和決策往往不能達(dá)到最優(yōu)效果 ,而且不可避免地存在大量難以解決的決策沖突(C onflict)和死鎖(Deadlock)。因此 ,對分布式自治制造系統(tǒng)中異構(gòu) Agent 間的相互合作以及全局協(xié)調(diào)機(jī)制的研究 ,是分布式自治制造系統(tǒng)最重要 ,也是最基本的問題 ,更是其走向?qū)嵱盟酱鉀Q的核心問題。協(xié)調(diào)是指一組 Agent 完成一些集體活動時相互作用的性質(zhì)。在分布式制造系統(tǒng)中 ,全局協(xié)調(diào)和優(yōu)化是一個在多目標(biāo)動態(tài)約束下 ,各類活動和資源的最佳組合和排序的動態(tài)求取過程 ,它可以描述為兩個子問題 ,即局部調(diào)度決策和全局資源協(xié)調(diào)。由于 “組合爆炸” 現(xiàn)象的存在 ,當(dāng)前采用的普遍方法是談判和投標(biāo)(Neg otiation and Bidding)。談判被定義為:在開放的、動態(tài)的制造控制環(huán)境下 ,擁有任務(wù)訂單的 Agent(協(xié)調(diào)者),及欲參與任務(wù)執(zhí)行的 Agent(投標(biāo)者)之間傳遞各自的資源、愿望和能力信息 ,反復(fù)進(jìn)行協(xié)商 ,直到其中一個Agent 或一組Agent 被選出組成執(zhí)行該任務(wù)的隊列的過程。在這個過程中出現(xiàn)的沖突和死鎖或者由協(xié)調(diào)者來解決 ,或者由沖突中的 Agent 自行解決。為了加快談判過程 ,許多研究工作致力于改進(jìn)談判策略和開發(fā)支持協(xié)商的協(xié)議和語言 ,目前已提出了諸如一步談判、多步談判、合同網(wǎng)等多種談判策略和協(xié)議。分析這種談判過程 ,可以看出:

(1)在當(dāng)前所采用的模型中 ,談判是基于對談判者的知識與能力、討價還價過程、收益計算 ,以及子系統(tǒng)的影響(或能力)的平衡的顯式表達(dá) ,以可計算的迭代模型模擬社會或生物界的組織形式和進(jìn)化過程的協(xié)調(diào)和協(xié)作方法;

(2)各個Agent 總是將其他Agent 的局部調(diào)度作為其預(yù)測信息 ,以計算其自己的局部調(diào)度決策。依次地 ,又將決策結(jié)果傳遞給其他 Agent。宏觀上看 ,這是一個串行過程。當(dāng)一個Agent 產(chǎn)生的結(jié)果不可接受時 ,又需要進(jìn)行反復(fù)通信和迭代。因而 ,各個 Agent 的內(nèi)部可以看作是一個局部閉環(huán)反饋控制系統(tǒng) ,而沖突則是其外部擾動;

(3)全局協(xié)調(diào)的目標(biāo)是要完全消解沖突 ,因而各 Agent 總是要利用最新的信息來處理沖突。因此 ,談判實際上是一種外部合作機(jī)制。這種方法在一定程度上解決了開放環(huán)境中的 Agent 協(xié)調(diào)和協(xié)作的組合優(yōu)化問題 ,但是該方法的一個固有缺陷是它只是對社會市場或生物界的組織形式和進(jìn)化過程的直覺模仿[1 ],尚缺乏對其基本原理、機(jī)制和限制條件的深刻認(rèn)識和理論上的證明 ,例如 ,在什么條件下談判的過程是收斂的、穩(wěn)定的。如何得到期望的結(jié)構(gòu)或功能等。尤其當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大 ,而且 Agent 處于信息連續(xù)變化的高度紊亂的環(huán)境中(如由于市場的快速變化 ,經(jīng)常會有一些短期的、緊急的訂單需要及時處理)時 ,有可能引起沖突的傳播(即任何兩個實體間沖突的解決會觸發(fā)其他沖突的出現(xiàn))。這種特性類似于自催化過程 ,各個制造Agent 間正向先進(jìn)制造技術(shù)的源泉.科學(xué)通報,1998 , 43-33727.[4 ] 史忠植.高級人工智能.北京: 科學(xué)出版社, 1998.[5]楊文通 ,王曹 劉志峰 ,等 數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)北京 電子工業(yè)出版社 , [6]王英林 ,劉敏 ,張申生 ,基于Agent的敏捷供應(yīng)鏈及相關(guān)技術(shù) 中國機(jī)械工程 , [7]張軍 ,趙江洪 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同數(shù)控機(jī)床工業(yè)設(shè)計系統(tǒng)中的知識獲取與應(yīng)用研究 〔機(jī)械工程學(xué)報 〕 ,

