第一篇：公司智能制造規(guī)劃

智能 制造規(guī)劃 擬

制：

審

核：

批

準(zhǔn)：

日

期：

目錄 1.概述..........................................................2.需求分析......................................................

2.1 倉(cāng)儲(chǔ)....................................................2.2 生產(chǎn)....................................................2.3 其他....................................................3.企業(yè)信息化現(xiàn)狀分析............................................

4.智能制造方案..................................................

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)................................................4.2 子系統(tǒng)耦合關(guān)系分析......................................4.3 工業(yè)大數(shù)據(jù)中心方案......................................4.3.1 工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)框架..................................4.3.2 工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)特點(diǎn)..................................4.4 現(xiàn)場(chǎng)層系統(tǒng)..............................................4.4.1 數(shù)據(jù)采集方案........................................4.4.2 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)....................................4.4.3 生產(chǎn)測(cè)試管理平臺(tái)....................................4.5 應(yīng)用層系統(tǒng)..............................................4.5.1 智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)方案....................................4.5.2 項(xiàng)目管理系統(tǒng)方案....................................4.5.3 設(shè)備管理系統(tǒng)方案....................................4.5.4 PLM 系統(tǒng)方案.........................................4.5.5 能耗管理系統(tǒng)........................................4.5.6 CRM 系統(tǒng)方案.........................................4.5.7 GIS+BIM 構(gòu)建虛擬車間.................................5.系統(tǒng)建設(shè)路線..................................................

5.1 實(shí)施策略................................................5.2 實(shí)施路線（建議）

........................................版本信息 日期 作者 版本 備注 2016.10.24 蔣中能 PA1 初版方案 2016.10.25 蔣中能 PA2 修改實(shí)施路線內(nèi)容；在第一章前增加“閱讀說(shuō)明”

閱讀 說(shuō)明

1.概述：簡(jiǎn)述背景和本案的基本內(nèi)容； 2.需求分析：主要描述現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況及簡(jiǎn)要分析； 3.企業(yè)信息化現(xiàn)狀：描述企業(yè)現(xiàn)階段的信息化系統(tǒng)及使用情況，作出簡(jiǎn)要分析； 4.智能制造方案：描述總體架構(gòu)；按照三個(gè)層級(jí)（數(shù)據(jù)層、現(xiàn)場(chǎng)層、應(yīng)用層）進(jìn)行系統(tǒng)方案描述； 5.系統(tǒng)建設(shè)路線：闡述天衡電科的智能制造實(shí)施策略，針對(duì)九州實(shí)際情況給出簡(jiǎn)要的實(shí)施路線建議。

1.概述 在工業(yè) 4.0、互聯(lián)網(wǎng)+以及大數(shù)據(jù)、機(jī)器人和人工智能等技術(shù)日趨成熟的背景下，智能工廠建設(shè)的可能性逐漸明朗。

根據(jù)目前的技術(shù)成熟度，當(dāng)前制造業(yè)轉(zhuǎn)型的現(xiàn)實(shí)目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是建設(shè)數(shù)字化工廠、探索數(shù)字化管理和重構(gòu)優(yōu)化工作流程以滿足數(shù)字化的要求。其主要原因有二：

其一：人工智能方法的成熟度上不能完全被可靠的利用到制造過(guò)程中，在當(dāng)前只能通過(guò)數(shù)據(jù)感知獲取一些知識(shí)，而判斷的工作依然需要人來(lái)完成。因此，希望一步到位的實(shí)現(xiàn)智能工廠還不現(xiàn)實(shí)。但實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的工廠，將所有環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集和流轉(zhuǎn)全部實(shí)現(xiàn)虛擬化并提供交互功能是完全可以做到的，這種形態(tài)的工廠即數(shù)字化工廠。

其二：數(shù)字化工廠是走向智能化工廠的必經(jīng)道路。目前科學(xué)界普遍的共識(shí)是通過(guò)數(shù)據(jù)感知是獲取智能的途徑，因此數(shù)據(jù)是智能工廠最為核心和關(guān)鍵的部分，也是實(shí)現(xiàn)智能的基礎(chǔ)。

而數(shù)字化工廠建設(shè)最為核心的內(nèi)容是數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)。包括了數(shù)據(jù)的采集、傳輸、預(yù)處理、分類、規(guī)約、訪問(wèn)控制、相干性保證等諸多方面的內(nèi)容；需要?jiǎng)佑脗鞲衅骷夹g(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、軟件技術(shù)、WEB 技術(shù)等眾多 ICT 領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。

數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)是一個(gè)有意義而又有挑戰(zhàn)的工作。

在這一背景下，本案擬對(duì)數(shù)字化工廠的數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)作一個(gè)方案規(guī)劃。為數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)的實(shí)施提供指導(dǎo)和依據(jù)。

本案的主要內(nèi)容包括：

1.數(shù)據(jù)平臺(tái)架構(gòu)介紹：一般意義上的框架性介紹，建立一個(gè)基本的廣泛適應(yīng)性的數(shù)據(jù)平臺(tái)框架，并標(biāo)明其關(guān)鍵技術(shù)。

2.數(shù)據(jù)平臺(tái)的應(yīng)用背景：針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用，對(duì)企業(yè)的規(guī)模、業(yè)務(wù)過(guò)程、數(shù)據(jù)采集的類型和要求、數(shù)據(jù)量等具體應(yīng)用相關(guān)情況進(jìn)行描述。

3.數(shù)據(jù)平臺(tái)方案規(guī)劃：依據(jù)框架和具體的應(yīng)用背景，具體給出某企業(yè)的數(shù)據(jù)平臺(tái)的方案，指明需要的數(shù)據(jù)類型、數(shù)量以及實(shí)現(xiàn)方法等。

4.軟硬件部署設(shè)計(jì)：對(duì)系統(tǒng)部署實(shí)施階段所需的軟件和硬件環(huán)境做出規(guī)定。

2.需求 分析

2.1 倉(cāng)儲(chǔ) 調(diào)研情況 ：

1.儲(chǔ)藏類型有三種：器件、半成品（原材料）、成品 2.所有三種類型的產(chǎn)品都存在外購(gòu)和自產(chǎn)。

3.入庫(kù)流程為：待驗(yàn)——檢驗(yàn)——入庫(kù)。其中待驗(yàn)環(huán)節(jié)主要是核對(duì)物料信息（外包裝銘牌）以及抽樣檢查數(shù)量；檢驗(yàn)為全檢。

4.出庫(kù)分為領(lǐng)料和銷售出庫(kù)兩種。

5.領(lǐng)料流程為：技術(shù)中心下發(fā) BOM 清單——PMC 部做計(jì)劃單，發(fā)送領(lǐng)料單——庫(kù)管發(fā)料——生產(chǎn)配套區(qū) 6.銷售流程為：營(yíng)銷公司——運(yùn)輸中心——庫(kù)管 7.入庫(kù)數(shù)據(jù)為人工在 ERP 軟件中錄入對(duì)應(yīng)號(hào)碼。

分析 ：

1.出入庫(kù)數(shù)據(jù)需人工在 ERP 軟件中錄入，較繁瑣。

2.倉(cāng)庫(kù)堆料為人工，存在擺放不合理以及快速查找響應(yīng)慢等問(wèn)題。

2.2 生產(chǎn) 調(diào)研情況 ：

1.有 11 條產(chǎn)線，每條產(chǎn)線獨(dú)立工作。

2.每條產(chǎn)線的生產(chǎn)情況由人工統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)為小黑板展示，在后臺(tái)為人工輸入電腦。

3.華為專線生產(chǎn)線有 MES 系統(tǒng)，并配套掃碼槍。

4.PCM 部向生產(chǎn)部門下發(fā)總生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)部門根據(jù)實(shí)際產(chǎn)線情況制定排產(chǎn)計(jì)劃。

5.PCM 部下發(fā)的 BOM 清單會(huì)在生產(chǎn)部做一次比對(duì)，如果發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題則反追溯；如果沒(méi)問(wèn)題，則實(shí)施配料。

6.新產(chǎn)線數(shù)據(jù)目前已做到在上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，使用的是設(shè)備配套的軟件，讀取的信息類型較豐富；舊產(chǎn)線數(shù)據(jù)能否讀取尚不清楚。

7.新產(chǎn)線設(shè)備的數(shù)據(jù)傳遞口為 LAN 口。

分析 ：

1.PLM 系統(tǒng)產(chǎn)生的 BOM 清單在修改時(shí)，由于系統(tǒng)間傳遞信息的時(shí)間不對(duì)稱，會(huì)造成生產(chǎn)部門的 BOM 清單與最新的 BOM 清單不匹配的問(wèn)題，使配料環(huán)節(jié)產(chǎn)生問(wèn)題。

2.華為專線的 MES 系統(tǒng)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員反應(yīng)，并不好用，原因有幾點(diǎn)：

a)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確，主要原因?yàn)閽叽a槍有時(shí)讀取不到產(chǎn)品信息。

b)MES 系統(tǒng)上線倉(cāng)促，在流程和功能匹配度上存在問(wèn)題。

2.3 其他 1.提供制造前端的物理量數(shù)據(jù)采集；如各類傳感器數(shù)據(jù)。

2.提供制造前端各種設(shè)備（裝備）的狀態(tài)數(shù)據(jù)、過(guò)程數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)等關(guān)心的數(shù)據(jù)采集（針對(duì)現(xiàn)階段沒(méi)有的設(shè)備）

3.提供制造前端所需的數(shù)據(jù)錄入和搜集所需的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)人工錄入信息的采集。

4.保證數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的數(shù)據(jù)傳輸安全。

5.保證設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)后的工作狀態(tài)可靠和信息安全。

6.提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、分析等所需的軟件。

7.提供該數(shù)據(jù)平臺(tái)與其他應(yīng)用系統(tǒng)集成時(shí)所需的軟件接口。

8.數(shù)據(jù)采集前端的類型、數(shù)量能夠在不影響原有數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展。

9.數(shù)據(jù)接口完全開(kāi)發(fā)，具備自生長(zhǎng)和可擴(kuò)展性。

3.企業(yè)信息化 現(xiàn)狀 分析 現(xiàn)狀：

1.具備五個(gè)系統(tǒng)，分別是：ERP（金蝶 K3，12.3 版）、OA（大通 2015）、PLM（金蝶 13.1 版）、條形碼系統(tǒng)、MES 系統(tǒng)。

2.ERP 系統(tǒng)上線于 2007 年，功能：

a)供應(yīng)鏈 b)生產(chǎn)制造（生產(chǎn)計(jì)劃、BOM 清單、車間管理）

c)財(cái)務(wù)結(jié)算 d)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（與 PLM 系統(tǒng)的 BOM 清單同步）

3.OA 系統(tǒng)上線于 2015 年，功能：

a)審批流 b)財(cái)務(wù)報(bào)銷

c)初步的 BI 分析（財(cái)務(wù)報(bào)表）

d)集成應(yīng)用（物資借用、付款申請(qǐng)、基礎(chǔ)資料）

4.PLM 系統(tǒng)上線于 2014 年，功能：

a)資料電子化（審批流程）

b)資料數(shù)據(jù)化（BOM）

c)物料申請(qǐng)（與 ERP 系統(tǒng)同步）

d)項(xiàng)目管理（下一步目標(biāo)）

5.條形碼系統(tǒng)上線于 2005 年，功能：

a)成品下線、質(zhì)檢、出入庫(kù)、售后 b)物料信息、出入庫(kù)單與 ERP 系統(tǒng)同步 6.MES 系統(tǒng)上線于 2015 年，功能：

a)SMT 管理（追溯物料，板卡與批次綁定）

b)DIP（插件）追溯 c)組測(cè)包（生產(chǎn)過(guò)程管控）

d)庫(kù)存發(fā)貨管理 e)物料信息、出入庫(kù)單、BOM 與 ERP 系統(tǒng)同步 分析 ：

1.所有系統(tǒng)以 ERP 系統(tǒng)為核心，其余系統(tǒng)與 ERP 系統(tǒng)進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)交互，由于各系統(tǒng)中有自己獨(dú)立的流程，所以在數(shù)據(jù)共時(shí)性上會(huì)存在數(shù)據(jù)同步的問(wèn)題。

