智能制造系統(tǒng)

第六章智能制造系統(tǒng)16.1概述6.2智能制造系統(tǒng)體系架構(gòu)6.3智能制造系統(tǒng)調(diào)度控制6.4智能制造系統(tǒng)供應(yīng)鏈管理面向產(chǎn)品的全生命周期，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以制造裝備、制造單元、制造車間、制造企業(yè)和企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)等不同層次的制造系統(tǒng)為載體，在其設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有一定自主性的感知、學習、分析、決策、通信與協(xié)調(diào)控制、執(zhí)行能力，能動態(tài)地適應(yīng)制造環(huán)境的變化，從而實現(xiàn)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、降低資源能源消耗等目標。

智能制造的定義6.1智能制造系統(tǒng)概述6.1智能制造系統(tǒng)概述智能制造的目的是通過集成知識工程、制造系統(tǒng)、機器視覺和機器控制，來對制造技工的技能和專家知識進行建模，以使智能機器在沒有人工干預(yù)的情況下進行生產(chǎn)。如果將體現(xiàn)在制造系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中的智能制造技術(shù)與制造環(huán)境中人的智能以柔性方式集成起來，并貫穿于制造過程中，就是智能制造系統(tǒng)。智能制造的載體是智能制造系統(tǒng)。智能制造系統(tǒng)就是基于智能制造技術(shù)實現(xiàn)的制造系統(tǒng)?！爸悄苤圃煜到y(tǒng)”與“自動化制造系統(tǒng)”、“數(shù)字化制造系統(tǒng)”的區(qū)別：①

具備一定的感知、決策、學習、通信、協(xié)調(diào)控制能力；②

能動態(tài)適應(yīng)制造環(huán)境的變化。6.1智能制造系統(tǒng)概述

智能制造系統(tǒng)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等智能活動。智能制造系統(tǒng)是智能制造技術(shù)的載體，包括智能產(chǎn)品、智能制造過程、智能制造模式。6.1智能制造系統(tǒng)概述6.1智能制造系統(tǒng)概述智能制造技術(shù)在不同層次的制造系統(tǒng)中實現(xiàn)，構(gòu)成不同層次的智能制造系統(tǒng)。智能制造系統(tǒng)的層次6.1智能制造系統(tǒng)概述智能制造系統(tǒng)的特點(1)在實際制造系統(tǒng)中提出了以取代人的部分腦力勞動作為目標；(2)強調(diào)信息和制造智能的集成共享，強調(diào)智能型的集成自動化；(3)強調(diào)制造智能的集成，人的智能與機器智能的有機融合；(4)強調(diào)系統(tǒng)的自組織與自學習能力，不斷優(yōu)化自身的工作過程，具有容錯冗余、故障自我診斷、自我排除、自我修復(fù)等特點。特征：大型性、復(fù)雜性、動態(tài)性、不確定性、人為因素性、等級層次性、信息結(jié)構(gòu)能通性。1）大系統(tǒng)6.1智能制造系統(tǒng)概述智能制造系統(tǒng)特征2）感知→分析→決策→執(zhí)行與反饋大閉環(huán)3）系統(tǒng)進化和自學習5）虛擬與物理的融合4）人與機器的融合

