智能制造技術基礎配套課件

第1章智能制造技術概述1.智能制造技術的發(fā)展、內(nèi)涵和特征本

章

要

點智能制造模式和技術體系智能制造技術的應用及發(fā)展趨勢智能制造技術的發(fā)展、內(nèi)涵和特征智能制造技術的發(fā)展、內(nèi)涵和特征智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展智能制造的概念、內(nèi)涵和特征01智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展客戶需求變化、全球市場競爭和社會可持續(xù)發(fā)展的需求使得制造環(huán)境發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變。制造系統(tǒng)的追求目標從20世紀60年代的大規(guī)模生產(chǎn)、70年代的低成本制造、80年代的產(chǎn)品質(zhì)量、90年代的市場響應速度、21世紀的知識和服務，到如今以德國“工業(yè)

4.0”而興起的泛在感知和深入智能化。信息技術、網(wǎng)絡技術、管理技術和其他相關技術的發(fā)展有力地推動了制造系統(tǒng)追求目標的實現(xiàn)，生產(chǎn)過程從手工化、機械化、剛性化逐步過渡到柔性化、服務化、智能化。不同階段制造系統(tǒng)的追求目標01智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展制造技術的發(fā)展與四次工業(yè)革命制造業(yè)已從傳統(tǒng)的勞動和裝備密集型，逐漸向信息、知識和服務密集型轉(zhuǎn)變，新的工業(yè)革命即將到來。01智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展產(chǎn)品制造過程國際分工的變化云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)等新一代信息技術開始大爆發(fā)，從而開啟了全新的智慧時代；機器人、數(shù)字化制造、3D打印等技術的重大突破正在重構制造業(yè)技術體系；云制造、網(wǎng)絡眾包、異地協(xié)同設計、大規(guī)模個性化定制、精準供應鏈、電子商務等網(wǎng)絡協(xié)同制造模式正在重塑產(chǎn)業(yè)價值鏈體系。01智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展當前，信息技術、新能源、新材料、生物技術等重要領域和前沿方向的革命性突破和交叉融合，正在引發(fā)新一輪產(chǎn)業(yè)變革。英國學者保羅·麥里基在報告《制造業(yè)和創(chuàng)新：第三次工業(yè)革命》中認為，新一輪工業(yè)革命的核心是以機器人、3D打印機和新材料等為代表的智能制造業(yè)。這一輪產(chǎn)業(yè)革命本質(zhì)可概括為“一主多翼”：“一主”就是信息技術和生產(chǎn)服務領域的深度融合，出現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化生產(chǎn)；所謂“多翼”是包括新能源、生物技術以及新材料等新的發(fā)展領域。當前及今后一段時間最重要的表現(xiàn)形式還是

“一主”，“多翼”的主要影響則在其后。因此，計算機及其衍生的信息通信和智能技術革命是本輪工業(yè)革命的標志或原因。裝備制造業(yè)、研發(fā)部門及其生產(chǎn)性服務業(yè)作為新一輪工業(yè)革命主導產(chǎn)業(yè)，凸顯了制造業(yè)“智能化”革命的重要性，這些部門的核心工作就是使整個國民經(jīng)濟系統(tǒng)智能化，因此智能化將成為新一輪工業(yè)革命的本質(zhì)內(nèi)容之一。01智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展世界主要國家對智能制造的政策計劃01智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展四國制造業(yè)發(fā)展動態(tài)02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征1988年，美國紐約大學的懷特教授（P．K．Wright）和卡內(nèi)基梅隆大學的布恩教授（D．A．Bourne）出版了《智能制造》一書，首次提出了智能制造的概念，并指出智能制造的目的是通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)、機器人視覺和機器控制對制造技工的技能和專家知識進行建模，以使智能機器人在沒有人工干預的情況下進行小批量生產(chǎn)。日本在1989年提出一種人與計算機相結合的“智能制造系統(tǒng)（intelligentmanufacturing

system，IMS）”，并且于1994年啟動了IMS國際合作研究項目，率先拉開了智能制造的序幕。早期的“智能制造系統(tǒng)”將人工智能（AI）視為核心技術，以“智能體（Agent）”為智能載體，其目的是試圖用技術系統(tǒng)突破人的自然智力的局限，達到對人腦智力

的部分代替、延伸和加強。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征人工智能歷史上有三個學派：符號主義、聯(lián)結主義與行為主義。這三派智能理論中，符號主義關注人腦的抽象思維的特性；聯(lián)結主義只模仿人的形象思維；行為主義則著眼于人類或人造系統(tǒng)智能行為特性及進化過程，它們都從不同的角度致力于推動機器智能接近人的智能水平。行為主義在工業(yè)界的影響是更大的。由于人的智能是多功能、多層次、多側面、全方位的，而三派AI的模型原理本身存在門戶之別，并未走向統(tǒng)一和融合。此外AI在學習算法、穩(wěn)定性分析、商業(yè)化應用等方面屢屢遭遇技術的“瓶頸”，始終制約著系統(tǒng)“智能化”水平與智能制造技術的提升，也導致一度興旺的IMS在其發(fā)源國日本被政府和工業(yè)界放棄。近年來，隨著機器學習尤其是深度學習技術的突破，AI熱潮再度興起。最為經(jīng)典的案例是谷歌公司的“阿爾法狗”，僅僅通過一年多的學習進化，就在最復雜的博弈游戲——圍棋中迅速戰(zhàn)勝了中日韓頂尖高手。AI的最新進展再度讓智能制造燃起新的希望。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征人工智能是由機器和智能控制系統(tǒng)組成的工作系統(tǒng)，所以也稱叫機器智能，它是由計算機科學，機械設計制造學、信息傳感收集與處理科學、語言學、生命科學等多個領域互相交叉發(fā)展形成的一門綜合的科學。人工智能是以計算機系統(tǒng)為基礎，通過各種信息收集、信息處理、執(zhí)行命令，以達到模擬人類的判斷和活動是人類的智能和工作能力得以延伸的科學。廣義而論，智能制造是一個大概念，是先進制造技術與新一代信息技術的深度融合，貫穿于產(chǎn)品、制造、服務全生命周期各個環(huán)節(jié)，以及制造系統(tǒng)集成，實現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化，智能化不斷提升企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量，效益服務水平，推動制造業(yè)創(chuàng)、綠色、協(xié)調(diào)、開放、共享發(fā)展。美國能源部對智能制造的定義：是先進傳感、儀器、監(jiān)測、控制和過程優(yōu)化的技術和實際的組合，它們將信息和通信技術與制造環(huán)境融合在一起，實習工廠和企業(yè)中能量、生產(chǎn)率和成本的實時管理。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征當今，智能制造一般指綜合集成信息技術、先進制造技術和智能自動化技術，在制造企業(yè)的各個環(huán)節(jié)（如經(jīng)營決策、采購、產(chǎn)品設計、生產(chǎn)計劃、制造、裝配、質(zhì)量保證、市場銷售和售后服務等）融合應

用，實現(xiàn)企業(yè)研發(fā)、制造、服務、管理全過程的精

確感知、自動控制、自主分析和綜合決策，具有高

度感知化、物聯(lián)化和智能化特征的一種新型制造模

式。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征智能制造（Intelligent

Manufacturing，IM）是以新一代信息技術為基礎，配合新能源、新材料、新工藝，貫穿設計、生產(chǎn)、管理、服務等制造活動各個環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行等功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。智能制造技術是制造技術與數(shù)字技術、智能技術及新一代信息技術的融合，是面向產(chǎn)品全生命周期的具有信息感知、優(yōu)化決策、執(zhí)行控制功能的制造系統(tǒng)，旨在高效、優(yōu)質(zhì)、柔性、清潔、安全、敏捷地制造產(chǎn)品和服務用戶。虛擬網(wǎng)絡和實體生產(chǎn)的相互滲透是智能制造的本質(zhì)：一方面，信息網(wǎng)絡將徹底改變制造業(yè)的生產(chǎn)組織方式，大大提高制造效率；另一方面，生產(chǎn)制造將作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸和重要結點，擴大網(wǎng)絡經(jīng)濟的范圍和效應。以網(wǎng)絡互連為支撐，以智能工廠為載體，構成了制造業(yè)的最新形態(tài)，即智能制造。這種模式可以有效縮短產(chǎn)品研制周期、降低運營成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗。從軟硬結合的角度看，智能制造即是一個“虛擬網(wǎng)絡+實體物理”的制造系統(tǒng)。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征智能制造的特征是將智能活動融合到生產(chǎn)制造全過程，通過人與機器協(xié)同工作，逐漸增大、拓展和部分替代人類在制造過程中的腦力勞動，已由最初的制造自動化擴展到生產(chǎn)的柔性化、智能化和高度集成化。智能制造不僅采用新型制造技術和設備，而且將由新一代信息技術構成的物聯(lián)網(wǎng)和服務互聯(lián)網(wǎng)貫穿整個生產(chǎn)過程，在制造業(yè)領域構建的信息物理系統(tǒng)，將徹底改變傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)組織方式，它不是簡單地用信息技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，而是信息技術與制造業(yè)融合發(fā)展和集成創(chuàng)新的新型業(yè)態(tài)。智能制造要求實現(xiàn)設備之間、人與設備之間、企業(yè)之間、企業(yè)與客戶之間的無縫網(wǎng)絡鏈接，實時動態(tài)調(diào)整，進行資源的智能優(yōu)化配置。它以智能技術和系統(tǒng)為支撐點，以智能工廠為載體，以智能產(chǎn)品和服務為落腳點，實現(xiàn)大幅度提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)