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)的各個環(huán)節(jié),以一種高度柔性與高度集成的方式,通過計算機(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)對象是整個機(jī)械制造企業(yè), 其主要研究開發(fā)目標(biāo)有二: ①整個制造工作的全面智能化,它在實際制造系統(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企業(yè)內(nèi)的市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃、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, Feigenbaum、Newell、錢學(xué)森從計算機(jī)角度出發(fā),提出了人與計算機(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算機(jī)研制計劃的擱淺等事例, 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、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)用范圍和在實際制造環(huán)境中處理問題的能力, 成為人們的研究焦點。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,眾多研究者把重點放在計算機(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)。盡管在這個遞階體系中有多個執(zhí)行層次,但主要控制設(shè)施仍然是中心計算機(jī)。CIMS存在的一個主要問題是用于異種環(huán)境必須互連時的復(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)計算機(jī)輔助設(shè)計與制造提高了產(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)和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)用計算機(jī)一體化控制生產(chǎn)系統(tǒng),使生產(chǎn)從概念、設(shè)計到制造聯(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)智能計算機(jī)輔助設(shè)計(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)計師和管理人員提出了新的挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的設(shè)計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現(xiàn)模式。其核心特征強(qiáng)調(diào)整個制造系統(tǒng)的整體“智能化”或“自組織能力”與個體的“自主性”?！爸悄苤圃靽H合作研究計劃JIRPIMS”明確提出:“智能制造系統(tǒng)是一種在整個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,將整個制造過程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)到市場銷售等各個環(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@個觀點,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)的計劃、管理、組織及運(yùn)行各個環(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、貫穿在整個制造過程各個環(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來看,智能制造系統(tǒng)是一個信息處理系統(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,才能實現(xiàn)我國躋身世界制造強(qiáng)國的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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第三篇：智能制造匯報

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)字化工廠是在計算機(jī)虛擬環(huán)境中，對整個生產(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)計和產(chǎn)品制造之間的橋梁。從定義中可以得出一個結(jié)論，數(shù)字化工廠的本質(zhì)是實現(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)，以及合理計劃排程。同時，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)，將實境擴(kuò)增展示設(shè)計與制造過程。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，廠房更像是一個大型計算系統(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。

廠房更像是一個大型計算系統(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，裝配線上的物料員就會報單給立體倉庫，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，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，裝配線實現(xiàn)準(zhǔn)時生產(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，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區(qū)域內(nèi)，猶如在一個獨(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)的項目建設(shè)內(nèi)容[6]。

圖4 同時，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，實現(xiàn)了對制造資源跟蹤、生產(chǎn)過程監(jiān)控，計劃、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，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是計算機(jī)與具有數(shù)控裝置的機(jī)床群使用計算機(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實時監(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，實現(xiàn)了從頂層計劃至底層配送執(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, 分南北兩個庫，由地下自動輸送設(shè)備連成一個整體，總占地面積9000平方米，倉庫容量大概是16000個貨位。從南邊倉庫可以看到，這個庫區(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，裝配線上的物料員就會報單給立體倉庫，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，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，車載計算機(jī)計算出車輛當(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重要支撐。公共資源定位系統(tǒng)能實現(xiàn)包括對設(shè)備定位和狀態(tài)檢測、人員定位以及故障實時處理與報警等功能。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維度進(jìn)行管控，并通過網(wǎng)絡(luò)實時將現(xiàn)場信息及時準(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報完工、方便快捷地查詢物料設(shè)計圖紙和庫存情況，更重要的是SanyMES終端機(jī)可以正確地指導(dǎo)工人每個工位如何進(jìn)行安裝、安裝時候需要哪些零部件，同時給予安全提示。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配套實現(xiàn)工位物料自動配送至各個工位。

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)計了兩個庫區(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，兩個庫區(qū)共用一個設(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）揀配模式，按照工位進(jìn)行配送。在兩個庫區(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），每一個檢驗項目都標(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個環(huán)節(jié)，保證每道工序的每個產(chǎn)品在下一道工序前合格。”而數(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，制作時間、制作地點和工位、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)計劃及執(zhí)行情況、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)統(tǒng)

