智能制造概念研究內(nèi)容特點(diǎn)

題目智能制造的概念、研究內(nèi)容及特點(diǎn)：摘要概括了智能制造的概念;分析了智能制造的研究內(nèi)容；闡述了智能制造的概述了智能制造系統(tǒng)的特點(diǎn)。：關(guān)鍵詞智能制造；智能制造系統(tǒng)；智能制造技術(shù)；智能機(jī)器；智能化；1智能制造應(yīng)當(dāng)包含智能制造技(intelligentmanufacturingtechnology，IMT)和智能制造系統(tǒng)(intelligentmanufacturingsystem，IMS)。智能制造技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)模擬制造專家的分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策等智能活動(dòng),并將這些智能活動(dòng)與智能機(jī)器有機(jī)地融合起來,將其貫穿應(yīng)用于整個(gè)制造企業(yè)的各個(gè)子系統(tǒng)(如經(jīng)營決策、采購、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、制造、裝以實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造企業(yè)經(jīng)營運(yùn)作的高度柔性化和集成化,從而取代或延伸制造環(huán)境中專家的部分腦力勞動(dòng),并對制造業(yè)專家的智能信息進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、完善、共享、繼承和發(fā)展的一種極大地提高生產(chǎn)效率的先進(jìn)制造技術(shù)[1]。智能制造系統(tǒng)是指基于IMT,利用計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用人工智能技術(shù)(如人工神經(jīng)術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、并行工程、生命科學(xué)和系統(tǒng)工程理論與方法,在國際標(biāo)準(zhǔn)化和互換性的基礎(chǔ)上,使整個(gè)企業(yè)制造系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng)分別智能化,并使制造系統(tǒng)形成由網(wǎng)絡(luò)集成的、高度自動(dòng)化的一種制造系統(tǒng)。IMS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。IMS理念建立在自組織、分布自治和社會(huì)生態(tài)學(xué)機(jī)制上,目的是通過設(shè)備柔性和計(jì)算機(jī)人工智能控制,境制造的有效性。由于智能制造模式突出了知識在制造活動(dòng)中的價(jià)值地位,而知識經(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。2根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)和國家的需要,以及IMT&IMS研究與開發(fā)工作的特點(diǎn),我們認(rèn)為近期的研究點(diǎn)應(yīng)該放在IMT&IMS的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)上,它主要智能制造系統(tǒng)理論基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)技術(shù)、制造智能理論及處理技術(shù)、智能制造單元技術(shù)的集成等。[2]2.1智能制造系統(tǒng)理論基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)技術(shù)2.11體系結(jié)構(gòu)與發(fā)展戰(zhàn)略需要繼續(xù)完善發(fā)展IMS概念體系,繼續(xù)研究IMS的系統(tǒng)組成和發(fā)展方向以及跟蹤國際上該領(lǐng)域的研究前沿。2.12開發(fā)環(huán)境與設(shè)計(jì)方法學(xué)IMS的開發(fā)與設(shè)計(jì)方法將有別于現(xiàn)有任何制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,因?yàn)镮MS是面向整個(gè)制造過程的系統(tǒng)和各個(gè)環(huán)節(jié)的“智能化”的。因此,有必要研究IMS的設(shè)過程的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和通用化。2.13評價(jià)技術(shù)研究制造過程中的設(shè)計(jì)評價(jià)、生產(chǎn)評價(jià)、材料評價(jià)、管理評價(jià)、市場評價(jià)、經(jīng)濟(jì)評價(jià)、報(bào)價(jià)評價(jià)和功能評價(jià)等問題。2.2制造智能理論及處理技術(shù)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作為一個(gè)有機(jī)整體不僅是指各制造環(huán)節(jié)之間存在的技術(shù)型聯(lián)系,而且還表現(xiàn)在人類專家的制造智能的統(tǒng)一體特性方面。