2.每個(gè)系統(tǒng)有獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)和自身的數(shù)據(jù)格式，在進(jìn)行系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳遞時(shí)有報(bào)錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)（目前九州內(nèi)部采用各系統(tǒng)中加審批流程來(lái)進(jìn)行規(guī)避）。

4.智能 制造 方案 4.1 系統(tǒng) 架構(gòu)

工業(yè)人工智能引擎生產(chǎn)計(jì)劃管理平臺(tái)集中采購(gòu)管理平臺(tái)物料管理平臺(tái)生產(chǎn)過(guò)程管理平臺(tái)生產(chǎn)質(zhì)量管理平臺(tái)生產(chǎn)測(cè)試管理平臺(tái)用電側(cè)能耗管理平臺(tái)MES系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)維平臺(tái)……存儲(chǔ)服務(wù) 計(jì)算服務(wù)工業(yè)大數(shù)據(jù)中心工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)電子測(cè)量系統(tǒng)智能裝備 自動(dòng)化設(shè)備 機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用層數(shù)據(jù)層現(xiàn)場(chǎng)層圖 4-1 數(shù)字化制造系統(tǒng)架構(gòu)圖 按照工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建數(shù)字系統(tǒng)的思路，數(shù)字化工廠的總體框架和子系統(tǒng)劃分定義如下圖所示：

圖 4-2 數(shù)字化工廠的總體框架 上圖給出了該車間可能用到的系統(tǒng)模塊。按照功能關(guān)系劃分為三大部分，每一個(gè)部分的功能也稍作了細(xì)化。

子系統(tǒng) 1.1~1.8 都是部署在現(xiàn)場(chǎng)的各種軟硬件系統(tǒng)。

子系統(tǒng) 2.1 是大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

子系統(tǒng) 3.1~3.7 是應(yīng)用軟件系統(tǒng)。

需要指出：1.1~1.8 之外，還可以擴(kuò)展其他的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，只要其數(shù)據(jù)接口和通信協(xié)議與大數(shù)據(jù)平臺(tái)的要求相符即可；3.1~3.7 之外，還可以擴(kuò)展其他應(yīng)用管理系統(tǒng)，包括 ERP、OA 等相關(guān)功能都可以在這一層實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。

4.2 子系統(tǒng) 耦合關(guān)系分析 表 4-1 子系統(tǒng)耦合關(guān)系表

從耦合關(guān)系可以看出，前端系統(tǒng)（1.x）各個(gè)部分之間耦合很小，應(yīng)用系統(tǒng)（3.x）各個(gè)部分之間的耦合也很小。所有的耦合關(guān)系都集中在大數(shù)據(jù)平臺(tái)，因此大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)是最為關(guān)鍵的步驟。

4.3 工業(yè) 大數(shù)據(jù)中心 方案 4.3.1 工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái) 框架 4.數(shù)據(jù)中心各類數(shù)據(jù)庫(kù)（關(guān)系、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器計(jì)算服務(wù)器3.數(shù)據(jù)網(wǎng)1.前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.工業(yè)防火墻1.前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.工業(yè)防火墻1.前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.工業(yè)防火墻1.前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.工業(yè)防火墻 …… …… 企業(yè)網(wǎng)其他應(yīng)用系統(tǒng)（MES、ERP、CRM、PDM、PLM等）圖 4-3 工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)一般性框架 工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)分為三部分：

1.前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：包括數(shù)據(jù)采集器、嵌入式軟硬件、已經(jīng)必要的數(shù)據(jù)調(diào)理設(shè)備等。實(shí)現(xiàn)前端的各種數(shù)據(jù)提取，并進(jìn)行傳輸編碼、協(xié)議封裝等

預(yù)處理工作。

2.工業(yè)防火墻：實(shí)現(xiàn)前端設(shè)備與數(shù)據(jù)網(wǎng)中其他設(shè)備之間的隔離，以保護(hù)設(shè)備本身工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠，不受威脅。PLC、RTU 等設(shè)備在過(guò)去一般是不接入網(wǎng)絡(luò)的，自然也不需要安全防護(hù)，但在數(shù)字化工廠建設(shè)的大背景下，設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)是不可回避的問(wèn)題，因此安全隔離自然也成為必須要考慮的要素。

3.數(shù)據(jù)網(wǎng)：指工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種傳輸協(xié)議，常見(jiàn)的有 RS485、MODBUS 等總線形式，大多數(shù)采用通用的協(xié)議控制器連接即可，技術(shù)很成熟，不再贅述。

4.數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)中心的主要任務(wù)是:1）數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 2）數(shù)據(jù)計(jì)算 3）數(shù)據(jù)請(qǐng)求服務(wù)響應(yīng)。在數(shù)字化工廠建設(shè)的背景下，要求各個(gè)業(yè)務(wù)端的數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)流轉(zhuǎn)、實(shí)時(shí)交叉分析，對(duì)數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系和時(shí)間關(guān)系的正確性提出了嚴(yán)格的要求，只有用大數(shù)據(jù)技術(shù)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整體統(tǒng)籌才能解決這個(gè)問(wèn)題。同時(shí)，鑒于數(shù)字化工廠網(wǎng)智能工廠進(jìn)化的過(guò)程中，需要不斷的增加各種數(shù)據(jù)，添加系統(tǒng)功能等，這要求數(shù)據(jù)平臺(tái)具有可擴(kuò)展性，或者稱之為自生長(zhǎng)性。因此，本案采用大數(shù)據(jù)架構(gòu)來(lái)搭建數(shù)據(jù)中心，可以保證系統(tǒng)良好的開(kāi)放性，為未來(lái)擴(kuò)展做好準(zhǔn)備。

4.3.2 工業(yè) 大數(shù)據(jù)平臺(tái) 特點(diǎn) 該數(shù)據(jù)平臺(tái)架構(gòu)的主要特點(diǎn)有：

1.采用大數(shù)據(jù)平臺(tái)架構(gòu)，保證系統(tǒng)的開(kāi)放性。如此一來(lái)，其他的數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)都可以隨時(shí)方便的接入到該平臺(tái)上。同時(shí)，也可以保證整個(gè)系統(tǒng)的功能可擴(kuò)展性。因此，這是一個(gè)可生長(zhǎng)的平臺(tái)。

2.引入工業(yè)防火墻。在保證數(shù)據(jù)采集全面的情況下，兼顧設(shè)備運(yùn)行的安全性。制造型企業(yè)設(shè)備運(yùn)行可靠性一旦受到威脅，其后果和損失十分巨大，因此必須仔細(xì)考慮前端的信息安全防護(hù)。

3.采用分布式計(jì)算架構(gòu)。有兩層含義：1）采集前端部署計(jì)算資源，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集所需的信號(hào)處理、協(xié)議封裝、數(shù)據(jù)預(yù)處理或必要的實(shí)時(shí)處理進(jìn)行直接計(jì)算，將結(jié)果直接反饋給數(shù)據(jù)中心；2）數(shù)據(jù)中心中，采用虛擬化的方法，實(shí)現(xiàn)并行的分布式計(jì)算，提高系統(tǒng)運(yùn)行和計(jì)算效率。

4.平臺(tái)軟件采用 SOA 架構(gòu)。以服務(wù)為中心，將數(shù)據(jù)與應(yīng)用軟件剝離開(kāi)，在軟件功能增加、修改的時(shí)候不影響數(shù)據(jù)；使系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性大大增強(qiáng)。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)層系統(tǒng) 4.4.1 數(shù)據(jù) 采集方案 4.4.1.1 生產(chǎn) 數(shù)據(jù)采集 生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括但不限于：

1)產(chǎn)品型號(hào) 2)產(chǎn)品批次號(hào) 3)產(chǎn)品原料來(lái)源 4)產(chǎn)品數(shù)量 5)產(chǎn)品質(zhì)檢結(jié)論 6)產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間戳 數(shù)字化工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集來(lái)源于四種：

1)設(shè)備自讀?。壕邆渫ㄐ沤涌诘脑O(shè)備有自帶軟件將產(chǎn)品生產(chǎn)信息導(dǎo)出，該數(shù)據(jù)的格式存在不確定性，可能需要規(guī)約之后放入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2)傳感器采集：在生產(chǎn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)加裝傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這種方式應(yīng)科學(xué)規(guī)劃傳感器的部署，否則可能會(huì)造成數(shù)據(jù)記錄遺漏或錯(cuò)誤。

3)電子計(jì)數(shù)設(shè)備：例如掃碼槍等，其原理與(2)類似。

4)其他系統(tǒng)導(dǎo)入：通過(guò)開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口，從其他系統(tǒng)導(dǎo)入或?qū)С觥?/p>

4.4.1.2 設(shè)備 數(shù)據(jù)采集 設(shè)備數(shù)據(jù)包括但不限于：

1)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)：來(lái)源于設(shè)備本身，以時(shí)間戳來(lái)標(biāo)示 2)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)：異常信息記錄 3)設(shè)備檔案數(shù)據(jù)：設(shè)備 PDM 系統(tǒng) 4)設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)：設(shè)備保養(yǎng)、維修數(shù)據(jù)記錄 4.4.1.3 環(huán)境 數(shù)據(jù)采集 環(huán)境數(shù)據(jù)的采集有三種：

1.無(wú)線 傳感模塊

無(wú)線傳感模塊集成了大量傳感器，如：煙霧傳感器、灰塵傳感器、濕度

傳感器、溫度傳感器、熱釋電傳感器、光線傳感器、氣體傳感器等。其通信方式采用 WIFI、ZigBee、MQTT 等，根據(jù)需要也可采用有線以太網(wǎng)通信的方式。

模塊由嵌入式處理器控制，尺寸小巧，架設(shè)方便。在接入網(wǎng)絡(luò)后直接將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)采集上傳至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景不限于安防、環(huán)境監(jiān)控、工廠虛擬再現(xiàn)等。

圖 4-4 無(wú)線傳感器模塊 2.生物 識(shí)別

生物識(shí)別技術(shù)，常見(jiàn)的是指紋、虹膜、臉相等一系列生物特征提取和識(shí)別方法。本案中，采用人體手掌靜脈識(shí)別技術(shù)作為身份識(shí)別和授權(quán)依據(jù)，具有更高的安全性。

該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1)活體識(shí)別：掌靜脈圖像只有活體才有，非活體是得不到掌靜脈特征的；因此無(wú)法偽造。

2)無(wú)損傷：采用非接觸式被動(dòng)方法獲取生物內(nèi)部特征，對(duì)生物體無(wú)任何損害。

3)安全級(jí)別高：由于無(wú)法偽造，且提取的是生物體的內(nèi)部特征，其總體安全級(jí)別是目前所有生物識(shí)別技術(shù)中安全級(jí)別最高的一種。

生物識(shí)別技術(shù)可用于車間出入人員管理，設(shè)備使用授權(quán)等，其授權(quán)記錄也被納入大數(shù)據(jù)平臺(tái)中。

3.室內(nèi) 定位

Position 室內(nèi)定位系統(tǒng)采用超寬帶技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員動(dòng)行動(dòng)軌跡進(jìn)行記錄。其接入點(diǎn)可達(dá)上萬(wàn)個(gè)，選用多維定位模式，定位精度達(dá)到厘米級(jí)并提供開(kāi)放的軟件接口。

在車間安防應(yīng)用中，其采集的數(shù)據(jù)可用軌跡回溯、互監(jiān)放單，多樣報(bào)警等。在保密性較高的場(chǎng)合尤為適用。

4.4.1.4 數(shù)據(jù) 服務(wù) ? 數(shù)據(jù)庫(kù)

制造現(xiàn)場(chǎng)屬離散制造，其數(shù)據(jù)基數(shù)適中，可采用 Orale 或 Mssql 數(shù)據(jù)庫(kù)

作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。Mssql 可搭建于 Windows Server 操作系統(tǒng)上，便于后期維護(hù)管理。