能力。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征智能制造包括智能制造技術與智能制造系統(tǒng)兩大關鍵組成要素和智能設計、智能生產(chǎn)、智能產(chǎn)品、智能管理與服務4大環(huán)節(jié)。其中智能制造技術是指在制造業(yè)的各個流程環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)、人工智能、3D打印、物聯(lián)網(wǎng)、仿真等新型技術與制造技術的深度融合。它具有學習、組織、自我思考等功能，能夠?qū)ιa(chǎn)過程中產(chǎn)生的問題進行自我分析、自我推理、自我處理，同時對智能化制造運行中產(chǎn)生的信息進行存儲，對自身知識庫不斷積累、完善、共享和發(fā)展。智能制造系統(tǒng)就是要通過集成知識工程、智能軟件系統(tǒng)、機器人技術和智能控制等來對制造技術與專家知識進行模擬，最終實現(xiàn)物理世界和虛擬世界的銜接與融合，使得智能機器在沒有人干預的情況下進行生產(chǎn)。智能制造系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)系統(tǒng)更具智能化的自治能力、容錯功能、感知能力、系統(tǒng)集成能力。智能制造的內(nèi)容包括：制造裝備的智能化、設計過程的智能化、加工工藝的優(yōu)化、管理的信息化和服務的敏捷化/遠程化。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征在2010年前，中文的“智能制造”主要是指傳統(tǒng)智能制造。IM是20世紀80年代末隨著計算機集成制造系統(tǒng)（Computer

Integrated

Manufacturing

Systems，CIMS）的研究開始興起的，核心是借助IM系統(tǒng)實現(xiàn)制造過程的自測量、自適應、自診斷、自學習，達到制造柔性化、無人化。制造智能主要表現(xiàn)在智能調(diào)度、智能設計、智能加工、智能操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能測量和診斷等多方面。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征在2010年后，中文的“智能制造”是指IM或Smart

Manufacturing（SM）或兩者。SM又被譯為智慧制造。2008年，IBM提出“智慧地球”的概念，從而

拉開了新一代信息技術應用的大幕，先是物聯(lián)網(wǎng)技術，接著是移動寬帶、云計算技術、信息物理系統(tǒng)，然后是大數(shù)據(jù)。這些新一代信息技術具有諸多有別于傳統(tǒng)IT技術的特點，將其應用于制造系統(tǒng)將從根本上改變當前的制造模式發(fā)展格局，從諸多方面改變制造業(yè)信息化建設的路徑，使得智能制造范疇有了較大擴展。新一代信息技術極大地推動了新興制造模式的發(fā)展，其中具有代表性的先進制造模式有：以社會化媒體／Web2.0為支撐平臺的社會化企業(yè)、以云計算為使能技術的云制造、以物聯(lián)網(wǎng)（Internet

of

Things）為支撐的制造物聯(lián)、以泛在計算（Ubiquitous

Computing）為基礎的泛在制造、以信息物理系統(tǒng)（Cyber

Physical

Systems，CPS）為核心的工業(yè)4.0下的智能制造，以大數(shù)據(jù)為驅(qū)動力的預測制造乃至主動制造等。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征智能制造的特點：第一，生產(chǎn)過程高度智能。智能制造在生產(chǎn)過程中能夠自我感知周圍環(huán)境，實時采集、監(jiān)控生產(chǎn)信息。第二，資源的智能優(yōu)化配置。信息網(wǎng)絡具有開放性、信息共享性，由信息技術與制造技術融合產(chǎn)生的智能化、網(wǎng)絡化的生產(chǎn)制造可跨地區(qū)、跨地域進行資源配置，突破了原有的本地化生產(chǎn)邊界。第三，產(chǎn)品高度智能化、個性化。智能制造產(chǎn)品通過內(nèi)置傳感器、控制器、存儲器等技術具有自我監(jiān)測、記錄、反饋和遠程控制功能。智能制造模式和技術體系智能制造模式和技術體系智能制造模式智能制造技術體系智能制造關鍵技術01智能制造模式1、社會化企業(yè)社會化企業(yè)是將Web2.0應用于企業(yè)而引伸出來的概念，并將其定義為“企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)與企業(yè)之間，以及企業(yè)與其合作伙伴/用戶間對社會軟件的運用”。企業(yè)借助Web2.0等社會化媒體工具，使用戶能夠參與到產(chǎn)品和服務活動中，通過用戶的充分參與來提高產(chǎn)品創(chuàng)新能力，形成新的服務理念與模式。Web2.0通過社會性軟件拓展和延伸了社會世界，使人們的相互溝通交流、知識共享和協(xié)作等產(chǎn)生了革命性變化。社會化企業(yè)背景下產(chǎn)生了眾包生產(chǎn)、產(chǎn)品服務系統(tǒng)等制造模式。01智能制造模式社會化企業(yè)具有以下特點：開放協(xié)作：社會化企業(yè)破除了傳統(tǒng)企業(yè)和外部的邊界，面向更廣泛的群體、面向整個社會，充分利用外部優(yōu)質(zhì)資源，以此博采眾長和資源共享，在全社會范圍內(nèi)對產(chǎn)品研發(fā)、設計、制造、營銷和服務等階段進行大規(guī)模協(xié)同，整合產(chǎn)生效益，實現(xiàn)企業(yè)從有邊界到無邊界的突破、從“企業(yè)生產(chǎn)”到“社會生產(chǎn)”的轉(zhuǎn)變；平等共享：平等就是去中心化、去等級化，傳統(tǒng)的集中經(jīng)營活動將被社會化企業(yè)分散經(jīng)營方式取代，層級化的管理結構將轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨?jié)點組織的扁平化結構，產(chǎn)品采取模塊化研發(fā)生產(chǎn)方式，以適應顧客的個性化需求；社會化創(chuàng)新：產(chǎn)品創(chuàng)新的思想往往來自用戶，社會化企業(yè)注重客戶參與的互動性、知識運用、隱性知識的集成，通過社會性網(wǎng)絡能夠充分利用群體智慧的認知與創(chuàng)新能力，提供任務解決方案、發(fā)現(xiàn)創(chuàng)意或解決技術問題，幫助進行產(chǎn)品/服務創(chuàng)新。01智能制造模式2、云制造云制造是以云計算技術為支撐的網(wǎng)絡化制造新形態(tài)，云制造通過采用物聯(lián)網(wǎng)、虛擬化和云計算等網(wǎng)絡化制造與服務技術對制造資源和制造能力進行虛擬化

和服務化的感知接入，并進行集中高效管理和運營，實現(xiàn)制造資源和制造能

力的大規(guī)模流通，促進各類分散制造資源的高效共享和協(xié)同，從而動態(tài)、靈

活地為用戶提供按需使用的產(chǎn)品全生命周期制造服務。目前云制造的相關研究內(nèi)容包括總體框架和模式、制造資源的虛擬化和服務化、云制造服務平臺的綜合管理、制造云資源組合優(yōu)選、云環(huán)境下的普適人機交互以及其他相關應用等。01智能制造模式云制造具有以下特點：云制造以云計算技術為核心，將“軟件即服務”的理念拓展至“制造即服務”，實質(zhì)上就是一種面向服務的制造新模式；云制造以用戶為中心，以知識為支撐，借助虛擬化和服務化技術，形成一個統(tǒng)一的制造云服務池，對制造云服務進行統(tǒng)一、集中的智能化管理和經(jīng)營，并按需分配制造資源／能力；云制造提供了一個產(chǎn)品的研發(fā)、設計、生產(chǎn)、服務等全生命周期的協(xié)同制造、管理與創(chuàng)新新平臺，引發(fā)了制造模式變革，進而轉(zhuǎn)變了產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式。01智能制造模式3、工業(yè)4.0下的智能制造———信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)工業(yè)化經(jīng)歷了機械化的工業(yè)1.0、電氣化的工業(yè)2.0、自動化的工業(yè)3.0之后，將跨入基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術的工業(yè)4.0