計圖；

2.智能計劃系統(tǒng)操作界面；

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

5.設(shè)計部日常操作（支持10路信號同時切

入）；

6.各區(qū)域監(jiān)控信息；

7.物流部日常操作（支持10路信號同時切

入）；

8.質(zhì)量部日常操作（支持10路信號同時切

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)能夠為操作員停止生產(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間同時又提高了生產(chǎn)效率。

Andon系統(tǒng)的另一個主要部件是信息顯示屏。每個顯示面板都能夠提供關(guān)于單個生產(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。顯示器同時還可以顯示實時數(shù)據(jù)，如目標(biāo)輸出、實際輸出、停工時間以及生產(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，實現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個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)體系的一個關(guān)鍵特征。在智能工廠里，人、機(jī)器和資源如同在一個社交網(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，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現(xiàn)更好地結(jié)合，個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，實現(xiàn)人與賽博、物理虛實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，實現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個方面打造適合中國國情的智能工廠，這6個方面包括：

1.智能計劃排產(chǎn)，是從計劃源頭上集成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)的實時監(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)行實時采集、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個方面智能的打造，可極大提升企業(yè)的計劃科學(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個方面著手實現(xiàn)智能工廠，這6個方面涵蓋了工業(yè)生產(chǎn)的6個重要環(huán)節(jié)，可實現(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)管理層面實現(xiàn)了協(xié)同準(zhǔn)備并行作業(yè)，從展現(xiàn)層面實現(xiàn)了生產(chǎn)信息的可視化。實施本系統(tǒng)后，操作工的作業(yè)效率從原來1個人管理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，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)容就是建一個網(wǎng)絡(luò)、三項集成、大數(shù)據(jù)分析、八項計劃和研究兩個主題。

5.1

建一個網(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，從而實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實物理世界的融合，將網(wǎng)絡(luò)空間的高級計算能力有效的運(yùn)用于現(xiàn)實世界中，從而在生產(chǎn)制造過程中，與設(shè)計、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

三個集成

工業(yè)4.0中的三項集成包括：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)，從而實現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成，集成是實現(xiàn)工業(yè)4.0的重點也是難點。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）都集成互聯(lián)起來，通過價值鏈上不同企業(yè)資源的整合，實現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計、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、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值的產(chǎn)品和服務(wù)同時，重構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的價值體系。

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、端到端三個集成的實現(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、價值鏈乃至產(chǎn)品的整個生命周期，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、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值鏈的全新視角，使得企業(yè)有機(jī)會把價值鏈上更多的環(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，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，實現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個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和三個集成是實現(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)個性化的產(chǎn)品需求。

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第四篇：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、制造、檢驗、管理服務(wù)等產(chǎn)品生命周 期的全過程, 以實現(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)計一體化。體現(xiàn)制造和設(shè)計的密切結(jié)合，形成了設(shè)計制造一體化，設(shè)計不僅是指產(chǎn)品設(shè)計，而且包括工藝設(shè)計、生產(chǎn)調(diào)度設(shè)計、質(zhì)量控制設(shè)計等。

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、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、制造、銷售、維修和報廢處理等。

5).生產(chǎn)制造模式的發(fā)展。計算機(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)展可以歸納為四個方面和多個大項目[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、短期和長期柔性[4]。瞬時柔性是指設(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)在短時期內(nèi)，適應(yīng)加工對象變化的能力，包括在任意時期混合進(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，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，其特點是實現(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，其特點是實現(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，用計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系，采用從訂貨、設(shè)計、加工、裝配、檢驗、運(yùn)送至發(fā)貨的完整F M S。它包括了CAD／CAM，并使計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)投入實際，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng) 柔性化及自動化，進(jìn)而實現(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，其特點是實現(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.計算機(jī)輔助設(shè)計未來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)計技術(shù)最新的一個突破是光敏立體成形技術(shù)，該項新技術(shù)是直接利用CAD數(shù)據(jù)，通過計算機(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及經(jīng)驗證過的理論與通過經(jīng)驗獲得的知識相結(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正在急速發(fā)展的領(lǐng)域是智能傳感器技術(shù)。該項技術(shù)是伴隨計算機(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）、計算機(jī)數(shù)控（CNC）、直接數(shù)控（CAM）、計算機(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、計算機(jī)輔助設(shè)計／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?？v觀國際制造業(yè)的競爭與發(fā)展，面對國際、國內(nèi)兩個制造業(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)合成一個有機(jī)整體，實現(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它；現(xiàn)代制造技術(shù)在強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)的同時，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，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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第五篇：智能制造下管理會計創(chuàng)新探索論文