數(shù)據(jù)庫(kù)采用主備架構(gòu)，該架構(gòu)可提供了一個(gè)高效、全面的災(zāi)難恢復(fù)和高可用性解決方案。自動(dòng)故障切換和易于管理的轉(zhuǎn)換功能允許主數(shù)據(jù)庫(kù)和備用數(shù)據(jù)庫(kù)之間的快速角色轉(zhuǎn)換，從而使主數(shù)據(jù)庫(kù)因計(jì)劃中和計(jì)劃外的中斷所導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間減到最少。主備數(shù)據(jù)庫(kù)可在兩臺(tái)服務(wù)器上分別布置，見(jiàn)下圖：

圖 4-5 Oracle Data Guard 系統(tǒng) ? 工業(yè) 防火墻

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)智能設(shè)備的安全防護(hù)是必不可少的，在通信技術(shù)高速發(fā)展，設(shè)備智能化不斷提高的同時(shí)，也帶來(lái)了安全隱患。

尤其是在自動(dòng)化程度較高的制造現(xiàn)場(chǎng)，如果設(shè)備受到惡意代碼的攻擊，其帶來(lái)的損失將不堪設(shè)想。所以，在設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)接口之間架設(shè)工業(yè)防火墻是十分必要的。

工業(yè)防火墻的目的是提供一套可控、可靠、可管理的工控網(wǎng)絡(luò)縱深安全防御體系。工控防火墻可信網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)的功能包括：檢測(cè)流經(jīng)的異常數(shù)據(jù)，收集、管理黑白名單、智能學(xué)習(xí)、漏洞挖掘和制定相應(yīng)安全策略。結(jié)合監(jiān)控、審計(jì)模塊，有效組織惡意攻擊的滲透，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作站的“白環(huán)境”。

圖 4-6 工業(yè)控制系統(tǒng)安全保障體系 4.4.2 機(jī)器 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng) 4.4.2.1 總體 架構(gòu) 完整的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：現(xiàn)場(chǎng)工作站、視覺(jué)算法層以及數(shù)據(jù)中心。

首先是現(xiàn)場(chǎng)工作站，它是視覺(jué)檢測(cè)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是整個(gè)軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。現(xiàn)場(chǎng)工作站主要由一些光學(xué)設(shè)備及自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)構(gòu)成。光學(xué)系統(tǒng)一般包括工業(yè)相機(jī)、光源、棱鏡等。工業(yè)相機(jī)一般采用觸發(fā)式，由檢測(cè)平臺(tái)發(fā)出的信號(hào)觸發(fā)拍照。自動(dòng)化設(shè)備主要負(fù)責(zé)傳送帶運(yùn)行和篩選環(huán)境，這部分可以根據(jù)實(shí)際情況簡(jiǎn)化。光學(xué)系統(tǒng)的選型和布置是和待測(cè)件密切相關(guān)的，應(yīng)根據(jù)待測(cè)件的狀態(tài)選擇合適的光學(xué)配置，這樣就可以減少軟件系統(tǒng)在處理過(guò)程中的壓力，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

高性能電腦則是視覺(jué)算法的載體，它將負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)相機(jī)通信，獲取圖片，并執(zhí)行檢測(cè)。除此之外，它還負(fù)責(zé)將檢測(cè)結(jié)果反饋給控制器，并如對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，則可能需要高性能的處理器及 GPU。視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)總體方案見(jiàn)下圖：

圖 4-7 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)總體方案 4.4.2.2 工作 流程 當(dāng)物料經(jīng)過(guò)相機(jī)時(shí)，傳感器將觸發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)通知相機(jī)進(jìn)行拍照。視覺(jué)軟件的數(shù)據(jù)接收線程將通過(guò)千兆以太網(wǎng)或 USB 從相機(jī)中異步獲取圖片數(shù)據(jù)。在實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合，相機(jī)應(yīng)根據(jù)需要慎重選擇。圖片的分辨率、清晰度、物體在圖中的大小、圖像曝光度及圖像的顏色通道等都應(yīng)該被綜合考慮，拍攝的照片應(yīng)盡可能的減少圖像算法的預(yù)處理工作量，以保證對(duì)運(yùn)行時(shí)間的優(yōu)化集中在軟件層面，下圖為 LED 視覺(jué)檢測(cè)流程示意：

圖 4-8 LED 視覺(jué)檢測(cè)軟件流程圖 軟件將在現(xiàn)場(chǎng)終端上實(shí)現(xiàn)。在收到圖片信息后，接收線程準(zhǔn)備異步讀取下一張圖片，并等待殘次檢測(cè)完畢。同時(shí)，缺陷檢測(cè)線程池內(nèi)的線程將被激活，開(kāi)始對(duì)圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，圖形算法的主體將在此過(guò)程中完成。

線程池采用等待句柄保持同步，即當(dāng)某一線程執(zhí)行完畢后將結(jié)果放入傳輸隊(duì)列，隨即被掛起，等待其他所有線程進(jìn)入終止態(tài)。當(dāng)所有檢測(cè)線程進(jìn)入終止態(tài)后，數(shù)據(jù)處理線程被激活，同時(shí)觸發(fā)下一次圖像采集。

數(shù)據(jù)處理線程將在第一時(shí)間判斷是否存在瑕疵，根據(jù)瑕疵優(yōu)先級(jí)向 PLC 發(fā)出對(duì)應(yīng) NG 信號(hào)，數(shù)據(jù)同時(shí)被送往其他線程。這些數(shù)據(jù)包括每項(xiàng)檢測(cè)的基本參數(shù)指標(biāo)、瑕疵品的細(xì)節(jié)參數(shù)、時(shí)間戳以及產(chǎn)品批次等信息。這些數(shù)據(jù)將存放在大數(shù)據(jù)中心，供其他系統(tǒng)調(diào)用，向企業(yè)管理者和工藝人員提供產(chǎn)線狀態(tài)報(bào)告。

4.4.2.3 數(shù)據(jù) 集成 圖 4-9 視覺(jué)系統(tǒng)在企業(yè)生態(tài)圈示意圖 機(jī)器視覺(jué)核心是視覺(jué)算法，而經(jīng)過(guò)的復(fù)雜算法產(chǎn)出的珍貴數(shù)據(jù)應(yīng)該被充分的利用起來(lái)。將檢測(cè)結(jié)果發(fā)給自動(dòng)化設(shè)備完成視覺(jué)篩選是視覺(jué)系統(tǒng)的主要職責(zé)，但是這樣并沒(méi)有對(duì)產(chǎn)品出現(xiàn)殘次的根源進(jìn)行進(jìn)一步的挖掘。所以視覺(jué)算法產(chǎn)出的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)被放入企業(yè)數(shù)據(jù)中心，從中提取有用數(shù)據(jù)。

例如，對(duì)于每件檢測(cè)到的殘次品，它的批次、產(chǎn)品制造工藝、原料供應(yīng)商、缺陷類型、缺陷程度、生產(chǎn)人員等信息都將在數(shù)據(jù)中心中體現(xiàn)。其中視覺(jué)系統(tǒng)提供與缺陷相關(guān)的參數(shù)，這便和企業(yè)原有的產(chǎn)品管理、供應(yīng)商管理、客戶管理、制造執(zhí)行等系統(tǒng)互聯(lián)起來(lái)。通過(guò)分布式計(jì)算從中發(fā)掘出有用的信息，從而進(jìn)一步提升產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

4.4.2.4 實(shí)際 應(yīng)用 激光 IO 觸發(fā)的方式通常要求機(jī)械臂在抓取待測(cè)件前待測(cè)件的姿態(tài)保持固定。因?yàn)橄到y(tǒng)中不存在反饋，機(jī)械臂只知道有待測(cè)件進(jìn)入測(cè)試區(qū)域，并不知道待測(cè)件的姿態(tài)，這就要求在傳送帶末端設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)是的 IO 觸發(fā)時(shí)被測(cè)件處于特定姿態(tài)，讓機(jī)械臂進(jìn)行準(zhǔn)確的抓取和放置。

圖 4-10 待測(cè)物體識(shí)別 圖 4-11 抓取位置獲取 引入機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。機(jī)器人和工業(yè)相機(jī)的結(jié)合使整套系統(tǒng)形成了一個(gè)閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)。無(wú)論待測(cè)件以什么姿態(tài)進(jìn)入，工業(yè)相機(jī)和機(jī)械臂都可形成一條的反饋回路，實(shí)時(shí)追蹤被測(cè)件的位置和姿態(tài)，從特定的位置抓起被測(cè)件并插入測(cè)試槽中。即使有多個(gè)被測(cè)件進(jìn)入，視覺(jué)系統(tǒng)也能從容應(yīng)對(duì)。如有雜物進(jìn)入識(shí)別區(qū)，還可將其識(shí)別觸發(fā)報(bào)警，避免可能帶來(lái)的損失。

針對(duì)本案，測(cè)試平臺(tái)可采用固定式相機(jī)搭配線性光源的結(jié)構(gòu)，易于安裝和配置。視覺(jué)系統(tǒng)同樣采用千兆以太網(wǎng)通信，其數(shù)據(jù)吞吐量大，不但可以與機(jī)械臂協(xié)同工作，還可以將出現(xiàn)的異?；驕y(cè)試不過(guò)的圖像信息經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)送至云端數(shù)據(jù)中心。

視覺(jué)機(jī)器人系統(tǒng)可以充分發(fā)揮信息自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)與大數(shù)據(jù)平臺(tái)和 MES系統(tǒng)對(duì)接，為技術(shù)人員提供完備的數(shù)據(jù)流，從而形成更加系統(tǒng)的測(cè)試體系。

4.4.3 生產(chǎn) 測(cè)試 管理平臺(tái) 4.4.3.1 總體 框架 圖 4-12 測(cè)試互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu) 從圖中可以看到，每個(gè)測(cè)試臺(tái)被當(dāng)做一個(gè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)終端，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，構(gòu)成測(cè)試互聯(lián)網(wǎng)。

測(cè)試臺(tái)之間通過(guò)通用的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，而每一個(gè)測(cè)試臺(tái)內(nèi)部則采用 VISA（Virtual Instrument Software Architecture）協(xié)議實(shí)現(xiàn)控制指

令和數(shù)據(jù)交互，而支持的主要總線形式包括 RS232、RS485、USB、GPIB、TCP/IP等。

系統(tǒng)的功能邏輯關(guān)系見(jiàn)下圖：

測(cè)試臺(tái)1測(cè)試上位機(jī)及自動(dòng)測(cè)試軟件VISA測(cè)試儀器溫箱其他測(cè)試設(shè)備測(cè)試臺(tái)2測(cè)試上位機(jī)及自動(dòng)測(cè)試軟件VISA測(cè)試儀器溫箱其他測(cè)試設(shè)備測(cè)試臺(tái)n測(cè)試上位機(jī)及自動(dòng)測(cè)試軟件VISA測(cè)試儀器溫箱其他測(cè)試設(shè)備… … 交換機(jī)安全隔離數(shù)字化工廠數(shù)據(jù)平臺(tái) 測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù) 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù) 其他數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器圖 4-13 測(cè)試互聯(lián)網(wǎng)功能邏輯框圖 4.4.3.2平臺(tái) 功能 在數(shù)字化工廠的測(cè)試管理平臺(tái)不能單純的當(dāng)做一個(gè)個(gè)獨(dú)立工作的測(cè)試臺(tái)來(lái)考慮，另外，測(cè)試管理平臺(tái)的軟件功能也不再只是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的自動(dòng)化測(cè)試和數(shù)據(jù)采集，而是應(yīng)當(dāng)把被測(cè)產(chǎn)品的信息、測(cè)試工具管理、測(cè)試數(shù)據(jù)管理、測(cè)試任務(wù)管理等功能進(jìn)行融合，滿足測(cè)試工作在數(shù)字化工廠運(yùn)作方式中的要求。