階段。工業(yè)4.0是德國政府提出的一個高科技戰(zhàn)略計劃，旨在提升制造業(yè)的

智能化水平，建立具有適應性、資源效率及人因工程學的智慧工廠。為應對工業(yè)4.0的挑戰(zhàn)，中國政府推出了《中國制造2025》計劃，并確定以智能制造為主攻方向。在工業(yè)4.0戰(zhàn)略內(nèi)涵中，包括機器人、3D打印和物聯(lián)網(wǎng)等基于現(xiàn)代信息技術和互聯(lián)網(wǎng)技術興起的產(chǎn)業(yè)，其核心就是通過信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)（CPS）網(wǎng)絡實現(xiàn)人、設備與產(chǎn)品的實時連通、相互識別和有效交流，從而構建一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的智能制造模式。01智能制造模式信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystems，CPS）實質(zhì)上是通過智能感知、分析、優(yōu)化和協(xié)同等手段，使計算、通信和控制實現(xiàn)有機融合和深度協(xié)同，實現(xiàn)實體空間和網(wǎng)絡空間的相互指導和映射。CPS的典型應用包括智能交通領域的自主導航汽車，生物醫(yī)療領域的遠程精準手術系統(tǒng)、植入式生命設備以及智能電網(wǎng)、精細農(nóng)業(yè)、智能建筑等，是構建未來智慧城市的基礎。在制造領域，CPS是實現(xiàn)智能制造的重要一環(huán)，但其應用仍處于初級階段，目前研究集中在抽象建模、概念特征及使用規(guī)劃等方面。01智能制造模式工業(yè)4.0理念下的智能制造是面向產(chǎn)品全生命周期的、泛在感知條件下的制造，通過信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的深度融合，將傳感器、感應器等嵌入制造物理環(huán)境中，通過狀態(tài)感知、實時分析、人機交互/自主決策、精準執(zhí)行和反饋，實現(xiàn)產(chǎn)品設計、生產(chǎn)和企業(yè)管理及服務的智能化。工業(yè)4.0下的智慧工廠01智能制造模式4、泛在制造泛在計算又稱普適計算、環(huán)境智能等，強調(diào)計算資源普存于環(huán)境中，并與環(huán)境融為一體，人和物理世界更依賴“自然”的交互方式。與桌面計算相反，基于環(huán)境感知、內(nèi)容感知能力，泛在計算不只依賴命令行、圖形界面進行人機交互，它可以采用新型交互技術（如觸覺顯示、有機發(fā)光顯示等），使用任何設備、在任何位置并以任何形式進行感知和交流，因此，從根本上改變了人去適應機器計算的被動式服務思想，使得用戶能在不被打擾的情形下主動地、動態(tài)地接受信息服務。泛在計算被應用到各種領域，如U－城市、U－家庭、U－辦公、U－校園、U－政府、U－醫(yī)療等，無疑也會影響制造業(yè)。01智能制造模式泛在制造在制造全生命周期應用，包括市場分析、概念形成、產(chǎn)品設計、原材料制備、毛坯生產(chǎn)／零件加工、裝配調(diào)試、產(chǎn)品使用及維護和產(chǎn)品回收處理等階段?；诜涸谟嬎憬换ピO備，如無線射頻識別（Radio

FrequencyIDentification，RFID）設備、可穿戴設備、語音／手勢交互終端、

掌上電腦（Personal

Digital

Assistant，PDA）、各種無線（或有線）網(wǎng)絡設備等，制造企業(yè)可以自動、實時、準確、詳細、隨時隨地、透明地獲取企業(yè)物理環(huán)境信息。泛在制造-泛在計算的制造全生命周期應用01智能制造模式5、制造物聯(lián)發(fā)展和采用物聯(lián)網(wǎng)技術是實施智能制造的重要一環(huán)，我國“十二五”制造業(yè)信息化科技工程規(guī)劃明確提出大力發(fā)展制造物聯(lián)技術，以嵌入式系統(tǒng)、RFID和傳感網(wǎng)等構建現(xiàn)代IoMT（Internetof

Manufacturing

Things，IoMT），增強制造與服務過程的管控能力，催生新的制造模式。IoMT采用更加開放的體系結構以支持更廣范圍的數(shù)據(jù)共享，并從系統(tǒng)整體的角度考慮進行全局優(yōu)化，支持制造全生命周期的感知、互聯(lián)和智能化。體系架構方面，IoMT采用可伸縮的、面向服務的分布式體系結構，制造資源和相關功能模塊經(jīng)過虛擬化并抽象為服務，通過企業(yè)服務總線提供制造全生命周期的業(yè)務流程應用。IoMT各子系統(tǒng)之間具有松耦合、模塊化、互操作性和自主性等特征，能夠動態(tài)感知物理環(huán)境信息，采取智能行動和反應來快速響應用戶需求。01智能制造模式（a）傳統(tǒng)企業(yè)集成模型

（b）制造物聯(lián)傳統(tǒng)企業(yè)信息系統(tǒng)集成與制造物聯(lián)的對比采用物聯(lián)網(wǎng)對傳統(tǒng)的制造方式進行改造，可以加強產(chǎn)品和服務信息的管理，實時采集、動態(tài)感知生產(chǎn)現(xiàn)場（包括物料、機器、現(xiàn)場設備和產(chǎn)品）相關數(shù)據(jù)，并進行智能處理與優(yōu)化控制，以更好地協(xié)調(diào)生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)過程的可控性，減少人工干預。此外，通過情景感知和信息融合，還可以實現(xiàn)新產(chǎn)品的快速制造、市場需求

的動態(tài)響應及生產(chǎn)供應鏈的實時優(yōu)化，提高產(chǎn)品的定制能力和服務創(chuàng)新能力，借此獲得經(jīng)濟、效率和競爭力等多重效益。01智能制造模式01智能制造模式5、基于大數(shù)據(jù)的預測制造/主動制造“大數(shù)據(jù)”一詞于2011年5月最早出現(xiàn)在麥肯錫發(fā)布的研究報告——《大數(shù)據(jù)：創(chuàng)新、競爭和生產(chǎn)力的下一個新領域》之后，其潛在價值被越來越多的國家所認識，并將其置于國家戰(zhàn)略高度。美國發(fā)布了“大數(shù)據(jù)研究與發(fā)展計劃”，韓國積極推進“大數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略”，中國制定了《大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》。在生產(chǎn)制造領域，隨著數(shù)字工廠、泛在感知智能物件、物聯(lián)網(wǎng)的深入應用，生產(chǎn)管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、自動化設備以及傳統(tǒng)的企業(yè)資源規(guī)劃和制造執(zhí)行系統(tǒng)等將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。從高頻率、大容量、種類繁多的海量工業(yè)數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的信息，提升業(yè)務洞察力，指導運營決策，改進生產(chǎn)流程，降低產(chǎn)品／服務成本，已經(jīng)成為未來企業(yè)提高綜合競爭力的重要策略。01智能制造模式與傳統(tǒng)的制造或?qū)崟r制造（泛在制造、IoMT等）相比，大數(shù)據(jù)驅(qū)動預測制造/主動制造可較好地利用實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行預測，傳統(tǒng)制造（反應型制造）主要搜索過去的歷史數(shù)據(jù)，只是利用了數(shù)據(jù)的淺層價值，而且涉及的數(shù)據(jù)量和種類以及范圍也相對較小。雖然實時制造可感知并利用生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)（信息），但仍與傳統(tǒng)制造模式類似，大多采用事后的被動策略。主動制造是一種基于數(shù)據(jù)全面感知、收集、分析、共享的人機物協(xié)同制造模式，它

利用無所不在的感知收集各類相關數(shù)據(jù)，通過對所收集的（大）數(shù)據(jù)進行深度分析，挖掘出有價值的信息、知識或事件，自主地反饋給業(yè)務決策者（包括企業(yè)人員、客

戶和合作企業(yè)等），并根據(jù)系統(tǒng)健康狀態(tài)、當前和過去信息以及情境感知，預測用

戶需求，主動配置和優(yōu)化制造資源，從而實現(xiàn)感知、分析、定向、決策、調(diào)整、控

制于一體的人機物協(xié)同的主動生產(chǎn)，進而為用戶提供客戶化/個性化的產(chǎn)品和服務。通過大數(shù)據(jù)挖掘來主動、實時地將社會需求與企業(yè)制造能力有機地結合起來，從而

更好地滿足客戶的個性化需求，增強用戶體驗。01智能制造模式總體來看，上述新興的新一代智能制造模式概念還比較割裂，但實質(zhì)上，無論是IoMT、云制造還是基于大數(shù)據(jù)的預測制造／主動制造，都是未來智能制造的一部分，它們各自起到不同的作用。基于新一代信息技術的制造模式對比02智能制造技術體系智能制造體系主要有三個特征：通過價值鏈及網(wǎng)絡實現(xiàn)企業(yè)之間橫向的集成；貫穿整個價值鏈端到端工程數(shù)字化集成；企業(yè)內(nèi)部靈活可重構的網(wǎng)絡化制造體系的縱向集成。完整的智能制造系統(tǒng)主要包括5個層級：設備層控制層車間層企業(yè)層協(xié)同層智能制造系統(tǒng)層級02智能制造技術體系近年來，智能制造技術出現(xiàn)了各種新模式、新手段和新形式：新模式：基于互聯(lián)網(wǎng)，面向服務，協(xié)作的、可定制的、靈活的和社會化的智能化制造系統(tǒng)生產(chǎn)和為用戶提供服務。新的手段：人機一體化智能數(shù)字化、網(wǎng)絡化制造系統(tǒng)事物，虛擬化，服務，協(xié)作，定制、靈活性和智能。新形式：智能制造生態(tài)具有普適互聯(lián)的特點，數(shù)據(jù)驅(qū)動，跨境集成，自主智力和大眾創(chuàng)新。上述這些模型、手段和形式的深度整合最終將形成一個智能制造生態(tài)系統(tǒng)智能制造新模式、新方法和新形式02智能制造技術體系智能制造系統(tǒng)框圖資源/能力層泛在網(wǎng)絡層服務平臺層智能云服務應用層安全管理和標準規(guī)范02智能制造技術體系最底層是支撐智能制造、亟待解決的通用標準與技術。第二個層次是智能制造關鍵技術裝備。這一層的重點不在于裝備本體，而更應強調(diào)裝備的統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式與接口。第三個層次是智能工廠/車間。按照自動化與IT技術作用范圍，劃分為工業(yè)控制和生產(chǎn)經(jīng)營管理兩部分。工業(yè)控制包括DCS、PLC、FCS和SCADA等工控系統(tǒng)，在各種工業(yè)通信協(xié)議、設備行規(guī)和應用行規(guī)的基礎上，實現(xiàn)設備及系統(tǒng)的兼容與集成。生產(chǎn)經(jīng)營管理在MES和ERP基礎上，將各種數(shù)據(jù)和資源融入全生命周期管理，同時實現(xiàn)節(jié)能與工藝優(yōu)化。第四個層次實現(xiàn)制造新模式，通過云計算、大數(shù)據(jù)和電子商務等互聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)離散型智能制造、流程型智能制造、個性化定制、網(wǎng)絡化協(xié)調(diào)制造與遠程運維服務等制造新模式。第五個層次是上述層次技術內(nèi)容在典型離散制造業(yè)和流程工業(yè)的實現(xiàn)與應用。02智能制造技術體系智能制造技術涉及的主要技術：智能制造技術主要由一般技術、基礎平臺技術、智能制造平、臺泛在網(wǎng)絡技術、產(chǎn)品生命周期智能制造技術及支撐技術組成。智能制造系統(tǒng)的主要技術群03智能制造關鍵技術1、智能制造裝備及其檢測技術在具體的實施過程中，智能生產(chǎn)、智能工廠、智能物流和智能服務是智能制造的四大主題。在智能工廠的建設方案中，智能裝備是其技術基礎，隨著制造工藝與生產(chǎn)模式的不斷變革，必然對智能裝備中測試儀器、儀表等檢測設備的數(shù)字化、智能化提出新的需求，促進檢測方式的根本變化。檢測數(shù)據(jù)將是實現(xiàn)產(chǎn)品、設備、人和服務之間互聯(lián)互通的核心基礎之一，如機器視覺檢測控制技術具有智能化程度高和環(huán)境適應性強等特點，在多種智能制造裝備中得到了廣泛的應用。03智能制造關鍵技術2、工業(yè)大數(shù)據(jù)工業(yè)大數(shù)據(jù)是智能制造的關鍵技術，主要作用是打通物理世界和信息世界，推動生產(chǎn)型制造向服務型制造轉(zhuǎn)型。制造業(yè)企業(yè)在實際生產(chǎn)過程中，總是努力降低生產(chǎn)過程的消耗，同時努力提

