第一篇：關(guān)于工業(yè)4.0智能制造信息及方案流程

關(guān)于工業(yè)4.0智能制造信息及方案流程

陳志成：中國人工智能學(xué)會(huì)基礎(chǔ)專業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員、中國通信學(xué)會(huì)云計(jì)算專家委員會(huì)委員、北京格分維科技有限公司總經(jīng)理

我原來在高校工作了一段時(shí)間，是教師，擔(dān)任計(jì)算機(jī)學(xué)科方面的負(fù)責(zé)人，現(xiàn)在創(chuàng)辦一個(gè)公司，做人工智能方面的工作。我從學(xué)校出來，有一些背景因素，很多教授、院士，他們做了很多很好的理論研究，但是我們的產(chǎn)學(xué)研做的并不是想象中的那么好，企業(yè)很難把人工智能中比較超前的理論運(yùn)用起來。很多老師聊天說，人工智能是不是要死亡了，是不是真的不行了，沒有什么用途了，離我們生活太遙遠(yuǎn)了。我創(chuàng)辦企業(yè)的想法，是希望將課本上的一些理論，變成日常生活當(dāng)中可以用的一些產(chǎn)品，不管是小的產(chǎn)品也好，大的產(chǎn)品也好。也許這也是一種情懷，大家都想做一些事情，而我想做人工智能。

我的演講分為四部分內(nèi)容：第一，介紹工業(yè)4.0的本質(zhì)，我認(rèn)為工業(yè)4.0的本質(zhì)是智能制造，目前對(duì)于工業(yè)4.0的理解各種各樣，但是大體而言，還是依據(jù)德國的提法來理解。2011年至2013年，德國針對(duì)工業(yè)4.0給出了一些資料，總體思路還是智能制造的概念。前面說人工智能要死亡了，可是現(xiàn)在機(jī)會(huì)來了，人工智能可能會(huì)有大發(fā)展了。第二點(diǎn)介紹我們現(xiàn)在正在做的事情，就是制造企業(yè)的機(jī)聯(lián)網(wǎng)，主要是指機(jī)器設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，及其管理控制。第三點(diǎn)講基于機(jī)聯(lián)網(wǎng)之上的云計(jì)算服務(wù)，以及相關(guān)的研究課題。最后跟大家分享一個(gè)能源大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的案例。

工業(yè)4.0的本質(zhì)是智能制造

智能時(shí)代已經(jīng)來臨，五年之前，老師們?cè)谟懻撊斯ぶ悄茉趺窗l(fā)展，原中國人工智能學(xué)會(huì)理事長鐘義信老師、何華燦老師等也都在討論。人類社會(huì)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一個(gè)階段是農(nóng)業(yè)社會(huì)，人類勞動(dòng)工具以簡單的鐮刀、鋤頭為主。第二個(gè)階段是工業(yè)社會(huì)，也就是動(dòng)力機(jī)車時(shí)代，以蒸汽機(jī)、機(jī)床為代表的時(shí)代。第三個(gè)階段是信息社會(huì)，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代到來了，電話、電燈、電視，現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)，這就是目前的信息社會(huì)。

我們來看看前面三個(gè)時(shí)代，從研究者角度來分析，看看它的工具水平、研究的科學(xué)問題、及核心基礎(chǔ)理論。材料時(shí)代主要是簡單的材料加工，用樹枝就可以獲取到一些食物類的東西；能源時(shí)代就是動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，主要是蒸汽機(jī)為主的；信息時(shí)代是信息處理，這個(gè)地方加了一個(gè)管理，原來認(rèn)為信息時(shí)代是智能工具，現(xiàn)在我們把智能單獨(dú)拿出來了。到現(xiàn)在為止，我們開發(fā)了好多MIS、ERP之類的，但全都是企業(yè)信息化的管理系統(tǒng)，其中智能化的程度有沒有？有，但確實(shí)不高。在這三個(gè)時(shí)代，從研究的科學(xué)問題來看，材料時(shí)代更多的是研究物質(zhì)成分、化學(xué)變化及其結(jié)構(gòu)的，認(rèn)為其基礎(chǔ)學(xué)科是化學(xué)。能源時(shí)代更多的是依賴物理，研究蒸汽機(jī)、能量的轉(zhuǎn)化、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等，是牛頓的那個(gè)時(shí)代。信息時(shí)代的基礎(chǔ)學(xué)科是數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)。

第四個(gè)時(shí)代，我們認(rèn)為智能時(shí)代一定會(huì)來的，智能時(shí)代干什么，我們有大量的數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行決策、判斷；我們現(xiàn)在有很多的個(gè)性化的東西，進(jìn)行針對(duì)性的個(gè)性化服務(wù)；進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘，從而進(jìn)行自動(dòng)決策，這就是智能化的工具，很多工具是軟件，但是也有很多是硬件。這個(gè)時(shí)代研究的科學(xué)問題實(shí)際上是網(wǎng)絡(luò)問題，不管是局域網(wǎng)、還是廣域網(wǎng)，或者通信網(wǎng)、還是互聯(lián)網(wǎng)，目前來看已經(jīng)進(jìn)入到所謂的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進(jìn)行分析挖掘和邏輯推理，從而形成智能化的決策和判斷，這個(gè)時(shí)代的核心基礎(chǔ)理論是邏輯與網(wǎng)絡(luò)。

實(shí)際上，我們是做軟件出身的，軟件編程的發(fā)展也有幾個(gè)階段：面向機(jī)器、面向過程、面向結(jié)構(gòu)程序化設(shè)計(jì)、面向?qū)ο蟆⒚嫦蚓W(wǎng)絡(luò)，我也在想是不是也有智能化的編程工具，安卓是智能手機(jī)的操作系統(tǒng)，為開發(fā)者提供了很好的編程環(huán)境，相信今后還有更加智能化的開發(fā)工具出現(xiàn)。

在2009年7月7號(hào)，有一個(gè)理事長訪談，邀請(qǐng)中國人工智能學(xué)會(huì)的主要?jiǎng)?chuàng)始人：鐘義信老師，涂序彥老師，何華燦老師。針對(duì)人工智能如何發(fā)展、人工智能如何產(chǎn)業(yè)化等話題進(jìn)行探討，鐘老師堅(jiān)定地認(rèn)為“五年后將迎來人工智能大發(fā)展，進(jìn)入智能時(shí)代”，現(xiàn)在來看剛好五年，智能時(shí)代確實(shí)已經(jīng)來了。