制造智能理論及處理技術(shù)就是要研究整個(gè)制造環(huán)境中的各種智能源的開發(fā)、描述、集成、共享與處理,最后生成智能機(jī)器的智能活動(dòng),具體研究內(nèi)容包括:2.21制造環(huán)境的描述與建模研究描述制造環(huán)境的一致性概念體系、制造過程建模,影響制造過程的多因素分析與不確定性處理。2.22造智能的集成與共享。2.23智能活動(dòng)的生成與融合研究智能活動(dòng)的生成策略,智能活動(dòng)的機(jī)器化技術(shù)。2.3智能制造單元技術(shù)的集成近10年來,人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用研究取得較大進(jìn)展,建立了一些智能制造單元技術(shù)。為了應(yīng)用于實(shí)際制造過程和面向21世紀(jì)制造工業(yè),這些單元技術(shù)除了需要進(jìn)一步完善與發(fā)展外,更重要的是研究如何集成這些單元技術(shù)。2.31并行智能設(shè)計(jì)并行工程方法學(xué)這一概念是1986年由美國國防部定義,并首先應(yīng)用于美國軍事武器系統(tǒng)開發(fā)計(jì)劃DOSCALS的。為了制造過程的設(shè)計(jì)階段能有效地模仿由來自各環(huán)節(jié)制造專家組成的專家組的智能行為,集成和共享各環(huán)節(jié)與各方面的制造智能,并行地開展產(chǎn)品環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作,必須研究并行智能設(shè)計(jì)的支撐環(huán)境、產(chǎn)品描述的統(tǒng)一模型、設(shè)計(jì)智能交互和并行智能設(shè)計(jì)方法學(xué)。2.32生產(chǎn)過程的智能調(diào)度、規(guī)劃、仿真與優(yōu)化現(xiàn)代生產(chǎn)過程要面臨多信息源、多因素、多對象的及時(shí)處理問題,生產(chǎn)過程的調(diào)度與規(guī)劃中的智能決策問題的研究是迫在眉睫的。仿真與優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和過程評估的有效途徑。目前,更強(qiáng)調(diào)對設(shè)計(jì)、制造、裝配、使用、維修等過程的優(yōu)化與動(dòng)態(tài)仿真。2.33產(chǎn)品質(zhì)量信息的智能處理系統(tǒng)研究整個(gè)制造過程的“全質(zhì)量”模型和建立相應(yīng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)庫,研究質(zhì)量狀態(tài)的智能決策和質(zhì)量過程的智能控制。2.34制造過程與系統(tǒng)的智能監(jiān)視、診斷、補(bǔ)償與控制研究面向在強(qiáng)干擾、多因素條件下監(jiān)視與診斷模型,研究制造過程的動(dòng)態(tài)辨識與自適應(yīng)技術(shù)。2.35生產(chǎn)與經(jīng)營竹理的智能決策系統(tǒng)研究多因素、多目標(biāo)智能決策模型,研究生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù),研究產(chǎn)品市場評估與預(yù)測模型。2.4知識庫系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐,在IMT&IMS研究中占有垂要地位。2.41分布式異構(gòu)聯(lián)想知識庫系統(tǒng)研究知識庫異構(gòu)、知識庫分布式策略與維修、知識庫聯(lián)想和分布數(shù)據(jù)庫技術(shù)。2.42信息控制與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)研究IMS中各種信息的交換接口、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、系統(tǒng)操作控制策略。2.5智能機(jī)器的設(shè)計(jì)智能機(jī)器是IMS中模仿人類專家智能活動(dòng)的工具之一,是新一代的制造工具,因而,研究智能機(jī)器的設(shè)計(jì)方法及其相關(guān)技術(shù)將有劃時(shí)代的意義。2.51機(jī)器人智能技術(shù)智能機(jī)器人將在IMS中占有重要的地位,主要體現(xiàn)在機(jī)器的視覺和機(jī)器人控制兩個(gè)方而、有必要研究智能機(jī)器眼（視覺）、信聲倉感知與鉀能傳感器、智能機(jī)器手（控制）和智能機(jī)器的自適應(yīng)定位與夾具設(shè)計(jì)等技術(shù)。2.52機(jī)器自學(xué)習(xí)與自維護(hù)技術(shù)研究智能機(jī)器的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型,系統(tǒng)誤差的自動(dòng)恢復(fù)與維護(hù)技術(shù)。2.53智能制造單元機(jī)的設(shè)計(jì)與制造研究智能制造單元機(jī)的結(jié)構(gòu)組成與設(shè)計(jì)方法、新型材料的應(yīng)用技術(shù)。2.6制造中人的因素IMS的宗旨之一就是減輕人類制造專家的艱苦的腦力勞動(dòng)負(fù)擔(dān),因此,與腦力勞動(dòng)有密切聯(lián)系的制造中人的因素理應(yīng)受到充分的重視,研究內(nèi)容包括：2.61人一系統(tǒng)柔性交互技術(shù)研究人一系統(tǒng)柔性、聯(lián)想、容錯(cuò)交互模型以及交互環(huán)境。2.62未來制造環(huán)境的設(shè)計(jì)3律共同作用的結(jié)果,上層M-IS的規(guī)劃調(diào)度是為了確保整個(gè)系統(tǒng)能有機(jī)協(xié)同地工作,而M-IS自身的自律控制則是為了根據(jù)自身狀況和復(fù)雜多變的環(huán)境,尋求最佳途徑完成工作任務(wù)。