本案的測(cè)試管理平臺(tái)軟件的主要功能有：

1.測(cè)試任務(wù)管理功能：根據(jù)生產(chǎn)的需要，對(duì)指定型號(hào)的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試任務(wù)定義和下發(fā)，并跟蹤測(cè)試過(guò)程，檢查測(cè)試任務(wù)進(jìn)展的狀態(tài)。

2.被測(cè)產(chǎn)品信息管理：將被測(cè)產(chǎn)品與測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，便于未來(lái)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)與產(chǎn)品之間的交叉分析。如果企業(yè)已有 PDM 系統(tǒng)，則可以與之對(duì)接，直接使用其提供的產(chǎn)品信息。

3.測(cè)試軟件工具集成化管理：該軟件平臺(tái)提供一個(gè)綜合的集成圖形界面，將測(cè)試過(guò)程中需要使用的各種測(cè)試工具都“包”在該界面中，類似于一

個(gè)軟件容器，用戶可以通過(guò)該用戶界面對(duì)測(cè)試工具進(jìn)行訪問(wèn)，避免測(cè)試工具的碎片化，易于管理。且測(cè)試工具的添加和刪除可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行增減。

4.測(cè)試設(shè)備狀態(tài)管理：產(chǎn)線中的測(cè)試設(shè)備由于使用頻率高，維護(hù)頻率也遠(yuǎn)高于研發(fā)使用場(chǎng)景。該軟件同時(shí)提供測(cè)試設(shè)備的健康狀態(tài)管理，以協(xié)助用戶對(duì)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行維修、校準(zhǔn)等維護(hù)。

5.測(cè)試數(shù)據(jù)管理：該軟件以大數(shù)據(jù)架構(gòu)的工業(yè)數(shù)據(jù)平臺(tái)作為數(shù)據(jù)管理支撐，為用戶提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、導(dǎo)出、計(jì)算等功能。

6.測(cè)試數(shù)據(jù)分析功能：為用戶提供數(shù)據(jù)的常見(jiàn)統(tǒng)計(jì)、交叉、可視化等處理軟件工具。

7.自動(dòng)報(bào)表功能：自動(dòng)生成用戶需要的測(cè)試報(bào)告，并自動(dòng)存入數(shù)據(jù)平臺(tái)中，便于未來(lái)查閱和追溯。

測(cè)試數(shù)據(jù)管理平臺(tái)軟件界面截圖如下：

圖 4-14 測(cè)試數(shù)據(jù)管理平臺(tái)軟件截圖 4.4.3.3平臺(tái) 特點(diǎn) 1.是一個(gè)完全按照數(shù)字化工廠需求設(shè)計(jì)的基于互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的測(cè)試平臺(tái)。

2.采用 VISA 架構(gòu)設(shè)計(jì)測(cè)試工具軟件，對(duì)儀器設(shè)備的型號(hào)有廣泛的支持性。

3.采用分布式部署架構(gòu)，特別適合生產(chǎn)測(cè)試場(chǎng)景。

4.集成化的測(cè)試工具和數(shù)據(jù)管理客戶端軟件，將生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中的各種過(guò)程數(shù)據(jù)采集工具都進(jìn)行了整合，避免了工具的碎片化。

5.以大數(shù)據(jù)架構(gòu)的數(shù)據(jù)平臺(tái)支撐測(cè)試數(shù)據(jù)的后處理，可以很方便的與工廠的數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接和融合。

6.系統(tǒng)架構(gòu)為開(kāi)放式。可以不影響原有系統(tǒng)工作的情況下自由的增加測(cè)試臺(tái)或測(cè)試軟件工具。

7.是一個(gè)以測(cè)試數(shù)據(jù)為核心設(shè)計(jì)的測(cè)試管理平臺(tái)。一開(kāi)始的時(shí)候就是為測(cè)試數(shù)據(jù)的采集和利用設(shè)計(jì)的，數(shù)據(jù)的后處理功能和可擴(kuò)展性好。

8.儀器驅(qū)動(dòng)層為開(kāi)放式設(shè)計(jì)。可以很方便的添加新的儀器型號(hào)，或利用原有的儀器設(shè)備，而不需要對(duì)測(cè)試流程管理軟件進(jìn)行修改。

9.SOA 軟件架構(gòu)。

4.4.3.4 操作 自動(dòng)化 方案 操作自動(dòng)化的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)將待測(cè)件從傳送帶入口到測(cè)試平臺(tái)再到傳送帶出口的過(guò)程。整個(gè)過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，結(jié)合自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人測(cè)試。

圖 4-15 自動(dòng)測(cè)試流程圖 當(dāng)被測(cè)件加工完畢后，從傳送帶上被分配到測(cè)試子系統(tǒng)，在進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)范圍后通過(guò)激光或機(jī)器視覺(jué)發(fā)出一個(gè)就位信號(hào)。這時(shí)機(jī)械臂開(kāi)始動(dòng)作，將待測(cè)件抓起，準(zhǔn)確放置到指定地點(diǎn)，測(cè)試過(guò)程啟動(dòng)。測(cè)試完成后將返回測(cè)試結(jié)果，如果不通過(guò)則機(jī)械臂將其分配到殘次品流水線，合格則分配到良品流水線。在這期間產(chǎn)生的所有流程數(shù)據(jù)、測(cè)試數(shù)據(jù)都將被記錄。

圖 4-16 自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖 采用工業(yè)機(jī)器人作為生產(chǎn)與自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)間的橋梁，不僅可以提高效率，還為今后進(jìn)一步升級(jí)改造打下了基礎(chǔ)，其帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)主要有：

1)快速、準(zhǔn)確、高效； 2)便于集成，提供以太網(wǎng)口，可與大數(shù)據(jù)平臺(tái)及 MES 系統(tǒng)高效融合； 3)安裝角度自定； 4)編程門檻低，靈活度高，可根據(jù)具體需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)； 5)可搭配機(jī)器視覺(jué)等子系統(tǒng)，持續(xù)升級(jí)。

工業(yè)領(lǐng)域中使用的四軸、六軸的小型機(jī)器人已具有很高的靈活性和快速性，同時(shí)兼顧了準(zhǔn)確性，其重復(fù)定位精度通常可達(dá)±0.02mm，可滿足九州公司中對(duì)測(cè)試件抓取、放置，甚至接插的需求。

小型機(jī)器人的負(fù)載通常在 3KG 至 10KG，可根據(jù)待測(cè)件類型進(jìn)行考慮，如成品測(cè)試通常比板測(cè)要求負(fù)載量更大。末端的抓取結(jié)構(gòu)可根據(jù)被測(cè)件選用機(jī)器爪或真空氣泵，在對(duì)空氣氣體潔凈度需求較高的場(chǎng)合，通常選用前者，當(dāng)然也可以選用實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的機(jī)械臂。

4.4.3.5 測(cè)試 自動(dòng)化方案 測(cè)試臺(tái)的自動(dòng)化主要通過(guò)兩個(gè)渠道來(lái)實(shí)現(xiàn)：

1.通過(guò)矩陣開(kāi)關(guān)和適配器實(shí)現(xiàn)被測(cè)件和測(cè)試設(shè)備之間連線關(guān)系的自動(dòng)化切換。

2.通過(guò)軟件控制被測(cè)件、矩陣開(kāi)關(guān)、適配器和測(cè)試儀器實(shí)現(xiàn)測(cè)試流程，完成自動(dòng)化的測(cè)試和數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)數(shù)據(jù)通信接口將測(cè)試數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心。

測(cè)試臺(tái)的系統(tǒng)邏輯構(gòu)成框圖如下：

圖 4-17 測(cè)試臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成邏輯框圖 測(cè)試平臺(tái)為面向各種不同型號(hào)的被測(cè)件，需要充分考慮被測(cè)信號(hào)與測(cè)試儀表的連接和路由問(wèn)題。通常采取通用開(kāi)關(guān)矩陣解決測(cè)試信號(hào)與儀表的路由問(wèn)題、采取專用適配器解決被測(cè)件信號(hào)與通用開(kāi)關(guān)矩陣連接問(wèn)題。示意圖如下：

圖 4-18 通用開(kāi)關(guān)矩陣及適配網(wǎng)絡(luò)路由方式示意圖 開(kāi)關(guān)矩陣采用 MxN 的網(wǎng)絡(luò)形式，可以將開(kāi)關(guān)矩陣兩側(cè)的任意兩個(gè)端口或多個(gè)端口進(jìn)行路由和導(dǎo)通。為控制矩陣規(guī)模和可靠性考慮，將測(cè)試信號(hào)按頻率的高低進(jìn)行劃分，高頻信號(hào)配備高頻開(kāi)關(guān)矩陣網(wǎng)絡(luò)，低頻信號(hào)配備低頻開(kāi)關(guān)矩陣網(wǎng)絡(luò)。開(kāi)關(guān)一般由 TTL 電平進(jìn)行控制，而 TTL 電平的產(chǎn)生由控制電路板構(gòu)成?？刂齐娐钒宓妮斎虢涌谑?RS232、GPIB、USB 或 TCP/IP 等常見(jiàn)的 VISA 協(xié)議，其輸出口是GPIO，可以配置為需要的 TTL 電平輸出。

專用適配器作為被測(cè)件與通用開(kāi)關(guān)矩陣的接口轉(zhuǎn)換匹配模塊，可以將不同被測(cè)件的借口類型轉(zhuǎn)換為高頻、低頻信號(hào)連接端口集合，與通用開(kāi)關(guān)矩陣相連。因此，針對(duì)不同型號(hào)的被測(cè)件，需要專門設(shè)計(jì)專用適配網(wǎng)絡(luò)，以匹配不同信號(hào)被測(cè)件的不同接口形式和數(shù)目的要求。專用適配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)示意如下：

圖 4-19 接插線適配器設(shè)計(jì)示意圖 航空電子設(shè)備模塊的接口類型和數(shù)量較多，更換被測(cè)模塊時(shí)相關(guān)的連線操作較為繁瑣和浪費(fèi)時(shí)間。適配器的接口設(shè)計(jì)和特定模塊的接頭類型、位置、數(shù)量相對(duì)應(yīng)的相匹配，將模塊的所有接頭集成在適配器上，通過(guò)操作適配器，一次性完成對(duì)整個(gè)模塊的接插線操作。通過(guò)適配器內(nèi)部的轉(zhuǎn)換，可以將各個(gè)信號(hào)經(jīng)由相對(duì)比較統(tǒng)一的接線簇與通用開(kāi)關(guān)矩陣相連。同時(shí)，可以將各模塊測(cè)試所需的一些外部配件，如衰減器、功分器、合路器、濾波器等集成在專用適配盒內(nèi)，最大程度避免接線難度。

4.5 應(yīng)用層 系統(tǒng) 4.5.1 智能倉(cāng)儲(chǔ) 系統(tǒng) 方案

4.5.1.1 倉(cāng)儲(chǔ) 管理 倉(cāng)庫(kù)管理的目標(biāo)如下：

1.系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)存信息能夠?qū)崟r(shí)地、準(zhǔn)確地共享,方便各部門、科室、人員的查詢和使用。

2.實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)對(duì)物料的信息化管理,將區(qū)位化和等精細(xì)化管理思想運(yùn)用于系統(tǒng)中，相關(guān)人員通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的查詢，均能夠得到所需查詢物料準(zhǔn)確的數(shù)量信息和精確的位置信息。

3.系統(tǒng)的庫(kù)存信息可以實(shí)時(shí)反饋給數(shù)據(jù)流上游的采購(gòu)部門、財(cái)務(wù)部門等,具體信息由系統(tǒng)按規(guī)范格式自動(dòng)生成，從而減少相關(guān)人員對(duì)物料信息的人工輸入，大大降低由人工二次輸入引起的錯(cuò)誤。