在高校學(xué)科劃分中，人工智能屬于計(jì)算機(jī)系的還是電子化系的還是自動(dòng)化系的，各高校并不一致。2003年提出成立“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)，北京大學(xué)等幾十所高校現(xiàn)在都在招生，近年來發(fā)展很快。無論是在人工智能理論、技術(shù)、教學(xué)、應(yīng)用等方面，每年都有很多研討會(huì)舉行，從前幾年的照片來看，老師們確實(shí)很早就在思考研究這方面的問題。

在人工智能產(chǎn)業(yè)化方面，我們也想聯(lián)合一些大學(xué)老師做一些事情，我們也提出了一個(gè)方案，當(dāng)時(shí)是想做中國國產(chǎn)的“人工智能計(jì)算平臺(tái)AICP(ArtificialIntelligence Computing Platform)”。提供一個(gè)智能運(yùn)行環(huán)境的平臺(tái)，其中把若干人工智能算法都實(shí)現(xiàn)為功能服務(wù)模塊，對(duì)外提供調(diào)用接口。比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、語音識(shí)別、人臉識(shí)別等，包括人對(duì)著手機(jī)一講話就可以翻頁了，通過遠(yuǎn)程服務(wù)提供一些應(yīng)用，機(jī)器人、智能安防，智能家居，智能辦公等。

我們當(dāng)時(shí)想做的智能計(jì)算平臺(tái)，包括：核心軟件、專業(yè)軟件、以及應(yīng)用型軟件，主要瞄準(zhǔn)機(jī)器人、協(xié)同計(jì)算、自動(dòng)控制、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、智慧醫(yī)療、決策支持系統(tǒng)、自然語言翻譯等，當(dāng)時(shí)列了這些事情，現(xiàn)在不少公司也都在開發(fā)。

智造企業(yè)機(jī)聯(lián)網(wǎng)工程

現(xiàn)在回過頭來看，德國提出工業(yè)4.0，中國怎么辦？工業(yè)4.0本身是智能制造，能自動(dòng)焊接的機(jī)器人80年代就有了，哈工大的焊接是非常先進(jìn)的。德國工業(yè) 4.0的核心詞主要是CPS(Cyber-Physical Systems)，信息物理系統(tǒng)、或網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)，認(rèn)為CPS是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)。

最近我們也還在想，把德國的東西是不是照搬引進(jìn)來，如何消化吸收？目前主要體現(xiàn)在“機(jī)器換人”和“設(shè)備機(jī)器聯(lián)網(wǎng)”方面，這是浙江省和廣東省重點(diǎn)實(shí)施工程，在2013年的時(shí)候，浙江省明確下達(dá)文件，經(jīng)信委、科技廳下達(dá)的文件，這里介紹其中與機(jī)聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的一些內(nèi)容，供大家參考。機(jī)聯(lián)網(wǎng)就是機(jī)器聯(lián)網(wǎng)，指應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、現(xiàn)代通信技術(shù)，對(duì)企業(yè)制造設(shè)備、工藝流程，空調(diào)、照明、倉儲(chǔ)等輔助設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的改造升級(jí)管理，形成集中管理、資源共享的現(xiàn)代化智能制造模式，以提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)節(jié)能減排，提高企業(yè)綜合能力。機(jī)聯(lián)網(wǎng)重要的實(shí)現(xiàn)途徑是機(jī)器換人，江浙一帶，長三角、珠三角，人力成本提高了，很多工廠倒閉了，這是現(xiàn)實(shí)情況，很多企業(yè)需要自動(dòng)化升級(jí)改造。浙江省拿出五千個(gè)億，五年之內(nèi)每年支持五千個(gè)機(jī)器換人項(xiàng)目，實(shí)施企業(yè)的升級(jí)改造。

機(jī)聯(lián)網(wǎng)到底做哪些事情呢？第一點(diǎn)，還是要加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，聽起來有點(diǎn)虛，實(shí)際上因?yàn)橹袊ń阋粠Ш蛷V東一帶，盡管政府拿了很多錢做這件事情，但在很多方面還是不清楚的，需要專家們幫助他們做整體設(shè)計(jì)，到底國內(nèi)國外有哪些自動(dòng)化的設(shè)備，國外有哪些自動(dòng)化設(shè)備可以引進(jìn)，不少企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)并不是很了解，必須要有專家?guī)退麄冞M(jìn)行具體分析，這樣的設(shè)備，這樣一個(gè)工藝流程，哪些是可以用機(jī)器代替人工的，幫他設(shè)計(jì)方案。從省里面的角度，國家戰(zhàn)略層面的角度，也需要一些設(shè)計(jì)，這部分工作還是少不了。

第二點(diǎn)，是推動(dòng)機(jī)器聯(lián)網(wǎng)，這是核心內(nèi)容，企業(yè)(工廠)車間內(nèi)外的機(jī)器設(shè)備都需要連接起來，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程統(tǒng)一的自動(dòng)化管理控制。第三點(diǎn)，是系統(tǒng)集成，這里面包含了各種企業(yè)計(jì)劃系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)等的集成。第四點(diǎn)，是加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，技術(shù)創(chuàng)新主要是電子設(shè)備和自動(dòng)化傳感器、以及平臺(tái)軟件等關(guān)鍵技術(shù)方面的創(chuàng)新，有些需要引進(jìn)國外的，同時(shí)也需要國內(nèi)的企業(yè)參與研發(fā)我們自己需要的設(shè)備。第五點(diǎn)，是標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化不可忽略，很重要，機(jī)聯(lián)網(wǎng)也會(huì)涉及到若干標(biāo)準(zhǔn)。第六點(diǎn)，加強(qiáng)安全保障，這是重點(diǎn)提了，尤其是涉及國計(jì)民生的重點(diǎn)領(lǐng)域。我們想想，車間里面都是機(jī)器人，數(shù)據(jù)都是可以傳到后臺(tái)服務(wù)器上的，斯諾登對(duì)美國的監(jiān)控事件曝光之后，中國很擔(dān)憂。我們從日本引進(jìn)來機(jī)器人以后，是不是通信協(xié)議是私有的，如果不公開，我們想修改就不行；從歐洲買來一個(gè)機(jī)器設(shè)備之后，數(shù)據(jù)傳到哪些地方都不知道，甚至我們生產(chǎn)過程當(dāng)中的數(shù)據(jù)、參數(shù)、故障，保存在機(jī)器里面，等維修的時(shí)候給我們?nèi)∽吡?，我們也不知道。這需要我們現(xiàn)在制定這方面的安全許可，網(wǎng)絡(luò)檢測手段，包括現(xiàn)在的底層系統(tǒng)安全，進(jìn)網(wǎng)入口安全，很可能以后買機(jī)器人不是像今天這樣想買就能買了，以后可能像手機(jī)一樣，需要入網(wǎng)許可，否則，你的設(shè)備就不能聯(lián)網(wǎng)。