摘要：為了加快我國制造業(yè)由大國向強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，政府制定了“中國制造2025”規(guī)劃，與之相對應(yīng)的一個重要概念便是“智能制造”，對產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生了深刻的影響。作為企業(yè)管理的基礎(chǔ)，管理會計與智能制造在多方面進(jìn)行高度融合。在智能制造的環(huán)境特征下，企業(yè)需逐步推進(jìn)管理會計創(chuàng)新工作，努力實現(xiàn)自身綠色制造的轉(zhuǎn)型和服務(wù)型制造的升級。

關(guān)鍵詞：智能制造；管理會計；創(chuàng)新

一、研究背景

制造業(yè)在我國國民經(jīng)濟(jì)占主體地位，即是立國之根本、興國之利器、強(qiáng)國之基石。在創(chuàng)新驅(qū)動下，許多新的生產(chǎn)方式、新產(chǎn)品、新形態(tài)和新的商業(yè)模式應(yīng)勢而生?！爸袊圃?025”規(guī)劃正在推進(jìn)，供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革不斷深入，制造業(yè)的優(yōu)化轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新發(fā)展都面臨著新的機(jī)遇。智能制造內(nèi)涵包括：一方面人工智能廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造的各個環(huán)節(jié)，減緩相關(guān)人員的工作強(qiáng)度，以達(dá)到提高產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)的效率的目標(biāo)；另一方面其體現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的創(chuàng)新需求，奠定了“新經(jīng)濟(jì)”橋梁的基礎(chǔ)。管理會計為了與“智能制造”相適應(yīng)，應(yīng)實施“智能管理”，依靠“人工智能”大力提升其處理系統(tǒng)多樣性和復(fù)雜性的能力；充分理解管理對象異質(zhì)性，有效、合理配置智能化管理工具，最大限度發(fā)揮管理會計管理控制和信息支持的功能。

二、智能制造下的管理會計

(一)以“互聯(lián)網(wǎng)+”為代表的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，形成復(fù)雜多變的企業(yè)組織關(guān)系。要求管理會計控制系統(tǒng)不斷通過優(yōu)化升級產(chǎn)銷流程，加強(qiáng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的可控性，同時重視企業(yè)價值增長的戰(zhàn)略空間、管理過程、控制績效，加大在不同戰(zhàn)略選擇下的成本管控力度，力求實現(xiàn)企業(yè)成本最小化和企業(yè)效益最佳化的最終目的。

(二)根據(jù)管理會計信息支持系統(tǒng)，有效、合理配置生產(chǎn)計劃并掌控生產(chǎn)進(jìn)度，深化產(chǎn)品生產(chǎn)的可視性。智能制造時代背景下，以網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為媒介，工業(yè)機(jī)器、設(shè)備、存儲系統(tǒng)及運(yùn)營資源緊密連接在一起，充分發(fā)揮了良好的信息集成功能，并依賴于開放的管理會計信息支持系統(tǒng)將技術(shù)與經(jīng)濟(jì)結(jié)合起來，實現(xiàn)管理會計“管理控制”與“信息支持”活動的橫縱雙向溝通與交流，實現(xiàn)企業(yè)財務(wù)與業(yè)務(wù)有機(jī)結(jié)合、敏捷快速運(yùn)作。

(三)影響管理會計的價值增值目標(biāo)

1.從企業(yè)的外部環(huán)境看，持續(xù)不斷的推進(jìn)智能制造，對降低智能設(shè)備等的成本費(fèi)用有促進(jìn)意義，零成本社會的內(nèi)在屬性在智能化設(shè)備的配套環(huán)境中也得到了體現(xiàn)。

2.從企業(yè)的內(nèi)部環(huán)境看，通過改革智能化管理會計的供給端結(jié)構(gòu)，充分利用外部廉價的制造能力，將企業(yè)的固定成本轉(zhuǎn)為可變成本，極大程度地提高企業(yè)的資源配置效率。

三、管理會計工具創(chuàng)新

智能制造是一個商業(yè)生態(tài)圈系統(tǒng)，由智能設(shè)備、智能工廠和智慧員工構(gòu)成，結(jié)合企業(yè)具體的情境特征，創(chuàng)新管理會計工具可從智能制造與新經(jīng)濟(jì)的結(jié)合、智能制造與“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的融合程度上進(jìn)行。