4.系統(tǒng)能夠保證信息的安全性，區(qū)分各類人員對(duì)系統(tǒng)的使用范圍和操作權(quán)限，權(quán)責(zé)明晰。

倉(cāng)庫(kù)管理可分為 5 個(gè)主要功能模塊：出入庫(kù)管理、庫(kù)存管理、盤存管理、庫(kù)存預(yù)警管理。

? 出入庫(kù)管理 主要分為出庫(kù)管理和入庫(kù)管理兩個(gè)部分。入庫(kù)管理又可以分為入庫(kù)和入庫(kù)記錄查詢。入庫(kù)是指對(duì)庫(kù)存進(jìn)行一次增加操作，入庫(kù)記錄查詢指的是對(duì)歷史的入庫(kù)操作信息進(jìn)行查詢。出庫(kù)管理與入庫(kù)管理類似，也包括出庫(kù)和出庫(kù)記錄查詢。

圖 4-20 出入庫(kù)管理用例圖 ? 庫(kù)存 管理 庫(kù)存管理模塊主要是對(duì)倉(cāng)庫(kù)信息、物料信息的維護(hù),以及庫(kù)存信息的展示。倉(cāng)庫(kù)信息、物料信息的維護(hù)主要包括倉(cāng)庫(kù)信息和物料信息的添加、刪除、修改等功能。庫(kù)存信息的展示包括當(dāng)前庫(kù)存狀態(tài)以及庫(kù)存查詢統(tǒng)計(jì)和各種報(bào)表生成。其中當(dāng)前庫(kù)存狀態(tài)能提供即時(shí)庫(kù)存；信息查詢要提供對(duì)各類信息的綜合查詢功能，主要包括倉(cāng)庫(kù)基本信息查詢，物料基本信息查詢，庫(kù)存信息查詢以及出入庫(kù)記錄查詢。

圖 4-21 庫(kù)存管理用例圖 其中信息查詢又包括倉(cāng)庫(kù)基本信息查詢，貨物基本信息查詢，庫(kù)存

信息查詢以及出入庫(kù)記錄查詢。

圖 4-22 庫(kù)存信息查詢用例圖 ? 盤存管理：

：

庫(kù)存盤點(diǎn)是庫(kù)存管理的日常工作。該模塊主要分為庫(kù)存盤點(diǎn)和物料報(bào)損兩部分，其中庫(kù)存盤點(diǎn)又包括凍結(jié)盤點(diǎn)和循環(huán)盤點(diǎn)兩種。庫(kù)存盤點(diǎn)提供年終、月終結(jié)算處理；支持按數(shù)量、單價(jià)、金額的明細(xì)核算及統(tǒng)計(jì)分析；完成物料收發(fā)存的成本核算，能夠正確及時(shí)的核算出材料成本；提供暫估入出庫(kù)成本計(jì)算、差異核算、出庫(kù)差異分?jǐn)?、憑證生成等業(yè)務(wù)處理；提供業(yè)務(wù)和財(cái)務(wù)的對(duì)帳功能能與業(yè)務(wù)及財(cái)務(wù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)集成，保證業(yè)務(wù)財(cái)務(wù)信息的一致。

圖 4-23 盤存管理用例圖 ? 庫(kù)存 預(yù)警管理：

適量的庫(kù)存是保證生產(chǎn)不間斷進(jìn)行的重要保證,隨著生產(chǎn)過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行,物料不斷的被消耗。由于物料的采購(gòu)?fù)ǔＲ艿焦┓缴a(chǎn)周期、貨運(yùn)周期等諸多因素的影響,因此從采購(gòu)指令下達(dá)到物料進(jìn)入庫(kù)房之間存在著一個(gè)提前期。所以,物料補(bǔ)充指令的下達(dá)應(yīng)該在提前期之前做出。因此,為了確保在最合適的時(shí)間發(fā)出物料補(bǔ)充指令,從而保證供應(yīng)安全,必須對(duì)庫(kù)存進(jìn)行監(jiān)測(cè)。另一方面,如果有庫(kù)存過(guò)量,會(huì)造成資金的極大占用和浪費(fèi),因此在庫(kù)存管理過(guò)程中,一方面要預(yù)防缺貨的發(fā)生,另一方面還要防止出現(xiàn)庫(kù)存積壓狀態(tài)。

圖 4-24 庫(kù)存預(yù)警管理用例圖 關(guān)于庫(kù)存的控制有多種方法,其中定期訂貨法需要對(duì)庫(kù)存進(jìn)行固定周期的監(jiān)測(cè),由于這種檢測(cè)方法的固有周期性,其監(jiān)測(cè)結(jié)果經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)尚未到達(dá)臨界訂貨點(diǎn)即進(jìn)行補(bǔ)充的狀況；MRP 對(duì)庫(kù)存的控制則是基于對(duì)物料需求進(jìn)行統(tǒng)籌、有效的科學(xué)分析基礎(chǔ)之上的；JIT 則是在庫(kù)存管理高度有效運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下追求零庫(kù)存控制策略。

4.5.1.2 備料 輔助 傳統(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)具有空間利用率低、靈活性差、差錯(cuò)率高、擴(kuò)展性能差、聯(lián)動(dòng)性差等缺點(diǎn)。

在數(shù)字化倉(cāng)庫(kù)建設(shè)中，備料輔助系統(tǒng)（可看做是倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)）的作用是快速存放和取用所需的器件或產(chǎn)品。其結(jié)構(gòu)如下圖：

備料輔助系統(tǒng)自動(dòng)化高架庫(kù) 自動(dòng)化輸送 自動(dòng)物料追蹤 人機(jī)交互 倉(cāng)儲(chǔ)綜合管理端拾器具存儲(chǔ) 端拾器具輸送 端拾器具追蹤 人員操作指示倉(cāng)庫(kù)管理相關(guān)內(nèi)容圖 4-25 備料輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ? 自動(dòng)化高架庫(kù)：用自動(dòng)化堆垛機(jī)、貨架系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物料存??； ? 自動(dòng)化輸送系統(tǒng)：用自動(dòng)化輸送裝備實(shí)現(xiàn)物料的交接和搬運(yùn)； ? 自動(dòng)物料追蹤系統(tǒng)：用 RFID 實(shí)現(xiàn)物料操作過(guò)程的追蹤； 下圖為一個(gè)自動(dòng)化備料系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)圖：

圖 4-26 自動(dòng)化備料系統(tǒng)仿真示意圖 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮的因素有如下：

? 托盤物品：存放對(duì)象、物料重量、物料尺寸等 ? 空托盤垛：存放位置、頂層高度等 ? 組合式貨架：材料、尺寸、間隙等 ? 堆垛機(jī)：載荷參數(shù)、控制方式、速度 ? 輸送機(jī)：AGV 小車參數(shù)、傳送帶參數(shù) 下圖為一個(gè)備料系統(tǒng)硬件組成示意圖：

圖 4-27 自動(dòng)化備料系統(tǒng)物理組成示意圖 自動(dòng)化備料系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)以物料管理系統(tǒng)提供的信息為參考，在生產(chǎn)計(jì)劃階段，下發(fā)命令到倉(cāng)庫(kù)，取料，并更新倉(cāng)儲(chǔ)數(shù)據(jù)；在采購(gòu)階段，物料入庫(kù)數(shù)據(jù)自動(dòng)更新，并反饋給生產(chǎn)計(jì)劃部門以準(zhǔn)備生產(chǎn)。

4.5.2 項(xiàng)目 管理 系統(tǒng) 方案 4.5.2.1 項(xiàng)目 管理 項(xiàng)目管理的一般流程見(jiàn)下圖：

圖 4-28 項(xiàng)目管理一般流程

項(xiàng)目管理包括如下內(nèi)容：

1.項(xiàng)目任務(wù)管理 根據(jù)企業(yè)情況，項(xiàng)目任務(wù)的來(lái)源分為訂單來(lái)源和生產(chǎn)預(yù)估計(jì)劃來(lái)源。訂單來(lái)源指企業(yè)接收到新產(chǎn)品訂單后，成立項(xiàng)目管理小組，任命項(xiàng)目經(jīng)理對(duì)該項(xiàng)目的全過(guò)程進(jìn)行管理，其過(guò)程包括研發(fā)規(guī)劃、設(shè)計(jì)定型、產(chǎn)品試制、生產(chǎn)準(zhǔn)備、小批量生產(chǎn)、批量生產(chǎn)。生產(chǎn)預(yù)估計(jì)劃來(lái)源，指企業(yè)根據(jù)往年情況，能預(yù)估其固化產(chǎn)品在今年的需求量，從而指導(dǎo)生產(chǎn)計(jì)劃的制定，對(duì)于這種項(xiàng)目來(lái)源，項(xiàng)目流程一般僅為批量生產(chǎn)。

2.項(xiàng)目狀態(tài)管理 項(xiàng)目立項(xiàng)之后，項(xiàng)目組成員即可根據(jù)對(duì)應(yīng)權(quán)限對(duì)項(xiàng)目狀態(tài)進(jìn)行管理。包括項(xiàng)目狀態(tài)及進(jìn)度查詢、項(xiàng)目狀態(tài)更新、項(xiàng)目暫停、項(xiàng)目終止、項(xiàng)目?jī)?nèi)容更改、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人更改、項(xiàng)目合并等。

4.5.2.2 成本 管理 成本控制是企業(yè)的一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容。企業(yè)通過(guò)對(duì)成本的計(jì)劃、控制、監(jiān)督、考核和分析等來(lái)促使企業(yè)各單位與部門加強(qiáng)管理，不斷優(yōu)化資源的利用，努力降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。成本管理系統(tǒng)就是通過(guò)對(duì)于成本的不同方式的確認(rèn)、計(jì)量、分析和比較，確保這種系統(tǒng)控制能最終落實(shí)到資源消耗上。使得企業(yè)的管理者能夠得到更加準(zhǔn)確和及時(shí)的數(shù)據(jù)。

成本管理 ER 關(guān)系見(jiàn)如下幾圖：

圖 4-29 成本用例示意圖 圖 4-30 成本核算分析用例示意圖 圖 4-31 多系統(tǒng)集成管理用例示意圖 成本管理系統(tǒng)承擔(dān)的工作是計(jì)算出生產(chǎn)計(jì)劃中，成本消耗和產(chǎn)品的產(chǎn)出之間的投入產(chǎn)出比。針對(duì)產(chǎn)品和項(xiàng)目核算出產(chǎn)品料工費(fèi)，可以統(tǒng)計(jì)出單位產(chǎn)品的材料成本消耗。另外成本管理系統(tǒng)還可以根據(jù)采購(gòu)的原材料而把成本細(xì)分，根據(jù)產(chǎn)品的工序和結(jié)構(gòu)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行成本細(xì)化分析。

圖 4-32 項(xiàng)目成本信息 ER 圖 同時(shí)，根據(jù)產(chǎn)品的常規(guī)投入，制定產(chǎn)品的成本標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是在一定的物價(jià)水平和勞動(dòng)力價(jià)格下制定的成本標(biāo)準(zhǔn)，而根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)成本，在每一批次的產(chǎn)品中

計(jì)算出實(shí)際成本在各項(xiàng)之間，計(jì)算出實(shí)際成本和標(biāo)準(zhǔn)成本之間的數(shù)據(jù)差額，從而改進(jìn)成產(chǎn)工序等，從而更好的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品成本或者項(xiàng)目成本的更好控制。

圖 4-33 產(chǎn)品成本信息 ER 圖 在項(xiàng)目的成本核算分析中，根據(jù)項(xiàng)目的周期，首先進(jìn)行事前成本分析，根據(jù)項(xiàng)目的程度，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行事前的成本的預(yù)估計(jì)，對(duì)包括勞動(dòng)力、原材料成本、車床損耗、生產(chǎn)損耗等進(jìn)行預(yù)先的成本估計(jì)，以期對(duì)項(xiàng)目的成本進(jìn)行大概的預(yù)估計(jì)。

然后在項(xiàng)目進(jìn)行的過(guò)程中，分階段，分周期的對(duì)項(xiàng)目成本進(jìn)行階段性分析，對(duì)之前的成本花費(fèi)進(jìn)行匯總，并且根據(jù)原先制定的計(jì)劃，對(duì)成本花費(fèi)與以后的花費(fèi)進(jìn)行修正或者調(diào)整，以使其按照預(yù)先估計(jì)的方向進(jìn)行發(fā)展。最后，項(xiàng)目的完成階段，對(duì)成本進(jìn)行事后分析，對(duì)項(xiàng)目成本的事后分析，包括多方面的分析，包括對(duì)項(xiàng)目中花費(fèi)的匯總和總結(jié)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行完整的成本分析。