機(jī)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備主要分四種類型：第一類是數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，這是眾多工廠的設(shè)備；第二類是行業(yè)專用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。義烏做服裝和織布的廠，都有自動(dòng)化生產(chǎn)線，跟他們進(jìn)行交流，織布參數(shù)怎么檢測，線斷了之后能否自動(dòng)接上，現(xiàn)在線斷了就報(bào)警和停機(jī)，需要人工接上后再繼續(xù)運(yùn)行，是不是可以做一些自動(dòng)化的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)接線、取線軸等。第三類是工廠大型生產(chǎn)機(jī)器設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，這里面包括了戶外的工程機(jī)械，挖掘機(jī)，也做一些GPS定位，故障檢測。第四類是工廠輔助設(shè)備，空調(diào)和燈怎么節(jié)能。這四大類型設(shè)備都需要聯(lián)網(wǎng)。

機(jī)聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)解決方案

如何把機(jī)聯(lián)網(wǎng)具體實(shí)施起來？我們?cè)O(shè)計(jì)了一套云計(jì)算、云服務(wù)平臺(tái)的解決方案，這個(gè)方案當(dāng)中，跟通用物聯(lián)網(wǎng)的方案基本差不多，但是細(xì)節(jié)不完全一樣，內(nèi)容也不完全一樣，因?yàn)榘盐锫?lián)網(wǎng)大概念具體化到工業(yè)4.0了。工業(yè)企業(yè)中的機(jī)器機(jī)床都要進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，這其中有些標(biāo)準(zhǔn)需要統(tǒng)一，有些新的傳感器需要研發(fā)，有些新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議需要制定；還有戶外的挖掘機(jī)，其他的一些工程機(jī)械設(shè)備也需要聯(lián)網(wǎng)，可能自己也有一些專用的傳感器或者網(wǎng)關(guān)控制器；后臺(tái)是云服務(wù)系統(tǒng)；最上面是應(yīng)用終端設(shè)備，這是整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

在整個(gè)方案中，分成三層，物聯(lián)網(wǎng)的底層是數(shù)據(jù)采集，這里具體化就是機(jī)聯(lián)網(wǎng)層，是機(jī)器設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)細(xì)化到工業(yè)流程當(dāng)中，也可能細(xì)化到機(jī)床設(shè)備當(dāng)中的一個(gè)點(diǎn)上，包括了攝像頭和各種傳感器；也可能還有一些協(xié)議不是通用的，也可能利用WIFI，也可能是Zigbee，目前各種協(xié)議都有，這是機(jī)器聯(lián)網(wǎng)中最復(fù)雜的一塊。不同企業(yè)的協(xié)議不同，標(biāo)準(zhǔn)不同，基本處于混沌狀態(tài)。我們需要做網(wǎng)關(guān)控制器，各個(gè)分廠區(qū)域中的數(shù)據(jù)采集出來之后，通過網(wǎng)關(guān)往上傳，網(wǎng)關(guān)不是一般的家里上網(wǎng)那樣簡單的網(wǎng)關(guān)，后面可以看到有好幾個(gè)功能。機(jī)聯(lián)網(wǎng)層上面是云計(jì)算平臺(tái)層，有些數(shù)據(jù)在機(jī)聯(lián)網(wǎng)層直接處理了，還有一些數(shù)據(jù)到后臺(tái)服務(wù)器上，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘之后再處理。最后是應(yīng)用，應(yīng)用這一層大家比較容易理解，不多解釋。

云服務(wù)平臺(tái)層，有很多工作需要做，這里面分了幾大部分。一個(gè)是云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，在相關(guān)的服裝行業(yè)或者鋼鐵廠，可以統(tǒng)一建立一個(gè)大的云平臺(tái)，這個(gè)服裝廠那個(gè)服裝廠的數(shù)據(jù)都會(huì)傳到這里來，政府和企業(yè)拿錢建一個(gè)平臺(tái)，也可能這個(gè)服裝廠不想要服務(wù)器，就是遠(yuǎn)程服務(wù)，數(shù)據(jù)傳過來就可以。廣東省今年7月18號(hào)進(jìn)行了一個(gè)能源管理系統(tǒng)的項(xiàng)目招標(biāo)，就是全省的管控系統(tǒng)，各個(gè)能耗企業(yè)需要實(shí)時(shí)或定期上傳相關(guān)數(shù)據(jù)。

解決方案中，除了物聯(lián)網(wǎng)的三層，還有兩個(gè)循環(huán)控制：第一個(gè)是小循環(huán)，就是有些信息需要本地實(shí)時(shí)處理，比如說，車間設(shè)備出了故障，會(huì)立馬進(jìn)行反饋，反饋當(dāng)場處理掉，不需要人工干預(yù)，比如說空調(diào)溫度到26度以上，超出了節(jié)能控制閾值，控制器就可以自動(dòng)降溫，大型的生產(chǎn)設(shè)備當(dāng)中，也是要進(jìn)行設(shè)定它的一些閾值條件，基本上不需要人工。第二個(gè)是大的循環(huán)，實(shí)際上是大數(shù)據(jù)分析，當(dāng)數(shù)據(jù)傳到后臺(tái)服務(wù)器，經(jīng)過遠(yuǎn)程分析之后發(fā)現(xiàn)某一個(gè)流程有異常，比如特別耗能、或太耽誤時(shí)間(耗時(shí))，這時(shí)就需要優(yōu)化，要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)這個(gè)流程，提一些優(yōu)化改進(jìn)方案。如果數(shù)據(jù)顯示，這個(gè)流程花一個(gè)小時(shí)，那個(gè)流程花三個(gè)小時(shí)，下一個(gè)工序等著上面的工序很久，這就需要優(yōu)化。把數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳上來，采用大數(shù)據(jù)分析來實(shí)現(xiàn)的，這是流程的優(yōu)化管控，這是大的循環(huán)。所以，該方案中分兩級(jí)控制，很好地解決了實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程優(yōu)化監(jiān)控。