高制造業(yè)環(huán)保水平，保證安全生產(chǎn)。生產(chǎn)的過程，實質(zhì)上也是不斷自我調(diào)整、自我更新的過程，同時還是實現(xiàn)全面服務個性化需求的過程。在這個過程中，會實時產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。依托大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，采集現(xiàn)有工廠設計、工藝、制造、

管理、監(jiān)測、物流等環(huán)節(jié)的信息，實現(xiàn)生產(chǎn)的快速、高效及精準分析決策。

這些數(shù)據(jù)綜合起來，能夠幫助發(fā)現(xiàn)問題，查找原因，預測類似問題重復發(fā)生

的幾率，幫助完成安全生產(chǎn)，提升服務水平，改進生產(chǎn)水平，提高產(chǎn)品附加

值。03智能制造關鍵技術3、數(shù)字制造技術及柔性制造、虛擬仿真技術數(shù)字化就是制造要有模型，要能夠仿真，這包括產(chǎn)品的設計、產(chǎn)品管理、企業(yè)協(xié)同技術等等。數(shù)字化是智能制造的基礎，離開了數(shù)字化就根部談不上智能化。柔性制造技術(Flexible

Manufacturing

Technology，F(xiàn)MT)是建立在數(shù)控設備應用基礎上并正在隨著制造企業(yè)技術進步而不斷發(fā)展的新興技術，它和虛擬仿真技術，在智能制造的實現(xiàn)中，扮演著重要的角色。虛擬仿真技術包括面向產(chǎn)品制造工藝和裝備的仿真過程、面向產(chǎn)品本身的仿真和面向生產(chǎn)管理層面的仿真，從這三方面進行數(shù)字化制造，才能實現(xiàn)制造產(chǎn)業(yè)的徹底智能化。增強現(xiàn)實技術（Augmented

Reality，AR），它是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術，是把原本在現(xiàn)實世界的一定時間空間范圍內(nèi)很難體驗到的實體信息（視覺、聲音、味道、觸覺等信息）通過電腦等科學技術，模

擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應用到真實世界，被人類感官所感知，從而達到

超越現(xiàn)實的感官體驗。03智能制造關鍵技術4、傳感器技術智能制造與傳感器緊密相關?，F(xiàn)在各式各樣的傳感器在企業(yè)里用得很多，有嵌入的、絕對的、相對的、靜止的和動的，這些傳感器是支持人們獲

得信息的重要手段。傳感器用得越多，人們可以掌握的信息越多。傳感

器很小，可以靈活配置，改變起來也非常方便，例如智能制造里有傳感

器九條龍，諸如軌道交通傳感器一條龍，新能源汽車傳感器一條龍等。

傳感器屬于基礎零部件的一部分，它是工業(yè)的基石、性能的關鍵和發(fā)展

的瓶頸。傳感器的智能化、無線化、微型化和集成化是未來智能制造技

術發(fā)展的關鍵之一。03智能制造關鍵技術5、人工智能技術人工智能(ArtificialIntelligence，AI)是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)。它企圖了解智能的實質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器，該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)、神經(jīng)科學等。到2020年，人類社會全面進入“弱”人工智能時代。在這一時期，智能技術應用領域，包括深度學習在內(nèi)的特征表現(xiàn)學習不斷發(fā)展，催生新型人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術，開發(fā)出同時具備語音識別、圖像處理、自然語言處理、機器翻譯等能力的通用性人工智能技術。硬件設施縮小甚至隱形，虛擬現(xiàn)實應用領域進一步擴大；實現(xiàn)通過手勢、表情及自然語言的雙向人機互動，智能系統(tǒng)初步具有人的特性，可定制智能助理將會出現(xiàn)；視覺處理、無人駕駛會有爆發(fā)式發(fā)展，無人駕駛汽車上路；概念性類腦智能機器人投入應用。到2030年，神經(jīng)科學和類腦人工智能將迎來第一輪重大突破，革新原有人工智能的算法基礎，人類社會初步進入“強”人工智能時代專家預測，到2030年，神經(jīng)科學將迎來第一輪重大突破，在神經(jīng)感知和神經(jīng)認知理解方面出現(xiàn)顛覆性成果，從而反哺、革新人工智能的原有算法基礎，人類進入實質(zhì)性類腦人工智能階段。到2050年，神經(jīng)科學和類腦人工智能將迎來第二輪重大突破、類腦人工智能進入升級版，人類社會將全面進入強人工智能時代。專家預測，到2050年，神經(jīng)科學將迎來第二輪重大突破，在情感、意識理解方面出現(xiàn)顛覆性成果，類腦人工智能進入升級版，并將推動人類腦的超生物進化，神經(jīng)科學和類腦人工智能融為一體。03智能制造關鍵技術6、射頻識別和實時定位技術射頻識別是無線通信技術中的一種，通過識別特定目標應用的無線電信號，讀寫出相關數(shù)據(jù)，而不需要機械接觸或光學接觸識別系統(tǒng)和目標。無線射頻可分為低頻、高頻和超高頻三種，而RFID讀寫器可分為移動式和固定式兩種。射頻識別貼附于物件表面，可自動遠距離讀取、識別無線電信號，可作快速、準確記錄和收集用具使用。其中，RFID技術的應用簡化了業(yè)務流程，增強了企業(yè)的綜合實力。在生產(chǎn)制造現(xiàn)場，企業(yè)要對各類別材料、零件和設備等進行實時跟蹤管理，監(jiān)控生產(chǎn)中制品、材料的位置、行蹤，包括相關零件和工具的存放等，這就需要建立實時定位管理體系。通常做法是將有源RFID標簽貼在跟蹤目標上，然后在室內(nèi)放置3個以上的閱讀器天線，這樣就可以方便地對跟蹤目標進行定位查詢。廣播信號系統(tǒng)

將信號發(fā)送至所有閱讀器天線中，軟件系統(tǒng)所發(fā)出的信號傳遞出去后，可通過目

標定位對其進行計算測量。03智能制造關鍵技術7、信息物理融合網(wǎng)絡賽博物理系統(tǒng)（Cyber-Physical

Systems，CPS）是一個綜合計算、網(wǎng)絡和物理環(huán)境的多維復雜系統(tǒng)，通過3C（Computing、Communication、

Control）技術的有機融合與深度協(xié)作，實現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實時感知、動態(tài)控制和信息服務，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡世界與現(xiàn)實物理世界的融合。CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及相關服務，并將生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€智能環(huán)境。03智能制造關鍵技術8、網(wǎng)絡安全系統(tǒng)數(shù)字化對制造業(yè)的促進作用得益于計算機網(wǎng)絡技術的進步，但同時也給工廠網(wǎng)

絡埋下了安全隱患。隨著人們對計算機網(wǎng)絡依賴度的提高，自動化機器和傳感

器隨處可見，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理部件和組件成為了技術人員的主要工作內(nèi)容。

產(chǎn)品設計、制造和服務整個過程都用數(shù)字化技術資料呈現(xiàn)出來，整個供應鏈所

產(chǎn)生的信息又可以通過網(wǎng)絡成為共享信息，這就需要對其進行信息安全保護。

針對網(wǎng)絡安生產(chǎn)系統(tǒng)，可采用IT保障技術和相關的安全措施，例如設置防火墻、預防被入侵、掃描病毒儀、控制訪問、設立黑白名單、加密信息等。03智能制造關鍵技術9、物聯(lián)網(wǎng)及應用技術智能制造系統(tǒng)的運行，需要物聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)籌細化，通過基于無線傳感網(wǎng)絡、