同時(shí)，每一個(gè)產(chǎn)品是由多個(gè)工序?qū)崿F(xiàn)的，在計(jì)算整體生產(chǎn)成本的同時(shí)，還需要對(duì)每一步驟，或者分產(chǎn)品進(jìn)行投入產(chǎn)出分析，以使其達(dá)到最高的成本效率控制。同時(shí)，對(duì)產(chǎn)品成本和項(xiàng)目的成本分析結(jié)果都應(yīng)該在多系統(tǒng)子模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。使各個(gè)模塊都可以對(duì)產(chǎn)品或者項(xiàng)目的成本進(jìn)行更好的把握和掌控，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)效率的完美提高。

4.5.2.3 風(fēng)險(xiǎn) 管理 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理是指對(duì)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)從識(shí)別到分析乃至采取應(yīng)對(duì)措施等一系列過(guò)程，它包括將積極因素所產(chǎn)生項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理流程的影響最大化和使消極因素產(chǎn)生的影響最小化兩方面內(nèi)容。

風(fēng)險(xiǎn)管理的主要內(nèi)容是風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，包含兩方面內(nèi)容：

1.識(shí)別哪些風(fēng)險(xiǎn)可能影響項(xiàng)目進(jìn)展及記錄具體風(fēng)險(xiǎn)的各方面特征。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別 不是一次性行為，而應(yīng)有規(guī)律的貫穿整個(gè)項(xiàng)目中。

2.風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別包括識(shí)別內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)及外在風(fēng)險(xiǎn)。內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)指項(xiàng)目工作組能加以控制和影響的風(fēng)險(xiǎn)，如人事任免和成本估計(jì)等。外在風(fēng)險(xiǎn)指超出項(xiàng)目工作組控制力和影響力之外的風(fēng)險(xiǎn)，如市場(chǎng)轉(zhuǎn)向或政府行為等。

風(fēng)險(xiǎn)管理的工具和方法如下：

1.核對(duì)表一般根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)要素編纂。包括項(xiàng)目的環(huán)境，其它程序的輸出，項(xiàng)目產(chǎn)品或技術(shù)資料，以及內(nèi)部因素。

2.流量表能幫助項(xiàng)目組易于理解風(fēng)險(xiǎn)的緣由和影響。

3.風(fēng)險(xiǎn)量化。

風(fēng)險(xiǎn)控制的基本措施為：

1.對(duì)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策控制的輸入項(xiàng) ? 風(fēng)險(xiǎn)管理方案。? ? 實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)事件。有些已識(shí)別了的風(fēng)險(xiǎn)事件會(huì)發(fā)生，有些則不會(huì)。發(fā)生了的風(fēng)險(xiǎn)事件是實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)事件或說(shuō)是風(fēng)險(xiǎn)的起源，而項(xiàng)目管理人員應(yīng)總結(jié)已發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)事件以便進(jìn)行進(jìn)一步的對(duì)策研究。? ? 附加風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。當(dāng)項(xiàng)目進(jìn)程受到評(píng)價(jià)和總結(jié)時(shí)，事先未被識(shí)別的潛在風(fēng)險(xiǎn)事件或風(fēng)險(xiǎn)的起源將會(huì)浮出水面。

2.風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策實(shí)施控制的工具和方法 ? 工作區(qū)：對(duì)消極的風(fēng)險(xiǎn)事件而言，工作區(qū)是一種不列入方案的對(duì)策。所謂不列入方案是指在感覺(jué)上它并未定義在風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生前。? ? 附加風(fēng)險(xiǎn)策略研究。如果風(fēng)險(xiǎn)事件未被預(yù)料到，或后果遠(yuǎn)大于預(yù)料，那么計(jì)劃的風(fēng)險(xiǎn)策略將會(huì)不充分，這時(shí)就有必要再次重復(fù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策研究甚至風(fēng)險(xiǎn)管理程序。

3.風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策實(shí)施控制輸出項(xiàng) ? 校正行為：校正行為首先包括實(shí)施已計(jì)劃的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策（比如實(shí)施預(yù)防性計(jì)劃或工作區(qū)計(jì)劃）。

實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃。一個(gè)預(yù)料之中的風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生或沒(méi)發(fā)生，對(duì)實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)事件后果的評(píng)估，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)機(jī)率的評(píng)估，以及風(fēng)險(xiǎn)管理方案的其它方面，都應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新調(diào)整。

4.5.3 設(shè)備 管理系統(tǒng)方案 設(shè)備狀態(tài)管理主要包括：設(shè)備檔案管理、運(yùn)行監(jiān)控、保養(yǎng)及維修管理等。

? 設(shè)備檔案管理 設(shè)備檔案管理將基礎(chǔ)信息分類與查詢-型號(hào)，采購(gòu)價(jià)格，供應(yīng)商信息，設(shè)備折舊信息，關(guān)鍵參數(shù)信息，產(chǎn)品說(shuō)明書，維修手冊(cè)，提供設(shè)備檔案與之關(guān)聯(lián)，形成數(shù)字化模型進(jìn)行設(shè)備的檔案管理。同時(shí)提供計(jì)算設(shè)備在其全生命周期過(guò)程中發(fā)生的采購(gòu)費(fèi)用、折舊費(fèi)用、保險(xiǎn)費(fèi)用、保修費(fèi)用，為財(cái)務(wù)提供全面的成本信息。

? 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控包括運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)，便于實(shí)時(shí)掌握各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)生故障時(shí)及時(shí)報(bào)警，統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷信息，實(shí)現(xiàn)保養(yǎng)提醒。

該功能為一線的生產(chǎn)運(yùn)行人員提供設(shè)備運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)記錄與查詢功能，使運(yùn)行管理人員準(zhǔn)確記錄設(shè)備的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)及時(shí)報(bào)修。

其方式包括：

1.調(diào)取視頻監(jiān)控畫面和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控集成，同時(shí)與眾多工程現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成。視頻監(jiān)控的調(diào)取不但可以立體顯示標(biāo)定所有視頻監(jiān)視設(shè)備的安裝位置，而且可以遠(yuǎn)程遙控視頻設(shè)備的云臺(tái)控制視角和景深，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)鏈接使控制中心能及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的情況。

2.設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)直觀展示與分析 通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，可以通過(guò)相應(yīng)設(shè)備對(duì)應(yīng)的三維模型進(jìn)行顏色的區(qū)分，以及設(shè)備運(yùn)行曲線等直觀方式展示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于處于亞健康以及報(bào)警預(yù)警設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的提醒和分析。

3.設(shè)備運(yùn)行健康狀態(tài)自診斷、自適應(yīng) 該功能利用設(shè)備，環(huán)境，操作，維修，保養(yǎng)，供應(yīng)商等多個(gè)類型的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)設(shè)備故障，提升設(shè)備效能，降低維護(hù)成本。正是因綜合不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，并自動(dòng)檢測(cè)故障模式，主動(dòng)部署維護(hù)和維修資源，可大大節(jié)省下游成本。

自適應(yīng)自診斷，包括電子系統(tǒng)自動(dòng)診斷和模塊式置換裝置，把遠(yuǎn)距離設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)連續(xù)提供給中央工作站。通過(guò)這個(gè)工作站，維護(hù)專家可以得到專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能支持，以完成決策任務(wù)。然后將向遠(yuǎn)方的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布命令，開(kāi)始維護(hù)例行程序，這些程序可能涉及調(diào)整報(bào)警參數(shù)值、啟動(dòng)機(jī)器上的試驗(yàn)振動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)備用系統(tǒng)或子系統(tǒng)。

? 保養(yǎng)及維修管理 設(shè)備保養(yǎng)及維修管理貫徹“預(yù)防為主”和“維護(hù)與計(jì)劃?rùn)z修相結(jié)合”的原則，通過(guò)平臺(tái)設(shè)備保養(yǎng)和維修管理，做到正確使用、精心維護(hù)，使設(shè)備經(jīng)常處于良好狀態(tài)，以保證設(shè)備的長(zhǎng)周期、安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，并可通過(guò)歷史數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)和維修周期提示。

4.5.4 PLM 系統(tǒng)方案 4.5.4.1 數(shù)據(jù) 關(guān)系管理 圖 4-34 產(chǎn)品數(shù)據(jù) ER 圖 產(chǎn)品數(shù)據(jù)包括：

1.需求數(shù)據(jù)：主要指產(chǎn)品在設(shè)計(jì)前期從各渠道得到的技術(shù)需求，包括功能及技術(shù)指標(biāo)等。

2.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：產(chǎn)品在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)。包括文檔、圖紙、技術(shù)參數(shù)、BOM 清單等。

3.質(zhì)量數(shù)據(jù)：產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)完成之后的質(zhì)檢數(shù)據(jù)，一般以報(bào)表的形式展現(xiàn)。

文檔 數(shù)據(jù) 版本 管理規(guī)則 文檔作為 PLM 系統(tǒng)中最為常見(jiàn)的數(shù)據(jù)形式，其生命周期管理是最為關(guān)鍵的部分。而實(shí)現(xiàn)其生命周期管理的途徑是版本管理。

圖 4-35 文檔版本管理流程 產(chǎn)品 分層編號(hào)規(guī)則

在常見(jiàn)的 PLM 系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的層級(jí)管理，一般需要按照一定的規(guī)則對(duì)本單位所使用的各種產(chǎn)品按照層級(jí)編號(hào)，這樣才能按照 BOM 有序的索引到所有的產(chǎn)品，并進(jìn)行管理。

一般而做法是通過(guò)前綴來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的分級(jí)區(qū)分，而為了控制系統(tǒng)的復(fù)雜度，產(chǎn)品的層級(jí)劃分一般不超過(guò) 4 級(jí)。下圖是一個(gè) 4 級(jí)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品層級(jí)劃分示意圖：

圖 4-36 產(chǎn)品層級(jí)劃分 數(shù)據(jù) 關(guān)系管理規(guī)則

一般而言，在 PLM 系統(tǒng)中，以產(chǎn)品和項(xiàng)目?jī)煞N實(shí)體作為數(shù)據(jù)關(guān)系實(shí)體的綱領(lǐng)，這種方法是十分清晰和易于管理的方式。所有的工程數(shù)據(jù)以文檔的形式體現(xiàn)，因此在 PLM 系統(tǒng)中的 Data 指的就是文檔，這一點(diǎn)首先需要明確。至此，已經(jīng)可以明確的確定 PLM 系統(tǒng)的任務(wù)是處理產(chǎn)品、項(xiàng)目和文檔三者之間的關(guān)系。其邏輯關(guān)系見(jiàn)下圖：

圖 4-37 產(chǎn)品、項(xiàng)目、文檔邏輯關(guān)系圖

PLM 系統(tǒng)中，產(chǎn)品和文檔都有版本跟蹤，項(xiàng)目需要有狀態(tài)變化和跟蹤；也就是說(shuō)，產(chǎn)品、項(xiàng)目和文檔的狀態(tài)都隨時(shí)在發(fā)生改變，怎樣實(shí)現(xiàn)版本關(guān)系的跟蹤是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮的問(wèn)題。詳細(xì)的處理過(guò)程見(jiàn)下圖：

圖 4-38 版本跟蹤處理 其中的基本原則如下：

? 在項(xiàng)目或產(chǎn)品狀態(tài)開(kāi)放時(shí)間區(qū)間內(nèi)才能建立或修改文檔與之對(duì)應(yīng)的關(guān)系； ? 項(xiàng)目或產(chǎn)品狀態(tài)一旦鎖定，關(guān)聯(lián)關(guān)系同時(shí)被鎖定； ? 只有被批準(zhǔn)過(guò)的文檔才能與項(xiàng)目狀態(tài)或產(chǎn)品狀態(tài)相關(guān)聯(lián)； 4.5.4.2 PLM 系統(tǒng) PLM 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則包括：功能定制化、開(kāi)放性、易維護(hù)性和可靠性。

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，主要任務(wù)是管理如下數(shù)據(jù)：

1.產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)文檔，包括但不限于：設(shè)計(jì)需求、CAD 圖紙、工藝要求規(guī)范、BOM 表、驗(yàn)證規(guī)范、驗(yàn)證報(bào)告； 2.零部件相關(guān)技術(shù)文檔，包括但不限于：零部件規(guī)格資料、零部件圖紙； 3.項(xiàng)目文檔，包括但不限于：項(xiàng)目預(yù)算、項(xiàng)目結(jié)算報(bào)告、項(xiàng)目時(shí)間計(jì)劃、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理、項(xiàng)目總結(jié)；（該部分主要針對(duì)以研發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的企業(yè)）

4.運(yùn)維文檔，包括但不限于：維修記錄、產(chǎn)品缺陷報(bào)告、產(chǎn)品使用反饋調(diào)查表。

顧名思義，該系統(tǒng)的主要任務(wù)是管理數(shù)據(jù)，在實(shí)際過(guò)程中，數(shù)據(jù)都是以各種各樣的計(jì)算機(jī)文件的形式進(jìn)行保存...