在具體實(shí)施中，涉及到哪些研發(fā)內(nèi)容呢？主要包含兩個(gè)方案，一個(gè)是機(jī)聯(lián)網(wǎng)方案，要有效連接機(jī)器設(shè)備；一個(gè)是云服務(wù)方案，可以與通用的IAAS、PAAS的云服務(wù)相結(jié)合，生產(chǎn)企業(yè)需要哪些內(nèi)容，平臺(tái)放哪些內(nèi)容進(jìn)去就可以提供服務(wù)。這里的關(guān)鍵技術(shù)，我們想來想去，機(jī)器設(shè)備聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，這可能是一個(gè)難題，我們經(jīng)常討論這個(gè)問題，很難有一個(gè)很好的解決方案。還有就是云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、還有空間信息技術(shù)、多維呈現(xiàn)技術(shù)，移動(dòng)終端技術(shù)等。比如車載設(shè)備都在移動(dòng)，車上的人也在移動(dòng)，怎么做一個(gè)移動(dòng)終端，可能是手機(jī)，也可能配單獨(dú)的終端設(shè)備，比如給醫(yī)院醫(yī)生配單獨(dú)的Pad，上面有相應(yīng)的軟件，有一個(gè)傳感器可以檢測，不同崗位配不同的終端設(shè)備，如果能及時(shí)傳到手機(jī)上更好，由于安全原因，手機(jī)平時(shí)是私人的，不能完全依賴，多數(shù)工廠可能需要給相關(guān)人員單獨(dú)配備終端設(shè)備。

在總體內(nèi)容中，包含兩個(gè)解決方案、七項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、三項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這里有三方面的硬件開發(fā)，軟件系統(tǒng)有六個(gè)。正如安司長講的，這是一個(gè)大系統(tǒng)，是系統(tǒng)的系統(tǒng)，大系統(tǒng)包含若干子系統(tǒng)。

硬件的開發(fā)包含三大部分。第一類硬件是新型傳感器，根據(jù)某些行業(yè)的需求研發(fā)新型傳感器，并不是一個(gè)攝像頭就能解決，有些傳感器，比如溫度、濕度、壓力傳感等可能還有特殊的需求，現(xiàn)在已經(jīng)碰到了這樣的需求。

第二類硬件是新型融合通信網(wǎng)關(guān)，這里的網(wǎng)關(guān)，與一般家庭里上網(wǎng)的路由器不太一樣，我們列出了三大功能：第一是支持多重協(xié)議的網(wǎng)關(guān)，WIFI也好，RFID也好，紅外也好，工業(yè)總線也好，有線無線等等都要支持，我們也在想是不是分開研發(fā)，這個(gè)盒子就是支持WIFI的，另外一個(gè)盒子就是支持Zigbee的，單獨(dú)做不同的小盒子，但是我們分析之后發(fā)現(xiàn)成本并不低，因?yàn)樵O(shè)備里面可能放好幾個(gè)盒子，所以最終很可能是融合通信的網(wǎng)關(guān)，需要同時(shí)支持多種連接方式，有好幾份協(xié)議。第二是具備反饋控制的智能控制終端，不僅僅是路由器，還要反饋控制，需要有一套控制策略算法和操作系統(tǒng)的。第三是支持必要的本地化軟件服務(wù)，實(shí)際上是指的前面講的小循環(huán)的本地反饋控制，在大的循環(huán)沒有的時(shí)候，在一定條件下，小循環(huán)可以提供監(jiān)控服務(wù)。

第三類硬件是云服務(wù)安全認(rèn)證設(shè)備，云服務(wù)在提供服務(wù)的時(shí)候，需要根據(jù)工業(yè)4.0并結(jié)合企業(yè)、政府的要求，采用一些指紋等生物特征的識(shí)別技術(shù)，把可穿戴的技術(shù)加進(jìn)去，提供一些遠(yuǎn)程服務(wù)或者遠(yuǎn)程的控制，比如說企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)，你在外面出差要查看一下公司的運(yùn)行狀況，車間運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，可能簡單的一個(gè)密碼就可以了；而針對(duì)有特殊安全要求場景，查看時(shí)則需要進(jìn)行生物特征識(shí)別，這是才可以查看企業(yè)的信息。

軟件研發(fā)內(nèi)容分為六大子系統(tǒng)：機(jī)聯(lián)網(wǎng)管理控制子系統(tǒng)、云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)子系統(tǒng)、設(shè)備萬滾落管理子系統(tǒng)、應(yīng)用集成子系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)、終端服務(wù)子系統(tǒng)，主要有這六個(gè)方面的子系統(tǒng)。

在標(biāo)準(zhǔn)方面，首先是機(jī)聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議，要求不同設(shè)備能進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)作，需要有方案來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自識(shí)別、自適應(yīng)。還要做一些數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，這個(gè)數(shù)據(jù)怎么組織，怎么去訪問，這塊要進(jìn)行考慮。省里面要求上報(bào)哪些數(shù)據(jù)，上報(bào)之后有哪些可以進(jìn)行識(shí)別，數(shù)據(jù)怎么設(shè)計(jì)的，這方面有哪些標(biāo)準(zhǔn)也需要研究。還有云服務(wù)，為政府提供數(shù)據(jù)服務(wù)，政府怎么訪問平臺(tái)的接口，這塊也需要制定標(biāo)準(zhǔn)。

把這些問題都討論清楚，我們可以給出技術(shù)路線和一些步驟來具體實(shí)施：先進(jìn)行總體規(guī)劃，然后研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)和平臺(tái)，最后集成應(yīng)用。智造企業(yè)的機(jī)聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)方案，基本內(nèi)容就這些，這是目前正在做的。通過這些工作，最終把機(jī)器設(shè)備連成一體，為智能制造奠定基礎(chǔ)。

能源大數(shù)據(jù)系統(tǒng)案例

給大家分享一個(gè)案例，這是能源大數(shù)據(jù)管控的一個(gè)項(xiàng)目，是廣東盈嘉公司承擔(dān)的國家物聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)課題，就是把中國移動(dòng)機(jī)房里面的用電設(shè)備，包括主機(jī)服務(wù)器和輔助空調(diào)設(shè)備等進(jìn)行監(jiān)控管理起來，同時(shí)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。

項(xiàng)目在相關(guān)設(shè)備中安裝傳感器，通過網(wǎng)關(guān)把數(shù)據(jù)傳送上來，可以查看設(shè)備動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的多角度模擬展示。也可以通過大數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)或定期查看數(shù)據(jù)分析圖表，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)的管理控制、優(yōu)化改進(jìn)。

