智能制造系統(tǒng)

1、智能制造系統(tǒng)智能制造系統(tǒng)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化系統(tǒng)，它突出了在制造諸環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性與集成的方式，借助的人類專家的智能活動(dòng)，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)，同時(shí)，收集、存儲(chǔ)、完善、共享、繼承和發(fā)展人類專家的制造智能。由于這種制造模式，突出了知識(shí)在制造活動(dòng)中的價(jià)值地位，而知識(shí)經(jīng)濟(jì)又是繼工業(yè)經(jīng)濟(jì)后的主體經(jīng)濟(jì)形式，所以智能制造就成為影響未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程的制造業(yè)的重要生產(chǎn)模式。智能制造系統(tǒng)是智能技術(shù)集成應(yīng)用的環(huán)境，也是智能制造模式展現(xiàn)的載體。一般而言，制造系統(tǒng)在概念上認(rèn)為是一個(gè)復(fù)雜的相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)的整體集成，從制造系統(tǒng)的功能角度，

2、可將智能制造系統(tǒng)細(xì)分為設(shè)計(jì)、計(jì)劃、生產(chǎn)和系統(tǒng)活動(dòng)四個(gè)子系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)子系統(tǒng)中，智能制定突出了產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)過程中的影響；功能設(shè)計(jì)關(guān)注了產(chǎn)品可制造性、可裝配性和可維護(hù)及保障性。另外，模擬測(cè)試也廣泛應(yīng)用智能技術(shù)。在計(jì)劃子系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫構(gòu)造將從簡(jiǎn)單信息型發(fā)展到知識(shí)密集型。在排序和管理中，模糊推理等多類的專家系統(tǒng)將集成應(yīng)用；智能制造的生產(chǎn)系統(tǒng)將是自治或半自治系統(tǒng)。在監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程、生產(chǎn)狀態(tài)獲取和故障診斷、檢驗(yàn)裝配中，將廣泛應(yīng)用智能技術(shù)；從系統(tǒng)活動(dòng)角度，技術(shù)在系統(tǒng)控制中已開始應(yīng)用，同時(shí)應(yīng)用分布技術(shù)和多元代理技術(shù)、全能技術(shù)，并采用開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)活動(dòng)并行，解決系統(tǒng)集成。由此可見，IMS理念建立在自組織、

3、分布自治和社會(huì)生態(tài)學(xué)機(jī)理上，目的是通過設(shè)備柔性和計(jì)算機(jī)人工智能控制，自動(dòng)地完成設(shè)計(jì)、加工、控制管理過程，旨在解決適應(yīng)高度變化環(huán)境的制造的有效性。智能制造系統(tǒng)的特點(diǎn)和傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)相比，IMS具有以下幾個(gè)特征：(1)自組織能力。IMS中的各種組成單元能夠根據(jù)工作任務(wù)的需要，自行集結(jié)成一種超柔性最佳結(jié)構(gòu)，并按照最優(yōu)的方式運(yùn)行。其柔性不僅表現(xiàn)在運(yùn)行方式上，還表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式上。完成任務(wù)后，該結(jié)構(gòu)自行解散，以備在下一個(gè)任務(wù)中集結(jié)成新的結(jié)構(gòu)。自組織能力是IMS的一個(gè)重要標(biāo)志。(2)自律能力。IMs具有搜集與理解環(huán)境信息及自身的信息，并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。強(qiáng)有力的知識(shí)庫和基于知識(shí)的模型是自律能

4、力的基礎(chǔ)。IMS能根據(jù)周圍環(huán)境和自身作業(yè)狀況的信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理，并根據(jù)處理結(jié)果自行調(diào)整控制策略，以采用最佳運(yùn)行方案。這種自律能力使整個(gè)制造系統(tǒng)具備抗干擾、自適應(yīng)和容錯(cuò)等能力。(3)自學(xué)習(xí)和自維護(hù)能力。IMS能以原有的專家知識(shí)為基礎(chǔ)，在實(shí)踐中不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)，完善系統(tǒng)的知識(shí)庫，并刪除庫中不適用的知識(shí)，使知識(shí)庫更趨合理；同時(shí)，還能對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行自我診斷、排除及修復(fù)。這種特征使IMs能夠自我優(yōu)化并適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境。(4)整個(gè)制造系統(tǒng)的智能集成IMS在強(qiáng)調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)智能化的同時(shí)，更注重整個(gè)制造系統(tǒng)的智能集成。這是IMS與面向制造過程中特定應(yīng)用的“智能化孤島”的根本區(qū)別。IMS包括了各個(gè)子系統(tǒng)，并把它們