RFID、傳感器的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集應用，用無線傳感網(wǎng)絡對生產(chǎn)現(xiàn)場進行實時監(jiān)控，與生產(chǎn)有關的各種數(shù)據(jù)，實時傳輸給控制中心，上傳給大數(shù)據(jù)系統(tǒng)并進行云計算。為了能有效管理一個跨學科、多企協(xié)同的智能制造系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)是必需的。德國工業(yè)4.0計劃就推出了“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”的概念，從而實現(xiàn)制造流程的智能化升級，其他國家也都紛紛建立本國工業(yè)化制造標準。10、系統(tǒng)協(xié)同技術系統(tǒng)協(xié)同技術需要大型制造工程項目復雜自動化系統(tǒng)整體方案設計技術、安裝調(diào)試技術、統(tǒng)一操作界面和工程工具的設計技術、統(tǒng)一事件序列和報警處理技術、一體化資產(chǎn)管理技術等相互協(xié)同來完成。智能制造技術的應用及發(fā)展趨勢*智能制造技術的應用及發(fā)展趨勢智能制造技術的應用智能制造技術的研究熱點和今后的發(fā)展趨勢01智能制造技術的應用1、智能產(chǎn)品（Smart

Product）、智能產(chǎn)品通常包括機械、電氣和嵌入式軟件，具有記憶、感知計算和傳輸功能。典型的智能產(chǎn)品包括智能手機、智能可穿戴設備、無人機、智能汽車、智能家電、智能售貨機等，包括很多智能硬件產(chǎn)品。智能裝備也是一種智能產(chǎn)品。（a）調(diào)酒機器人（b）服務機器人（c）下棋機器人（d）垂直多關節(jié)型機器人01智能制造技術的應用2、智能服務（Smart

Service）基于傳感器和物聯(lián)網(wǎng)（IoT），可以感知產(chǎn)品的狀態(tài)，從而進行預防性維修維護，及時幫助客戶更換備品備件，甚至可以通過了解產(chǎn)品運行的狀態(tài)，幫助客戶帶來商業(yè)機會。還可以采集產(chǎn)品運營的大數(shù)據(jù)，輔助企業(yè)進行市場營銷的決策。此外，企業(yè)通過開發(fā)面向客戶服務的APP，也是一種智能服務的手段，可以針對企業(yè)購買的產(chǎn)品提供有針對性的服務，從而鎖定用戶，開展服務營銷。3、智能裝備（Smart

Equipment）典型的智能裝備如工業(yè)機器人、數(shù)控機床、3D打印裝備、智能控制系統(tǒng)等。制造裝備經(jīng)歷了機械裝備到數(shù)控裝備，目前正在逐步發(fā)展為智能裝備。智能裝備具有檢測功能，可以實現(xiàn)在機檢測，從而補償加工誤差，提高加工精度，還可以對熱變形進行補償。智能裝備的特點是：可將專家的知識和經(jīng)驗融入感知、決策、執(zhí)行等制造活動中，可賦予產(chǎn)品制造在線學習和知識進化能力。01智能制造技術的應用4、智能產(chǎn)線（Smart

Product

on

line）典型的智能產(chǎn)線具有如下性能：在生產(chǎn)和裝配過程中，能夠通過傳感器或RFID自動進行數(shù)據(jù)采集，并通過電子看板顯示實時的生產(chǎn)狀態(tài)；能夠通過機器視覺和多種傳感器金相質(zhì)量檢測，自動剔除不合格品，并對采集的質(zhì)量數(shù)據(jù)進行SPC分析，找出質(zhì)量問題的成因；支持多種相似產(chǎn)品的混線生產(chǎn)和裝配，靈活調(diào)整工藝，適應小批量、多品種的生產(chǎn)模式；具有柔性，如果生產(chǎn)線上有設備出現(xiàn)故障，能夠調(diào)整到其它設備生產(chǎn)；針對人工操作的工位，能夠給予智能的提示。01智能制造技術的應用5、智能車間（Smart

workshop）要實現(xiàn)車間的智能化，需要對生產(chǎn)狀況、設備狀態(tài)、能源消耗、生產(chǎn)質(zhì)量、物料消耗等信息進行實時采集和分析，進行高效排產(chǎn)和合理排班，顯著提高設備利用率（OEE）。因此，無論什么制造行業(yè)，制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）成為企業(yè)的必然選擇。6、智能工廠（Smart

Factory）作為智能工廠，不僅生產(chǎn)過程應實現(xiàn)自動化、透明化、可視化、精益化，同時，產(chǎn)品檢測、質(zhì)量檢驗和分析、生產(chǎn)物流也應當與生產(chǎn)過程實現(xiàn)閉環(huán)集成。一個

工廠的多個車間之間要實現(xiàn)信息共享、準時配送、協(xié)同作業(yè)。一些離散制造企

業(yè)也建立了類似流程制造企業(yè)那樣的生產(chǎn)指揮中心，對整個工廠進行指揮和調(diào)

度，及時發(fā)現(xiàn)和解決突發(fā)問題，這也是智能工廠的重要標志。智能工廠必須依

賴無縫集成的信息系統(tǒng)支撐，主要包括PLM、ERP、CRM、SCM和MES五大核心系統(tǒng)。01智能制造技術的應用7、智能研發(fā)（Smart

R&D）離散制造企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)方面，已經(jīng)應用了CAD/CAM/CAE/CAPP/EDA等工具軟件和PDM/PLM系統(tǒng)，但是e-works在為制造企業(yè)提供咨詢服務的過程中發(fā)現(xiàn)，很多企業(yè)應用這些軟件的水平并不高。企業(yè)要開發(fā)智能產(chǎn)品，需要機電軟多學科的協(xié)同配合；要縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，需要深入應用仿真技術，建立虛擬數(shù)字化樣機，實現(xiàn)多學科仿真，通過仿真減少實物試驗；需要貫徹標準化、系列化、模塊化的思想，以支持大批量客戶定制或產(chǎn)品個性化定制；需要將仿真技術與試驗管理結合起來，以提高仿真結果的置信度。流程制造企業(yè)已開始應用PLM系統(tǒng)實現(xiàn)工藝管理和配方管理，LIMS（實驗室信息管理系統(tǒng)）系統(tǒng)比較廣泛。01智能制造技術的應用8、智能管理（Smart

Management）制造企業(yè)核心的運營管理系統(tǒng)還包括人力資產(chǎn)管理系統(tǒng)（HCM）、客戶關系管理系統(tǒng)（CRM）、企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)（EAM）、能源管理系統(tǒng)（EMS）、供應商關系管理系統(tǒng)（SRM）、企業(yè)門戶（EP）、業(yè)務流程管理系統(tǒng)（BPM）等，國內(nèi)企業(yè)也把辦公自動化（OA）作為一個核心信息系統(tǒng)。為了統(tǒng)一管理企業(yè)的核心主數(shù)據(jù)，近年來主數(shù)據(jù)管理（MDM）也在大型企業(yè)開始部署應用。實現(xiàn)智能管理和智能決策，最重要的條件是基礎數(shù)據(jù)準確和主要信息系統(tǒng)無縫集成。智能管理主要體現(xiàn)在不移動應用、云計算和電子商務結合。9、智能物流與供應鏈（Smart

logistics

and

SCM）制造企業(yè)內(nèi)部的采購、生產(chǎn)、銷售流程都伴隨著物料的流動，因此，越來越多的制造企業(yè)在重視生產(chǎn)自動化的同時，也越來越重視物流自動化，自動化立體倉庫、無人引導小車（AGV）、智能吊掛系統(tǒng)得到了廣泛的應用；而在制造企業(yè)和物流企業(yè)的物流中心，智能分揀系統(tǒng)、堆垛機器人、自動輥道系統(tǒng)的應用日趨普及。WMS（Warehouse

Management

System，倉儲管理系統(tǒng)）和TMS（TransportManagement

System，運輸管理系統(tǒng)）也受到制造企業(yè)和物流企業(yè)的普遍關注。10、智能決策（Smart

Decision

Making）企業(yè)在運營過程中，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)。一方面是來自各個業(yè)務部門和業(yè)務系統(tǒng)產(chǎn)生的核心業(yè)務數(shù)據(jù)，比如與合同、回款、費用、庫存、現(xiàn)金、產(chǎn)品、客戶、投資、設備、產(chǎn)量、交貨期等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般是結構化的數(shù)據(jù)，可以進行多維度的分析和預測，這就是BI（BusinessIntelligence，業(yè)務智能）技術的范疇，也被稱為理駕駛艙或決策支持系統(tǒng)。同時，企業(yè)可以應用這些數(shù)據(jù)提煉出企業(yè)的KPI，并與預

設的目標進行對比，同時，對KPI進行層層分解，來對干部和員工進行考核，這就是EPM（Enterprise

Performance

Management，企業(yè)績效管理）的范疇。從技術角度來看，內(nèi)存計算是BI的重要支撐。01智能制造技術的應用02智能制造技術的研究熱點和今后的發(fā)展趨勢1、國內(nèi)外的研究熱點國內(nèi)外相關研究的關鍵詞頻次和中心度較高的有：Intelligent