除了電信領(lǐng)域之外，在高能耗的工業(yè)企業(yè)中，比如鋼鐵廠、水泥廠等，也都面臨著升級(jí)改造的問題，基于物聯(lián)網(wǎng)的能源大數(shù)據(jù)控制與管理系統(tǒng)，可謂是我們?cè)诠I(yè)4.0時(shí)代的一個(gè)先行示范。

作為結(jié)束，在思考工業(yè)4.0的大產(chǎn)業(yè)中，我們具體能做些什么呢？大家關(guān)注的工業(yè)4.0，不管德國怎么做，中國作為生產(chǎn)制造大國，在這4.0時(shí)代還是想做點(diǎn)事的，不管是機(jī)聯(lián)網(wǎng)還是其他項(xiàng)目，結(jié)合工業(yè)4.0，可能最終落地點(diǎn)還是三個(gè)方面：一是標(biāo)準(zhǔn)，包括政策規(guī)范、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)等；二是技術(shù)，技術(shù)有很多，傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，都在快速發(fā)展；三是應(yīng)用，企業(yè)最終關(guān)注的是應(yīng)用，包括工廠內(nèi)的應(yīng)用、戶外應(yīng)用、移動(dòng)監(jiān)管應(yīng)用、以及開放服務(wù)應(yīng)用等，這些是我們大家也在做的。

好了，今天分享到此，感謝相關(guān)的合作機(jī)構(gòu)、伙伴企業(yè)、及領(lǐng)導(dǎo)專家。謝謝大家?。ū疚墓?jié)選自陳志成于2014年12月20日在《工業(yè)4.0高峰論壇——新常態(tài)與中國工業(yè)變革之路》的主題演講。此次論壇由《清華管理評(píng)論》、機(jī)械工業(yè)出版社、智造大講堂聯(lián)合主辦）

第二篇：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(dòng)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(dòng)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(dòng)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。現(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(huì)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(tái)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(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)，本文從柔性制造技術(shù)的角度對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)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(duì)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(dòng)排除故障或?qū)⒘慵D(zhuǎn)移到另一臺(tái)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(duì)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(dòng)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(dòng)化、柔性化、高效率的特點(diǎn)，是目前自動(dòng)化制造系統(tǒng)的基本單元技術(shù)[5]。

柔性制造技術(shù)是對(duì)各種不同形狀加工對(duì)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(dòng)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(tái)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)的最高水平，反映出世界上最先進(jìn)的自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(huì)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(duì)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(dòng)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(dòng)地對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)密集為特征，以知識(shí)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(duì)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(shì)，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(shì)?，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(dòng)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。

參考文獻(xiàn)：

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第三篇：智能制造匯報(bào)

智能工廠——以三一重工18號(hào)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(hào)工廠作為研究對(duì)象，對(duì)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(hào)：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(dòng)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(tái)，表明國家開始積極行動(dòng)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(hào)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(duì)于數(shù)字化工廠，德國工程師協(xié)會(huì)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(dòng)態(tài)性能：

圖1 在國內(nèi)，對(duì)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(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)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(jí)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(dòng)，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(dòng)。它把制造自動(dòng)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(hào)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(hào)廠房的“智慧”運(yùn)轉(zhuǎn)

18號(hào)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(hào)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(dòng)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(huì)報(bào)單給立體倉庫，配送系統(tǒng)會(huì)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(dòng)輸送到立體庫出庫端液壓臺(tái)上。此時(shí)，AGV操作員發(fā)出取貨指令，AGV小車自動(dòng)行駛至液壓臺(tái)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(dòng)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(hào)廠房有15臺(tái)。

從大廠房到智能工廠，實(shí)施智慧化改造后，18號(hào)廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺(tái)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(hào)廠房同比節(jié)約制造成本1億元，年增加產(chǎn)量超過2000臺(tái)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(hào)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(dòng)新一輪制造變革。在大會(huì)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(dòng)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(hào)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(hào)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(jí)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(duì)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(duì)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(huì)對(duì)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(duì)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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)刀具動(dòng)平衡也有要求，我們配備了刀具動(dòng)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(duì)用戶來說就像一個(gè)統(tǒng)一的整體，系統(tǒng)對(duì)多種通用的物理和邏輯資源整合，可以動(dòng)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(tái)運(yùn)作的自動(dòng)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(tái)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(dòng)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(tái)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(hào)廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺(tái)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(hào)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(tái)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(huì)報(bào)單給立體倉庫，配送系統(tǒng)會(huì)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(dòng)輸送到立體庫出庫端液壓臺(tái)上。此時(shí)，AGV操作員發(fā)出取貨指令，AGV小車自動(dòng)行駛至液壓臺(tái)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(dòng)的方向，通過和內(nèi)置的數(shù)字地圖進(jìn)行對(duì)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(hào)廠房有15臺(tái)。在18號(hào)廠房南北智能化立體倉庫，不僅有這樣的AGV自動(dòng)小車，其后臺(tái)配送也是自動(dòng)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(duì)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(jí)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(duì)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(dòng)化立體倉儲(chǔ)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(dòng)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(chǔ)存、揀配功能，2#庫負(fù)責(zé)拖泵、車載泵物料的儲(chǔ)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(dòng)輸送進(jìn)入2#庫庫區(qū)存儲(chǔ)。

倉儲(chǔ)模式采用自動(dòng)化立體倉庫存儲(chǔ)（主要儲(chǔ)存中小件為主）+垂直升降庫存儲(chǔ)（主要儲(chǔ)存小件為主）+平面?zhèn)}庫儲(chǔ)存（主要儲(chǔ)存大件等其他特殊物資）。自動(dòng)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(chǔ)存和出入庫作業(yè)模式，很大程度地緩和了自動(dòng)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(tái)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(duì)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(huì)第一時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)不合格處理流程，將情況發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人。“在不合格品控制流程中的隔離、評(píng)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(huì)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(tái)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(hào)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(hào)同時(shí)切

入）；

8.質(zhì)量部日常操作（支持10路信號(hào)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(duì)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(dòng)；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(dòng)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(shì)，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(dòng)作用。

