智能制造（1）

智能制造

王明建 122020037

摘要：文章介绍了智能制造的产生背景、概念、支撑技术、研究内容，并对智能制造与

人工智能和计算机集成制造系统的关系作了简介。 关键词：智能制造智能制造系统智能制造技术

Abstract：This paper are introduced creating background，concept，support techniques，research content of IM．

Key words： intelligent manufacturing(IM) intelligent manufacturing technique.(IMT)

智能制造产生的背景

制造业是国民经济的基础工业部门，是决定国家发展水平的最基本因素之一。从机械制造业发展的历程来看，经历了由手工制作、泰勒化制造、高度自动化、柔性自动化和集成化制造、并行规划设计制造等阶段。就制造自动化而言，大体上每十年上一个台阶：50～60年代是单机数控，70年代以后则是CNC 机床及由它们组成的自动化岛，80年代出现了世界性的柔性自动化热潮。与此同时，出现了计算机集成制造，但与实用化相距甚远。随着计算机的问世与发展，机械制造大体沿两条路线发展：一是传统制造技术的发展，二是借助计算机和自动化科学的制造技术与系统的发展。80年代以来，传统制造技术得到了不同程度的发展，但存在着很多问题。先进的计算机技术和制造技术向产品、工艺和系统的设计人员和管理人员提出了新的挑战，传统的设计和管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题，这就促使我们借助现代的工具和方法，利用各学科最新研究成果，通过集成传统制造技术、计算机技术与科学以及人工智能等技术，发展一种新型的制造技术与系统，这便是智能制造技术与智能制造系统。

智能制造的概念

system(IMS)

Intelligence

manufacturing

智能制造应当包含智能制造技术(IMT)和智能制造系统(IMS)。 智能制造技术是指利用计算机模拟制造专家的分析、判断、推理、构思和决策等智能活动，并将这些智能活动与智能机器有机地融合起来，将其贯穿应用于整个制造企业的各个子系统(如经营决策、采购、产品设计、生产计划、制造、装配、质量保证和市场销售等)，以实现整个制造企业经营运作的高度柔性化和集成化，从而取代或延伸制造环境中专家的部分脑力劳动，并对制造业专家的智能信息进行收集、存储、完善、共享、继承和发展的一种极大地提高生产效率的先进制造技术。

智能制造技术的支撑技术： 人工智能技术

IMT的目标是利用计算机模拟制造业人类专家的智能活动，取代或延伸人的部分脑力劳动，而这些正是人工智能技术研究的内容。因此，IMS离不开人工智能技术。IMS的智能水平的提高依赖于人工智能技术的发展。当然，由于人类大脑活动思维的复杂性，人们对其的认识还很片面，人工智能技术目前尚处于低级阶段。目前IMS中的智能主要是人(各专业领域专家)的智能，人工智能技术在机械制造领域中的应用涉及市场分析、产品设计、生产规划、过程控制、质量管理、材料处理、设备维护等诸方面。结果是开发出了种类繁多的面向

特定领域的的专家系统、基于知识的系统或智能辅助系统，形成一系列的“智能化孤岛”。随着研究与应用的深入，人们逐渐认识到，未来的制造自动化应是高度集成化与智能化的人—机系统的有机融合，制造自动化程度的进一步提高要依赖于整个制造系统的自组织能力。如何提高这些“孤岛”的应用范围和在实际制造环境中处理问题的能力，成为人们的研究焦点。在80年代末和90年代初，一种通过集成制造自动化、新一代人工智能、计算机等科学技术而发展起来的新型制造工程——I M T 和新——代制造系统——I M S 便脱颖而出。人工智能在制造领域中的应用与I M T 和I M S 的一个重要区别在于，I M S 和I M T 首次以部分取代制造中人的脑力劳动为研究目标，而不再仅起“辅助和支持”作用，在一定范围还需要能地适应周

围环境，开展工作。

并行工程

就制造业而言，并行工程(concurrent engineering，CE)是指产品概念的形成和设计，与其生产和服务系统的实现相平行，即在制造过程的设计阶段就考虑到产品整个生命周期的各个环节(包括质量、成本、进度计划、用户要求及报废处理)，集成并共享各个环节的制造智能，并行地开展产品制造各环节的设计工作。

虚拟制造技术

虚拟制造技术(virtual manufacturing technology VMT)是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实(virtual reality，VR)，在计算机支持的协同工作环境中，实现产品的设计、工艺过程编制、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力，以此达到产品开发周期最短、成本最低、质量最优、生产效率最高。