因此,決策組織級要求有較強(qiáng)的推理決策能力；調(diào)度執(zhí)行級,完成由決策組織級下達(dá)的任務(wù),并調(diào)度下一層的若干個(gè)M-IS并行協(xié)同作業(yè)。M-IS是智能系統(tǒng)的基本框架,各種具體的智能系統(tǒng)是在此M-IS基礎(chǔ)之上,對其擴(kuò)充。具備這種框架的智能系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：①?zèng)Q策智能化；②可構(gòu)成分布式并行智能系統(tǒng)；能力。從智能制造的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面來考慮,未來智能制造系統(tǒng)應(yīng)為分布式自主制造系統(tǒng)（DistributedAutonomousManufacturingSystem）。該系統(tǒng)由若干個(gè)智能施主（IntelligentAgent）組成。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)細(xì)化層次的不同,智能施主可以,它調(diào)度管理車間的加工設(shè)備,它以車間級施主身份參與整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)同時(shí)對于一個(gè)智能車間而言,其間的智能加工設(shè)備也可稱為智能施主,它們直接承擔(dān)加工任務(wù)。無論哪一級別的施主,它與上層控制系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的聯(lián)接,各智能加工設(shè)備之間通過自動(dòng)引導(dǎo)小車（AGV）實(shí)現(xiàn)物質(zhì)傳遞。在這樣的制造環(huán)境中,產(chǎn)品的生產(chǎn)過程為通過并行智能設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品,經(jīng)過IMS智能規(guī)劃,將產(chǎn)品的加工任務(wù)分解成一個(gè)個(gè)子任務(wù),控制系統(tǒng)將子任務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)向相關(guān)施主“廣播”。若某個(gè)施主具有完成此子任務(wù)的能力,而且當(dāng)前空閑,則該施主通過網(wǎng)絡(luò)向控制系統(tǒng)投出一份“標(biāo)書”,如加工所需時(shí)間,加工所能達(dá)到的精度等內(nèi)容。如果同時(shí)有多個(gè)施主投出“標(biāo)書”,那么,控制系統(tǒng)將對各個(gè)投標(biāo)者從加工效率、加工質(zhì)量等方面加以仲裁,以決定“中標(biāo)”施主。,則施主申請,由（AGV）將被加工工件送向“中標(biāo)”的加工設(shè)備,否則,“中標(biāo)”施主還將子任務(wù)進(jìn)一步細(xì)分,重復(fù)以上過程,,整個(gè)加工過程,中標(biāo),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的自組織。4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)劃自身行環(huán)境和自身作業(yè)狀況的信息進(jìn)行監(jiān)測和處理,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)的知識庫,并刪除庫中不適用的知識,使知識庫更趨合理;同時(shí),還能對系統(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),IMS系統(tǒng),并把它們集成為一個(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,理解互協(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),它是智能可以看出IMS作為一種模式,性化、集成化和智能化于一身,并不斷向縱深發(fā)展的先進(jìn)制造系統(tǒng)。5[1]楊叔子，丁洪.智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)的發(fā)展與研究[J].中國機(jī)械工程1992,3(2):15~18[2]孫大勇.先進(jìn)制造技術(shù)[M].:機(jī)械工業(yè)出版社,2000,12~13[3]陸?zhàn)?陳鷹.人機(jī)一體化系統(tǒng)與技術(shù)——21世紀(jì)機(jī)械科學(xué)的重要發(fā)展方向[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),1994,30(5):1~7[4]王天然,劉海波.自動(dòng)制造系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展[J].信息與控制.2000,29(6):481~487[5]楊叔子，吳波.依托基金項(xiàng)目的開展創(chuàng)新研究[J].中國機(jī)械工程,1999,10(9):9~7[6]WrightPK,BourneDA.ManufacturingIntelligence.Addision-Wesley.1988[7]BernoldT.AIinManufacturing.McGraw-Hill,1985