圖7

所謂“三元戰(zhàn)略”，包括勞動(dòng)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(shì)，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(jí)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(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)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(tái)設(shè)備提升到7～8臺(tái)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(dòng)下，中國對(duì)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(duì)中國制造轉(zhuǎn)型升級(jí)打通主動(dòng)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(huì)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(jí)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(duì)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(duì)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(jí)、二級(jí)、三級(jí)??）、制造商（研發(fā)、設(shè)計(jì)、加工、配送）、分銷商（一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)??）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(huì)呈現(xiàn)爆炸式增長態(tài)勢(shì)。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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(shì)。例如，汽車公司大數(shù)據(jù)提前預(yù)測到哪些人會(huì)購買特定型號(hào)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(duì)手等數(shù)據(jù)。為了應(yīng)對(duì)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(hào)工廠作為研究對(duì)象.對(duì)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(duì)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(duì)比三一重工18號(hào)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(duì)制造業(yè)帶來的好處。

3.通過對(duì)18號(hào)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(dòng)態(tài)適應(yīng)個(gè)性化的產(chǎn)品需求。

參考文獻(xiàn)

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第四篇：工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)用與智能制造技術(shù)論壇

工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)用與智能制造技術(shù)論壇邀請(qǐng)函

會(huì)議背景

中國是世界機(jī)器人需求增長率最高的國家之一，去年銷量為2.26 萬臺(tái)，同比大增51%,而美德等國的比例均在40%以下，預(yù)計(jì)2014 年中國的工業(yè)機(jī)器人銷量將成為全球第一。國內(nèi)市場上已有5 萬臺(tái)左右工業(yè)機(jī)器人在服役，占全球總量的4.5%,保有量位居日、韓之后排亞洲第三，市場需求增速位列全球第一。

隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整升級(jí)，全球制造業(yè)中心向中國轉(zhuǎn)移，我國的機(jī)器人市場將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。有統(tǒng)計(jì)顯示，2004 年以來，國內(nèi)機(jī)器人市場年平均增長率達(dá)到40%以上;2011年增長率達(dá)到51%,機(jī)器人新安裝量達(dá)到23000 臺(tái)。國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)預(yù)測，到2014 年中國將成為全球最大的機(jī)器人市場。國家有關(guān)部門加大了對(duì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的關(guān)注程度，“十二五”規(guī)劃中明確了對(duì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)予以重點(diǎn)扶持。

中國碰到非常尷尬的情況是，整機(jī)可以做出來，但是整體價(jià)格下不來，在成本上面根本沒有競爭優(yōu)勢(shì)，所以走成本優(yōu)勢(shì)出路不大。中國機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)面臨著機(jī)遇與挑戰(zhàn)：一方面是巨大的市場空間;另一方面則是要與狼共舞，跟國際巨頭短兵相接，爭奪市場。

會(huì)議組織機(jī)構(gòu)

主辦：重慶市人民政府

重慶市商委

重慶市經(jīng)信委

MMI現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)雜志 協(xié)辦：重慶市立嘉會(huì)議展覽有限公司 承辦：上海信聞信息科技有限公司

會(huì)議議程

9：00—9：10 開幕致詞

把加快發(fā)展智能制造放在突出位置 工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)劃與政策導(dǎo)向，傾力打造“機(jī)器人之都” 重慶市領(lǐng)導(dǎo)（經(jīng)信委/商委/兩江新區(qū)主管領(lǐng)導(dǎo)）

主題：工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用領(lǐng)域案例解析

9：10—9：40

第一講 中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展及國產(chǎn)化趨勢(shì)解析 蔡鶴皋 院士

9：40—10：10 第二講

計(jì)算機(jī)模式識(shí)別與智能系統(tǒng)在機(jī)器人應(yīng)用中的最新技術(shù)與趨勢(shì) 鄭南寧院士 所長 西安交通大學(xué)人工智能與機(jī)器人研究所 10：10—10：30 茶歇或自由交流時(shí)間

10：30—10：50 第三講

IT軟件服務(wù)商與機(jī)器人生產(chǎn)商之間無縫合作，實(shí)現(xiàn)真正的智能制造 贊助商發(fā)言

10：50—11：20 第四講

新型機(jī)器人及其應(yīng)用領(lǐng)域前景、許禮進(jìn)

奇瑞汽車

11：20—11：40 第五講

打造匹配中國市場需求的機(jī)器視覺產(chǎn)品及服務(wù) 贊助商

11：40—12：30 領(lǐng)袖對(duì)話: 分享機(jī)器人在汽車行業(yè)的最新應(yīng)用與經(jīng)典案例

※ 汽車制造中沖壓/涂裝/焊接生產(chǎn)線上的機(jī)器人成功應(yīng)用案例，汽車及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)總裝中的整體解決方案

※ 汽車廠商對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求及要求

※ 工業(yè)機(jī)器人在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的常見故障/問題及其解決方案 ※ 工業(yè)機(jī)器人廠商的產(chǎn)品線規(guī)劃及新推出機(jī)器人的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 李剛

機(jī)器人部總經(jīng)理，中國區(qū)

ABB Alwin Berninger

董事總經(jīng)理，亞太區(qū)

庫卡自動(dòng)化設(shè)備（上海）有限公司 李世航

規(guī)劃總監(jiān)

江淮汽車

Breuillot Marc

焊接經(jīng)理，亞洲區(qū)

雪鐵龍汽車有限公司 胡昌華

制造工程部總裝技術(shù)總師

東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心

12：30—14：00 午宴

主題：工業(yè)機(jī)器人前沿技術(shù)與先進(jìn)加工工藝

14：00—14：30 第五講

全球領(lǐng)先電機(jī)技術(shù)助力工業(yè)機(jī)器人制造 贊助商（電機(jī)技術(shù)企業(yè)）如：減速機(jī)、伺服電機(jī)、控制器 14：30—15：00 第六講

機(jī)器人關(guān)鍵零部件制造技術(shù) 發(fā)那科

15：00—15：30 茶歇或自由討論時(shí)間

15：30—16：00 第七講

借鑒前沿機(jī)熱處理加工以及相關(guān)防銹經(jīng)驗(yàn)，增加工業(yè)機(jī)器人控制精度

16：00—16：30 第八講

3D測量技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人制造中的應(yīng)用 贊助商

16: 30—17：30

技術(shù)討論：分享工業(yè)機(jī)器人研發(fā)難點(diǎn)及制造工藝 徐方

院長

中央研究院，沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司 李伯基 副總經(jīng)理

廣州數(shù)控設(shè)備有限公司

后藤英樹 總經(jīng)理

安川電機(jī)（中國）有限公司 朱世強(qiáng)

副主任

浙江大學(xué)機(jī)器人研究中心

誠邀贊助企業(yè)