(一)約束理論(TOC)，每一個組織的發(fā)展都會受到來自不同約束條件的限定及制約。智能制造業(yè)績高低主要是從完工效益、存貨和營業(yè)費(fèi)用三個方面進(jìn)行考察。根據(jù)約束理論，實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”為代表的現(xiàn)代移動技術(shù)與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的融合，有利于充分發(fā)揮企業(yè)的有形成本要素與無形成本要素。當(dāng)前，依靠管理會計的創(chuàng)新驅(qū)動，智能制造的內(nèi)在需求便是充分發(fā)揮無形成本的內(nèi)在潛力。

(二)適時生產(chǎn)制(JIT)，智能制造能使適時生產(chǎn)制進(jìn)一步拓寬。適時生產(chǎn)制是作為一種無庫存的生產(chǎn)系統(tǒng)，追求消除一切只增加成本而不向產(chǎn)品增加價值的過程。依靠價值鏈與供應(yīng)鏈中的智能化成本管理，使企業(yè)線上與線下的經(jīng)營活動緊密連接，使管理會計工具由時間驅(qū)動向時間與空間雙驅(qū)動的融合創(chuàng)新方向發(fā)展。

(三)持續(xù)改善(Kaizen)，智能制造對企業(yè)產(chǎn)生持續(xù)的改善作用，通過對產(chǎn)品與服務(wù)的質(zhì)量、員工的努力、民主參與意識的高低等進(jìn)行主動的溝通和調(diào)整，利于提高管理會計控制系統(tǒng)的效率與效果。實現(xiàn)智能制造與管理會計的結(jié)合，企業(yè)的成本或利潤不僅僅是“數(shù)量”的要求，更是對“質(zhì)量”的規(guī)范。

(四)精益成本管理(LCM)，智能制造自身就是一種精益成本管理的過程。通過建立一種交互用戶的平臺，基于大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)由生產(chǎn)型制造到服務(wù)型制造的升級，不僅為用戶提供全流程個性化體驗，而且能實現(xiàn)企業(yè)的價值的增值。

(五)業(yè)務(wù)流程再造(BPR)，智能制造與科技創(chuàng)新相結(jié)合可能會引起激進(jìn)式的流程變遷。伴隨現(xiàn)代科技的的迅猛發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)是十分重要的自動化工具。廣泛運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人，不但提高產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量，且對人身安全的保證、勞動環(huán)境優(yōu)化、勞動強(qiáng)度降低、勞動生產(chǎn)率的提高、原材料消耗的減少和生產(chǎn)成本的降低具有非常意義。智能制造的業(yè)務(wù)流程再造是實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”與新經(jīng)濟(jì)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造的一種新興工具。

(六)平衡計分卡(BSC)，智能制造與平衡計分卡的結(jié)合有兩個重要的優(yōu)點。一個是能增強(qiáng)管理會計的戰(zhàn)略導(dǎo)向性，另一個是能夠促使企業(yè)的前景理論與平衡計分卡執(zhí)行力的緊密融合。智能化平衡應(yīng)當(dāng)包括兩個層面：一是基本平衡，指長期目標(biāo)與短期目標(biāo)的平衡、實現(xiàn)結(jié)果與制約因素的平衡；二是具體平衡，具體指財務(wù)指標(biāo)與非財務(wù)指標(biāo)的平衡、實體價值鏈與虛擬價值鏈的平衡、鏈?zhǔn)秸湘溑c網(wǎng)式整合鏈的平衡、內(nèi)外群體的平衡、經(jīng)營中的領(lǐng)先指標(biāo)與滯后指標(biāo)的平衡、學(xué)習(xí)與創(chuàng)新中的東方古典哲學(xué)與西方精細(xì)化管理的平衡。

(七)作業(yè)成本法(ABC)，智能制造將從根本上對作業(yè)活動實現(xiàn)變革。智能作業(yè)管理能提供更加完整的成本核算信息，憑借合作聯(lián)盟網(wǎng)站等網(wǎng)絡(luò)式競爭平臺，增強(qiáng)企業(yè)內(nèi)外作業(yè)活動之間的合作、交流與服務(wù)，合作建立起產(chǎn)業(yè)作業(yè)鏈與技術(shù)聯(lián)盟，形成網(wǎng)絡(luò)集聚，擴(kuò)大與拓展智能化作業(yè)管理的內(nèi)涵與外延。

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