Manufacturing（智能制造）、Computer

Numerically

Controlled（數(shù)控機床）、ArtificialIntelligence（人工智能）、Wireless

Sensor

Networks（無線傳感器網(wǎng)絡）、Multi-agent

Systems（多主體系統(tǒng)）、Model（模型）、Internet

of

Things（物聯(lián)網(wǎng)）、Simulation（仿真）、Service（服務）Performance（績效）等關鍵詞。02智能制造技術的研究熱點和今后的發(fā)展趨勢智能設計方面。主要從信息科學的視角，研究將計算機輔助制造/設計（CAM/CAD）、網(wǎng)絡化協(xié)同設計、模型知識庫等各種智能化的設計手段和方法，應用到企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)設計中，以支持設計過程的智能化提升和優(yōu)化運行。智能生產(chǎn)方面。主要從制造科學的視角，研究將分布式數(shù)控系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡等智能裝備、智能技術應用到生產(chǎn)過程中，支持企業(yè)生產(chǎn)過程的智能化；將多主體系統(tǒng)（Multi-agentSystems）引入到生產(chǎn)過程的仿真模擬中，以適應智能制造生產(chǎn)環(huán)境的新要求。智能管理方面。從管理科學的視角，研究智能供應鏈管理、外部環(huán)境的智能感知、生產(chǎn)設備的性能預測及智能維護、智能企業(yè)管理（人力資源、財務、采購及知識管理等），最終目的是達到企業(yè)管理的全方位智能化。智能制造服務方面。從服務科學的視角，研究智能制造服務，主要包括產(chǎn)品服務和生產(chǎn)性服務。其中產(chǎn)品服務主要針對產(chǎn)品的銷售以及售后的安裝、維護、回收、客戶關系的服務；生產(chǎn)性服務主要包含與生產(chǎn)相關的技術服務、信息服務、金融保險服務及物流服務等。其他相關方面。對不同文化背景下的國家或地區(qū)智能制造組織管理模式進行研究，重點研究人在系統(tǒng)中的重要性，強調(diào)智能制造需要“以人為本”。02智能制造技術的研究熱點和今后的發(fā)展趨勢2、智能制造的主要發(fā)展趨勢與動向信息網(wǎng)絡技術加強智能制造的深度。

網(wǎng)絡化生產(chǎn)方式提升智能制造的寬度。基礎性標準化再造推動智能制造的系統(tǒng)化。物聯(lián)網(wǎng)等新理念系統(tǒng)性改造智能制造的全局面貌。02智能制造技術的研究熱點和今后的發(fā)展趨勢智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢：智能制造產(chǎn)業(yè)將與以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術產(chǎn)生深度融合。新一代互聯(lián)網(wǎng)技術向生產(chǎn)和消費領域全面滲透，在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代互聯(lián)網(wǎng)基礎設施的支持下，制造業(yè)產(chǎn)品、生產(chǎn)流程管理、研發(fā)設計、企業(yè)管理乃至用戶關系將出現(xiàn)智能化趨勢，互聯(lián)網(wǎng)重構了產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈及價值鏈，生產(chǎn)組織方式、要素配置方式、產(chǎn)品形態(tài)和商業(yè)服務模式都發(fā)生變革，已成為撬動智能制造的重要力量，將推動“中國制造”向“中國智造”轉(zhuǎn)型。大數(shù)據(jù)驅(qū)動下，智能制造產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)按需定制的制造模式變革。智能制造產(chǎn)業(yè)開始走向個性化定制的一個新時代，進行網(wǎng)絡化和智能化的柔性和協(xié)同生產(chǎn)，將出現(xiàn)網(wǎng)按需定制的制造模式變革。生產(chǎn)制造系統(tǒng)將具備高度柔性化、個性化以及快速響應市場等特性。將出現(xiàn)消費需求智能感知的制造模式變革，對制造業(yè)的生態(tài)和業(yè)態(tài)產(chǎn)生深刻的影響，從而重構智能制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，推動智能制造產(chǎn)業(yè)集群在線上實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。第2章智能設計技術本

章

要

點概述設計方案的智能映射與決策智能設計系統(tǒng)智能CAD系統(tǒng)及設計方法智能設計系統(tǒng)開發(fā)實例概

述概述智能設計的產(chǎn)生、發(fā)展智能設計的特點01智能設計的產(chǎn)生與發(fā)展智能設計：指應用現(xiàn)代信息技術，采用計算機模擬人類的思維活動，提高計算機的智能水平，從而使計算機能夠更多、更好地承擔設計過程中各種復雜任務，成為設計人員的重要輔助工具。智能設計在ICAD階段，是以設計型專家系統(tǒng)的形式出現(xiàn)，僅僅是為解決設計中某些困難問題的需要而產(chǎn)生的。在

I2CAD階段，表現(xiàn)形式是人機智能化設計系統(tǒng)，順應了制

造業(yè)的柔性、多樣性、低成本、高質(zhì)量的市場需求。01智能設計的產(chǎn)生與發(fā)展智能設計的產(chǎn)生：可以追溯到專家系統(tǒng)技術最初應用的時期，其初始形態(tài)都采用了單一知識領域的符號推理技術——設計型專家系統(tǒng)，這對于設計自動化技術從信息處理自動化走向知識處理自動化有著重要意義，但設計型專家系統(tǒng)僅僅是為解決設計中某些困難問題的局部需要而產(chǎn)生的，只是智能設計的初級階段。01智能設計的產(chǎn)生與發(fā)展近10年來，CIMS的迅速發(fā)展向智能設計提出了新的挑戰(zhàn)，在計算機提供知識處理自動化(這可由設計型專家系統(tǒng)完成)的基礎上，實現(xiàn)決策自動化，即幫助人類設計專家在設計活動中進行決策。在大規(guī)模的集成環(huán)境下，人在系統(tǒng)中扮演的角色將更加重要。人類專家將永遠是系統(tǒng)中最有創(chuàng)造性的知識源和關鍵性的決策者。因此，CIMS這樣的復雜巨系統(tǒng)必定是人機結合的集成化智能系統(tǒng)。與此相適應，面向CIMS的智能設計走向了智能設計的高級階段——人機智能化設計系統(tǒng)。01智能設計的產(chǎn)生與發(fā)展設計型專家系統(tǒng)解決的核心問題是模式設計，方案設計可作為其典型代表。與設計型專家系統(tǒng)不同，人機智能化設計系統(tǒng)要解決的核心問題是創(chuàng)新設計，這是因為在CIMS這樣的大規(guī)模知識集成環(huán)境中，設計活動涉及多領域和多學科的知識，其影響因素錯綜復雜。創(chuàng)新設計是人機智能化設計系統(tǒng)的核心所在。設計型專家系統(tǒng)與人機智能化設計系統(tǒng)在內(nèi)核上存在差異，由此可派生出兩者在其他方面的不同點，例如，設計型專家系統(tǒng)一般只解決某一領域的特定問題，比較孤立和封閉，難以與其他知識系統(tǒng)集成，而人機智能化設計系統(tǒng)面向整個設計過程，是一種開放的體系結構。01智能設計的產(chǎn)生與發(fā)展智能設計的發(fā)展與CAD的發(fā)展聯(lián)系在一起，在CAD發(fā)展的不同階段，設計活動中智能部分的承擔者是不同的。傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)只能處理計算型工作，設計智能活動是由人類專家完成的。在ICAD階段，智能活動由設計型專家系統(tǒng)完成，但由于采用單一領域符號推理技術的專家系統(tǒng)求解問題能力的局限，設計對象(產(chǎn)品)的規(guī)模和復雜性都受到限制，這樣ICAD系統(tǒng)完成的產(chǎn)品設計主要還是常規(guī)設計，不過借助于計算機機支持，設計的效率大大提高。在I2CAD階段，由于集成化和開放性的要求，智能活動由人機共同承擔，這就是人機智能化設計系統(tǒng)，它不僅可以勝任常規(guī)設計，而且還可支持創(chuàng)新設計。因此，人機智能化設計系統(tǒng)是針對大規(guī)模復雜產(chǎn)品設計的軟件系統(tǒng)，它是面向集成的決策自動化，是高級的設計自動化。01智能設計的產(chǎn)生與發(fā)展智能設計技術及其說明02智能設計的特點由于CIM技術的發(fā)展和推動，智能設計由最初的設計型專家系統(tǒng)發(fā)展到人機智能化設計系統(tǒng)。雖然人機智能化設計系統(tǒng)也需要采用專家系統(tǒng)技術，但它只是將其作為自己的技術基礎之一。針對像CIMS這樣大規(guī)模集成化、自動化的復雜系統(tǒng)，自80年代來人們開展了大量的研究，并在以往的計算機數(shù)值計算技術和人工智能科學及專家系統(tǒng)技術的基礎上逐漸形成了一門新的學科，這就是智能工程。智能工程是適應決策自動化的一門新技術，它研究知識的自動化處理及應用的理論和方法，以及面對復雜問題建立集成化智能軟件系統(tǒng)的技術。02智能設計的特點智能工程是智能設計的關鍵技術和基礎，而智能設計則是智能工程的重要應用領域。在未來的高度自動化、集成化復雜系統(tǒng)中，只要計算機能做的，做得比人好的，就要盡量由計算機做。智能工程的主要任務就是要研究把哪些事情交給計算機做，如何去做，人的智能如何與計算機的智能相配合。隨著智能工程的發(fā)展，計算機在決策自動化的集成系統(tǒng)中所能承擔的工作會越來越多，人所承擔的繁雜的腦力勞動會越來越少。這種自動化真正最大限度地把人從簡單勞動中解放出來，只集中在最有創(chuàng)造力的腦力勞動上。決策自動化將使人類生產(chǎn)力發(fā)展到一個前所未有的高度，智能工程則是達到這樣一個高度的云梯02智能設計的特點智能設計的特點：以設計方法學為指導。智能設計的發(fā)展,從根本上取決于對設計本質(zhì)的理解。設計方法學對設計本質(zhì)、過程設計思維特征及其方法學的深入研