第二篇：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(kāi)始提上日程，工業(yè)轉(zhuǎn)型開(kāi)始進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段。在中國(guó)，智能制造、中國(guó)制造2025等戰(zhàn)略的相繼出臺(tái)，表明國(guó)家開(kāi)始積極行動(dòng)起來(lái)，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(guó)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(guò)連續(xù)的沒(méi)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(guò)程和工廠模型數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)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(guò)程所涉及的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)性能：

圖1 在國(guó)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(guò)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(guò)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(guò)整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測(cè)，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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guó)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(wàn)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(guò)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(chǎng)指導(dǎo)模式，成為了著名3D技術(shù)開(kāi)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(guò)程、每一次質(zhì)量檢測(cè)、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(kù)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(cāng)庫(kù)，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(kāi)啟堆高機(jī)，將容器自動(dòng)輸送到立體庫(kù)出庫(kù)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(chǎng)質(zhì)量信息匹配率100%，原材料庫(kù)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(guò)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(zhǎng)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(chǎng)基本沒(méi)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(kāi)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(kāi)始籌建，2012年全面投產(chǎn)，總面積約十萬(wàn)平方米。從2012年開(kāi)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(guò)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(guó)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(cāng)庫(kù)與AGV運(yùn)輸軟硬件系統(tǒng)、基于RFID設(shè)備及無(wú)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(cè)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(guò)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(guó)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(wèn)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(lái)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(lái)增加刀具的耐用度，延長(zhǎng)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(lái)說(shuō)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(gòu)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(gòu)置和開(kāi)發(fā)。3.2 智能化立體倉(cāng)庫(kù)和物流運(yùn)輸系統(tǒng)

3.2.1 智能化立體倉(cāng)庫(kù)

立體倉(cāng)庫(kù)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(guò)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(cāng)庫(kù)總投資6000多萬(wàn)元, 分南北兩個(gè)庫(kù)，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(cāng)庫(kù)容量大概是16000個(gè)貨位。從南邊倉(cāng)庫(kù)可以看到，這個(gè)庫(kù)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(chǎng)質(zhì)量信息匹配率100%，原材料庫(kù)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(guò)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(cāng)庫(kù)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(cāng)庫(kù)，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(kāi)啟堆高機(jī)，將容器自動(dòng)輸送到立體庫(kù)出庫(kù)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(guò)和內(nèi)置的數(shù)字地圖進(jìn)行對(duì)比來(lái)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(cāng)庫(kù)，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(cè)、人員定位以及故障實(shí)時(shí)處理與報(bào)警等功能。通過(guò)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(guò)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(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)。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(guò)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(lái)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(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(chǎng)的MES終端機(jī)，給一線工人生產(chǎn)制造帶來(lái)了極大的便利。

通過(guò)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(kù)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(cè)

目前，三一在質(zhì)檢信息化方面，通過(guò)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(jiǎn)單方便，而且通過(guò)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(cāng)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(kù)區(qū)，1#庫(kù)負(fù)責(zé)泵車物料的儲(chǔ)存、揀配功能，2#庫(kù)負(fù)責(zé)拖泵、車載泵物料的儲(chǔ)存、揀配功能，兩個(gè)庫(kù)區(qū)共用一個(gè)設(shè)置1#庫(kù)區(qū)的入庫(kù)組盤區(qū)域，2#庫(kù)入庫(kù)的物料在入庫(kù)組盤區(qū)完成組盤后通過(guò)地下輸送通道自動(dòng)輸送進(jìn)入2#庫(kù)庫(kù)區(qū)存儲(chǔ)。

倉(cāng)儲(chǔ)模式采用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)（主要儲(chǔ)存中小件為主）+垂直升降庫(kù)存儲(chǔ)（主要儲(chǔ)存小件為主）+平面?zhèn)}庫(kù)儲(chǔ)存（主要儲(chǔ)存大件等其他特殊物資）。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)和垂直升降庫(kù)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(guò)垂直升降庫(kù)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(kù)作業(yè)模式，很大程度地緩和了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的出入庫(kù)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(kù)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(guò)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(wèn)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?！霸诓缓细衿房刂屏鞒讨械母綦x、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(chǎng)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(chǎng)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(guò)

程的全面監(jiān)控和記錄，保證生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全，以及現(xiàn)場(chǎng)事故的追溯和回放。3.4.3 現(xiàn)場(chǎng)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(wèn)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(lái)說(shuō)，不用停止整條生產(chǎn)線就可以解決問(wèn)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(kāi)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(guò)程管理與控制，從6個(gè)方面打造適合中國(guó)國(guó)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(lái)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(lái)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(lái)處理我”、“我應(yīng)該被傳送到哪里”等問(wèn)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(lái)，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(guó)工業(yè)4.0、美國(guó)GE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)均是“工業(yè)4.0”的典范，但中國(guó)有自己特殊的國(guó)情，中國(guó)制造企業(yè)打造智能工廠，不能完全照搬國(guó)外模式，而是既要緊跟國(guó)際先進(jìn)理念，還要符合中國(guó)企業(yè)的實(shí)際情況[13]。

4.2

概念內(nèi)涵

美國(guó)與德國(guó)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(guó)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(guó)是P+C，兩國(guó)均是基于高素質(zhì)勞動(dòng)者、國(guó)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(guó)裝備水平較美國(guó)和德國(guó)有一定差距，數(shù)據(jù)采集分析決策能力也有局限，但中國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)在人力資源方面的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)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(guó)國(guó)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(guò)程管理與控制，從6個(gè)方面打造適合中國(guó)國(guó)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(guò)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(kù)存智能預(yù)警等。

5.智能質(zhì)量過(guò)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(guò)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(guò)程協(xié)同化、生產(chǎn)設(shè)備與信息化的深度融合，并通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)看，較好地達(dá)到了智能化生產(chǎn)過(guò)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(lái)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(lái)解讀，涉及到國(guó)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(méi)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(guó)也推出了“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略，在國(guó)家戰(zhàn)略需求的驅(qū)動(dòng)下，中國(guó)對(duì)于制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的邁進(jìn)之路也陡然提速，這將對(duì)中國(guó)制造轉(zhuǎn)型升級(jí)打通主動(dòng)脈。就企業(yè)層面來(lái)說(shuō)中國(guó)版工業(yè)4.0如何落地將成為重點(diǎn)，如何通過(guò)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(guó)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?jī)蓚€(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(guò)程中，與設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過(guò)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(wú)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(guò)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(wèn)題，解決信息網(wǎng)絡(luò)與物理設(shè)備之間的聯(lián)通問(wèn)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(chǎng)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(lái)，通過(guò)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(zhǎng)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(lái)無(wú)所不在的感知和無(wú)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(yíng)、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(lái)說(shuō)，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(cè)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(yíng)數(shù)據(jù)

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

場(chǎng)營(yíng)銷、質(zhì)量控制、生產(chǎn)、采購(gòu)、庫(kù)存、目標(biāo)計(jì)劃、電子商務(wù)等數(shù)據(jù)。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)所不在的傳感、連接，帶來(lái)了無(wú)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(yíng)、營(yíng)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(jìng)爭(zhēng)，需要全面地了解技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)作業(yè)、采購(gòu)銷售、服務(wù)、內(nèi)外部后勤等環(huán)節(jié)的競(jìng)爭(zhēng)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(cè)到哪些人會(huì)購(gòu)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(chéng)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(chǎng)、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手等數(shù)據(jù)。為了應(yīng)對(duì)外部環(huán)境變化所帶來(lái)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(chǎng)調(diào)研中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為企業(yè)提升管理決策和市場(chǎng)應(yīng)變能力的重要手段。

工業(yè)4.0落地中國(guó)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(wèn)題并預(yù)測(cè)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(lái)的好處。

3.通過(guò)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(guò)程管理與控制，從6個(gè)方面打造適合中國(guó)國(guó)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)

[1] 李夢(mèng)迪.基于以太網(wǎng)的智能工廠柔性制造生產(chǎn)

線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].河北工程大學(xué),2016.[2] 喬荻.智能工廠設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)中輔助移動(dòng)視頻

監(jiān)控的設(shè)計(jì)[D].安徽大學(xué),2016.[3] 商滔.面向智能工廠離散型智能制造單元的研

究[D].杭州電子科技大學(xué),2016.[4] 溫泉.智能工廠與后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)[D].廣東工業(yè)大學(xué),2015.[5] 李錦繡.基于.NET框架的工廠智能監(jiān)控分析系

統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京交通大學(xué),2016.[6] 王冠.基于嵌入式的植物工廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].天津理工大學(xué),2015.[7] 史詩(shī)瑩.數(shù)字化工廠技術(shù)在鍋爐智能制造中的應(yīng)用[D].華東理工大學(xué),2015.[8] 沈振萍.基于企業(yè)信息工廠的商務(wù)智能數(shù)據(jù)管

理[D].安徽大學(xué),2013.[9] 孫晶.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工廠智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].成都理工大學(xué),2012.[10] 趙有生.蔬菜工廠化育苗的智能管理與綜合評(píng)

價(jià)研究[D].吉林大學(xué),2011.[11] 宋運(yùn)通.基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的工廠智能平臺(tái)研究

開(kāi)發(fā)[D].天津大學(xué),2009.[1]馬孟模.流程工業(yè)智能工廠建設(shè)技術(shù)應(yīng)用探究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2017,(03):53-54+57.[12] 江文成,李星,張晶.智能工廠增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用

與展望[J].船舶標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量,2016,(06):37-41.[13] 顧桓,田紅.軟包裝材料生產(chǎn)線的智能工廠實(shí)現(xiàn)

模式及技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2016,(11):222-225.[14] 李利民,侯軒,畢晉燕.高端裝備制造業(yè)智能工廠

建設(shè)思路和構(gòu)想[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力,2016,(04):16-19.[15] [10]商滔.面向智能工廠離散型智能制造單元的研究[D].杭州電子科技大學(xué),2016.[16] 華镕.未來(lái)的智能工廠[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)

量,2015,(05):15-18.