信息网络技术

信息网络技术是制造过程的系统和各个环节“智能集成”化的支撑。信息网络是制造信息及知识流动的通道。

智能制造系统

智能制造系统是指基于IMT，利用计算机综合应用人工智能技术(如人工神经网络、遗传算法等)、智能制造机器、代理(agent)技术、材料技术、现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、并行工程、生命科学和系统工程理论与方法，在国际标准化和互换性的基础上，使整个企业制造系统中的各个子系统分别智能化，并使制造系统形成由网络集成的、高度自动化的一种制造系统。

智能制造系统的特点： 自组织能力

IMS中的各种组成单元能够根据工作任务的需要，自行集结成一种超柔性最佳结构，并按照最优的方式运行。其柔性不仅表现在运行方式上，还表现在结构形式上。完成任务后，该结构自行解散，以备

在下一个任务中集结成新的结构。自组织能力是IMS的一个重要标志。自律能力

IMS具有搜集与理解环境信息及自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。IMS能根据周围环境和自身作业状况的信息进行监测和处理，并根据处理结果自行调整控制策略，以采用最佳运行方案。这种自律能力使整个制造系统具备抗干扰、自适应和容错等能力。

自学习和自维护能力

IMS能以原有的专家知识为基础，在实践中不断进行学习，完善系统的知识库，并删除库中不适用的知识，使知识库更趋合理；同时，还能对系统故障进行自我诊断、排除及修复。

人机一体化智能系统

IMS不单纯是“人工智能”系统，而是人机一体化智能系统，是一种混合智能。人机一体化一方面突出人在制造系统中的核心地位，同时在智能机器的配合下，更好地发挥了人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相互“理解”、相互协作的关系，使两者在不同的层次上各显其能，相辅相成。

虚拟现实

这是实现虚拟制造的支持技术，也是实现高水平人机一体化的关键技术之一。人机结合的新一代智能界面，使得可用虚拟手段智能地表现现实，它是智能制造的一个显著特征。

对智能制造技术发展的几点建议:

1.开拓智能制造研究领域，加强综合、集成。重点开展以机器人、全能体和多智能体为核心的智能制造系统(如快速重构制造系统、全能制造系统等)研究，为21世纪我国机械、汽车两大支柱产业的发展和制造技术创新做出突出的贡献。解决智能制造技术和重大问题需要的不再只是个人或一个单的贡献，而是需要团队的整体性贡献。

2.目前国内IMT研究单位较多，并在先进制造理论、技术等方面已经取得多项研究成果，但由于一个单位经费和力量有限，许多成果难于实际应用，没有成气候，建议联合具有优势和特色的产、学研单

位，共同投资、共享成果、共担风险，进行智能制造系统集成和应用工程研究。创建具有我国特色的智能制造示范单元或示范工程。

3.IMT研究开发的全球化趋势日益明显，建议加强IMT的国际合作研究，密切与国外知名机构的联系与合作。提高我们研究起点和工作水平。

结语：

制造业是国家经济和综合国力的基础，被称为“立国之本”。而我国的制造工业与发达国家相比，差距很大，主要表现为自主开发能力和技术创新能力薄弱，核心技术、关键技术仍依赖进口。对此，我国已引起重视，在“九五”科技规划，将先进制造技术列为重点发展领域之一。进入21世纪，经济全球化的进程日益加快，制造业领域的竞争日益加剧，而竞争的核心是先进制造技术。在此环境下，我们只有抓住机遇，迎接挑战，利用先进制造技术改造传统产业，实现技术创新、机制创新、管理创新及人才创新，才能实现我国跻身世界制造强国的目标。

未来必然是以高度的集成化和智能化为特征的智能化制造系统，并以部分取代制造中人的脑力劳动为研究目标，将在整个制造过程中通过计算机将人的智能活动与智能机器有机融合，以便有效地推广专家的经验知识，从而实现制造过程的最优化、智能化和自动化。对于智能制造的研究不仅是为了提高产品质量和生产效率及降低成本，而且也是为了提高国家制造业响应市场变化的能力和速度，以期在未来际竞争中求得生存和发展。它的研究成果将不只是面向21世纪的制造业达到更高程度的集成和效率，对于一般工业过程的智能化化或精密生产环境而言，均有潜在的应用价值。它的出现将使人们从一个完全崭新的角度去从事科学技术和制造领域的研究。目前发达国家正在积极起动这一高新技术，并投巨资、集中大批优秀人才进行合作研究与开发，我国也应当适度开展跟踪研究。我们当前应该系统深入地开展的基础理论研究和现有加工单元技术与机器设备的智能化研究。特别是开发出具有自身特色的即能实现高精度、易操作和无人管理的智能制造系统，以满足我国制造业日益发展的需要。

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