究是智能設計模擬人工設計的基本依據(jù)。以人工智能技術為實現(xiàn)手段。借助專家系統(tǒng)技術在知識處理上的強大功能,結合人工神經(jīng)網(wǎng)絡和機器學習技術,較好的支持設計過程自動化。

(3)以傳統(tǒng)CAD技術為數(shù)值計算和圖形處理工具,提供對設計對象的優(yōu)化設計、有限元分析和圖形顯示輸出上的支持。面向集成智能化。不但支持設計的全過程,而且考慮到與CAM的集成,提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)交換接口。提供強大的人機交互功能。使設計師對智能設計過程的干預,即與人工智能融合成為可能。設計方案的智能映射與決策設計方案的智能映射與決策智能映射智能決策智能設計系統(tǒng)智能CAD系統(tǒng)及設計方法設計方案的智能映射與決策智能CAD系統(tǒng)及設計方法智能設計系統(tǒng)開發(fā)實例01智能映射如圖2.1所示的計算機世界是一個由人和計算機構成的有機的智能系統(tǒng)，它體現(xiàn)了新的生產(chǎn)方式，代表新的生產(chǎn)力水平，應當具有新的技術、生產(chǎn)組織和管理方式。它既要把現(xiàn)實世界作為一個服務對象，解決現(xiàn)實世界中存在的問題，以改造現(xiàn)實世界；同時它也要把現(xiàn)實世界作為自己發(fā)展的基礎和源泉。01智能制造模式要使智能設計系統(tǒng)在更高水平承擔現(xiàn)實世界中提出的設

計任務，首先還要經(jīng)過建模階段。設計知識模型實際上是從

現(xiàn)實世界到邏輯世界的映射，它的建立最終是在邏輯世界完

成的。而要進一步利用和實施設計知識模型以完成設計任務，則要將邏輯世界中的設計知識模型映射到計算機世界中去。

因此，三個世界之間有兩種映射關系存在，分別對應前面所

說的智能設計的兩大任務。01智能制造模式01智能制造模式通過映射依次顯現(xiàn)的三個世界構成了一個隱含著知識處理各個環(huán)節(jié)的過程，如圖2.2所示。現(xiàn)實世界包括了知識源，因此現(xiàn)實世界到邏輯世界的映射對應著知識的獲??；在邏輯世界建立設計知識模型實質(zhì)上是知識的組織環(huán)節(jié)；由邏輯世界向計算機世界的映射則是將邏輯世界中的知識表達為計算機世界可處理和性的形式；在計算機世界要實施知識的集成，也包括集成引起的協(xié)調(diào)管理；最后則是利用經(jīng)過處理的知識以解決現(xiàn)實世界中的問題。因此，無論是從智能設計系統(tǒng)建立的角度，還是從知識處理技術的角度來看，智能設計的研究內(nèi)容都是一致的。01智能制造模式01智能制造模式許多智能設計通過對設計師抽象思維的模擬，以邏輯推理的方式達到設計方案的創(chuàng)新。但在原理確定和基本不變下的許多創(chuàng)新設計往往是借助形象思維加以實現(xiàn)的，進化設計目標正是要加強設計師的形象思維和靈感思維能力來突破設計思維的屏障。智能設計為了更好的解決復雜的工程問題，應用基于符合知識推理的方法來求解。對于基于符號知識的推理求解來說,初始設計通過專家知識的推理得到初步方案,再進一步分析推理結果，然后評價其結果是否滿意。如果結果滿意,輸出結果;如果結果不滿意,修改相關參數(shù),重新確定新的方案,重復以上步驟直到結果滿意為止?；诜栔R的推理求解符號性知識和過程性知識，屬于邏輯思維。如圖2.3所示。01智能制造模式圖2.3

智能設計的集成推理策略02智能決策現(xiàn)代設計方案的決策現(xiàn)代設計建立了許多自動化設計方式，但是自動化并不就意味著設計的智能化。當前許多設計自動化機制沒有采用人工智能原理，只是對遵循邏輯和物理規(guī)律的約束方程組的求解，如：借助人工干預的半自動化設計、基于能量傳遞與轉(zhuǎn)化的能量鏈通過選擇合適的作用形式完成自動設計、基于廣義映射原理的自動設計創(chuàng)新、基于超變量的自動設計、基于幾何約束的方案擇優(yōu)。02智能決策智能設計智能工程緊密相連。智能工程是適于工業(yè)決策自動化的技術。而設計是復雜的分析、綜合與決策活動。因此，可以認為智能設計是智能工程這一決策自動化技術在設計域中應用的結果。02智能決策人類在生產(chǎn)、工作和日常生活中有大量的決策活動。人們根據(jù)知識做決策。如果想用計算機來輔助決策，就必須要設法用計算機來自動化地處理各種各樣的知識，進而實現(xiàn)決策的自動化（或決策的部分自動化)。這就是智能工程要研究的問題，即如何用復合的知識模型代表人類社會各種決策活動，如何使用計算機系統(tǒng)來自動化地處理這樣的復合知識模型，進而實現(xiàn)決策自動化?！霸O計"是人類生產(chǎn)和生活普遍存在而又非常重要的活動，其中包括大量廣泛的依據(jù)知識做決策的過程。02智能決策利用計算機系統(tǒng)可以實現(xiàn)的決策自動化，其程度要受兩個因素的制約：①我們能在何種水平上建立起代表決策過程的識模型；②計算機處理這種知識模型的能力。第二個因素暫且不論，第一個因素涉及領域知識的獲取與組織。隨著智能工程理論與技術的發(fā)展，隨著人們對設計過程規(guī)律認識的深入和提高，我們建立知識模型和利用計算機系統(tǒng)來處理知識模型的能力將會越來越強，具體到設計領域，它標志著我們在智能設計方面的水平會越來越高。03關于設計決策的分析說明通過建模產(chǎn)生的設計方案往往多種多樣，并不唯一，這就需要在設計結果中進行合理的選擇；另一方面，模型作為實際系統(tǒng)的抽象和簡化，往往難以一步到位，即難以一次性建立就能滿足要求，而需要不斷修正完善，這就表現(xiàn)為設計的迭代性。設計選擇和迭代的基礎是評價，它們都與設計決策密切相關。事實上，設計工作的核心是在設計過程中的不斷綜合和反復決策。這種決策主要分為三種類型：①設計過程決策；②技術方案決策；③可接受性決策。03關于設計決策的分析說明設計過程決策是規(guī)劃決策，它決定設計的下一步做什么，怎樣進行下一步的工作，是否進行分析，利用什么樣的資源等。技術方案決策是安排具體的技術問題，例如，材料選擇、幾何形狀、結構尺寸、技術要求、加工工藝等?？山邮苄詻Q策確定候選設計方案是否充分滿足目標要求，并在多個滿足目標要求的方案中擇優(yōu)采用一個方案。03關于設計決策的分析說明決策：應當是具有設計專家水平的決策。也就是說，能夠用較少的迭代設計次數(shù)，獲得最佳的設計方案。從總體上說，設計專家在決策中需要用到兩類知識：一類是專家在長期實踐中積累的經(jīng)驗知識，另一類是各種決策數(shù)據(jù)，后者是由支持資源提供的。這些支持資源包括：規(guī)劃資源、設計資源、數(shù)據(jù)資源、分析資源、評價資源以及圖形資源等。在設計過程中，智能設計系統(tǒng)應能請求不同資源的決策支持，如圖2.4所示。03關于設計決策的分析說明由于有支持資源為依據(jù)，可以減少決策的盲目性，提高決策的可靠性和有效性。建造智能設計系統(tǒng)，正是要把各種資源和決策結合起來，這是智能設計系統(tǒng)開發(fā)的一個顯著特點。將從智能設計系統(tǒng)的總體控制結構出發(fā)，根據(jù)智能設計決策的實際需求，圍繞可接受性決策展開討論?？山邮苄詻Q策的核心內(nèi)容和關鍵問題是對設計方案進行評價，而這種評價要綜合考慮所設計產(chǎn)品的技術指標、經(jīng)濟指標和社會指標等諸多方面的情況。04產(chǎn)品設計綜合評價的概念如圖2.5所示的再設計結構是一種適合于智能設計系統(tǒng)的總體控制結構，它正確地反映了設計問題的求解思路。在實際應用中，可以根據(jù)設計任務的特征，在此基本控制結構的基礎上加以擴展和完善。這種結構在許多智能設計系統(tǒng)中得到應用，效果良好。其工作流程是：首先，系統(tǒng)根據(jù)用戶提出的技術要求，產(chǎn)生一個初始設計方案，進而對設計方案進行分析和評價，再做出可接受性決策。如果方案被否定，則進行再設計。04產(chǎn)品設計綜合評價的概念04產(chǎn)品設計綜合評價的概念這種“設計-分析-評價-可接受性決策-再設計”的循環(huán)一直進行到得出可以接受的設計方案為止。當然，可行的結果并不一定總是能夠得到的，如果迭代設計的次數(shù)太多，或者迭代設計的時間太長，可認為再設計失敗。這時系統(tǒng)可以要求用戶降低可接受性指標或修改技術要求，這種妥協(xié)調(diào)合的方式是符合真實產(chǎn)品設計的實際情況的。當然，系統(tǒng)應能給出并解釋設計失敗的原因，同時推薦修改措施。04產(chǎn)品設計綜合評價的概念由于設計過程的可分性和設計狀態(tài)的多樣性，產(chǎn)品設計往往存在多個設計方案，即使對于同一個設計方案也會有不同的看法，故存在著設計方案優(yōu)選的問題；又由于設計過程的層次性和迭代性，使得設計方案可能會因為其他設計方面的修改或解決而需要重新考慮，因此，存在著產(chǎn)品整體設計目標與局部設計目標之間的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一的問題。這些問題的解決都有賴于進行科學的產(chǎn)品設計評價。從圖2.5中也可看出，評價是可接受性決策的基礎，而產(chǎn)品設計評價應綜合考慮產(chǎn)品生命周期各個階段的諸多方面，才能保證其有效性，因此必然是一種綜合。04產(chǎn)品設計綜合評價的概念綜合評價是指對被評價對象所進行的客觀、公正、合理的全面評價。如果將對象（如產(chǎn)品設計）視為系統(tǒng)的話，上述問題可抽象地表述為：在若干個同類系統(tǒng)中，如何確認哪個系統(tǒng)的運行（或發(fā)展）狀況好，哪個系統(tǒng)的運行（或發(fā)展）狀況差，這是一類常見的所謂綜合判斷問題，即綜合評價問題（comprehensiveevaluationproblem)。對于有限多個方案的決策問題來說，綜合評價是決策的前提，而正確的決策源于科學的綜合評價。04產(chǎn)品設計綜合評價的概念產(chǎn)品設計綜合評價應圍繞設計方案展開，其主要工作是對設計方案進行綜合評價。為了在設計過程中對產(chǎn)品設計方案進行比較，及時向設計人員提供產(chǎn)品質(zhì)量、成本和時間等方面的信息，并做出經(jīng)濟、有效的決策，產(chǎn)品評價過程必須集成到設計決策過程中來。05產(chǎn)品設計綜合評價的特點時域性。在不同的時代，市場和用戶對產(chǎn)品的要求不同；在產(chǎn)品開發(fā)的不同階段，設計評價的內(nèi)容和重點不同；這種時間性反映出產(chǎn)品設計綜合評價具有動態(tài)特性。同時，不同的人員對產(chǎn)品的評價要求不同；不同的地域和文化背景對產(chǎn)品的評價要求也不相同；這種地域性說明產(chǎn)品設計綜合評價具有相對性。適時性。雖然設計評價可以在設計過程的任何階段進行，但如果能在適當?shù)臅r候?qū)Ξa(chǎn)品設計進行有重點的評價，這樣就會用較少的精力產(chǎn)生及時、有效的評價效果。漸進性。由于產(chǎn)品的設計過程是一個漸進的過程，設計方案和設計信息是隨著設計的進程逐步完善和充實的，所以，產(chǎn)品設計的綜合評價也是一個由表及里、由淺人深、由粗到細的漸進過程。模糊性/不確定性。設計決策過程所需的信息往往是不完全的，帶有模糊性；同時產(chǎn)品的定性和定量評價在設計、制造、使用以及回收再利用等產(chǎn)品整個生命周期中的各個階段都具有不確定性。綜合性、多目標性。產(chǎn)品設計評價要圍繞整個產(chǎn)品生命周期，從產(chǎn)品的經(jīng)濟、環(huán)境、性能、可靠性等各個方面進行評價，是一個多目標決策問題，具有明顯的綜合特點。05產(chǎn)品設計綜合評價的特點06層次分析法在產(chǎn)品設計過程中，存在著多種形式的設計決策，有的比較簡單，而有些決策則相當復雜，處理起來頗為困難。針對復雜而困難的決策問題，常常要將其分解成各個因素，把這些因素按支配關系分組形成有序的遞階層次結構，并權衡其各方面的影響，然后綜合人的判斷，來決定諸因素相對重要性的先后優(yōu)劣次序。層次分析法（analytic