5、集成為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)整體的智能化。(5)人機(jī)一體化智能系統(tǒng)。IMs不單純是“人工智能”系統(tǒng)，而是人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，是一種混合智能。人機(jī)一體化一方面突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位，同時(shí)在智能機(jī)器的配合下，更好地發(fā)揮了人的潛能，使人機(jī)之間表現(xiàn)出一種平等共事、相互“理解”、相互協(xié)作的關(guān)系，使兩者在不同的層次上各顯其能，相輔相成。因此，在IMS中，高素質(zhì)、高智能的人將發(fā)揮更好的作用，機(jī)器智能和人的智能將真正地集成在一起。(6)虛擬現(xiàn)實(shí)這是實(shí)現(xiàn)虛擬制造的支持技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)高水平人機(jī)一體化的關(guān)鍵技術(shù)之一。人機(jī)結(jié)合的新一代智能界面，使得可用虛擬手段智能地表現(xiàn)現(xiàn)實(shí)，它是智能制造的一個(gè)顯著特征。虛擬制造就是智能

6、制造的一種?；诘奶摂M制造技術(shù)是在一個(gè)統(tǒng)一模型之下對(duì)設(shè)計(jì)和制造等過程進(jìn)行集成，它將與產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過程與技術(shù)集成在三維的、動(dòng)態(tài)的仿真真實(shí)過程的實(shí)體數(shù)字模型之上。其目的是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，借助建模與仿真技術(shù)及時(shí)地、并行地、模擬出產(chǎn)品未來制造過程乃至產(chǎn)品全生命周期的各種活動(dòng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)、檢測(cè)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能和產(chǎn)品的可制造性等等。從而更加有效地、經(jīng)濟(jì)地、柔性地組織生產(chǎn)，增強(qiáng)決策與控制水平，有力地降低由于前期設(shè)計(jì)給后期制造帶來的回溯更改，達(dá)到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最大化。虛擬制造也可以對(duì)想象中的制造活動(dòng)進(jìn)行仿真，它不消耗現(xiàn)實(shí)資源和能量，所進(jìn)行的過程是虛擬

7、過程，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是虛擬的。虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)對(duì)未來制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，它的重大作用主要表現(xiàn)為：運(yùn)用軟件對(duì)制造系統(tǒng)中的五大要素（人、組織管理、物流、信息流、能量流）進(jìn)行全面仿真，使之達(dá)到了前所未有的高度集成，為先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更廣大的空間，同時(shí)也推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步?？杉由钊藗儗?duì)生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，有利于對(duì)其進(jìn)行理論升華，更好地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，即對(duì)生產(chǎn)過程、制造系統(tǒng)整體進(jìn)行優(yōu)化配置，推動(dòng)生產(chǎn)力的巨大躍升。在虛擬制造與現(xiàn)實(shí)制造的相互影響和作用過程中，可以全面改進(jìn)企業(yè)的組織管理工作，而且對(duì)正確作出決策有不可估量的影響。虛擬制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用將從根本上改

8、變現(xiàn)行的制造模式，對(duì)相關(guān)行業(yè)也將產(chǎn)生巨大影響，可以說虛擬制造技術(shù)決定著企業(yè)的未來，也決定著制造業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中能否立于不敗之地。虛擬制造(VM)是國際上提出的新概念。VM與AM聯(lián)系密切。VM的特征是：當(dāng)市場(chǎng)新的機(jī)遇出現(xiàn)時(shí)，組織幾個(gè)有關(guān)公司聯(lián)作，把不同的公司，不同地點(diǎn)的工廠或車間重新組織協(xié)調(diào)工作。在運(yùn)行之前必須分析組合是否最優(yōu)，能否協(xié)調(diào)運(yùn)行，以及投產(chǎn)后的效益和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，這種聯(lián)作公司稱虛擬公司。虛擬公司在一定的環(huán)境和條件下通過虛擬制造系統(tǒng)運(yùn)行，包括物理基礎(chǔ)、法律保障、社會(huì)環(huán)境和信息技術(shù)。因此研究開發(fā)虛擬制造技術(shù)(VMT)和虛擬制造系統(tǒng)(VMS)意義重大，美國稱AM為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要包括虛擬制造技術(shù)和虛擬企業(yè)兩個(gè)部分。虛擬制造技術(shù)將從根本上改變了設(shè)計(jì)、試制、修改設(shè)計(jì)、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型（Soft Prototype）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品（Hard Prototype）進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力。虛擬企