智能制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)有：（1）制造系統(tǒng)建模與自組織技術(shù)；（2）智能制造執(zhí)行系統(tǒng)技術(shù)；（3）智能企業(yè)管控技術(shù)；（4）智能供應(yīng)鏈管理技術(shù)；（5）智能控制技術(shù)；（6）信息物理融合技術(shù)。6.1智能制造系統(tǒng)概述6.2智能制造系統(tǒng)體系架構(gòu)智能制造系統(tǒng)架構(gòu)通過生命周期、系統(tǒng)層級和智能功能三個維度構(gòu)建完成，主要解決智能制造標準體系結(jié)構(gòu)和框架的建模研究。6.2智能制造系統(tǒng)體系架構(gòu)1. 生命周期生命周期是由設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)等一系列相互聯(lián)系的價值創(chuàng)造活動組成的鏈式集合。生命周期中各項活動相互關(guān)聯(lián)、相互影響。不同行業(yè)的生命周期構(gòu)成不盡相同。6.2智能制造系統(tǒng)體系架構(gòu)2. 系統(tǒng)層級系統(tǒng)層級自下而上共五層，分別為設(shè)備層、控制層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層。智能制造的系統(tǒng)層級體現(xiàn)了裝備的智能化和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）化，以及網(wǎng)絡(luò)的扁平化趨勢。6.2智能制造系統(tǒng)體系架構(gòu)3. 智能功能智能功能包括資源要素、系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通、信息融合和新興業(yè)態(tài)等五層。6.2智能制造系統(tǒng)體系架構(gòu)可編程邏輯控制器（PLC）PLC位于智能制造系統(tǒng)架構(gòu)生命周期的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、系統(tǒng)層級的控制層級，以及智能功能的系統(tǒng)集成。6.2智能制造系統(tǒng)體系架構(gòu)工業(yè)機器人工業(yè)機器人位于智能制造系統(tǒng)架構(gòu)生命周期的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、系統(tǒng)層級的設(shè)備層級和控制層級，以及智能功能的資源要素。6.2智能制造系統(tǒng)體系架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)位于智能制造系統(tǒng)架構(gòu)生命周期的所有環(huán)節(jié)、系統(tǒng)層級的設(shè)備、控制、工廠、企業(yè)和協(xié)同五個層級，以及智能功能的互聯(lián)互通。

調(diào)度控制在制造系統(tǒng)管理控制中的地位在離散生產(chǎn)環(huán)境下，制造系統(tǒng)中零部件繁多、物流復(fù)雜、現(xiàn)場狀態(tài)瞬息萬變，因此，沒有好的調(diào)度，再優(yōu)的生產(chǎn)計劃也難以產(chǎn)生好的生產(chǎn)效益。由此可見，調(diào)度控制在現(xiàn)代制造系統(tǒng)的管理控制中具有非常重要的地位。6.3智能制造系統(tǒng)調(diào)度控制

調(diào)度控制子問題一般包括以下幾類：（1）工件投放控制；（2）工作站輸入控制；（3）工件流動路徑控制；（4）刀具調(diào)度控制；（5）程序與數(shù)據(jù)的調(diào)度控制；（6）運輸調(diào)度控制。6.3智能制造系統(tǒng)調(diào)度控制解決調(diào)度控制問題的方法和系統(tǒng)可分為兩大類，即靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度。

調(diào)度控制系統(tǒng)是一個基于狀態(tài)反饋的自動控制系統(tǒng)。6.3智能制造系統(tǒng)調(diào)度控制

解決調(diào)度控制問題的難點主要體現(xiàn)在：（1）現(xiàn)代制造系統(tǒng)中的調(diào)度控制屬于實時閉環(huán)控制，對信息處理與計算求解的實時性要求很高；（2）被控對象是特殊的非線性動力學系統(tǒng)——離散事件動態(tài)系統(tǒng)（DEDS），難以建模；（3）沒有根據(jù)被控對象設(shè)計調(diào)度控制器的有效理論方法。（4）系統(tǒng)處于具有強烈隨機擾動的環(huán)境中，擾動D（如原材料、毛坯供應(yīng)突變，能源供應(yīng)異常變化，資金周轉(zhuǎn)出現(xiàn)意外情況等）對系統(tǒng)運行的影響極大。6.3智能制造系統(tǒng)調(diào)度控制

對于一般性的調(diào)度控制問題，具有代表性的方法：（1）基于排序理論的調(diào)度方法，如流水排序方法、非流水排序方法等；（2）基于規(guī)則的調(diào)度方法，如啟發(fā)式規(guī)則調(diào)度方法、規(guī)則動態(tài)切換調(diào)度方法等；（3）基于離散事件系統(tǒng)仿真的調(diào)度方法；（4）基于人工智能的調(diào)度方法，如模糊控制方法、專家系統(tǒng)方法、自學習控制方法等。6.3智能制造系統(tǒng)調(diào)度控制

制造業(yè)供應(yīng)鏈管理傳統(tǒng)企業(yè)組織中的采購、生產(chǎn)、分銷、零售等看似是一個