hierarchy

process，AHP）就是按這種“分解-判斷-綜合"的基本思路建立起來的，它是指將決策問題的有關因素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎上進行定性判斷和定量分析的一種綜合評價方法。這一方法的特點，是在對復雜決策問題的本質(zhì)、影響因素其內(nèi)在關系等進行深人分析之后，構建一個層次結構模型，然后利用較少的定量信息，把決策的思維過程數(shù)學化，從而為求解無結構化的復雜決策問題，提供了一種簡便而實用的有效工具。當你要進行一次旅游時，如何選擇旅游地點呢？假定有3個旅游地點可供你選擇，你大概會用景色、費用、旅途條件等因素去衡量這些地點。如果你對秀麗的水光山色特別偏愛，那么你可能會選擇風景如畫的地方；如果費用的節(jié)省在你的心目中占據(jù)很大的比重，那么你可能選擇距離較近的地方；如果你想享受現(xiàn)代交通工具、高級旅館的舒適，那么你可能選擇旅途條件優(yōu)越的地方等。不妨把人們對這個問題的一般決策過程分解一下，大致有以下幾步：首先是確定景色、費用、旅途條件等因素在影響你選擇旅游地點這個總目標中各占有多大比重；然后是比較3個旅游地點的景色、費用、旅途條件及其他條件如何；最后是綜合以上結果得到3個旅游地點在總目標中所占的比重，一般應該選擇比重最大的那個地點。這就是層次分析法的基本思想。06層次分析法運用層次分析法解決問題，大致可以分為以下5個主要步驟：①明確問題，建立遞階層次結構；②構造判斷矩陣；③層次單排序；④判斷矩陣的一致性檢驗；⑤層次總排序及總體一致性檢驗。06層次分析法07抽象層次模型根據(jù)智能設計的特點，總結出智能設計抽象層次模型。

如2.6圖所示，有目標層、決策層、結構層、算法層、邏輯

層、傳輸層、物理層組成。目標層主要是整個設計的總目標，根據(jù)市場的需要和調(diào)查、用戶要求。決策層把要實現(xiàn)的總目標分解成子目標,并采用相應的求解方法與策略,表現(xiàn)為任務的分解與進一步的決策。如智能設計中包含方案設計與布置設計,針對不同的設計要求,確定采用什么樣的知識表達方法與求解策略。07抽象層次模型結構層提供問題組織與表達的方法。結構層的合理確定,是保證系統(tǒng)統(tǒng)一和完整的先決條件。如目前廣泛采用的面向?qū)ο蟮慕M織方式,可以為問題的描述提供有力的支持,結構層是實現(xiàn)集成的基礎。算法層是概念設計中最關鍵的一層,為決策層提供強有力的支持工具。算法層包所有可用的算法與方法。知識工程中的專家系統(tǒng)技術與基于實例的推理技術以及計算智能的人工神經(jīng)網(wǎng)絡,遺傳算法都可以為決策層提供支持,是求解問題的關鍵所在。07抽象層次模型邏輯層為算法層的協(xié)調(diào)、協(xié)作提供保障,邏輯層通過關系與約束把算法層溝通起來,使系統(tǒng)融合為一體。傳輸層保證信息的交換,數(shù)據(jù)的管理,是以上各層信息交流的平臺。物理層提供系統(tǒng)運行的硬件環(huán)境,包括信息的存儲以及與其它外部設備的聯(lián)通。07抽象層次模型圖2.6智能設計的抽象設計模型智能設計系統(tǒng)*智能設計系統(tǒng)智能設計技術研究重點智能設計的分類基于實例的推理專家系統(tǒng)01智能設計技術研究重點智能設計技術研究重點：智能方案設計。方案設計是方案的產(chǎn)生和決策階段,是最能體現(xiàn)設計智能化的階段,是設計全過程智能化必須突破的難點。知識獲取和處理技術?；诜植己筒⑿兴枷氲慕Y構體系和機器學習模式的研究,基于基因遺傳和神經(jīng)網(wǎng)絡推理的研究,其重點均在非歸納及非單調(diào)推理技術的深化等方面。面向CAD的設計理論。包括概念設計和虛擬現(xiàn)實,并行

工程,健壯設計,集成化產(chǎn)品性能分類學及目錄學,反向工程設計法及產(chǎn)品生命周期設計法等。面向制造的設計。以計算機為工具,建立用虛擬方法形成的趨近于實際的設計和制造環(huán)境。01智能設計技術研究重點具體研究CAD集成、虛擬現(xiàn)實、并行及分布式CAD/CAM系統(tǒng)及其應用、多學科協(xié)同、快速原型生成和生產(chǎn)的設計等人機智能化設計系統(tǒng)(I2CAD)。智能設計是智能工程與設計理論相結合的產(chǎn)物,它的發(fā)展必然與智能工程和設計理論的發(fā)展密切相關,相輔相成。設計理論和智能工程技術是智能設計的知識基礎。智能設計的發(fā)展和實踐,既證明和鞏固了設計理論研究的成果,又不斷提出新的問題,產(chǎn)生新的研究方向;反過來還會推動設計理論和智能工程研究的進一步發(fā)展。智能設計作為面向應用的技術其研究成果最后還要體現(xiàn)在系統(tǒng)建模和支撐軟件開發(fā)及應用上。01智能設計技術研究重點智能設計系統(tǒng)的關鍵技術包括：設計過程的再認識、設計知識表示、多專家系統(tǒng)協(xié)同技術、再設計與自學習機制、多種推理機制的綜合應用、智能化人機接口等。設計過程的再認識設計知識表示多專家系統(tǒng)協(xié)同技術再設計與自學習機制多種推理機制的綜合應用智能設計系統(tǒng)中，除了演繹推理外，還應該包括歸納推理、基于實例的類比推理、各種基于不完全知識的模糊邏輯推理方式等。上述推理方式的綜合應用，可以博采眾長，更好地實現(xiàn)設計系統(tǒng)的智能化。如圖2.7所示。智能化人