贊助商向主辦方交納30000元（人民幣；叁萬元整）會(huì)議贊助費(fèi)，贊助商冠名享受以下優(yōu)惠條件。

A、享受獨(dú)家冠名權(quán)(AAA第X屆海峽兩岸功能材料科技與產(chǎn)業(yè)峰會(huì))會(huì)前，贊助商公司名稱、商標(biāo)和演講題目將展示在會(huì)議相應(yīng)的媒體廣告上，包括第十四屆重慶立嘉機(jī)械展覽會(huì)會(huì)刊雜志和網(wǎng)站上。B、贊助企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)擁有15-30分鐘演講時(shí)間；

C、會(huì)前，贊助商的公司名稱、商標(biāo)和演講題目、將通過直郵、傳真及電子

郵件等方式通知到與會(huì)單位；

D、贊助商宣傳資料可由會(huì)議主辦方夾放至?xí)h資料中； E、贊助商的公司名稱、商標(biāo)將出現(xiàn)在會(huì)場背景上；

F、贊助商的公司名稱、商標(biāo)、產(chǎn)品圖片和演講內(nèi)容將出現(xiàn)在會(huì)議資料上； G、會(huì)后，贊助企業(yè)名稱和大體演講內(nèi)容將出現(xiàn)在與之合作的網(wǎng)站和雜志上； H、贊助商將得到會(huì)議參會(huì)人員的名單和具體聯(lián)系方式； I、贊助企業(yè)有5人免費(fèi)午餐供應(yīng)和出席酒會(huì)資格； J、贊助商有可享受4星級(jí)酒店2個(gè)標(biāo)間住宿兩晚。

K、會(huì)后，贊助企業(yè)將獲得立嘉機(jī)械展相關(guān)展報(bào)、會(huì)刊雜志及精美禮品；

重慶立嘉會(huì)議展覽有限公司

聯(lián)系電話：023—86308309 傳真：023--86308301

聯(lián)系人：陳先生：***

第五篇：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(shì)，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(dòng)化、柔性自動(dòng)化和集成化制造、并行規(guī)劃設(shè)計(jì)制造等階段。就制造自動(dòng)化而言, 大體上每十年上一個(gè)臺(tái)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(dòng)化島, 80 年代出現(xiàn)了世界性的柔性自動(dòng)化熱潮。與此同時(shí), 出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)集成制造, 但與實(shí)用化相距甚遠(yuǎn)。隨著計(jì)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(jì)算機(jī)和自動(dòng)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(jì)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(jì)人員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(jì)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(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng), 其中有多年積累的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn), 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(shí)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(jì)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(yàn)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(shí)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(dòng)化 人工智能與計(jì)算機(jī)管理相結(jié)合, 使得不懂計(jì)算機(jī)的人也能通過視覺、對(duì)話等智能手段實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的科學(xué)化。

總之，以計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)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(diǎn)由單純的軍事實(shí)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(cái)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(jì)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(diǎn)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(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(dòng)。因此, 智能制造的研究開發(fā)對(duì)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(dòng)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(dòng)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(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(dòng)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(jí)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(jì)劃對(duì) I M S的解釋可以看出, I M S 的研究包括智能活動(dòng)、智能機(jī)器以及兩者的有機(jī)融合技術(shù), 其中智能活動(dòng)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?yàn)樗?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(dòng)。在一個(gè)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(dòng)交換形式與接口以及制造智能共享等。

國際 I M S 計(jì)劃的基本觀點(diǎn)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(duì)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(jì)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(huì), 確定了4 個(gè)主題: ①技術(shù)課題;②選擇原則;③評(píng)價(jià)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(xiàng)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(píng)估和實(shí)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(shí)系統(tǒng)化(設(shè)計(jì)與制造)。美國國家科學(xué)基金會(huì)(N SF)已連續(xù)數(shù)年重點(diǎn)資助了與智能制造有關(guān)的研究項(xiàng)目, 這些項(xiàng)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(jì)、物流傳輸?shù)闹悄茏詣?dòng)化、智能加工系統(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(jì)劃, 以高新計(jì)算機(jī)為后盾、深受其 “真空世界” 計(jì)算機(jī)研究計(jì)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(dòng), 實(shí)現(xiàn)部分人的技能;②使用智能計(jì)算機(jī)技術(shù)來集成設(shè)計(jì)制造過程, 使之一體化, 以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬制造, 以多媒體的人機(jī)接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù), 實(shí)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(shí)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(duì)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(shí)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(shí)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(huì)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(gè)制造過程實(shí)現(xiàn)智能化, 并具有自組織能力;②I M S 是一個(gè)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(huì)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(duì)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(xiǎn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)目的 ,則是智能的評(píng)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(gè)智能活動(dòng)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(yàn)思維、邏輯思維和創(chuàng)造性思維。在工藝設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)、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(duì)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(shí)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(dòng)化和集成自動(dòng)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(shí)到這一點(diǎn), Feigenbaum、N ew ell、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(duì)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(shí)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(shí)到, 未來的制造自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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—— 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(gè)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(dòng)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(shí)就對(duì)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(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。

C I M S 作為一種連接生產(chǎn)線中的單個(gè)自動(dòng)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)。C I M S 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C I M S 概念下, 手工操作要與高度自動(dòng)化或半自動(dòng)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(shí)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(duì)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。現(xiàn)有的C I M S概念是解決不了這兩個(gè)難題的。今天, 人力和自動(dòng)化是一對(duì)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(dòng)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。

事實(shí)上, 在70 年代末和80 年代初, 人們已開始認(rèn)識(shí)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(huì), 目的在于提高人們對(duì)制造環(huán)境中人的因素及其所起作用的認(rèn)識(shí)。事實(shí)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(dòng)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(gè)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(shí)用、更實(shí)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(duì)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(dòng)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(duì)于FM S、M S、CNC 以至一般的工業(yè)過程自動(dòng)化或精密生產(chǎn)環(huán)境而言, 均有潛在的應(yīng)用價(jià)值。有識(shí)之士對(duì)人工智能技術(shù)、計(jì)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?cè)谡J(rèn)識(shí)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(huì)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(jì)劃中單獨(dú)列出的一個(gè)研究子項(xiàng), 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(diǎn)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(tái)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(shí)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(dòng)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(dòng)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。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J IRPIMS” 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(dòng) ,并將這種智能活動(dòng)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)”。基于這個(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(shí)的獲取和運(yùn)用 ,系統(tǒng)的智能調(diào)度等 ,亦即對(duì)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(duì)系統(tǒng)內(nèi)部中各種不確定的因素如噪聲測量、傳動(dòng)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(duì)制造系統(tǒng)的各種命令請(qǐng)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(duì)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。