第三篇：智能制造技術(shù)

現(xiàn)代制造技術(shù)

1142813203 吳文樂(lè)

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(guò)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(jiàn)，即無(wú)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(guò)程主要有以下幾方面原因[1]。

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

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

3).制造技術(shù)的綜合性。現(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。現(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(guò)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(chǎng)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(jiǎn)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(zhǎng)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(zhǎng)期柔性則是指系統(tǒng)在長(zhǎng)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(wú)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(guò)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(guó)國(guó)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(lái)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(zhēng)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(guò)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(lái)，配以自動(dòng)化屯體倉(cāng)庫(kù)，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(kāi)發(fā)及經(jīng)營(yíng)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(lái)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(wèn)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(guò)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(shù)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(wèn)題（如解釋、預(yù)測(cè)，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(jiǎn)便地將各種事實(shí)及經(jīng)驗(yàn)證過(guò)的理論與通過(guò)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(lái)，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(lái)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(guó)內(nèi)現(xiàn)代制造技術(shù)狀況

近年來(lái)，世界各國(guó)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(guó)、德 國(guó)、日 本 等 國(guó) 已 經(jīng) 開(kāi) 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(guó)企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(guó)制造業(yè)市場(chǎng)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(chǎng)空間。但是，與制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)相比，國(guó)內(nèi)的現(xiàn)代制造技術(shù)的研發(fā)與市場(chǎng)拓展還不均衡。其中，國(guó)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(guó)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(chǎng)對(duì)中高檔先進(jìn)產(chǎn)品的需求?？v觀國(guó)際制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)與發(fā)展，面對(duì)國(guó)際、國(guó)內(nèi)兩個(gè)制造業(yè)市場(chǎng)的日漸融合，如何立足國(guó)內(nèi)制造業(yè)的市場(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)是擺在我國(guó)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(guó)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(lái)，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(guó)家為提高企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和技術(shù)創(chuàng)新能力的必然選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]張強(qiáng).淺談柔性制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2008.（5）:39-40.[2]沈向東.柔性制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.2.[3]吳立.關(guān)于柔性制造的研究[J].機(jī)床與液壓，2010，38（14）:9-11.[4]陳琪.制造業(yè)企業(yè)推行柔性制造的意義及對(duì)策[J].企業(yè)經(jīng)濟(jì)，2005（4）:7-8.[5]崔培枝，朱勝，姚巨坤.柔性再制造系統(tǒng)研究[J].機(jī)械制造，2003（11）:7-9

[6]王隆太，朱燈林，戴國(guó)洪．機(jī)械CAD／CAM技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

[7]盛曉敏，鄧朝輝．先進(jìn)制造技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.[8]李楷模.LI Kai-mo 現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向[J]-科技成果管理與研究2008(6）.[9]蔣新松．21世紀(jì)企業(yè)的主要模式一敏捷制造企業(yè)[J]．計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)一CIMS，1996，2(4)：3—8．

[10]羅振壁，周兆英，汪勁松，等．制造的革新[J]．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，1995，31(4)：31—37．

[11]王永貴．戰(zhàn)略柔性與企業(yè)高成長(zhǎng)．天津：南開(kāi)大學(xué)出版社，2003．67—69.[12]張榮，陳大佑．提升國(guó)有大中型企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的新途徑——柔性化管理．當(dāng)代經(jīng)濟(jì)研究．2006．(1)：33～35.[13]王先逵．制造工藝核心論[J]．世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2005(3)：28—32．

第四篇：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?jī)?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(jiǎn)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(wèn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)部門, 是決定國(guó)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(lái)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(wèn)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(lái), 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(wèn)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(wèn)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(guò)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(guó)競(jìng)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(kāi)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(guò)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(wú)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(wàn)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(lái)越復(fù)雜, 促使使用人工智能和知識(shí)工程技術(shù)來(lái)解決現(xiàn)代化的加工問(wèn)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(guò)視覺(jué)、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(guó)際間競(jìng)爭(zhēng)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(guó)民生活水平的綜合國(guó)力較量 ,隨之而來(lái)的這種國(guó)際間高新技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈 ,且其發(fā)展形式由最初的僅依托本國(guó)的人力、物力和財(cái)力 ,發(fā)展到國(guó)際間的大規(guī)模合作。近年來(lái)由發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)際研究計(jì)劃 ,無(wú)疑是該背景下的產(chǎn)物 ,也是國(guó)際間進(jìn)行高科技研究開(kāi)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?jī)?nèi)容和目標(biāo)

智能制造在國(guó)際上尚無(wú)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(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人類專家的制造智能活動(dòng)。因此, 智能制造的研究開(kāi)發(fā)對(duì)象是整個(gè)機(jī)械制造企業(yè), 其主要研究開(kāi)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(yíng)過(guò)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(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、制造加工、過(guò)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(jìng)爭(zhēng)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(guó)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(wèn)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(wèn)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(guó)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(wèn)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(guó)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(kāi)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(kāi)發(fā)兩大部分構(gòu)成。

1992 年4 月在日本召開(kāi)的第一次國(guó)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(guó)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(kāi)發(fā);b k知識(shí)系統(tǒng)化(設(shè)計(jì)與制造)。美國(guó)國(guó)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(guò)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(guó)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?jī)?nèi)容如下: ①?gòu)?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(lái)集成設(shè)計(jì)制造過(guò)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(guò)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(kāi)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(guó)家制造業(yè)響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力和速度, 以及提高國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和國(guó)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(chǎng)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(kāi)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(guò)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(lái)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(wú)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(lái)源 ,在制造業(yè)走向智能化過(guò)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(wú)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(guò)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(wèn)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(guò)程是十分復(fù)雜和多樣化的 ,歸納起來(lái) ,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(guò)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(cè)量與診斷等。它強(qiáng)調(diào)通過(guò)“ 智能設(shè)備 ” 和“ 自治控制 ” 來(lái)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(kāi)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(chǎng)應(yīng)變能力、國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和國(guó)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(lái)智能制造將向智能集成的方向發(fā)展 ,未來(lái)智能制造的研究將著重于智能傳感與檢測(cè)(如智能傳感器、智能傳感與檢測(cè)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(kāi)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(guó)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(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、過(guò)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(kāi)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(lái)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(wèn)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(guò)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(lái)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(kāi)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(kāi)始時(shí)就對(duì)C I M S 提出了過(guò)高的要求, 也可能是C I M S 本身就存在某種與生俱來(lái)的缺陷, 今天的C I M S 在國(guó)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(lái)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(wèn)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(lái)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(wèn)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(jìng)爭(zhēng)、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(kāi)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(guó)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(lái)源。值得指出的是, C I M S 和 I M S 都是面向制造過(guò)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(guò)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?jī)?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(guò)來(lái)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(guò)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(wèn)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(kāi)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(guó)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(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)發(fā)了面向制造過(guò)程

中特定環(huán)節(jié)、特定問(wèn)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(chǎng)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(lái) ,制造技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步 ,也帶來(lái)了很多新問(wèn)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(lái)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(yǔ)。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(wèn)題了。要解決這些問(wèn)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(wèn)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”。“智能制造國(guó)際合作研究計(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(guò)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(guò)程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到市場(chǎng)銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來(lái)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(guò)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(guò)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(cè)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(jiàn)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(wèn)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guó)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(jiàn):一種是從科學(xué)的角度來(lái)看這個(gè)問(wèn)題的意見(jiàn) ,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(guò)程與途徑。另一種是從工程的角度來(lái)看這個(gè)問(wèn)題的意見(jiàn) ,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(guò)程與途徑。我們這里所討論的問(wèn)題是關(guān)于智能制造系統(tǒng)的問(wèn)題 ,也就是從工程角度來(lái)討論智能系統(tǒng)的問(wèn)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(guò)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(guò)通信線路對(duì)加工現(xiàn)場(chǎng)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(cè)到的過(guò)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(cè)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(cè)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(cè)

系統(tǒng)的成功開(kāi)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(guò)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(lái)。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(lái)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(guò)對(duì)智能制造環(huán)境下的加工過(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(wèn)題和解決的工具與方法。在許多工業(yè)化國(guó)家、人工智能已被當(dāng)作求解現(xiàn)代工業(yè)提出的問(wèn)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(wèn)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(lái)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(wèn)題。先進(jìn)的工業(yè)化國(guó)家在研究 FMS、CIMS、FA 及AI籌的基礎(chǔ)上 ,為了進(jìn)行國(guó)際間制造業(yè)的共同協(xié)作研究、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、信息流、經(jīng)營(yíng)管理乃至制造過(guò)程的集成化與智能化等而提出來(lái)的智能制造系統(tǒng) ,也是為了解決各發(fā)達(dá)國(guó)家面臨的企業(yè)活動(dòng)全球化、重復(fù)投資增大、現(xiàn)場(chǎng)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(guó)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(guó)際運(yùn)營(yíng)委員會(huì)、國(guó)際技術(shù)委員會(huì)和附屬機(jī)構(gòu) IMS中。大有主宰未來(lái)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(guò)程的建模、監(jiān)測(cè)、診斷、自適應(yīng)控制;通過(guò)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(guó)內(nèi)外已相繼開(kāi)展了國(guó)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(kāi)放式系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略。通過(guò)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(kāi)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(guò)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(zhǎng)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)政府主管部門和有關(guān)大公司、廠家并無(wú)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(guó)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(wèn)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(chǎng)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(wèn)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(wèn)題 ,更是其走向?qū)嵱盟酱鉀Q的核心問(wèn)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(guò)程 ,它可以描述為兩個(gè)子問(wèn)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(kāi)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(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)的沖突和死鎖或者由協(xié)調(diào)者來(lái)解決 ,或者由沖突中的 Agent 自行解決。為了加快談判過(guò)程 ,許多研究工作致力于改進(jìn)談判策略和開(kāi)發(fā)支持協(xié)商的協(xié)議和語(yǔ)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(guò)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(guò)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(guò)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(cè)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(guò)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(lái)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(kāi)放環(huán)境中的 Agent 協(xié)調(diào)和協(xié)作的組合優(yōu)化問(wèn)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(chǎng)或生物界的組織形式和進(jìn)化過(guò)程的直覺(jué)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(guò)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(chǎng)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(guò)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(guó)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) 〕 ,

第五篇：電力的智能制造裝備

應(yīng)用于電力的智能制造裝備

力爭(zhēng)通過(guò)10年的努力，形成完整的高端裝備制造產(chǎn)業(yè)體系，基本掌握高端裝備制造業(yè)的關(guān)鍵核心技術(shù)，產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)入世界先進(jìn)行列。到2020年，高端裝備制造產(chǎn)業(yè)銷售收入在裝備制造業(yè)中的占比提高到25%，工業(yè)增加值率較“十二五”末提高2個(gè)百分點(diǎn)，將高端裝備制造業(yè)培育成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過(guò)改革開(kāi)放30多年的快速發(fā)展，我國(guó)裝備制造業(yè)取得了令人矚目的成就，形成了門類齊全、具有相當(dāng)規(guī)模和技術(shù)水平的產(chǎn)業(yè)體系，2009年、2010年連續(xù)2年產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)總量位居世界第一，為高端裝備制造業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2010年，高端裝備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)約1.6萬(wàn)億元銷售收入，約占裝備制造業(yè)銷售收入的8%左右。整體技術(shù)水平持續(xù)提升，圍繞國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的迫切要求，開(kāi)發(fā)出了一大批具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端裝備，如百萬(wàn)千瓦級(jí)超超臨界火電發(fā)電機(jī)組、百萬(wàn)千瓦級(jí)先進(jìn)壓水堆核電站成套設(shè)備、1000KV特高壓交流輸變電設(shè)備、±800KV直流輸變電成套設(shè)備、百萬(wàn)噸乙烯裝置所需的關(guān)鍵裝備、超重型數(shù)控臥式鏜車床、精密高速加工中心、2000噸履帶起重機(jī)、ARJ21新型支線飛機(jī)、“和諧號(hào)”動(dòng)車組、3000米深水半潛式鉆井平臺(tái)等，氣象衛(wèi)星率先實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行，已初步形成了高端裝備制造產(chǎn)業(yè)格局。

根據(jù)我國(guó)智能制造技術(shù)和智能測(cè)控裝置的發(fā)展水平，智能制造裝備在“十二五”期間重點(diǎn)選擇在電力、節(jié)能環(huán)保、農(nóng)業(yè)、資源開(kāi)采、國(guó)防科技工業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等6個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到2015年，智能制造裝備技術(shù)創(chuàng)新體系初步建成，具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能測(cè)控裝置及關(guān)鍵執(zhí)行和傳動(dòng)零部件研制能力顯著增強(qiáng)。

標(biāo)簽：電磁振動(dòng)給料機(jī)，電機(jī)振動(dòng)給料機(jī)，振動(dòng)篩，給料機(jī)，篩分設(shè)備