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(duì)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(gè)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(gè)系統(tǒng)既具有人類智能(或部分地),又具有與人類實(shí)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(gè)問題的意見 ,即認(rèn)為一個(gè)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(shí)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(gè)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(shí)表達(dá)、獲取、存儲(chǔ)和處理(主要是識(shí)別、設(shè)計(jì)、計(jì)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(cuò)。

2.智能制造系統(tǒng)模式的框架結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)多智能體分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ,分成四個(gè)部分:中心層、管理層、計(jì)劃層和生產(chǎn)層。每個(gè)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(cuò)能力 ,可以在不完整的信息或偶然誤差出現(xiàn)時(shí)正常地工作。系統(tǒng)與因特網(wǎng)兼容 ,可以進(jìn)行企業(yè)動(dòng)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(shí)驗(yàn)和應(yīng)用對(duì)象 ,也是智能制造技術(shù)的縮影和實(shí)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(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì) IMC的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)干預(yù)與智能控制。數(shù)控加工中心的實(shí)時(shí)智能控制 ,表現(xiàn)為三個(gè)方面:第一是遠(yuǎn)程控制 ,通過通信線路對(duì)加工現(xiàn)場進(jìn)行控制 ,對(duì)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(shí)別與處理 ,如刀具磨損識(shí)別與自動(dòng)更換備用刀具、自激振動(dòng)識(shí)別與自動(dòng)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(duì)信息的獲取與處理表現(xiàn)在對(duì)加工環(huán)境和加工狀態(tài)的自主響應(yīng)能力 ,其中對(duì)刀具狀態(tài)的監(jiān)測是評(píng)判加工狀態(tài)的重要依據(jù)。加工中心刀具狀態(tài)實(shí)時(shí)在線智能監(jiān)測系統(tǒng) ,及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊識(shí)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(dòng)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(gè)智能制造系統(tǒng)的智能水平。智能數(shù)控系統(tǒng)具有高級(jí)的自主控制功能 ,能將任務(wù)請(qǐng)求、作業(yè)規(guī)劃、軌跡控制、過程監(jiān)視與控制、錯(cuò)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(dòng)的柔性規(guī)劃學(xué)習(xí)系統(tǒng) ,而面對(duì)復(fù)雜的物流加工環(huán)境 ,它又是 “刺激一反應(yīng)” 型的再勵(lì)系統(tǒng) ,能對(duì)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(duì)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(hào)的收集、特征提取和信息融合 ,實(shí)現(xiàn)加工對(duì)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(gè)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與知識(shí)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(shí)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(shí) ,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(shí)。

八．智能制造技木的發(fā)展趨勢(shì) 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(jì)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(shí)的系統(tǒng)(如級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng))和優(yōu)化方法來解決自動(dòng)化制造環(huán)境中零件、產(chǎn)品、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造 ,以及自動(dòng)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(jì)、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(dòng)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(huì)對(duì)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(huì)、國際技術(shù)委員會(huì)和附屬機(jī)構(gòu) IMS中。大有主宰未來制造技術(shù)的趨勢(shì)。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(shí)表示和學(xué)習(xí)能力 ,縮短 CIMS的反應(yīng)時(shí)間 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量 ,使系統(tǒng)更可靠。而 Furukawa則對(duì)智能機(jī)器的設(shè)計(jì)程序及它在自動(dòng)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(jì)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(jì)策略。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ,實(shí)現(xiàn)共享制造數(shù)據(jù)和制造知識(shí) ,以保證系統(tǒng)質(zhì)量。這是將計(jì)算機(jī)界先進(jìn)的設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)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(diǎn)的形式聯(lián)接在通訊網(wǎng)絡(luò)上 ,各個(gè)智能結(jié)點(diǎn)在物理上是分散的 ,在邏輯上是平等的。通過各結(jié)點(diǎn)的協(xié)同處理與合作 ,共同完成制造系統(tǒng)任務(wù) ,實(shí)現(xiàn)人與人的知識(shí)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(dòng)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(duì)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(duì)智能制造系統(tǒng)認(rèn)識(shí)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(duì)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(gè)體目標(biāo)機(jī)制(如獎(jiǎng)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(shí)和控制上的完全分布 ,每個(gè) Agent 對(duì)環(huán)境、對(duì)整個(gè)問題求解活動(dòng)及其他Agent 的意圖只有部分的、不完全的知識(shí) ,并且擁有的知識(shí)可能互相不一致 ,各個(gè) Agent只能根據(jù)不完備的知識(shí)與不完整、不同步的信息做出局部決策。又由于整個(gè)系統(tǒng)缺乏類似中央控制的機(jī)制 ,因而整個(gè)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(duì)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(dòng)時(shí)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(gè)在多目標(biāo)動(dòng)態(tài)約束下 ,各類活動(dòng)和資源的最佳組合和排序的動(dòng)態(tài)求取過程 ,它可以描述為兩個(gè)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(dòng)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(gè)Agent 或一組Agent 被選出組成執(zhí)行該任務(wù)的隊(duì)列的過程。在這個(gè)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(duì)談判者的知識(shí)與能力、討價(jià)還價(jià)過程、收益計(jì)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(jì)算的迭代模型模擬社會(huì)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(gè)Agent 總是將其他Agent 的局部調(diào)度作為其預(yù)測信息 ,以計(jì)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(gè)串行過程。當(dāng)一個(gè)Agent 產(chǎn)生的結(jié)果不可接受時(shí) ,又需要進(jìn)行反復(fù)通信和迭代。因而 ,各個(gè) Agent 的內(nèi)部可以看作是一個(gè)局部閉環(huán)反饋控制系統(tǒng) ,而沖突則是其外部擾動(dòng);

(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(shí)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(gè)固有缺陷是它只是對(duì)社會(huì)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(duì)其基本原理、機(jī)制和限制條件的深刻認(rèn)識(shí)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(huì)有一些短期的、緊急的訂單需要及時(shí)處理)時(shí) ,有可能引起沖突的傳播(即任何兩個(gè)實(shí)體間沖突的解決會(huì)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(gè)制造Agent 間正向先進(jìn)制造技術(shù)的源泉.科學(xué)通報(bào),1998 , 43-33727.[4 ] 史忠植.高級(jí)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(jì)系統(tǒng)中的知識(shí)獲取與應(yīng)用研究 〔機(jī)械工程學(xué)報(bào) 〕 ,